物理选修31人教全程导学笔记第一章静电场1电荷及其守恒定律

1电荷及其守恒定律知识内容电荷及其守恒定律考试要求必考加试bc课时要求1.知道自然界中的两种电荷及其相互作用.2.了解使物体带电的三种方式.3.理解电荷守恒定律，能运用电荷守恒定律分析摩擦起电和感应起电现象.4.知道电荷量概念及其单位，知道元电荷的值.一、电荷及起电方式1．两种电荷(1)电荷的分类：正电荷和负电荷．用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电．(2)电荷间的相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．2．摩擦起电：当两个物体互相摩擦时，一些束缚得不紧的电子往往从一个物体转移到另一个物体，于是原来呈电中性的物体由于得到电子而带负电，失去电子的物体则带正电．3．感应起电：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号电荷，远离带电体的一端带同号电荷，这种现象叫做静电感应．利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电．二、电荷守恒定律和元电荷1．电荷守恒定律：电荷既不会创生，也不会消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移过程中，电荷的总量保持不变．2．电荷守恒定律另一表述是：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变．3．元电荷：最小的电荷量叫做元电荷，用e表示．所有带电体的电荷量或者等于e，或者是e的整数倍．元电荷e的数值最早是由美国物理学家密立根测得的，在我们的计算中，可取e＝1.60×10－19C.[即学即用]1．判断下列说法的正误．(1)用丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒带正电，证明正电荷从丝绸转移到玻璃棒上．(×)(2)摩擦起电的过程是电子从一个物体转移到另一个物体的过程．(√)(3)原来不带电的丝绸和玻璃棒相互摩擦后分别带上了异种电荷，说明通过摩擦可以创造电荷．(×)(4)电子的电荷量e的数值最早是由库仑通过实验测出的．(×)(5)元电荷就是质子或电子．(×)(6)所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍．(√)2．带正电的物体C靠近不带电的枕形导体AB，如图1所示，A端将带___电，B端带___电．图1答案负正一、对三种起电方式的理解[导学探究](1)用丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒带何种电荷？用毛皮摩擦橡胶棒，橡胶棒带何种电荷？使玻璃棒和橡胶棒带电的原因是什么？(2)如图2所示，取一对用绝缘柱支撑的导体A和B，使它们彼此接触．起初它们不带电，贴在下部的金属箔片是闭合的．图2①把带正电荷的物体C移近导体A，金属箔片有什么变化？②这时把A和B分开，然后移去C，金属箔片又有什么变化？③再让A和B接触，又会看到什么现象？(3)带正电的导体A与不带电的导体B接触，使导体B带上了什么电荷？在这个过程中电荷是如何转移的？答案(1)玻璃棒带正电，橡胶棒带负电．丝绸摩擦玻璃棒时，玻璃棒上的电子向丝绸转移，玻璃棒失去电子带正电，丝绸得到电子带负电；毛皮摩擦橡胶棒时，毛皮上的电子向橡胶棒转移，橡胶棒得到电子带负电，毛皮失去电子带正电．(2)①C移近导体A，两侧金属箔片都张开；②金属箔片仍张开，但张角变小；③A、B接触，金属箔片都闭合．(3)正电荷，在这个过程中，有电子从导体B转移到导体A，导体B中电子数量减少，因此带正电．[知识深化]三种起电方式的比较摩擦起电感应起电接触起电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导体带上与带电体电性相同的电荷原因不同物质对电子的束缚能力不同．