物理選修31人教全程導學筆記第一章靜電場1電荷及其守恒定律

1電荷及其守恒定律知識內容電荷及其守恒定律考試要求必考加試bc課時要求1.知道自然界中的兩種電荷及其相互作用.2.了解使物體帶電的三種方式.3.理解電荷守恒定律，能運用電荷守恒定律分析摩擦起電和感應起電現象.4.知道電荷量概念及其單位，知道元電荷的值.一、電荷及起電方式1．兩種電荷(1)電荷的分類：正電荷和負電荷．用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，用毛皮摩擦過的硬橡膠棒帶負電．(2)電荷間的相互作用：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引．2．摩擦起電：當兩個物體互相摩擦時，一些束縛得不緊的電子往往從一個物體轉移到另一個物體，于是原來呈電中性的物體由于得到電子而帶負電，失去電子的物體則帶正電．3．感應起電：當一個帶電體靠近導體時，由于電荷間相互吸引或排斥，導體中的自由電荷便會趨向或遠離帶電體，使導體靠近帶電體的一端帶異號電荷，遠離帶電體的一端帶同號電荷，這種現象叫做靜電感應．利用靜電感應使金屬導體帶電的過程叫做感應起電．二、電荷守恒定律和元電荷1．電荷守恒定律：電荷既不會創(chuàng)生，也不會消滅，它只能從一個物體轉移到另一個物體，或者從物體的一部分轉移到另一部分；在轉移過程中，電荷的總量保持不變．2．電荷守恒定律另一表述是：一個與外界沒有電荷交換的系統，電荷的代數和保持不變．3．元電荷：最小的電荷量叫做元電荷，用e表示．所有帶電體的電荷量或者等于e，或者是e的整數倍．元電荷e的數值最早是由美國物理學家密立根測得的，在我們的計算中，可取e＝1.60×10－19C.[即學即用]1．判斷下列說法的正誤．(1)用絲綢摩擦玻璃棒，玻璃棒帶正電，證明正電荷從絲綢轉移到玻璃棒上．(×)(2)摩擦起電的過程是電子從一個物體轉移到另一個物體的過程．(√)(3)原來不帶電的絲綢和玻璃棒相互摩擦后分別帶上了異種電荷，說明通過摩擦可以創(chuàng)造電荷．(×)(4)電子的電荷量e的數值最早是由庫侖通過實驗測出的．(×)(5)元電荷就是質子或電子．(×)(6)所有帶電體的電荷量一定等于元電荷的整數倍．(√)2．帶正電的物體C靠近不帶電的枕形導體AB，如圖1所示，A端將帶___電，B端帶___電．圖1答案負正一、對三種起電方式的理解[導學探究](1)用絲綢摩擦玻璃棒，玻璃棒帶何種電荷？用毛皮摩擦橡膠棒，橡膠棒帶何種電荷？使玻璃棒和橡膠棒帶電的原因是什么？(2)如圖2所示，取一對用絕緣柱支撐的導體A和B，使它們彼此接觸．起初它們不帶電，貼在下部的金屬箔片是閉合的．圖2①把帶正電荷的物體C移近導體A，金屬箔片有什么變化？②這時把A和B分開，然后移去C，金屬箔片又有什么變化？③再讓A和B接觸，又會看到什么現象？(3)帶正電的導體A與不帶電的導體B接觸，使導體B帶上了什么電荷？在這個過程中電荷是如何轉移的？答案(1)玻璃棒帶正電，橡膠棒帶負電．絲綢摩擦玻璃棒時，玻璃棒上的電子向絲綢轉移，玻璃棒失去電子帶正電，絲綢得到電子帶負電；毛皮摩擦橡膠棒時，毛皮上的電子向橡膠棒轉移，橡膠棒得到電子帶負電，毛皮失去電子帶正電．(2)①C移近導體A，兩側金屬箔片都張開；②金屬箔片仍張開，但張角變??