人教版高中物理（必修三）同步讲义+练习9.1电荷（含解析）

第九章静电场及其应用第1节电荷课程标准学习目标通过实验，了解静电现象。能用原子结构模型和电荷守恒的知识分析静电现象1．知道自然界中的两种电荷及它们之间相互作用的规律，知道电荷量的概念及电荷量的单位.知道元电荷的概念，掌握元电荷的值．2．理解摩擦起电和感应起电.掌握电荷守恒定律.3．经历探究三种起电方式的实验过程学会设计实验观察现象分析结果归纳总结的科学探究方法。（一）课前阅读：1.电荷的单位1881年第1届国际电学大会确定库仑(C)为电荷量的国际单位，定义为1A恒定电流在1s时间间隔内所传送的电荷量为1C。2.自然界中的两种电荷美国科学家富兰克林通过实验发现，雷电的性质与摩擦产生的电的性质完全相同，并命名了正电荷和负电荷。迄今为止，人们没有发现对这两种电荷都排斥或都吸引的电荷。自然界的电荷只有两种。（二）基础梳理一、三种起电方式1．自然界中有两种电荷：正电荷和负电荷．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．3．电荷量：电荷的多少，用Q或q表示，国际单位制中的单位是库仑，符号是C.正电荷的电荷量为正值，负电荷的电荷量为负值．4．摩擦起电及其原因(1)摩擦起电：由于摩擦而使物体带电的方式．用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电．(2)原因：当两种物质组成的物体互相摩擦时，一些受束缚较弱的电子会转移到另一个物体上．于是，原来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．5.接触带电及其原因(1)带电体接触绝缘的金属时，金属因接触带电体而带电。(2)原因：电子的转移6.感应起电及其原因(1)利用静电感应使金属导体带电的过程．(2)原因：电子从物体一部分的转移到另一部分【概念衔接】摩擦起电英国科学家吉尔伯特在研究这类现象时首先根据希腊文的琥珀创造了英语中的“electricity”(电)这个词，用来表示珀经过摩擦以后具有的性质，并且认为摩擦过的琥珀带有电荷electriccharge)。人们发现，很多物体都会由于摩擦而带电，并称这种方式为摩擦起电。【即学即练】1.判断下列说法的正误.(1)用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，是因为正电荷从丝绸转移到玻璃棒上.(×)(2)两种不同物质组成的物体相互摩擦使物体带电，是由于两物体的原子核对核外电子束缚的能力不同.(√)(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.(×)二、电荷守恒定律元电荷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．电荷守恒定律的另一表述是：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，e＝1.60×10－19C，由密立根测得．所有带电体的电荷量都是e的整数倍．4．比荷：带电粒子的电荷量与其质量的比值．【拓展补充】金属的微观结构模型关于金属中原子核、电子所处的状态及其运动，这里的情景是一种简化描述，但它可以有效地解释与金属导电有关的现象,所以也是一个物理模型。一、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同性的电荷原因不同物质原子核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，带正电电子在电荷间相互作用下发生转移，近端带异种电荷，远端带同种电荷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说明无论哪种起电方式，发生转移的都是电子，正电荷不会发生转移【典例精析】例1．如图所示，不带电的金属导体A和B放在绝缘支柱上并相互接触，带正电的小球C靠近A，以下说法中正确的是()A．若先将A、B分开，再移走C，A带正电，B带负电B．若先将A、B分开，再移走C，B带正电，A带负电C．若先将C移走，再把A、B分开，A带正电，B带负电D．若先将C移走，再把A、B分开，B带正电，A带负电【答案】B【解析】带正电的小球C靠近A，由于感应起电，A带负电，B带正电．