第1节　电荷-物理人教版必修第三册

第1节电荷学习目标1.知道自然界中只存在两种电荷，且电荷间存在相互作用。2.了解摩擦起电和感应起电的方式，会从物质微观结构的角度认识物体带电的本质。3.理解电荷守恒定律，会运用电荷守恒定律解释生活中的静电现象。4.知道电荷量、元电荷、比荷的概念，知道电荷量不能连续变化。知识点一电荷静电感应刚梳过头发的塑料梳子可以吸引轻小的纸屑，在毛衣上摩擦过的气球能使细小的水流发生弯曲，为什么会出现上述现象？提示塑料梳子与头发摩擦，气球与毛衣摩擦均可带电，且带电体可以吸引轻小的物体。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，在国际单位制中，它的单位是库仑，简称库，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)起电原因：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.金属导电实质(1)自由电子：金属中原子的外层电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由运动，这种电子叫作自由电子。(2)正离子：失去自由电子的原子便成为带正电的离子。(3)实质：每个正离子都在自己的平衡位置附近振动而不移动，只有自由电子穿梭其中，使金属成为导体。6.静电感应(1)静电感应现象：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。(2)感应起电：利用静电感应使金属导体带电的过程。1.摩擦起电的理解(1)摩擦起电的本质是发生了电子的转移，相互摩擦的两个物体一定是同时带上等量异种电荷。(2)同一物体分别与不同种类的物体摩擦，该物体可以带上不同种类的电荷，因为不同物体的原子核对外层电子的束缚能力大小不同。2.感应起电的分析(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。说明：用手摸一下导体，再移开手指，相当于先把导体接地，然后再与大地断开。3.三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种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例1静电现象在自然界中普遍存在，我国早在西汉末年已有对静电现象的记载，《春秋纬·考异邮》中有“玳瑁吸”之说，但下列不属于静电现象的是()A.梳过头发的塑料梳子吸起纸屑B.带电小球移至不带电金属球附近，两者相互吸引C.小磁针吸引小铁屑D.从干燥的地毯上走过，手碰到金属把手时有被电击的感觉答案C解析梳过头发的塑料梳子因与头发摩擦带电，能吸引轻小物体(纸屑)，是静电现象；带电小球移至不带电金属球附近，使不带电金属球近端感应出与带电小球异种的电荷而相互吸引，是静电现象；小磁针吸引小铁屑，是磁现象，不是静电现象；从干燥的地毯上走过，人与地毯摩擦产生静电，手碰到金属把手时有被电击的感觉，是放电现象，两者都是静电现象。故选C。例2如图所示，一对带绝缘支柱的导体M、N彼此接触，且均不带电，贴在两端下部的两金属箔均是闭合的。当把带正电荷的物体P移近导体M时，下列说法正确的是()A.M下部的金属箔张开，N下部的金属箔闭合B.M下部的金属箔闭合，N下部的金属箔张开C.M左端感应出正电荷，N右端感应出负电荷D.若先用绝缘工具把M、N分开，再移去P，则M带负电荷，N带正电荷答案D解析一个带电的物体与不带电的导体相互靠近时，由于电荷间的相互作用，导体内部的电荷重新分布，异种电荷被吸引到导体靠近带电体的一端，而同种电荷被排斥到导体远离带电体的另一端，所以导体M的左端感应出负电荷，导体N的右端感应出正电荷，导体两端的金属箔都张开，A、B、C错误；若先用绝缘工具把M、N分开，再移去物体P，则M带负电，N带正电，D正确。训练1(多选)关于摩擦起电现象，下列说法正确的是()A.摩擦起电现象使本来没有电子和质子的物体中产生了电子和质子B.两种不同材料的不带电的绝缘体互相摩擦后，同时带上等量异种电荷C.摩擦起电，可能是因为摩擦导致质子从一个物体转移到了另一个物体而形成的D.