2025年高中物理新教材同步 必修第三册 第9章　1　电荷

1电荷[学习目标]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单位。2.理解摩擦起电、感应起电和接触起电(重难点)。3.理解电荷守恒定律的内容(重点)。4.知道元电荷的概念，体会电荷量是不连续的。一、电荷1．自然界中有两种电荷：正电荷和负电荷。用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷，用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷。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．每个原子中质子的正电荷数量与电子的负电荷数量一样多，所以原子对外界表现为电中性。(1)电荷的正负是人为规定的。(√)(2)摩擦过的琥珀能够吸引羽毛，说明羽毛带了电。(×)二、物体的三种起电方式验电器1．摩擦起电(1)由于摩擦而使物体带电的方式叫作摩擦起电。(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。2．接触起电将一个带电体与另一个不带电的导体接触，就可以使不带电的物体带上与带电体电性相同的电荷，叫作接触起电。3．感应起电(1)如图所示，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。①手握绝缘棒把带正电荷的带电体C移近导体A，金属箔有什么变化？②这时手持绝缘棒把导体A和B分开，然后移开C，金属箔又有什么变化？③再让导体A和B接触，又会看到什么现象？答案①两侧金属箔都张开。②金属箔仍张开，但张角变小。③金属箔都闭合。(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。这种现象叫作静电感应。(如图)感应起电：利用静电感应使金属导体带电的过程，叫作感应起电。4．验电器(1)作用：检验物体是否带电。(2)原理：同种电荷相互排斥。(3)静电计：把金属箔片换成指针，并用金属制作外壳的验电器，如图所示。(1)原子是由带正电的质子、不带电的中子以及带负电的电子组成的。(√)(2)只有导体才会带电，绝缘体是不会带电的。(×)(3)导体和绝缘体都可以感应带电。(×)例1如图所示，是某物理老师做的“静电章鱼”实验。已知毛皮比塑料更容易失去电子，用两张相同的毛皮分别摩擦塑料丝和塑料管，然后把塑料丝往空中抛出，将塑料管放在下面，此时塑料丝散开静止在空中，形状像章鱼。下列分析正确的是()A．塑料管经毛皮摩擦后得到电子带负电B．毛皮经塑料丝摩擦后得到质子带正电C．塑料丝与塑料管带异种电荷D．塑料管和塑料丝所带的电荷量一定相等答案A解析因为毛皮比塑料更容易失去电子，所以用毛皮分别摩擦塑料丝和塑料管后，毛皮失去电子带正电，塑料丝和塑料管得到电子带负电，即塑料丝与塑料管带同种电荷，而原子中的质子不能自由移动，选项A正确，B、C错误；摩擦起电时，相互摩擦的两个物体所带的电荷量相等，由于塑料丝和塑料管是分别与两张相同的毛皮摩擦的，因此塑料丝和塑料管所带的电荷量不一定相等，选项D错误。例2(多选)如图所示，有一带正电的验电器，当一个金属球A靠近验电器上的金属球B时(未接触)，验电器中金属箔的张角减小，则()A．金属球A可能不带电B．金属球A一定带大量正电荷C．金属球A可能带大量负电荷D．金属球A一定带大量负电荷答案AC解析验电器的金属箔之所以张开，是因为它们都带有正电荷，张开角度的大小取决于两金属箔带电荷量的多少。如果A球带大量负电荷，靠近验电器的B球时，根据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引可知，B球上的自由电子将向金属箔移动，使得金属箔上所带正电荷减少，从而使两金属箔张角减小；如果A球不带电，在靠近B球时，发生静电感应现象，使A球靠近B球的一面出现负的感应电荷，而背向B球的一面出现正的感应电荷，A球上的负的感应电荷反过来使验电器上的负电荷向金属箔移动，效果与A球带负电相同，从而使金属箔张角减小，选项A、C正确，B、D错误。例3(2023·福建省福州第二十五中学高二月考)如图所示，在绝缘支架上的金属导体A和金属导体B按图中方式接触放置，原先A、B都不带电，且开关K1、K2均断开，现在将一个带正电的小球C放置在A左侧，以下判断正确的是()A．只闭合K1，则A左端不带电，B右端带负电B．只闭合K2，接着移走带电小球C，最后将A、B分开，A带负电C．K1、K2均闭合时，A、B两端均不带电D．