若先将A、B分开，再移走C，则A整体带负电，B整体带正电，故A错误，B正确；若先将C移走，则A、B上的电荷又马上中和，不再带电，再把A、B分开，A、B都不带电，故C、D错误．【规律方法】1．只有导体中的电子才能自由移动．绝缘体中的电子不能自由移动，所以导体能够发生感应起电，而绝缘体不能．2．凡是遇到接地问题时，该导体与地球可视为一个更大导体，而且该导体可视为近端，带异种电荷，地球可视为远端，带同种电荷，如图．二、电荷守恒定律元电荷1．起电过程的实质是物体中自由电荷的转移过程．在转移过程中电荷的总量保持不变．也就是说，起电过程就是物体所带电荷量的重新分配．2．电荷守恒定律和能量守恒定律一样，都是自然界中最基本的守恒定律，任何带电现象都不能违背电荷守恒定律．3．元电荷(1)最小的电荷量叫作元电荷，元电荷不是实物粒子，无正、负之分．(2)虽然质子、电子所带的电荷量等于元电荷，但不能说质子、电子是元电荷．【典例精析】例2．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，让第三个完全相同的不带电金属小球C，先后与A、B接触后移开．(1)若A、B两球带同种电荷，求接触后两球带电荷量大小之比；(2)若A、B两球带异种电荷，求接触后两球带电荷量大小之比．【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qA1＝qC1＝eq\f(1,2)q.C与B接触后，B、C带电荷量为qB1＝qC2＝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(qA1,qB1)＝eq\f(\f(1,2)q,\f(3,4)q)＝eq\f(2,3).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).【规律方法】两金属导体接触后电荷量的分配规律1．若使两个完全相同的金属球带电荷量分别为q1、q2，接触后再分开，两球带电荷量分别为q1′、q2′，则有q1′＝q2′＝eq\f(q1＋q2,2)(q1、q2应带＋、－号)．2．此规律只适用于两个相同的金属球(材料、大小都相同)．三、验电器的原理和使用验电器的两种应用方式及原理1．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，如图甲．2．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带异种电荷，而金属箔片上会带同种电荷(感应起电)，两个金属箔片在斥力作用下张开，如图乙．【典例精析】例3．如图所示，用起电机使金属球A带上正电，靠近验电器B上面的金属球，则()A．验电器金属箔不张开，因为球A没有和B接触B．验电器金属箔张开，因为整个验电器都带上了正电C．验电器金属箔张开，因为整个验电器都带上了负电D．验电器金属箔张开，因为验电器下部箔片都带上了正电【答案】D【解析】把一个带正电的金属球A，靠近一个原来不带电的验电器的金属小球，验电器的金属小球由于感应起电会带上负电荷，金属箔由于感应起电会带上正电荷，而整个验电器不带电．所以验电器金属箔张开，A、B、C错误，D正确．1．三种起电方式的对比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同性的电荷原因不同物质原子核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，带正电电子在电荷间相互作用下发生转移，近端带异种电荷，远端带同种电荷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子在物体之间或物体内部的转移说明无论哪种起电方式，发生转移的都是电子，正电荷不会发生转移2.感应起电的操作步骤步骤图示(以C带正电为例)(1)使带电体C靠近接触的两导体A、B(2)保持C不动，用绝缘工具分开A、B(3)移走C，则A带上与C电性相反的电荷，B带上与C电性相同的电荷3．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、电子所带的电荷量等于元电荷，但不能说质子、电子是元电荷。4．物体带电的实质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。摩擦起电、感应起电和接触起电，均遵循电荷守恒定律。5．