第一章1　电荷及其守恒定律—2020-2021 高中物理选修3-1学案

1、1电荷及其守恒定律素养目标定位)知道自然界中只有两种电荷，知道电荷间的相互作用规律知道元电荷的概念，认识各种起电方法及实质理解电荷守恒定律的内容,素养思维脉络)知识点1电荷及相互作用1两种电荷自然界中只存在两种电荷，即_正_电荷和_负_电荷。(1)正电荷：用丝绸摩擦过的_玻璃棒_所带的电荷叫做正电荷。(2)负电荷：用毛皮摩擦过的_橡胶棒_所带的电荷叫做负电荷。2相互作用同种电荷相互_排斥_，异种电荷相互_吸引_。3物质的微观结构(1)原子组成：原子(2)原子电性：原子核的正电荷的数量与核外电子负电荷的数量_相等_，整个原子对外界较远的位置表现为_电中性_。知识点2三种起电方式1接触起电指一个带

2、电的金属导体跟另一个_不带电_的金属导体_接触_后分开，而使不带电的导体带上电荷的方式(如图)。2摩擦起电两个物体相互摩擦时，一些束缚不紧的_电子_从一个物体转移到另一个物体上，使得原来呈电中性的物体由于得到_电子_而带负电，失去_电子_的物体带正电。(如图)3感应起电(1)自由电子：金属中离原子核_较远_的能脱离原子核的束缚而在金属中_自由活动_的电子。(2)静电感应：当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互_吸引_或_排斥_，导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带_异种_电荷，远离带电体的一端带_同种_电荷的现象。(3)感应起电：利用_静电感应_使金属导体带电的过程(

3、如图)。知识点3电荷守恒定律表述一：电荷既不会_创生_，也不会_消灭_，它只能从物体的一部分转移到_另一部分_，或者从一个物体转移到_另一个物体_。在转移的过程中，电荷的总量_保持不变_。表述二：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和_保持不变_。知识点4元电荷1电荷量电荷的多少。其国际制单位是_库仑_，简称库，用_C_表示。2元电荷最小的电荷量，即_电子_所带的电荷量，用e表示。e_1.6×1019_C，最早由美国物理学家_密立根_测得。3电子的比荷电子的电荷量与电子的_质量_之比。_1.76×1011_C/kg。 思考辨析判一判(1)两个正电荷之间的作用力为斥力，两

4、个负电荷之间的作用力为引力。(×)(2)摩擦起电是创造电荷的过程。(×)(3)玻璃棒和其他物体摩擦后不一定带正电。()(4)当一个带电体靠近导体时，产生静电感应现象，导体靠近带电体的一端带异种电荷，远离带电体的一端带同种电荷。()(5)电荷守恒定律和能量守恒定律一样，也是自然界中最基本的守恒定律。()(6)元电荷就是最小的电荷。(×)选一选用金属做成一个不带电的圆环，放在干燥的绝缘桌面上。小明同学用绝缘材料做的笔套与头发摩擦后，将笔套自上向下慢慢靠近圆环，当距离约为0.5 cm时圆环被吸引到笔套上，如图所示。对上述现象的判断与分析，下列说法不正确的是(D)A摩擦使

5、笔套带电B笔套靠近圆环时，圆环上、下感应出的电荷是异种的C圆环被吸引到笔套的过程中，圆环所受静电力的合力大于圆环的重力D笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷立刻被全部中和解析：笔套与头发摩擦后，能够吸引圆环，说明笔套上带了电荷，即摩擦使笔套带电，选项A正确；笔套靠近圆环时，由于静电感应，会使圆环上、下部感应出异种电荷，选项B正确；圆环被吸引到笔套上是由于圆环所受吸引力大于圆环所受的重力，故选项C正确；笔套碰到圆环后，笔套上的部分电荷转移到圆环上，使圆环带上相同性质的电荷，选项D错误。想一想在干燥的天气里，用梳子梳头发的时候，头发会不听指挥，顺着梳子飞起来(如图)，这时如果将梳子浸入水中片刻再梳，头发