丝绸摩擦玻璃棒时，电子从玻璃棒上转移到丝绸上，玻璃棒因质子数多于电子数而显正电答案BD解析摩擦起电的实质是由于两个物体的原子核对核外电子的束缚能力不相同，因而电子可以在物体间转移。若一个物体失去电子，其质子数就会比电子数多，我们说它带正电；若一个物体得到电子，其质子数就会比电子数少，我们说它带负电。摩擦起电既不是质子从一个物体转移到另一个物体，也不是使物体中产生电子和质子。故B、D正确。训练2如图所示，不带电导体B在靠近带正电荷的导体A后，P端及Q端分别感应出负电荷和正电荷，则以下说法正确的是()A.若用导线将Q端接地，然后断开，再取走A，则导体B将带负电B.若用导线将Q端接地，然后断开，再取走A，则导体B将带正电C.若用导线将Q端接地，然后断开，再取走A，则导体B将不带电D.若用导线将P端接地，然后断开，再取走A，则导体B将带正电答案A解析不带电的导体B在靠近带正电荷的导体A后，导体B上的自由电子会向P端运动，导体B的P端因有了多余的电子而带负电，Q端因缺少电子而带正电，若用导线将Q接地，Q端的正电荷都会被中和，因此断开导线，再取走A，导体B将带负电，故A正确，B、C、D错误。知识点二电荷守恒定律、元电荷(1)如图所示，在摩擦起电的过程中，电子由玻璃棒移向丝绸，玻璃棒带上正电荷，丝绸带上负电荷，该过程是否创造了电荷？在整个系统中，电荷的总量会增加或减少吗？(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？提示(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。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)电荷守恒定律更普遍的表述是：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，用e表示。e＝1.60×10－19C，最早由密立根测得。所有带电体的电荷量都是e的整数倍。(2)比荷：带电粒子的电荷量与其质量之比。【思考】(1)两个导体带有等量的异种电荷，当两导体相互接触时发生电中和，即对外不显电性，此过程是不是说明电荷消失了？(2)对“电荷的总量保持不变”中“电荷的总量”是怎么理解的？提示(1)电荷的中和并不是指电荷消失，而是指带等量异种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。(2)“电荷的总量”是指电荷的代数和。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。摩擦起电、感应起电和接触起电，均符合电荷守恒定律。2.“中性”与“中和”的理解(1)中性：物体内有电荷存在，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接触后达到电中性的过程。3.几个概念辨析例3(多选)甲、乙、丙三个物体最初均不带电，乙、丙是完全相同的导体，今使甲、乙两个物体相互摩擦后，乙物体再与丙物体接触后再分开，最后，得知甲物体所带电荷量为＋1.6×10－15C，则对于最后乙、丙两个物体的带电情况，下列说法中正确的是()A.乙物体一定带有电荷量为8×10－16C的负电荷B.乙物体可能带有电荷量为2.4×10－15C的负电荷C.丙物体一定带有电荷量为8×10－16C的正电荷D.丙物体一定带有电荷量为8×10－16C的负电荷答案AD解析甲、乙、丙三个物体原来都不带电，甲、乙两个物体相互摩擦导致甲物体失去电子而带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，由于乙、丙两物体完全相同，乙、丙两物体接触后再分开，乙、丙两物体分别带等量负电荷，由电荷守恒定律可知乙、丙两物体最终所带电荷量均为8×10－16C，A、D正确。