两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，但无法确定电荷量的多少。(2)若使两个完全相同的带电金属球相互接触，则有①EQ\*jc0\*hps21\o(\s\up9(若带同),种电荷)⇒EQ\*jc0\*hps21\o(\s\up9(金属球),相接触)⇒EQ\*jc0\*hps21\o(\s\up9(总电荷),量平分)⇒EQ\*jc0\*hps21\o(\s\up9(q1＋q2),2)②EQ\*jc0\*hps21\o(\s\up9(若带异),种电荷)⇒EQ\*jc0\*hps21\o(\s\up9(金属球),相接触)⇒EQ\*jc0\*hps21\o(\s\up9(先中和),再平分)⇒EQ\*jc0\*hps21\o(\s\up9(|q1－q2|),2)6.两种应用方式图示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。如图甲所示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，如图乙所示一、单选题1．如图所示，两个不带电的导体A和B，用一对绝缘柱支撑使它们彼此接触。把一带正电荷的物体C置于A附近，贴在A、B下部的金属箔都张开（）A．此时A带正电，B带负电B．此时A带正电，B带正电C．移去C，贴在A、B下部的金属箔都闭合D．先把A和B分开，然后移去C，贴在A、B下部的金属箔都闭合【答案】C【解析】AB．带正电的物体C靠近A附近时，根据异种电荷相互吸引，AB中的自由电子一部分移动到A的左端，故A带上负电，B带上正电，AB错误；C．移去C后，由于电荷间相互作用，重新中和，达电中性状态，两金属箔均闭合，C正确；D．先把AB分开，则A带负电，B带正电，移去C后，电荷不能再进行中和，故两金属箔仍然张开，D错误。故选C。2．M和N是两个不带电的物体，它们互相摩擦后，M带1.6×10－10C的正电，下列判断正确的有（）A．在摩擦前M和N的内部没有任何电荷B．摩擦的过程中正电荷从M转移到NC．N在摩擦后一定带负电1.6×10－10CD．M在摩擦过程中失去1.6×10－10个电子【答案】C【解析】A．摩擦起电的本质是电子的转移，说明在摩擦前M、N内部都有电荷，A错误；B．互相摩擦后M带1.6×10-10C正电荷，故应该是M上1.6×10-10C的电子转移到N上，B错误；C．N原来是电中性，摩擦后M上1.6×10-10C的电子转移到N上，故N在摩擦后一定带1.6×10-10C的负电荷，C正确；D．M在摩擦过程中失去的电子数为n＝SKIPIF1<0＝109个D错误。故选C。3．如图所示，A、B为相互接触的用绝缘支柱支持的金属导体，起初它们不带电，在它们的下部贴有金属箔片，C是带正电的小球，下列说法正确的是（）A．把C移近导体A时，A、B上的金属箔片都闭合B．把C移近导体A，先把A、B分开，然后移去C，A、B上的金属箔片仍张开C．把C移近导体A，再把C移走，然后把A、B分开，A、B上的金属箔片仍张开D．先把A、B分开，再把C移走，然后重新让A、B接触，A上的金属箔片张开，而B上的金属箔片闭合【答案】B【解析】A．感应带电是使导体带电的一种方法，根据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引可知，远离带电体的一端会带同种电荷，靠近带电体的一端会带异种电荷。C靠近金属导体A时，由于静电感应，在导体A的左端会出现负电荷，导体B的右端要感应出正电荷，所以A、B下方的箔片都张开，故A错误；B．把带正电荷的C移近导体A后，把A和B分开，A带负电，B带正电，移去C后，A、B上的金属箔还是张开的，故B正确；C．先把C移走，A、B上的电荷会中和，A、B两端都不带电，若再把A、B分开，A、B上的金属箔片不会张开，故C错误；D．先把A、B分开，再把C移走，然后重新让A、B接触，A与B上的电荷重新中和，A、B上的金属箔片均闭合，故D错误。故选B。4．关于电荷守恒定律，下列叙述不正确的是（）A．一个物体所带的电荷量总是守恒的B．在与外界没有电荷交换的情况下，一个系统所带的电荷量总是守恒的C．在一定的条件下，一个系统内的等量的正、负电荷即使同时消失，也并不违背电荷守恒定律D．电荷守恒定律并不意味着带电系统一定和外界没有电荷交换【答案】A【解析】A．根据电荷守恒定律，单个物体所带的电荷量是可以改变的，A错误；B．在与外界没有电荷交换的情况下，一个系统所带的电荷量总是守恒的，B正确；C．