6、就服帖了。试解释这一现象。解析：梳头发时由于摩擦起电，梳子和头发上产生异种电荷，又由于异种电荷相互吸引，使得头发顺着梳子飞了起来。梳子浸入水中后再梳，潮湿的梳子能将头发上的静电导走，也就不再出现上面的现象。探究一电荷及起电方式S 1如图所示，在干燥的环境中，用丝绸摩擦过的玻璃棒，慢慢靠近细碎的锡箔屑，会观察到什么现象？请解释所看到的现象。提示：观察到的现象是锡箔屑被吸引到玻璃棒上后又迅速向空中散开。出现这种现象的原因是：带电物体能够吸引轻小物体，锡箔屑与玻璃棒接触后带上与玻璃棒相同性质的电荷，同种电荷相互排斥，锡箔屑散开。G 1物体带电物体有了吸引轻小物体的性质，我们就说它带了电，或有了电荷。

7、2三种起电方式的比较方式内容摩擦起电感应起电接触起电产生及条件两不同绝缘体摩擦时导体靠近带电体时导体与带电导体接触时现象两物体带上等量异种电荷导体两端出现等量异种电荷，且电性与原带电体“近异远同”导体上带上与带电体相同电性的电荷原因不同物质的原子核对核外电子的束缚力不同而发生电子得失导体中的自由电子受带正(负)电物体吸引(排斥)而靠近(远离)自由电荷在带电体与导体之间发生转移举例摩擦后的毛皮与橡胶棒分别带正电和负电放于电场中的导体两端带有等量异种电荷验电器的工作原理实质均为电荷在物体之间或物体内部的转移特别提醒：(1)感应起电成功的关键在于先分开两物体(或先断开接地线)然后再移去带电体。(2)

8、摩擦起电中对原子核外电子束缚能力差的物体失去电子而带正电，对原子核外电子束缚能力强的物体得到电子而带负电。D 典例1如图所示，均不带电的橡胶棒与毛皮摩擦后，橡胶棒带负电，毛皮带正电，这是因为(C)A空气中的正电荷转移到了毛皮上B空气中的负电荷转移到了橡胶棒上C毛皮上的电子转移到了橡胶棒上D橡胶棒上的电子转移到了毛皮上解题指导：解答本题时，可按以下思路分析：解析：摩擦起电是因为电子由一个物体转移到另一个物体上，失去电子的物体因缺少电子而带正电，得到电子的物体带负电。毛皮与橡胶棒摩擦，毛皮上的电子转移到了橡胶棒上，毛皮带正电，橡胶棒带负电，故选项C正确。对点训练1(多选)(2019·北京

9、四中高二上学期期中)如图所示，两个不带电的导体A和B，用一对绝缘柱支持使它们彼此接触。把一带正电荷的物体C置于A附近，贴在A、B下部的金属箔片都张开，则(BC)A此时A带正电，B带负电B移去C，贴在A、B下部的金属箔片将闭合C先把A和B分开，然后再移去C，贴在A、B下部的金属箔片仍然张开D先把A和B分开，然后再移去C，贴在A、B下部的金属箔片将闭合解析：C靠近A，由于静电感应A带负电B带正电，故选项A错误；移去C，A、B上的感应电荷立即中和，贴在A、B下部的金属箔片将闭合，选项B正确；先把A、B分开再移走C，因为A、B上的感应电荷受到C的作用力不能中和，金属箔片仍然张开，故选项C正确，D错误。

10、探究二电荷守恒定律S 2某同学两手各拿一带电小球做实验时不小心两小球接触了一下，结果两小球都没电了！电荷到哪里去了呢？是否违背了电荷守恒定律？提示：电荷“中和”了，不违背电荷守恒定律。G 1物体带电的实质使物体带电不是创造了电荷，使物体不带电也不是消灭了电荷。物体带电的实质是电荷发生了转移，也就是物体间电荷的重新分配。2守恒的广泛性电荷守恒定律同能量守恒定律一样，是自然界中最基本的规律，任何电现象都不违背电荷守恒定律。物体的起电过程，其本质都是电子发生了转移，也就是说物体所带电荷的重新分配。不论哪一种起电过程都没有创造电荷，也没有消灭电荷。3“中性”与“中和”的理解(1)中性：物体内有电荷存在