K1、K2均闭合时，A左端带负电，B右端不带电答案D解析只闭合开关K1时，金属导体A的左端相当于近端，而大地相当于远端，由于静电感应作用，金属导体B右端带的正电荷会被从大地来的负电荷中和，所以金属导体B右端不再带有电荷，A左端带负电，A错误；当只闭合开关K2时，金属导体A的左端相当于近端，而大地相当于远端，由于静电感应作用，金属导体B的右端带的正电荷会被从大地来的负电荷中和，所以金属导体B的右端不再带有电荷，A左端带负电，接着移走带电小球C，A左端的负电荷会被中和，最终A、B两端都不带电，最后将A、B分开，则A和B均不带电，B错误；K1、K2均闭合时，金属导体A的左端相当于近端，而大地相当于远端，导体A左端会感应出异种电荷带负电，B右端的电荷通过接地线被大地来的负电荷中和，即B右端不带电，C错误，D正确。1.当带电体靠近金属导体时，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，如图甲所示。2．凡是遇到接地问题时，该金属导体与地球可视为一个更大导体，而且该导体可视为近端，与C带异种电荷，地球可视为远端，与C带同种电荷，如图乙、丙所示。3．如果用手触摸导体，再移开手指，相当于先将导体接地，后与大地断开。

三、电荷守恒定律元电荷三种起电方式的比较使物体带电的方法本质电荷的总量起电的共性本质摩擦起电电子从一个物体转移到另一个物体不变本质都是自由电荷发生转移，起电并不是创造了电荷，也没有电荷消失接触起电电子从一个物体转移到另一个物体不变感应起电电子从物体的一部分转移到另一部分不变1．电荷守恒定律(1)内容：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。2．元电荷(1)元电荷：最小的电荷量，即电子所带电荷量的大小。所有带电体所带电荷量只能是元电荷的整数倍。(2)元电荷的值e＝1.60×10－19_C,_由物理学家密立根测定。(3)比荷：带电粒子的电荷量与其质量之比叫作比荷。电子的比荷为：eq\f(e,me)＝1.76×1011C/kg。(1)所谓“电荷的中和”是正、负电荷一起消失了。(×)(2)电荷有正负之分，元电荷也有正负之分。(×)(3)物体所带的电荷量可能为6.0×10－18C。(×)(4)物体带电荷量为＋1.60×10－9C，这是因为失去了1.0×1010个电子。(√)例4两个相同的金属小球A、B，带电荷量分别为－8×10－7C和1.6×10－7C，两球接触后分开，A、B的带电荷量分别为多少？电子从A转移到B还是从B转移到A？转移的电子数目为多少？(e＝1.6×10－19C)答案见解析解析A、B带异种电荷，接触后电荷先中和再均分，故A、B的带电荷量相同，均为q＝eq\f(－8×10－7C＋1.6×10－7C,2)＝－3.2×10－7C电子从A转移到B，转移的数量为n＝eq\f(|－8×10－7－－3.2×10－7|C,1.6×10－19C)＝3×1012(个)。例5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)qC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)(2)设A带正电荷，B带负电荷，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)QC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\f(QA′,QB′)|＝eq\f(\f(1,2)Q,\f(1,4)Q)＝eq\f(2,1)。接触起电时电荷量的分配规律当两个完全相同的金属球接触后，电荷量将平均分配。(1)若两个完全相同的金属球最初带同种电荷，接触后电荷量相加后均分；(2)若两个完全相同的金属球最初带异种电荷，则接触后电荷先中和再均分。课时对点练[分值：60分]1～8题每题4分，共32分考点一电荷量与元电荷1．(多选)下列说法正确的是()A．电子和质子都是元电荷B．元电荷是一种特殊的电荷C．元电荷是最小的带电单位D．元电荷没有正、负之分答案CD解析元电荷是最小的带电单位，带电体的带电荷量均为元电荷的整数倍；元电荷不是带电粒子，没有正、负之分，故C、D正确。2．(2023·云南玉溪师范附属中学高二月考)带电微粒所带的电荷量不可能是下列值中的()A．2.4×10－19C B．－6.4×10－19CC．－1.6×10－18C D．4.0×10－17C答案A解析任何带电微粒所带的电荷量都是元电荷1.6×10－19C的整数倍，则不可能是2.4×10－19C，故选A。