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，其中一个带电，另一个不带电，接触后再分开，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金属球带电荷量大小分别为q1、q2，则有①eq\a\vs4\al(若带同,种电荷)eq\a\vs4\al(金属球,相接触)eq\a\vs4\al(总电荷,量平分)eq\a\vs4\al(即均带电,\f(q1＋q2,2))②eq\a\vs4\al(若带异,种电荷)eq\a\vs4\al(金属球,相接触)eq\a\vs4\al(先中和,再平分)eq\a\vs4\al(即均带电,\f(|q1－q2|,2))训练3(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实数B.物体所带的电荷量只能是某些特定值C.物体带电荷量可以为＋1.60×10－9CD.物体所带电荷量的最小值为1.60×10－19C答案BCD解析物体带电的原因是电子的得失，带正电是因为失去了电子，带负电是因为得到了电子。物体所带电荷量是不能连续变化的，只能是e＝1.60×10－19C的整数倍，故B、C、D正确。知识点三验电器1.验电器的结构及工作原理如图所示，验电器主要由导体棒、金属丝、金属箔片、玻璃瓶外壳等构成。其工作原理是当导体棒、金属丝及金属箔片带电时，根据同种电荷相互排斥，两金属箔片会在斥力作用下张开。2.验电器的常见用途及使用方法(1)常见用途①检验物体是否带电。②粗略检验物体带电荷量的多少。③检验物体所带电荷的电性(借助于一定的手段)。(2)常见的两种使用方法①带电体接触验电器：当带电体与验电器的金属球接触时，金属球带上电荷，与金属球相连的两金属箔片带上同种电荷，因相互排斥而张开。带电体所带电荷量越多，两金属箔片所带电荷量越多，受到的斥力越大，张开的角度也越大(如图甲)。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与带电体异种的电荷，两金属箔片上会感应出与带电体同种的电荷，两金属箔片在斥力的作用下张开(如图乙)。例4如图所示，用带正电的带电体A靠近(不接触)不带电的验电器的金属球，则()A.验电器的金属箔片张开，因为整个验电器都带上了正电荷B.验电器的金属箔片张开，因为整个验电器都带上了负电荷C.验电器的金属箔片张开，因为验电器的两金属箔片都带上了正电荷D.验电器的金属箔片不张开，因为带电体A没有和验电器的金属球接触答案C解析带正电的带电体A靠近不带电的验电器的金属球，因为异种电荷相互吸引，电子受到吸引移动到金属球上，所以金属球带负电荷，金属箔片失去电子带正电荷，由于同种电荷相互排斥，金属箔片张开，故C正确，A、B、D错误。训练4(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，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答案CD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遵循电荷守恒定律，故C、D正确。随堂对点自测1.(电荷量与元电荷)关于元电荷的理解，下列表述正确的是()A.元电荷就是电子或者质子B.物体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍C.元电荷的大小是1库仑D.只有电子和质子的带电荷量等于元电荷答案B解析最小电荷量叫作元电荷，常用符号e表示，任何带电体所带电荷量都是e的整数倍。我们在计算中常取元电荷的值为e＝1.60×10－19C，元电荷是基本电荷量，而不是电子或者质子，也不是只有电子和质子的带电荷量等于元电荷，故A、C、D错误，B正确。2.(摩擦起电)如图所示，将因摩擦而带电的塑料丝靠近带电的PVC管，塑料丝“躲开”状似章鱼，这种现象称为“静电章鱼”。由此现象可以判断()A.塑料丝和PVC管都带正电B.塑料丝和PVC管都带负电C.塑料丝和PVC管带同种电荷D.塑料丝和PVC管带异种电荷答案C解析塑料丝“躲开”PVC管，根据同种电荷相互排斥可知，塑料丝和PVC管带同种电荷；由于不知道塑料丝与哪一种物体摩擦而带电，所以不能判断塑料丝是带正电还是带负电，故C正确，A、B、D错误。3.(感应起电的分析)(多选)如图所示，把置于绝缘支架上的不带电的枕形导体放在带负电的导体C附近，导体的A端感应出正电荷，B端感应出负电荷。