11、，但正、负电荷的绝对值相等，对外不显电性。(2)中和：两个带有等量异种电荷的带电体相遇达到电中性的过程。4接触起电现象中电荷量的分配(1)导体接触带电时电荷量的分配与导体的形状、大小有关。完全相同的金属球接触时，电荷量平均分配；形状、大小不同的导体接触时电荷量不能平均分配。无论哪种情况，接触前后电荷总量不变。(2)完全相同的带电金属球接触时电荷量的分配情况：若两个完全相同的金属小球的带电量分别为Q1、Q2，则它们接触后再分开都带有的电量，式中电量Q1、Q2均包含它们的正负号。D 典例2有两个完全相同的带电绝缘金属小球A、B，分别带有电荷量Q16.4×109 C，Q23.2×

12、109 C，让两绝缘金属小球接触。在接触后，A、B带电量各是多少？此接触过程中，电子如何转移，转移了多少个电子？解题指导：(1)金属球中发生定向转移的是自由电子，两球接触时，自由电子由B向A转移。(2)两球接触后带电量相等、电性相同，电荷再分配时符合电荷均分原理。解析：当两小球接触时，带电荷量少的负电荷先被中和，剩余的正电荷再重新分配。由于两小球相同，剩余正电荷必均分，即接触后两小球带电荷量相等，QAQB C1.6×109 C。在接触过程中，电子由B球转移到A球，不仅将自身电荷中和，且继续转移，使B球带QB的正电荷，这样，共转移的电子电荷量为QQ2QB(3.2×1091.6

13、×109) C4.8×109 C，转移的电子数n个3.0×1010个。答案：均为1.6×109 C；电子由B球转移到A球，转移了3.0×1010个对点训练2(多选)小明同学用自制的验电器进行了一些探究实验。如图所示，小明使验电器带了负电荷，经过一段时间后，他发现该验电器的金属箔片(用包装巧克力的锡箔纸制作)几乎闭合了。关于此问题，他跟学习小组讨论后形成了下列观点，你认为哪些是正确的(CD)A小球上原有的负电荷逐渐消失了B在此现象中，电荷不守恒C小球上负电荷减少的主要原因是潮湿的空气将电子导走了D该现象是由于电子的转移引起的，仍然遵循电荷守恒定律

14、解析：带负电的验电器在潮湿的空气中，经过一段时间后，小球上的负电荷(电子)被潮湿的空气导走了，但电荷在转移的过程中仍然守恒，故C、D正确。误区点拨误区1：相互吸引的一定是带异种电荷的物体。点拨：除了带异种电荷的物体相互吸引之外，带电体有吸引轻小物体的特性，这里的“轻小物体”可能不带电。误区2：两个带电体相互接触后电荷量平分。点拨：并不是所有情况下接触后电荷量都能够进行平分，电荷量平分只能在一种情况下满足，那就是两个相互接触的物体必须是两个完全相同的球体。误区3：通过一定的方法可以使物体带上任意大小的电量。点拨：电荷量不能连续变化，因为最小的电荷量为1.60×1019 C。质子及电子所

15、带电荷量的绝对值与元电荷电荷量相等，但不能说它们就是元电荷。案例有甲、乙、丙三个小球，将它们两两靠近，它们都相互吸引，如图所示。那么，下列的说法正确的是(D)A三个小球都带电B只有一个小球带电C有两个小球带同号电荷D有两个小球带异号电荷解析：若两个小球相互吸引，则两个小球带异号电荷，或者一个小球带电，一个小球不带电。由题中图示情况知三个小球中有一个小球带正电，一个小球带负电，一个小球不带电，故选项D正确。1(2019·山东省淄博一中高一下学期期中)科学家在研究原子、原子核以及基本粒子时，为了方便，常常把元电荷作为电荷量的单位，关于元电荷，下列论述正确的是(C)A把质子或电子叫做元电荷

16、B把1.6×1019 C的电荷叫元电荷C电子带有最小的负电荷，其电荷量的绝对值叫元电荷D元电荷就是体积很小的带电体解析：元电荷表示电荷量，其大小等于一个电子所带电荷量的绝对值，不是指某一带电体，故选项C正确，A、B、D错误。2(2019·山西省忻州市范亭中学高二上学期期中)使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开。下列各图表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是(B)解析：把带电金属球移近不带电的验电器，根据静电感应现象的规律，若金属球带正电荷，则将导体上的自由电子吸引上来，这样验电器的上部将带负电荷，箔片带正电荷；若金属球带负电荷，则将导体上的自由电子排斥到最远

