物理選修31人教全程導(dǎo)學(xué)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(shí)內(nèi)容電荷及其守恒定律考試要求必考加試bc課時(shí)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(yùn)用電荷守恒定律分析摩擦起電和感應(yīng)起電現(xiàn)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(fù)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(fù)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(dāng)兩個(gè)物體互相摩擦?xí)r，一些束縛得不緊的電子往往從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，于是原來呈電中性的物體由于得到電子而帶負(fù)電，失去電子的物體則帶正電．3．感應(yīng)起電：當(dāng)一個(gè)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)，由于電荷間相互吸引或排斥，導(dǎo)體中的自由電荷便會(huì)趨向或遠(yuǎn)離帶電體，使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異號(hào)電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端帶同號(hào)電荷，這種現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng)．利用靜電感應(yīng)使金屬導(dǎo)體帶電的過程叫做感應(yīng)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(huì)創(chuàng)生，也不會(huì)消滅，它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分；在轉(zhuǎn)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(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)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(shù)倍．元電荷e的數(shù)值最早是由美國物理學(xué)家密立根測得的，在我們的計(jì)算中，可取e＝1.60×10－19C.[即學(xué)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(zhuǎn)移到玻璃棒上．(×)(2)摩擦起電的過程是電子從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)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(shù)值最早是由庫侖通過實(shí)驗(yàn)測出的．(×)(5)元電荷就是質(zhì)子或電子．(×)(6)所有帶電體的電荷量一定等于元電荷的整數(shù)倍．(√)2．帶正電的物體C靠近不帶電的枕形導(dǎo)體AB，如圖1所示，A端將帶___電，B端帶___電．圖1答案負(fù)正一、對(duì)三種起電方式的理解[導(dǎo)學(xué)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(duì)用絕緣柱支撐的導(dǎo)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(dǎo)體A，金屬箔片有什么變化？②這時(shí)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(huì)看到什么現(xiàn)象？(3)帶正電的導(dǎo)體A與不帶電的導(dǎo)體B接觸，使導(dǎo)體B帶上了什么電荷？在這個(gè)過程中電荷是如何轉(zhuǎn)移的？答案(1)玻璃棒帶正電，橡膠棒帶負(fù)電．絲綢摩擦玻璃棒時(shí)，玻璃棒上的電子向絲綢轉(zhuǎn)移，玻璃棒失去電子帶正電，絲綢得到電子帶負(fù)電；毛皮摩擦橡膠棒時(shí)，毛皮上的電子向橡膠棒轉(zhuǎn)移，橡膠棒得到電子帶負(fù)電，毛皮失去電子帶正電．(2)①C移近導(dǎo)體A，兩側(cè)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(gè)過程中，有電子從導(dǎo)體B轉(zhuǎn)移到導(dǎo)體A，導(dǎo)體B中電子數(shù)量減少，因此帶正電．[知識(shí)深化]三種起電方式的比較摩擦起電感應(yīng)起電接觸起電現(xiàn)象兩物體帶上等量異種電荷導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷導(dǎo)體帶上與帶電體電性相同的電荷原因不同物質(zhì)對(duì)電子的束縛能力不同．束縛能力強(qiáng)的得電子，帶負(fù)電；束縛能力弱的失電子，帶正電導(dǎo)體中的自由電荷在電荷間相互作用下發(fā)生轉(zhuǎn)移，使靠近帶電體一端所帶的電荷電性與帶電體相反；遠(yuǎn)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(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上實(shí)質(zhì)電荷在物體之間或物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移特別提醒：無論哪種起電方式，發(fā)生轉(zhuǎn)移的都是電子，正電荷不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移．例1(2018·溫州市“十五校聯(lián)合體”高二期中)A、B兩物體均不帶電，相互摩擦后A帶負(fù)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(fù)電荷，電荷量大于QD．帶負(fù)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(dǎo)體球A，靠近放在絕緣支架上不帶電的導(dǎo)體B，導(dǎo)體B用導(dǎo)線經(jīng)開關(guān)接地，現(xiàn)把S先合上再斷開，再移走A，則導(dǎo)體B()圖3A．不帶電 B．帶正電C．帶負(fù)電 D．不能確定答案C解析根據(jù)靜電感應(yīng)現(xiàn)象和電荷間的相互作用，可判斷導(dǎo)體B帶負(fù)電，故選C.感應(yīng)起電的判斷方法1．