考点二三种起电方式验电器3．下列关于电现象的叙述正确的是()A．玻璃棒无论与什么物体摩擦都带正电，橡胶棒无论与什么物体摩擦都带负电B．摩擦可以起电，是普遍存在的现象，两个电中性物体相互摩擦后可以同时带等量同种电荷C．带电现象的本质是电子的转移，呈电中性的物体得到多余电子就一定显负电性，失去电子就一定显正电性D．电荷是可以被创生的，当一种电荷出现时，必然有等量异种的电荷出现答案C4．(2024·青海省海湖中学高二月考)如图所示，某次实验老师用丝绸摩擦过的玻璃棒(带正电)去吸引细碎的锡箔屑(不带电)，发现锡箔屑被吸引到玻璃棒上后又迅速向空中散开，下列说法正确的是()A．锡箔屑被吸引是因为获得电子而带负电B．散开的锡箔屑带负电C．锡箔屑散开主要是因为碰撞D．散开的锡箔屑带正电答案D解析根据带电物体能够吸引轻小物体的性质可知，A错误；锡箔屑与玻璃棒接触后带与玻璃棒相同的正电荷，同种电荷相互排斥，B、C错误，D正确。5.(多选)(2023·四川省芦山中学高二期中)如图，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上的金属箔片都张开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，先把C移走，再把A、B分开，A、B上的金属箔片仍张开D．把C移近导体A，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AB6．(2023·北京市顺义区高二月考)使用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()答案B解析当金属球带正电时，靠近带电金属球的验电器的金属球带异种电荷(负电荷)，而验电器的金属箔片带同种电荷(正电荷)，故A、C错误；当金属球带负电时，靠近带电金属球的验电器的金属球带异种电荷(正电荷)，而验电器的金属箔片带同种电荷(负电荷)，故B正确，D错误。考点三电荷守恒定律7．(2023·宁波市高二期中)一带负电的绝缘金属小球被放在潮湿的空气中，经过一段时间后，发现该小球上带有的负电荷几乎不存在了，这说明()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．该现象不遵循电荷守恒定律答案C解析根据电荷守恒定律知，电荷既不会消灭，也不会创生，只会发生转移，故A错误；金属小球上的负电荷减少是由于潮湿的空气将电子导走了，是电子的转移，仍然遵循电荷守恒定律，故B、D错误，C正确。8．导体A带6q的正电荷，另一完全相同的导体B带－4q的负电荷，将两导体接触一会儿后再分开，则导体B的带电荷量为()A．－qB．qC．2qD．4q答案B解析两个导体接触后先进行电荷中和，然后再重新分配电荷量，又因为两个导体完全一样，所以遵循平均分配原则，故最后两导体带上了相等的电荷量，Q＝eq\f(－4q＋6q,2)＝q，故选B。9～11题每题7分，共21分9.如图所示，A、B为相互接触且用绝缘支柱支持的金属导体，起初它们不带电，C是带正电小球，当其移近导体A后，分开A和B，之后移去C，最终A带上了－1×10－8C的电荷，e＝1.6×10－19C，下列关于电荷转移情况的说法正确的是()A．从A到B转移了6.25×1010个正电荷B．从A到B转移了1.25×1011个正电荷C．从B到A转移了6.25×1010个电子D．从B到A转移了1.25×1011个电子答案C解析由于A、B都是金属导体，可移动的电荷是自由电子，A带上负电荷是电子由B移动到A，其中转移的电子数为n＝eq\f(1×10－8,1.6×10－19)＝6.25×1010个，故选项C正确。10.(2023·杭州市高二期中)如图所示，小明同学在某次静电实验中，先让静电计带上正电，此时，静电计的指针张开一定的角度。然后，他让一个带负电的小球去靠近静电计。下列说法正确的是()A．静电计所带的正电荷减少，指针张角变小B．静电计所带的正电荷增加，指针张角变大C．静电计所带的正电荷不变，指针张角不变D．静电计所带的正电荷不变，指针张角变小答案D解析根据静电感应原理可知，带负电的小球去靠近静电计，由于电荷间的相互作用，电子将被排斥到静电计指针的位置，中和一部分原有的正电荷，指针张角变小。根据电荷守恒可知，静电计所带的正电荷不变。故选D。11．(多选)有A、B、C三个完全相同的金属球且三个球均对地绝缘，A带8.0×10－5C的正电荷，B、C不带电。现每次将两个球相互接触后分开，使它们都带电，则A、B、C所带的电荷量可能是下面哪组数据()A．5.0×10－5C,2.0×10－5C,1.0×10－5CB．4.0×10－5C