17、端，这样验电器的上部将带正电荷，箔片带负电荷。B项正确。3(2019·山东省临朐一中高二上学期检测)某科技馆里，一位少女站在绝缘平台上，当她用手触摸一个金属球时，会看到她的头发慢慢竖起，像是孔雀开屏，如图所示。下列说法正确的是(A)A头发竖起是因为她身上带了静电B她只有带正电荷时，头发才会竖起C她的头发慢慢竖起是因为电荷慢慢传到她的头发上D与电无关，这是她的特异功能解析：A对，头发竖起是因为她身上带了同种电荷的静电，头发相互排斥而竖起。B错，只要带同种电荷，她的头发均可以竖起。C错，电荷分布在头发上是瞬间完成的，慢慢竖起是因为头发受力后需要一个运动过程。D错，这不是特异功能，而是一种

18、静电现象。练案1 基础夯实 一、选择题(14题为单选题，5、6题为多选题)1(2019·海南省文昌中学高一下学期等级考)中央电视台的三星智力快车节目介绍说，蜜蜂飞行与空气摩擦产生静电，因此蜜蜂在飞行中就可以吸引带正电的花粉。以下说法正确的是(B)A空气带负电 B蜜蜂带负电C空气不带电D蜜蜂带正电解析：电荷间作用规律是同种电荷相排斥，异种电荷相吸引，蜜蜂在飞行中可以吸引带正电的花粉，是因为蜜蜂带负电，与蜜蜂摩擦的空气带正电，故选项B正确，A、C、D错误。2如图是伏打起电盘示意图，其起电原理是(B)A摩擦起电B感应起电C接触起电D以上三种方式都不是解析：导电平板靠近带电绝缘板并接地时，发

19、生静电感应，使导电平板带上负电荷，故选项B正确。3保护知识产权，抵制盗版是我们每个公民的责任与义务。盗版书籍影响我们学习效率甚至给我们的学习带来隐患。小华有一次不小心购买了盗版的物理参考书，做练习时，他发现有一个关键数字看不清，拿来问老师，如果你是老师，你认为可能是下列几个数字中的(B)A6.2×1019 CB6.4×1019 CC6.6×1019 CD6.8×1019 C解析：任何带电体的电荷量是元电荷的整数倍，即是1.6×1019 C的整数倍，由计算可知，只有B选项是1.6×1019 C的整数倍，故B正确。4如图所示，如果天气干燥

20、，晚上脱毛衣时，会听到“噼啪”的响声，还会看到电火花，关于这种现象产生的原因，下列说法正确的是(C)A人身体上产生电流B接触带电造成的C摩擦起电造成的D感应起电造成的解析：脱毛衣时由于摩擦起电，衣服间产生异种电荷，当电荷积累到一定程度时，会产生电火花，并伴有“噼啪”声，选项C正确，A、B、D错误。5用棉布分别与丙烯塑料板和乙烯塑料板摩擦实验结果如图所示，由此对摩擦起电说法正确的是(CD)A两个物体摩擦时，表面粗糙的易失去电子B两个物体摩擦起电时，一定同时带上种类及数量不同的电荷C两个物体摩擦起电时，带上电荷的种类不同但数量相等D同一物体与不同种类物体摩擦，该物体的带电荷种类可能不同解析：两物体

21、摩擦时得失电子取决于原子对电子的束缚力大小，A错。由于摩擦起电的实质是电子的得失，所以两物体带电种类一定不同，数量相等，B错C对。由题中例子不难看出同一物体与不同种类物体摩擦，带电种类可能不同，D对。6(2019·北京市朝阳区高二上学期期末)用绝缘支柱支撑着贴有小金属箔的导体A和B，使它们彼此接触。起初它们不带电，贴在它们下部的并列平行双金属箔是闭合的。现将带正电荷的物体C移近导体A，发现金属箔都张开了一定的角度。如图所示，则(AB)A导体A下部的金属箔感应出负电荷B导体B下部的金属箔感应出正电荷C导体A和B下部的金属箔都感应出负电荷D导体A感应出正电荷，导体B感应出等量的负电荷解析