一个系统内的等量的正、负电荷同时消失，并不违背电荷守恒定律，C正确；D．电荷守恒定律并不意味着带电系统一定和外界没有电荷交换，D正确。本题选不正确项，故选A。5．用毛皮摩擦过的橡胶棒，靠近不带电验电器的金属小球a，然后用手指瞬间接触一下金属杆后拿开橡胶棒，这时验电器小球a和金箔b的带电情况是（）A．a带正电，b带负电B．a带负电，b带正电C．a、b均带正电D．a、b均不带电【答案】C【解析】毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，靠近验电器金属小球a，发生静电感应，用手指接触金属杆的瞬间，电子从金属杆转移到手指上，故拿开橡胶棒后，小球a和金箔b都带正电，故C正确，ABD错误。故选C。6．古希腊贵族妇女外出时都喜欢穿柔软的丝绸衣服，戴琥珀做的首饰。人们发现，不管将琥珀首饰擦得多干净，它很快就会吸上一层灰尘，这主要是因为（）A．琥珀是一种树脂化石，树脂具有粘性，容易吸附灰尘B．室外的灰尘比较多，在琥珀上积聚的速度比较快C．经丝绸摩擦后的琥珀带电，能吸引灰尘D．琥珀本身带电，能吸引灰尘【答案】C【解析】琥珀本身不带电，琥珀首饰经丝绸摩擦后，便带有了电荷，由于带电体能够吸引轻小物体，所以带电的琥珀会将轻小的灰尘吸附在它上面，导致琥珀比较容易脏，故C正确，ABD错误。故选C。7．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，你认为正确的是（）A．小球上原有的负电荷逐渐消失了B．在此现象中，正电荷从金属球转移到金属箔中，中和了负电荷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，不再遵循电荷守恒定律【答案】C【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正确，ABD错误。故选C。8．不带电的金属导体A与带正电的金属导体B接触之后也带正电，原因是（）A．B有部分正电荷转移到A上B．A有部分正电荷转移到B上C．A有部分电子转移到B上D．B有部分电子转移到A上【答案】C【解析】原来金属导体A不带电，对外显电中性，当金属导体A与带正电的金属导体B接触时，带正电的金属导体B夺得电子的本领大于不带电的金属导体A，带正电的的金属导体B夺得电子，故金属导体A失去电子带正电。故选C。二、多选题9．用金属箔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0.5cm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，下列说法正确的是（）A．摩擦使笔套带电B．笔套靠近圆环时，圆环上、下部感应出异号电荷C．笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷立刻被全部中和D．圆环被吸引到笔套的过程中，圆环上部的感应电荷数量不断增加【答案】ABD【解析】A．笔套与头发摩擦后，由于摩擦使笔套带电，故A正确；B．带电的笔套靠近圆环时，圆环上端感应出与笔套所带电荷异号的电荷，下端感应电荷与笔套所带电荷同号，故B正确；C．圆环为不带电物体，笔套为带电物体，笔套碰到圆环后，笔套和圆环将带同种电荷，故C错误；D．圆环和笔套距离越近，感应效果越明显，感应电荷越多，故D正确。故选ABD。10．科学家在研究原子、原子核及基本粒子时，为了方便，常常用元电荷作为电荷量的单位，关于元电荷，下列论述正确的是（）A．把质子或电子叫元电荷B．元电荷是一个电子所带电荷量的大小，没有正负之分C．电子带有最小的负电荷，其电荷量的绝对值叫元电荷D．物体所带的电荷量叫作元电荷【答案】BC【解析】A．质子或电子是带电粒子，所带的电荷量的绝对值叫元电荷。A错误；BC．电荷的多少叫电荷量，所以元电荷是一个电子所带电荷量的大小，没有正负之分。电子所带的电荷量是最小的电荷量，所以电子带有最小的负电荷，其电荷量的绝对值叫元电荷。BC正确。D．物体所带的电荷量是元电荷的整数倍。D错误。故选BC。11．取一对用绝缘柱支持的导体A和B，使它们彼此接触。起初它们不带电，贴在下部的两片金属箔是闭合的，如图所示。手握绝缘棒，把带正电荷的带电体C移近导体A。下列对实验现象的描述正确的是（）A．带电体C移近导体A时，两边的金属箔都张开B．保持C不动，先把导体A和B分开，然后移开C，张开的金属箔都合拢C