束缚能力强的得电子，带负电；束缚能力弱的失电子，带正电导体中的自由电荷在电荷间相互作用下发生转移，使靠近带电体一端所带的电荷电性与带电体相反；远离带电体一端与带电体所带电荷电性相同在电荷间相互作用下，电子从一个物体转移到另一个物体上实质电荷在物体之间或物体内部的转移特别提醒：无论哪种起电方式，发生转移的都是电子，正电荷不会发生转移．例1(2018·温州市“十五校联合体”高二期中)A、B两物体均不带电，相互摩擦后A带负电荷，电荷量大小为Q，则B的带电情况是()A．带正电荷，电荷量大于QB．带正电荷，电荷量等于QC．带负电荷，电荷量大于QD．带负电荷，电荷量等于Q答案B例2如图3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用导线经开关接地，现把S先合上再断开，再移走A，则导体B()图3A．不带电 B．带正电C．带负电 D．不能确定答案C解析根据静电感应现象和电荷间的相互作用，可判断导体B带负电，故选C.感应起电的判断方法1．当带电体靠近导体时，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，如图4甲所示．2．导体接地时，该导体与地球可视为一个导体，而且该导体可视为近端导体，带异种电荷，地球就成为远端导体，带同种电荷，如图乙、丙所示．图4二、电荷守恒定律元电荷[导学探究](1)在摩擦起电过程中，一个物体带上了正电荷，另一个物体带上了负电荷，该过程是否创造了电荷？在一个封闭的系统中，电荷的总量会增多或减少吗？(2)物体所带的电荷量可以是任意的吗？物体所带的电荷量可以是4×10－19C吗？(3)电子和质子就是元电荷吗？答案(1)摩擦起电的过程并没有创造电荷．一个封闭的系统中，电荷的总量保持不变．(2)物体所带的电荷量不是任意的，它只能是1.60×10－19C的整数倍．由于4×10－19C是1.60×10－19C的2.5倍，所以物体所带的电荷量不能是4×10－19C.(3)元电荷是最小的电荷量，不是物质；电子和质子是实实在在的粒子，不是元电荷．[知识深化]1．使物体带电的实质不是创造了电荷，而是物体所带的电荷发生了转移，也就是物体间或物体内部电荷的重新分布．2．电荷的中和是指带等量异号电荷的两物体接触时，经过电子的转移，物体达到电中性的过程．3．导体接触带电时电荷量的分配与导体的材料、形状、大小有关，当两个完全相同的金属球接触后，电荷量将平均分配，即最后两个球一定带等量的同种电荷．4．元电荷(1)元电荷是最小的电荷量，而不是实物粒子，元电荷无正、负之分．(2)虽然质子、电子的电荷量等于元电荷，但不能说质子、电子是元电荷．(3)电子的比荷：电子的电荷量e与电子的质量me之比，叫做电子的比荷．例3完全相同的两金属小球A、B带有相同大小的电荷量，相隔一定的距离，今让第三个完全相同的不带电金属小球C，先后与A、B接触后分开．(1)若A、B两球带同种电荷，求接触后两球的电荷量大小之比；(2)若A、B两球带异种电荷，求接触后两球的电荷量大小之比．答案(1)2∶3(2)2∶1解析(1)设A、B带电荷量均为q，则A、C接触后，A、C带电荷量为qA＝qC＝eq\f(1,2)q.C与B接触后，B、C所带电荷量为qB＝qC′＝eq\f(q＋\f(1,2)q,2)＝eq\f(3,4)q.故A、B带电荷量大小之比为eq\f(qA,qB)＝eq\f(\f(1,2)q,\f(3,4)q)＝eq\f(2,3).(2)设A带正电，B带负电，且所带电荷量大小均为Q.则C与A接触后，A、C带电荷量为qA′＝qC″＝＋eq\f(1,2)Q.C与B接触后，B、C带电荷量为qB′＝qC＝eq\f(\f(1,2)Q－Q,2)＝－eq\f(1,4)Q，故A、B带电荷量大小之比为eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(qA′,qB′)))＝eq\f(\f(1,2)Q,\f(1,4)Q)＝eq\f(2,1).两金属导体接触后电荷量的分配规律1．当两个导体材料、形状不同时，接触后再分开，只能使两者均带电(无法确定电荷量的多少)或均呈电中性．2．