22、：感应带电是使物体带电的一种方法，把带正电荷的物体C移近导体A，靠近的一端A会感应出异种电荷而带负电，导体B的右端要感应出等量的正电荷，故AB正确。二、非选择题7干燥的天气一个人脱了鞋在地毯上走，身上聚集了48.0 C的净电荷。此人身上有多少个静剩余电子？他的质量增加了多少？(电子质量me 9.1×1031 kg，电子电荷量e1.6×1019 C,1 C106 C)。答案：3.0×1014个2.73×1016 kg解析：人身上聚集的电子个数n个3.0×1014个。由于人身上多了n个电子，他的质量增加mnme3.0×1014×

23、9.1×1031 kg2.73×1016 kg。 能力提升 一、选择题(14题为单选题，5、6题为多选题)1已知在环境的温度、湿度、气压相同的情况下，可得出以下序列：玻璃、尼龙、羊毛、丝绸、棉花、纸张、硬橡胶、腈纶序列中两种物质摩擦时，排在前面的物质带正电，排在后面的物质带负电，而且两种物质在序列中距离越远，摩擦起电现象越显著。用事先准备的尼龙、羊毛、腈纶等三种材料，进行摩擦起电的实验，下面关于实验结果的叙述中正确的是(B)A尼龙棒与羊毛摩擦，尼龙棒带负电B腈纶与羊毛摩擦，羊毛带正电C尼龙与腈纶摩擦，不会发生起电现象D尼龙与羊毛摩擦较羊毛与腈纶摩擦，尼龙与羊毛摩擦有更显著的

24、起电现象解析：由题可知，尼龙、羊毛、腈纶等三种材料中，尼龙排在最前面，腈纶排在最后面。尼龙排在羊毛的前面，所以尼龙棒与羊毛摩擦，尼龙棒带正电，故A错误；羊毛排在腈纶的前面，所以腈纶与羊毛摩擦，羊毛带正电，故B正确；尼龙与腈纶摩擦，会发生摩擦起电现象，故C错误；由题可知，排序的位置差别越大，则越容易发生摩擦起电现象，所以尼龙与羊毛摩擦较羊毛与腈纶摩擦，羊毛与腈纶摩擦有更显著的起电现象，故D错误。2(2019·江苏南京师大附中高二段考)如图所示，A、B为带异种电荷的小球，将两根不带电的导体棒C、D放在两球之间，再用导线将C棒左端点x和D棒右端点y连接起来的瞬间，导线中自由电子移动的方向是

25、(B)Axy ByxC没有电流D先是yx，然后xy解析：由于同种电荷相斥，异种电荷相吸，C、D用导线连接后组成新导体，导线中自由电子由y向x运动，在C中聚集负电荷，在D中聚集正电荷，B正确。3绝缘细线上端固定，下端挂一轻质小球a，a的表面镀有铝膜；在a旁有一绝缘金属球b，开始时，a、b都不带电，如图所示，现使b带电，则(B)Ab将吸引a，吸住后不放开Bb先吸引a，接触后又把a排斥开Ca、b之间不发生相互作用Db立即把a排斥开解析：b球带电后，使a产生静电感应，感应的结果是a靠近b的一侧出现与b异种的感应电荷，远离b的一侧出现与b同种的感应电荷。虽然a上的感应电荷等量异号，但因为异种电荷离b更近

26、，所以b对a的静电力表现为引力。当b吸引a使两者接触后，由于接触带电，b、a便带同种电荷，有斥力作用，因而又把a排斥开，所以B正确。4如图所示，放在绝缘支架上带正电的导体球A，靠近放在绝缘支架上不带电的导体B，导体B用导线经开关S接地，现把S先合上再断开，再移走A，则导体B(C)A不带电B带正电C带负电D不能确定解析：在感应起电的过程中，远端带同种电荷，近端带异种电荷。将B的左端接地后，B和地球组成了一个大导体，地球是导体的远端，故B成了近端，带负电。5如图所示，有一带正电的验电器，当一金属球M靠近验电器的小球N(不接触)时，验电器的金箔张角减小，则(AB)A金属球可能不带电B金属球可能带负电C金属球可能带正电D金属球一定带负电解析：验电器的金属箔片之所以张开，是因为它们都带有正电荷，由于同种电荷相互