关于使导体带电的以下说法中正确的是()A.如果用手摸一下导体的B端，B端自由电子将经人体流入大地，手指离开，移去带电体C，导体带正电B.如果用手摸一下导体的A端，大地的自由电子将经人体流入导体与A端的正电荷中和，手指离开，移去带电体C，导体带负电C.如果用手摸一下导体的中间，由于中间无电荷，手指离开，移去带电体C，导体不带电D.无论用手摸一下导体的什么位置，导体上的自由电子都经人体流入大地，手指离开，移去带电体C，导体带正电答案AD解析无论用手摸一下导体的什么位置，都会使枕形导体通过人体与大地相连，由于静电感应，导体上的自由电子将经人体流入大地，使得导体带正电，手指离开，移去带电体C，导体带正电，故选项A、D正确。4.(验电器)(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，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一定带正电C.金属球A可能带负电D.金属球A一定带负电答案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，而同种电荷相互排斥，张开角度的大小取决于两金属箔带电荷量的多少。如果金属球A带负电，靠近验电器的金属球B时，异种电荷相互吸引，使金属箔上的正电荷“上移”，从而使两金属箔张角减小；如果金属球A不带电，在靠近金属球B时，发生静电感应现象，使金属球A靠近金属球B的一面出现负的感应电荷，由于吸引作用，使金属箔上的正电荷“上移”，从而使金属箔张角减小，选项A、C正确，B、D错误。对点题组练题组一电荷与元电荷三种起电方式1.(多选)下列说法正确的是()A.电子和质子都是元电荷B.一个带电体的带电荷量为元电荷的205.5倍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.A、B、C为三个塑料小球，A和B，B和C、C和A之间都是相互吸引的，如果A带正电，则()A.B、C两球都带负电B.B球带负电，C球带正电C.B、C两球中必有一个带负电，另一个不带电D.B、C两球均不带电答案C解析根据题意知A带正电，A与B，A与C都是相互吸引的，则B、C都不可能带正电；若均带负电，则B、C相互排斥，与已知条件B和C相互吸引不符，若均不带电，B、C之间无相互作用，所以只能一个带负电，一个不带电，C正确。3.用棉布分别与聚丙烯塑料板和聚乙烯塑料板摩擦，实验结果如图所示，由此对摩擦起电的说法正确的是()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，该物体所带电荷的种类一定不同答案C解析两物体摩擦时，得失电子取决于两物体的原子核对电子束缚能力的大小，与物体表面的粗糙程度无关，A错误；由于摩擦起电的实质是电子的得失，所以两物体摩擦后所带电荷的种类一定不同，所带电荷数量一定相等，同一物体与不同种类物体摩擦，该物体所带电荷种类可能不同，B、D错误，C正确。4.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下部的金属箔片都张开，则()A.此时A带正电，B带负电B.此时A、B都带正电C.移去C，贴在A、B下部的金属箔片都闭合D.先把A和B分开，然后移去C，贴在A、B下部的金属箔片都闭合答案C解析将一带正电荷的物体C置于A附近，由于静电感应，此时A带负电，B带正电，则A、B错误；移去C，A、B中正负电荷中和，则贴在A、B下部的金属箔片都闭合，C正确；先把A和B分开，然后移去C，此时A带负电，B带正电，贴在A、B下部的金属箔片都张开，则D错误。5.(多选)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，将笔套自上而下慢慢靠近圆环，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.圆环被吸引到笔套上的过程中，圆环处于超重状态D.笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷立刻被全部中和答案ABC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，故A正确；笔套靠近圆环时，由于静电感应，会使圆环上、下部感应出异号电荷，故B正确；圆环被吸引到笔套上的过程中，圆环所受向上的吸引力大于圆环所受的重力，加速度方向向上，处于超重状态，故C正确；笔套接触到圆环后，笔套上的部分电荷转移到圆环上，使圆环带上与笔套相同性质的电荷，故D错误。题组二电荷守恒定律6.(多选)M和N是两个都不带电的物体。它们互相摩擦后，M带正电荷2.72×10－9C，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.N在摩擦后一定带负电荷2.72×10－9CC.摩擦过程中电子从M转移到ND.M在摩擦过程中失去1.7×1010个电子答案BCD解析原来不带电的物体处于电中性，不是不带电荷，而是物体中正负电荷所带电荷总量相等，故A错误；根据电荷守恒定律可知，N在摩擦后一定带负电荷2.72×10－9C，故B正确；根据摩擦起电可知，M带正电荷，失去电子，摩擦过程中电子从M转移到N，故C正确；M在摩擦过程中失去的电子个数n＝eq\f(q,e)＝eq\f(2.72×10－9C,1.6×10－19C)＝1.7×1010(个)，故D正确。7.甲、乙两个原来不带电的物体相互摩擦，结果发现甲物体带了1.6C的正电荷。下列说法正确的是()A.乙物体也带了1.6C的正电荷B.甲物体失去了1019个电子C.乙物体失去了1019个电子D.甲、乙两物体共失去了2×1019个电子答案B解析甲物体带了1.6C的正电荷，由电荷守恒定律可知，乙物体带了1.6C的负电荷，故A错误；甲物体在摩擦过程中失去的电子数为n＝eq\f(1.6,1.6×10－19)个＝1019个，故B正确；乙物体得到了1019个电子，故C、D错误。题组三验电器8.如图所示，验电器带有很少量的负电荷，将一带正电荷的小球从远处逐渐靠近，但不接触验电器的金属球。下列说法正确的是()A.金属箔张开的角度先减小至零，后逐渐增大B.金属箔张开的角度不断增大C.金属箔一直带负电D.金属箔一直带正电答案A解析带正电荷的小球从远处逐渐靠近带有很少量负电荷的验电器的金属球，根据异种电荷相互吸引可知，金属箔所带负电荷先逐渐减少到零，然后再带上正电荷，且带电荷量逐渐增加，所以验电器金属箔张角先减小至零，后逐渐增大，故A正确。9.验电器可以用来检验物体是否带电和所带电性。如图所示，现将一带电物体靠近原来已带电的验电器的金属球，下列判断正确的是()A.验电器带正电时，若金属箔张角变小，可知物体带正电B.验电器带正电时，若金属箔张角变大，可知物体带负电C.验电器带负电时，若金属箔张角变大，可知物体带负电D.验电器带负电时，若金属箔张角变大，可知物体带正电答案C解析验电器上带正电荷后，验电器上的金属箔张开一定角度，如果用另一个带电体靠近验电器的金属球，金属箔张角变大，说明带电体带正电，吸引电子向金属球转移；如果金属箔张角变小，说明带电体带负电，排斥电子，电子向金属箔转移，选项A、B错误；验电器上带负电荷后，验电器上的金属箔张开一定角度，如果用另一个带电体靠近验电器的金属球，金属箔张角变大，说明带电体带负电，排斥电子向金属箔转移；如果金属箔张角变小，说明带电体带正电，吸引电子向金属球转移，选项C正确，D错误。综合提升练10.(多选)如图所示为科技馆里一个趣味体验项目的简化图，核心装置为一个金属球，在干燥的空气里，体验者双脚站在绝缘凳上，右手按在金属球上，并远离周围其他物体。一条特殊传送带(图中未画出)给金属球不断地输送电荷，过一段时间后，体验者的头发便会四处散开，甚至倒立，十分有趣，在此状态下，下列分析正确的是()A.若用左手也去摸金属球，会被电击B.若用左手与旁边的观众握手，会被电击C.若右手离开金属球，则头发会立刻恢复常态D.若右手离开金属球而且走下绝缘凳，头发会立刻恢复常态答案BD解析若用左手也去摸金属球，不会有电流产生，不会被电击，选项A错误；若用左手与旁边的观众握手，会发生放电现象而被电击，选项B正确；若右手离开金属球，电荷不会转移，则头发仍然四处散开，选项C错误；若右手离开金属球