；③A、B接觸，金屬箔片都閉合．(3)正電荷，在這個過程中，有電子從導體B轉移到導體A，導體B中電子數量減少，因此帶正電．[知識深化]三種起電方式的比較摩擦起電感應起電接觸起電現象兩物體帶上等量異種電荷導體兩端出現等量異種電荷導體帶上與帶電體電性相同的電荷原因不同物質對電子的束縛能力不同．束縛能力強的得電子，帶負電；束縛能力弱的失電子，帶正電導體中的自由電荷在電荷間相互作用下發(fā)生轉移，使靠近帶電體一端所帶的電荷電性與帶電體相反；遠離帶電體一端與帶電體所帶電荷電性相同在電荷間相互作用下，電子從一個物體轉移到另一個物體上實質電荷在物體之間或物體內部的轉移特別提醒：無論哪種起電方式，發(fā)生轉移的都是電子，正電荷不會發(fā)生轉移．例1(2018·溫州市“十五校聯合體”高二期中)A、B兩物體均不帶電，相互摩擦后A帶負電荷，電荷量大小為Q，則B的帶電情況是()A．帶正電荷，電荷量大于QB．帶正電荷，電荷量等于QC．帶負電荷，電荷量大于QD．帶負電荷，電荷量等于Q答案B例2如圖3所示，放在絕緣支架上帶正電的導體球A，靠近放在絕緣支架上不帶電的導體B，導體B用導線經開關接地，現把S先合上再斷開，再移走A，則導體B()圖3A．不帶電 B．帶正電C．帶負電 D．不能確定答案C解析根據靜電感應現象和電荷間的相互作用，可判斷導體B帶負電，故選C.感應起電的判斷方法1．當帶電體靠近導體時，導體靠近帶電體的一端帶異種電荷，遠離帶電體的一端帶同種電荷，如圖4甲所示．2．導體接地時，該導體與地球可視為一個導體，而且該導體可視為近端導體，帶異種電荷，地球就成為遠端導體，帶同種電荷，如圖乙、丙所示．圖4二、電荷守恒定律元電荷[導學探究](1)在摩擦起電過程中，一個物體帶上了正電荷，另一個物體帶上了負電荷，該過程是否創(chuàng)造了電荷？在一個封閉的系統中，電荷的總量會增多或減少嗎？(2)物體所帶的電荷量可以是任意的嗎？物體所帶的電荷量可以是4×10－19C嗎？(3)電子和質子就是元電荷嗎？答案(1)摩擦起電的過程并沒有創(chuàng)造電荷．一個封閉的系統中，電荷的總量保持不變．(2)物體所帶的電荷量不是任意的，它只能是1.60×10－19C的整數倍．由于4×10－19C是1.60×10－19C的2.5倍，所以物體所帶的電荷量不能是4×10－19C.(3)元電荷是最小的電荷量，不是物質；電子和質子是實實在在的粒子，不是元電荷．[知識深化]1．使物體帶電的實質不是創(chuàng)造了電荷，而是物體所帶的電荷發(fā)生了轉移，也就是物體間或物體內部電荷的重新分布．2．電荷的中和是指帶等量異號電荷的兩物體接觸時，經過電子的轉移，物體達到電中性的過程．3．導體接觸帶電時電荷量的分配與導體的材料、形狀、大小有關，當兩個完全相同的金屬球接觸后，電荷量將平均分配，即最后兩個球一定帶等量的同種電荷．4．元電荷(1)元電荷是最小的電荷量，而不是實物粒子，元電荷無正、負之分．(2)雖然質子、電子的電荷量等于元電荷，但不能說質子、電子是元電荷．(3)電子的比荷：電子的電荷量e與電子的質量me之比，叫做電子的比荷．例3完全相同的兩金屬小球A、B帶有相同大小的電荷量，相隔一定的距離，今讓第三個完全相同的不帶電金屬小球C，先后與A、B接觸后分開．