當(dāng)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異種電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端帶同種電荷，如圖4甲所示．2．導(dǎo)體接地時(shí)，該導(dǎo)體與地球可視為一個(gè)導(dǎo)體，而且該導(dǎo)體可視為近端導(dǎo)體，帶異種電荷，地球就成為遠(yuǎn)端導(dǎo)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(dǎo)學(xué)探究](1)在摩擦起電過程中，一個(gè)物體帶上了正電荷，另一個(gè)物體帶上了負(fù)電荷，該過程是否創(chuàng)造了電荷？在一個(gè)封閉的系統(tǒng)中，電荷的總量會(huì)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(zhì)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(gè)封閉的系統(tǒng)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(shù)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(zhì)；電子和質(zhì)子是實(shí)實(shí)在在的粒子，不是元電荷．[知識(shí)深化]1．使物體帶電的實(shí)質(zhì)不是創(chuàng)造了電荷，而是物體所帶的電荷發(fā)生了轉(zhuǎn)移，也就是物體間或物體內(nèi)部電荷的重新分布．2．電荷的中和是指帶等量異號(hào)電荷的兩物體接觸時(shí)，經(jīng)過電子的轉(zhuǎn)移，物體達(dá)到電中性的過程．3．導(dǎo)體接觸帶電時(shí)電荷量的分配與導(dǎo)體的材料、形狀、大小有關(guān)，當(dāng)兩個(gè)完全相同的金屬球接觸后，電荷量將平均分配，即最后兩個(gè)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(shí)物粒子，元電荷無正、負(fù)之分．(2)雖然質(zhì)子、電子的電荷量等于元電荷，但不能說質(zhì)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(zhì)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(gè)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(shè)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(shè)A帶正電，B帶負(fù)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(dǎo)體接觸后電荷量的分配規(guī)律1．當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)體材料、形狀不同時(shí)，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(gè)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(yàn)電器的原理和使用驗(yàn)電器的兩種應(yīng)用方式及原理(1)帶電體接觸驗(yàn)電器：當(dāng)帶電的物體與驗(yàn)電器上面的金屬球接觸時(shí)，有一部分電荷轉(zhuǎn)移到驗(yàn)電器上，與金屬球相連的兩個(gè)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(zhuǎn)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(yàn)電器：當(dāng)帶電體靠近驗(yàn)電器的金屬球時(shí)，帶電體會(huì)使驗(yàn)電器的金屬球感應(yīng)出異種電荷，而金屬箔片上會(huì)感應(yīng)出同種電荷(感應(yīng)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(yàn)電器，驗(yàn)電器的金屬箔片張開，如圖表示驗(yàn)電器上感應(yīng)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(yàn)電器，會(huì)改變驗(yàn)電器上的電荷分布；由于電荷間同性相斥、異性相吸，使得驗(yàn)電器上靠近帶電金屬球的一端和其電性相反，而遠(yuǎn)離帶電金屬球的一端和其電性相同，故選項(xiàng)B正確.1．(對(duì)三種起電方式的理解)關(guān)于摩擦起電和感應(yīng)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(xiàn)象說明通過摩擦可以使一個(gè)物體產(chǎn)生電荷、一個(gè)物體讓電荷消失C．感應(yīng)起電說明電荷從帶電的物體轉(zhuǎn)移到原來不帶電的物體上去了D．感應(yīng)起電說明電荷可以從導(dǎo)體的一個(gè)部分轉(zhuǎn)移到導(dǎo)體的另一個(gè)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(shí)，現(xiàn)象如圖6甲箭頭所示遠(yuǎn)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(shí)，現(xiàn)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(yàn)電器的原理)如圖7所示，用絲綢摩擦過的玻璃棒和驗(yàn)電器的金屬球接觸，使驗(yàn)電器的金屬箔片張開，關(guān)于這一現(xiàn)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(fù)電荷C．金屬箔片上有電子轉(zhuǎn)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(fù)電荷．用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，若將其接觸驗(yàn)電器的金屬球，此時(shí)兩個(gè)箔片上均帶正電荷；在此過程中，一部分電子會(huì)從驗(yàn)電器向玻璃棒轉(zhuǎn)移；移走玻璃棒后，箔片仍帶電，不會(huì)立即合在一起，選項(xiàng)C正確．4．