若使两个完全相同的金属球带电荷量大小分别为q1、q2，则有(1)eq\x(若带同种电荷)⇒eq\x(金属球相接触)⇒eq\x(总电荷量平分)⇒eq\x(电荷量大小q1′＝q2′＝\f(q1＋q2,2))(2)eq\x(若带异种电荷)⇒eq\x(金属球相接触)⇒eq\x(先中和再平分)⇒eq\x(电荷量大小q1″＝q2″＝\f(|q1－q2|,2))三、验电器的原理和使用验电器的两种应用方式及原理(1)带电体接触验电器：当带电的物体与验电器上面的金属球接触时，有一部分电荷转移到验电器上，与金属球相连的两个金属箔片带上同种电荷，因相互排斥而张开．物体所带电荷量越多，电荷转移的越多，斥力越大，金属箔片张开的角度也越大，如图5甲．(2)带电体靠近验电器：当带电体靠近验电器的金属球时，带电体会使验电器的金属球感应出异种电荷，而金属箔片上会感应出同种电荷(感应起电)，两箔片在斥力作用下张开，如图乙．图5例4使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的金属箔片张开，如图表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是()答案B解析把带电金属球移近不带电的验电器，会改变验电器上的电荷分布；由于电荷间同性相斥、异性相吸，使得验电器上靠近带电金属球的一端和其电性相反，而远离带电金属球的一端和其电性相同，故选项B正确.1．(对三种起电方式的理解)关于摩擦起电和感应起电的理解，下列说法中正确的是()A．摩擦起电说明电荷能够被创造B．摩擦起电现象说明通过摩擦可以使一个物体产生电荷、一个物体让电荷消失C．感应起电说明电荷从带电的物体转移到原来不带电的物体上去了D．感应起电说明电荷可以从导体的一个部分转移到导体的另一个部分答案D2．(电荷间相互作用的规律)用丝绸摩擦两根玻璃棒，手持一根玻璃棒，靠近被吊起的另一根玻璃棒时，现象如图6甲箭头所示远离．而手持用毛皮摩擦过的橡胶棒，靠近被吊起的用丝绸摩擦过的玻璃棒时，现象如图乙箭头所示靠近．那么()图6A．图甲中两玻璃棒互相吸引B．图乙中橡胶棒与玻璃棒互相排斥C．图甲、乙中被吊起的玻璃棒带异种电荷D．图乙表明异种电荷互相吸引答案D3．(验电器的原理)如图7所示，用丝绸摩擦过的玻璃棒和验电器的金属球接触，使验电器的金属箔片张开，关于这一现象，下列说法正确的是()图7A．两片金属箔片上带异种电荷B．两片金属箔片上均带负电荷C．金属箔片上有电子转移到玻璃棒上D．将玻璃棒移走，则金属箔片立即合在一起答案C解析自然界只存在两种电荷，正电荷和负电荷．用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，若将其接触验电器的金属球，此时两个箔片上均带正电荷；在此过程中，一部分电子会从验电器向玻璃棒转移；移走玻璃棒后，箔片仍带电，不会立即合在一起，选项C正确．4．(电荷守恒定律的应用)原来甲、乙、丙三物体都不带电，今使甲、乙两物体相互摩擦后，乙物体再与丙物体接触，最后，得知甲物体带正电荷1.6×10－15C，丙物体带电荷量的大小为8×10－16C．则对于最后乙、丙两物体的带电情况，下列说法中正确的是()A．乙物体一定带有正电荷8×10－16CB．乙物体可能带有负电荷2.4×10－15CC．丙物体一定带有正电荷8×10－16CD．丙物体一定带有负电荷8×10－16C答案D解析由于甲、乙、丙原来都不带电，甲、乙相互摩擦导致甲失去电子而带1.6×10－15C的正电荷；乙物体得到电子而带1.6×10－15C的负电荷；乙物体与不带电的丙物体相接触，从而使一部分负电荷转移到丙物体上，故可知乙、丙两物体都带负电荷，由电荷守恒可知乙最终所带负电荷为1.6×10－15C－8×10－16C＝8×10－16C，故D正确．一、选择题考点一电荷量与元电荷1．关于对元电荷的理解，下列说法正确的是()A．元电荷就是电子B．元电荷就是质子C．元电荷是表示跟电子所带电荷量数值相等的电荷量D．元电荷是带电荷量最小的带电粒子答案C2．(多选)关于电荷量，以下说法正确的是()A．物体所带的电荷量可以为任意值B．物体所带的电荷量只能为某些值C．物体带电荷量的最小值为1.6×10－9CD．若物体带正电荷，电荷量为1.6×10－9C，这是因为物体失去了1.0×1010个电子答案BD解析物体所带的电荷量不能为任意值，只能为元电荷的整数倍，故A错误，B正确；物体带电荷量的最小值与电子的电荷量数值相等，为1.6×10－19C，故C错误；物体带电荷量为1.6×10－9C，说明物体失去了eq\f(1.6×10－9,1.60×10－19)＝1.0×1010个电子，故D正确．