(1)若A、B兩球帶同種電荷，求接觸后兩球的電荷量大小之比；(2)若A、B兩球帶異種電荷，求接觸后兩球的電荷量大小之比．答案(1)2∶3(2)2∶1解析(1)設A、B帶電荷量均為q，則A、C接觸后，A、C帶電荷量為qA＝qC＝eq\f(1,2)q.C與B接觸后，B、C所帶電荷量為qB＝qC′＝eq\f(q＋\f(1,2)q,2)＝eq\f(3,4)q.故A、B帶電荷量大小之比為eq\f(qA,qB)＝eq\f(\f(1,2)q,\f(3,4)q)＝eq\f(2,3).(2)設A帶正電，B帶負電，且所帶電荷量大小均為Q.則C與A接觸后，A、C帶電荷量為qA′＝qC″＝＋eq\f(1,2)Q.C與B接觸后，B、C帶電荷量為qB′＝qC＝eq\f(\f(1,2)Q－Q,2)＝－eq\f(1,4)Q，故A、B帶電荷量大小之比為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).兩金屬導體接觸后電荷量的分配規(guī)律1．當兩個導體材料、形狀不同時，接觸后再分開，只能使兩者均帶電(無法確定電荷量的多少)或均呈電中性．2．若使兩個完全相同的金屬球帶電荷量大小分別為q1、q2，則有(1)eq\x(若帶同種電荷)?eq\x(金屬球相接觸)?eq\x(總電荷量平分)?eq\x(電荷量大小q1′＝q2′＝\f(q1＋q2,2))(2)eq\x(若帶異種電荷)?eq\x(金屬球相接觸)?eq\x(先中和再平分)?eq\x(電荷量大小q1″＝q2″＝\f(|q1－q2|,2))三、驗電器的原理和使用驗電器的兩種應用方式及原理(1)帶電體接觸驗電器：當帶電的物體與驗電器上面的金屬球接觸時，有一部分電荷轉移到驗電器上，與金屬球相連的兩個金屬箔片帶上同種電荷，因相互排斥而張開．物體所帶電荷量越多，電荷轉移的越多，斥力越大，金屬箔片張開的角度也越大，如圖5甲．(2)帶電體靠近驗電器：當帶電體靠近驗電器的金屬球時，帶電體會使驗電器的金屬球感應出異種電荷，而金屬箔片上會感應出同種電荷(感應起電)，兩箔片在斥力作用下張開，如圖乙．圖5例4使帶電的金屬球靠近不帶電的驗電器，驗電器的金屬箔片張開，如圖表示驗電器上感應電荷的分布情況，正確的是()答案B解析把帶電金屬球移近不帶電的驗電器，會改變驗電器上的電荷分布；由于電荷間同性相斥、異性相吸，使得驗電器上靠近帶電金屬球的一端和其電性相反，而遠離帶電金屬球的一端和其電性相同，故選項B正確.1．(對三種起電方式的理解)關于摩擦起電和感應起電的理解，下列說法中正確的是()A．摩擦起電說明電荷能夠被創(chuàng)造B．摩擦起電現象說明通過摩擦可以使一個物體產生電荷、一個物體讓電荷消失C．感應起電說明電荷從帶電的物體轉移到原來不帶電的物體上去了D．感應起電說明電荷可以從導體的一個部分轉移到導體的另一個部分答案D2．(電荷間相互作用的規(guī)律)用絲綢摩擦兩根玻璃棒，手持一根玻璃棒，靠近被吊起的另一根玻璃棒時，現象如圖6甲箭頭所示遠離．而手持用毛皮摩擦過的橡膠棒，靠近被吊起的用絲綢摩擦過的玻璃棒時，現象如圖乙箭頭所示靠近．那么()圖6A．圖甲中兩玻璃棒互相吸引B．圖乙中橡膠棒與玻璃棒互相排斥C．圖甲、乙中被吊起的玻璃棒帶異種電荷D．圖乙表明異種電荷互相吸引答案D3．