(電荷守恒定律的應(yīng)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(duì)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(fù)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(fù)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(dǎo)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(fù)電荷；乙物體與不帶電的丙物體相接觸，從而使一部分負(fù)電荷轉(zhuǎn)移到丙物體上，故可知乙、丙兩物體都帶負(fù)電荷，由電荷守恒可知乙最終所帶負(fù)電荷為1.6×10－15C－8×10－16C＝8×10－16C，故D正確．一、選擇題考點(diǎn)一電荷量與元電荷1．關(guān)于對(duì)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(zhì)子C．元電荷是表示跟電子所帶電荷量數(shù)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(guān)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?yàn)槲矬w失去了1.0×1010個(gè)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(shù)倍，故A錯(cuò)誤，B正確；物體帶電荷量的最小值與電子的電荷量數(shù)值相等，為1.6×10－19C，故C錯(cuò)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(gè)電子，故D正確．考點(diǎn)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(xiàn)象被稱為摩擦起電，下列說法正確的是()圖1A．琥珀帶電是因?yàn)槟Σ羷?chuàng)生了電荷B．琥珀帶電是因?yàn)槟Σ炼l(fā)生了電子轉(zhuǎn)移C．帶電的琥珀吸引了羽毛是因?yàn)槿f有引力的作用D．帶電的琥珀吸引了羽毛是因?yàn)橛鹈c琥珀帶異種電荷答案B解析琥珀帶電是因?yàn)槟Σ習(xí)r使電子發(fā)生了轉(zhuǎn)移，故A錯(cuò)誤，B正確；帶電的琥珀吸引了羽毛是因?yàn)閹щ婓w能吸引輕小物體，不是因?yàn)槿f有引力作用，也不是因?yàn)槎邘М惙N電荷，故C、D錯(cuò)誤．4．用塑料梳子梳頭時(shí)，塑料梳子和頭發(fā)都會(huì)帶電，這是因?yàn)?)A．摩擦創(chuàng)造了電荷B．靜電感應(yīng)創(chuàng)造了電荷C．電子在梳子和頭發(fā)之間發(fā)生了轉(zhuǎn)移D．質(zhì)子在梳子和頭發(fā)之間發(fā)生了轉(zhuǎn)移答案C5．如圖2所示，在感應(yīng)起電中，帶負(fù)電小球P靠近帶絕緣底座的導(dǎo)體MN時(shí)，M處將()圖2A．帶負(fù)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(yīng)起電，當(dāng)帶負(fù)電小球靠近帶絕緣底座的導(dǎo)體時(shí)，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引，左端的負(fù)電荷受到排斥力運(yùn)動(dòng)到右側(cè)，所以N處帶正電，M處帶負(fù)電，故A正確．考點(diǎn)三驗(yàn)電器及其原理6.如圖3所示，用起電機(jī)使金屬球A帶正電，靠近驗(yàn)電器B，則()圖3A．驗(yàn)電器的金屬箔片不張開，因?yàn)榍駻沒有和B接觸B．驗(yàn)電器的金屬箔片張開，因?yàn)檎麄€(gè)驗(yàn)電器都帶上了正電C．驗(yàn)電器的金屬箔片張開，因?yàn)檎麄€(gè)驗(yàn)電器都帶上了負(fù)電D．驗(yàn)電器的金屬箔片張開，因?yàn)轵?yàn)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(yàn)電器B，根據(jù)電荷“同性斥，異性吸”的特點(diǎn)知，驗(yàn)電器金屬桿下端箔片中的電子會(huì)被A球上的正電荷吸引到驗(yàn)電器上端，則金屬桿下端的箔片就會(huì)因帶正電荷而相斥，使箔片張開，故選D.7.關(guān)于如圖4所示的驗(yàn)電器，下列說法正確的是()圖4A．硬桿b應(yīng)該用金屬材料制成B．a(chǎn)與c應(yīng)該互相絕緣C．用毛皮摩擦過的橡膠棒靠近a時(shí)，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(jù)驗(yàn)電器的應(yīng)用原理，當(dāng)帶電體靠近或接觸a部分時(shí)，電荷在b上移動(dòng)，使c中金屬箔片帶上同種電荷而相互排斥，所以b應(yīng)是導(dǎo)體，故A正確，B錯(cuò)誤；用與毛皮摩擦過而帶負(fù)電的橡膠棒靠近a時(shí)，會(huì)因?yàn)殪o電感應(yīng)現(xiàn)象讓a帶上正電荷，c部分兩金屬箔片感應(yīng)出負(fù)電荷，故C錯(cuò)誤；帶負(fù)電的橡膠棒與a接觸后，整個(gè)驗(yàn)電器均帶負(fù)電，故D錯(cuò)誤．考點(diǎn)四電荷守恒定律的應(yīng)用8．導(dǎo)體A帶5Q的正電荷，另一個(gè)完全相同的導(dǎo)體B帶－Q的負(fù)電荷，將兩導(dǎo)體接觸一會(huì)后再分開，則導(dǎo)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(dāng)兩帶電體分開后，將總電荷量平分，所以將兩導(dǎo)體接觸一會(huì)后再分開，導(dǎo)體B的帶電荷量為2Q，故C正確，A、B、D錯(cuò)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(fù)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(nèi)部電荷量為零B．摩擦的過程中電子從A轉(zhuǎn)移到了BC．A在摩擦過程中一定得到了1×109個(gè)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(gè)原來不帶電的導(dǎo)體，右邊C是后來靠近的帶正電的導(dǎo)體球，若用絕緣工具沿圖示某條虛線將導(dǎo)體切開，導(dǎo)體分為A、B兩部分，這兩部分所帶電荷量的數(shù)值分別為QA、QB，則下列結(jié)論正確的是()圖5A．沿虛線d切開，A帶負(fù)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(fù)電，且QA＝QBC．沿虛線a切開，A帶正電，B帶負(fù)電，且QA＜QBD．沿任意一條虛線切開，都有A帶正電，B帶負(fù)電，且QA＝QB答案D解析導(dǎo)體原來不帶電，在帶正電的導(dǎo)體球C靜電感應(yīng)的作用下，導(dǎo)體中的自由電子向B部分轉(zhuǎn)移，使B部分帶了多余的電子而帶負(fù)電；A部分少了電子而帶正電．根據(jù)電荷守恒定律，A部分移走的電子數(shù)目和B部分多余的電子數(shù)目是相同的，因此無論從哪一條虛線切