考点二三种起电方式3．(2017·嘉兴市高二期末考试)如图1所示，摩擦过的琥珀能吸引羽毛，这种现象被称为摩擦起电，下列说法正确的是()图1A．琥珀带电是因为摩擦创生了电荷B．琥珀带电是因为摩擦而发生了电子转移C．带电的琥珀吸引了羽毛是因为万有引力的作用D．带电的琥珀吸引了羽毛是因为羽毛与琥珀带异种电荷答案B解析琥珀带电是因为摩擦时使电子发生了转移，故A错误，B正确；带电的琥珀吸引了羽毛是因为带电体能吸引轻小物体，不是因为万有引力作用，也不是因为二者带异种电荷，故C、D错误．4．用塑料梳子梳头时，塑料梳子和头发都会带电，这是因为()A．摩擦创造了电荷B．静电感应创造了电荷C．电子在梳子和头发之间发生了转移D．质子在梳子和头发之间发生了转移答案C5．如图2所示，在感应起电中，带负电小球P靠近带绝缘底座的导体MN时，M处将()图2A．带负电 B．带正电C．不带电 D．以上答案均有可能答案A解析这是感应起电，当带负电小球靠近带绝缘底座的导体时，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，左端的负电荷受到排斥力运动到右侧，所以N处带正电，M处带负电，故A正确．考点三验电器及其原理6.如图3所示，用起电机使金属球A带正电，靠近验电器B，则()图3A．验电器的金属箔片不张开，因为球A没有和B接触B．验电器的金属箔片张开，因为整个验电器都带上了正电C．验电器的金属箔片张开，因为整个验电器都带上了负电D．验电器的金属箔片张开，因为验电器下部的两金属箔片都带上了正电答案D解析带正电的A球靠近验电器B，根据电荷“同性斥，异性吸”的特点知，验电器金属杆下端箔片中的电子会被A球上的正电荷吸引到验电器上端，则金属杆下端的箔片就会因带正电荷而相斥，使箔片张开，故选D.7.关于如图4所示的验电器，下列说法正确的是()图4A．硬杆b应该用金属材料制成B．a与c应该互相绝缘C．用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近a时，两金属箔片带等量异种电荷D．用毛皮摩擦过的橡胶棒接触a后，c所带电荷与橡胶棒所带电荷的电性相反答案A解析根据验电器的应用原理，当带电体靠近或接触a部分时，电荷在b上移动，使c中金属箔片带上同种电荷而相互排斥，所以b应是导体，故A正确，B错误；用与毛皮摩擦过而带负电的橡胶棒靠近a时，会因为静电感应现象让a带上正电荷，c部分两金属箔片感应出负电荷，故C错误；带负电的橡胶棒与a接触后，整个验电器均带负电，故D错误．考点四电荷守恒定律的应用8．导体A带5Q的正电荷，另一个完全相同的导体B带－Q的负电荷，将两导体接触一会后再分开，则导体B的带电荷量为()A．－QB．QC．2QD．4Q答案C解析两带电体带异种电荷，接触后先将电荷量中和，故接触后两带电体带电荷量总和为：5Q－Q＝4Q，当两带电体分开后，将总电荷量平分，所以将两导体接触一会后再分开，导体B的带电荷量为2Q，故C正确，A、B、D错误．9．(多选)A和B都是不带电的物体，它们互相摩擦后A带负电荷1.6×10－10C，下列判断中正确的是()A．在摩擦前A和B的内部电荷量为零B．摩擦的过程中电子从A转移到了BC．A在摩擦过程中一定得到了1×109个电子D．A在摩擦过程中一定失去了1.6×10－19C电子答案AC10．如图5所示，左边是一个原来不带电的导体，右边C是后来靠近的带正电的导体球，若用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开，导体分为A、B两部分，这两部分所带电荷量的数值分别为QA、QB，则下列结论正确的是()图5A．沿虚线d切开，A带负电，B带正电，且QA＞QBB．只有沿虚线b切开，才有A带正电，B带负电，且QA＝QBC．沿虚线a切开，A带正电，B带负电，且QA＜QBD．沿任意一条虚线切开，都有A带正电，B带负电，且QA＝QB答案D解析导体原来不带电，在带正电的导体球C静电感应的作用下，导体中的自由电子向B部分转移，使B部分带了多余的电子而带负电；A部分少了电子而带正电．根据电荷守恒定律，A部分移走的电子数目和B部分多余的电子数目是相同的，因此无论从哪一条虚线切