(驗電器的原理)如圖7所示，用絲綢摩擦過的玻璃棒和驗電器的金屬球接觸，使驗電器的金屬箔片張開，關于這一現象，下列說法正確的是()圖7A．兩片金屬箔片上帶異種電荷B．兩片金屬箔片上均帶負電荷C．金屬箔片上有電子轉移到玻璃棒上D．將玻璃棒移走，則金屬箔片立即合在一起答案C解析自然界只存在兩種電荷，正電荷和負電荷．用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，若將其接觸驗電器的金屬球，此時兩個箔片上均帶正電荷；在此過程中，一部分電子會從驗電器向玻璃棒轉移；移走玻璃棒后，箔片仍帶電，不會立即合在一起，選項C正確．4．(電荷守恒定律的應用)原來甲、乙、丙三物體都不帶電，今使甲、乙兩物體相互摩擦后，乙物體再與丙物體接觸，最后，得知甲物體帶正電荷1.6×10－15C，丙物體帶電荷量的大小為8×10－16C．則對于最后乙、丙兩物體的帶電情況，下列說法中正確的是()A．乙物體一定帶有正電荷8×10－16CB．乙物體可能帶有負電荷2.4×10－15CC．丙物體一定帶有正電荷8×10－16CD．丙物體一定帶有負電荷8×10－16C答案D解析由于甲、乙、丙原來都不帶電，甲、乙相互摩擦導致甲失去電子而帶1.6×10－15C的正電荷；乙物體得到電子而帶1.6×10－15C的負電荷；乙物體與不帶電的丙物體相接觸，從而使一部分負電荷轉移到丙物體上，故可知乙、丙兩物體都帶負電荷，由電荷守恒可知乙最終所帶負電荷為1.6×10－15C－8×10－16C＝8×10－16C，故D正確．一、選擇題考點一電荷量與元電荷1．關于對元電荷的理解，下列說法正確的是()A．元電荷就是電子B．元電荷就是質子C．元電荷是表示跟電子所帶電荷量數值相等的電荷量D．元電荷是帶電荷量最小的帶電粒子答案C2．(多選)關于電荷量，以下說法正確的是()A．物體所帶的電荷量可以為任意值B．物體所帶的電荷量只能為某些值C．物體帶電荷量的最小值為1.6×10－9CD．若物體帶正電荷，電荷量為1.6×10－9C，這是因為物體失去了1.0×1010個電子答案BD解析物體所帶的電荷量不能為任意值，只能為元電荷的整數倍，故A錯誤，B正確；物體帶電荷量的最小值與電子的電荷量數值相等，為1.6×10－19C，故C錯誤；物體帶電荷量為1.6×10－9C，說明物體失去了eq\f(1.6×10－9,1.60×10－19)＝1.0×1010個電子，故D正確．考點二三種起電方式3．(2017·嘉興市高二期末考試)如圖1所示，摩擦過的琥珀能吸引羽毛，這種現象被稱為摩擦起電，下列說法正確的是()圖1A．琥珀帶電是因為摩擦創(chuàng)生了電荷B．琥珀帶電是因為摩擦而發(fā)生了電子轉移C．帶電的琥珀吸引了羽毛是因為萬有引力的作用D．帶電的琥珀吸引了羽毛是因為羽毛與琥珀帶異種電荷答案B解析琥珀帶電是因為摩擦時使電子發(fā)生了轉移，故A錯誤，B正確；帶電的琥珀吸引了羽毛是因為帶電體能吸引輕小物體，不是因為萬有引力作用，也不是因為二者帶異種電荷，故C、D錯誤．4．用塑料梳子梳頭時，塑料梳子和頭發(fā)都會帶電，這是因為()A．摩擦創(chuàng)造了電荷B．靜電感應創(chuàng)造了電荷C．電子在梳子和頭發(fā)之間發(fā)生了轉移D．質子在梳子和頭發(fā)之間發(fā)生了轉移答案C5．如圖2所示，在感應起電中，帶負電小球P靠近帶絕緣底座的導體MN時，M處將()圖2A．帶負電 B．帶正電C．不帶電 D．以上答案均有可能答案A解析這是感應起電，當帶負電小球靠近帶絕緣底座的導體時，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引，左端的負電荷受到排斥力運動到右側，所以N處帶正電，M處帶負電，故A正確．考點三驗電器及其原理6.如圖3所示，用起電機使金屬球A帶正電，靠近驗電器B，則()圖3A．驗電器的金屬箔片不張開，因為球A沒有和B接觸B．驗電器的金屬箔片張開，因為整個驗電器都帶上了正電C．驗電器的金屬箔片張開，因為整個驗電器都帶上了負電D．驗電器的金屬箔片張開，因為驗電器下部的兩金屬箔片都帶上了正電答案D解析帶正電的A球靠近驗電器B，根據電荷“同性斥，異性吸”的特點知，驗電器金屬桿下端箔片中的電子會被A球上的正電荷吸引到驗電器上端，則金屬桿下端的箔片就會因帶正電荷而相斥，使箔片張開，故選D.7.關于如圖4所示的驗電器，下列說法正確的是()圖4A．硬桿b應該用金屬材料制成B．a與c應該互相絕緣C．用毛皮摩擦過的橡膠棒靠近a時，兩金屬箔片帶等量異種電荷D．用毛皮摩擦過的橡膠棒接觸a后，c所帶電荷與橡膠棒所帶電荷的電性相反答案A解析根據驗電器的應用原理，當帶電體靠近或接觸a部分時，電荷在b上移動，使c中金屬箔片帶上同種電荷而相互排斥，所以b應是導體，故A正確，B錯誤；用與毛皮摩擦過而帶負電的橡膠棒靠近a時，會因為靜電感應現象讓a帶上正電荷，c部分兩金屬箔片感應出負電荷，故C錯誤；帶負電的橡膠棒與a接觸后，整個驗電器均帶負電，故D錯誤．考點四電荷守恒定律的應用8．導體A帶5Q的正電荷，另一個完全相同的導體B帶－Q的負電荷，將兩導體接觸一會后再分開，則導體B的帶電荷量為()A．－QB．QC．2QD．4Q答案C解析兩帶電體帶異種電荷，接觸后先將電荷量中和，故接觸后兩帶電體帶電荷量總和為：5Q－Q＝4Q，當兩帶電體分開后，將總電荷量平分，所以將兩導體接觸一會后再分開，導體B的帶電荷量為2Q，故C正確，A、B、D錯誤．9．(多選)A和B都是不帶電的物體，它們互相摩擦后A帶負電荷1.6×10－10C，下列判斷中正確的是()A．在摩擦前A和B的內部電荷量為零B．摩擦的過程中電子從A轉移到了BC．A在摩擦過程中一定得到了1×109個電子D．A在摩擦過程中一定失去了1.6×10－19C電子答案AC10．如圖5所示，左邊是一個原來不帶電的導體，右邊C是后來靠近的帶正電的導體球，若用絕緣工具沿圖示某條虛線將導體切開，導體分為A、B兩部分，這兩部分所帶電荷量的數值分別為QA、QB，則下列結論正確的是()圖5A．沿虛線d切開，A帶負電，B帶正電，且QA＞QBB．只有沿虛線b切開，才有A帶正電，B帶負電，且QA＝QBC．沿虛線a切開，A帶正電，B帶負電，且QA＜QBD．沿任意一條虛線切開，都有A帶正電，B帶負電，且QA＝QB答案D解析導體原來不帶電，在帶正電的導體球C靜電感應的作用下，導體中的自由電子向B部分轉移，使B部分帶了多余的電子而帶負電；A部分少了電子而帶正電．根據電荷守恒定律，A部分移走的電子數目和B部分多余的電子數目是相同的，因此無論從哪一條虛線切