（浙江专用）2022-2023学年高中物理 第一章 静电场 1-1 电荷及其守恒定律学案 新人教版选修3-1

（浙江专用）2022-2023学年高中物理 第一章 静电场 1-1 电荷及其守恒定律学案 新人教版选修3-1研究学考明确要求知识内容电荷及其守恒定律考试要求学考b选考c基本要求1.知道电荷的种类和电荷相互作用的规律。2了解原子呈电中性的原因。3了解摩擦起电、感应起电等现象。知道摩擦起电和感应起电的本质是电子的转移。4理解电荷守恒定律。5知道电荷量概念及其单位，知道元电荷的值。发展要求1.了解摩擦起电和感应起电的异同。2能运用电荷守恒定律分析摩擦起电和感应起电现象。说明不要求识记电子的比荷。基 础 梳 理1. 两种电荷：用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。2摩擦起电：两个物体互相摩擦时，一些束缚得不紧的电子往往从一个物体转移到另一个物体，原来呈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。3感应起电 ：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号电荷，远离带电体的一端带同号电荷，这种现象叫做静电感应，利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电。4摩擦起电和感应起电的实质都是自由电子的转移。特别提醒“中性”和“中和”是两个完全不同的概念，“中性”是指原子或者物体所带的正电荷和负电荷在数量上相等，对外不显电性，表现为不带电的状态。可见，任何不带电的物体，实际上都带有等量的异种电荷。典 例 精 析【例1】 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两种不同材料的绝缘体相互摩擦后，可以带上不等量异号电荷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造成的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，物体带正电；若一个物体得到电子，其质子数就会比电子数少，物体带负电。答案D【例2】 如图1所示，不带电的枕形导体的A、B两端各贴有一对金箔。当枕形导体的A端靠近一带电导体C时，以下说法正确的是()图1AA端金箔张开，B端金箔闭合B用手触摸枕形导体后，A、B端金箔均闭合C用手触摸枕形导体后，将手和C都移走，两对金箔均张开D选项A中两对金箔分别带异号电荷，选项C中两对金箔带异号电荷解析根据静电感应现象，带正电的导体C放在枕形导体附近，在A端出现了负电荷，在B端出现了正电荷，这样的带电并不是导体中有新的电荷，只是电荷的重新分布，金箔上带电相斥而张开，选项A错误；用手触摸枕形导体后，B端不再是最远端，人是导体，人脚下的地球是最远端，这样B端不再有电荷，金箔闭合，但A端仍带负电荷，金箔仍张开，选项B错误；用手触摸枕形导体后，只有A端带负电，将手和C都移走，不再有静电感应，A端所带负电便会分布在整个枕形导体上，A、B端均带有负电，两对金箔张开，选项C正确；从以上分析看出，选项D错误。答案C使物体带电的三种方式的实质都是电子的转移(1)摩擦起电是由于不同物体束缚电子能力的不同，而使物体得或失电子，即电子从一个物体转移到另一个物体上。(2)感应起电是在电荷的相互作用下导体中的自由电荷从导体的一端转移到导体的另一端，使导体两端分别带上等量异种电荷。即 学 即 练1毛皮与橡胶棒摩擦后，毛皮带正电，橡胶棒带负电。这是因为()A空气中的正电荷转移到了毛皮上B空气中的负电荷转移到了橡胶棒上C毛皮上的电子转移到了橡胶棒上D橡胶棒上的电子转移到了毛皮上解析摩擦起电的本质是自由电子的转移，毛皮带正电，橡胶棒带负电，所以是毛皮失去电子，橡胶棒得到电子，选C。答案C基 础 梳 理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。这个结论叫做电荷守恒定律。2现在表述：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。典 例 精 析【例3】 原来甲、乙、丙三物体都不带电，今使甲、乙两物体相互摩擦后，乙物体再与丙物体接触，最后，得知甲物体带正电荷1.61015 C，丙物体带电荷量的大小为81016 C。则对于最后乙、丙两物体的带电情况，下列说法中正确的是()A乙物体一定带有负电荷1.61015 CB乙物体可能带有负电荷2.41015 CC丙物体一定带有正电荷81016 CD丙物体一定带有负电荷81016 C解析由于甲、乙、丙原来都不带电，甲、乙相互摩擦导致甲失去电子而带1.61015 C的正电荷，乙物体得到电子而带1.61015 C的负电荷；乙物体与不带电的丙物体相接触，从而使一部分负电荷转移到丙物体上，故可知乙、丙两物体都带负电荷，由电荷守恒可知乙最终所带负电荷1.61015 C81016 C81016 C，故D正确。答案D导体接触带电时电荷量的分配与导体的形状、大小有关，当两个完全相同的金属球接触后，电荷将平均分配，即最后两个球一定带等量的同种电荷。若两个球原先带同号电荷，电荷量相加后均分；若两个球原先带异号电荷，则电荷先中和再均分。即 学 即 练2半径相同的两金属小球A、B带有相同的电荷量，相隔一定的距离，今让第三个半径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，接触后两球的电荷量大小之比为多大？(2)若A、B两球带异种电荷，接触后两球的电荷量大小之比为多大？解析(1)设A、B带同种电荷带电荷量均为q，则A、C接触后，A、C带电量为qAqCq。C与B球接触后，B、C所带电量为qBqCq。故A、B带电荷量大小之比为。(2)设qAq，qBq。则C与A接触后，A、C带电量为qAqCq。C与B接触后，B、C带电量为qBqCq，故A、B带电荷量大小之比为。答案(1)23(2)21基 础 梳 理1电荷量：电荷的多少叫做电荷量，在国际单位制中它的单位是库仑，简称库。用符号C表示。2元电荷：质子、正电子所带的电荷量是科学实验发现的最小电荷量，这个最小的电荷量叫做元电荷。3元电荷的值：e1.601019_C。所有带电体的电荷量或者等于e，或者是e的整数倍。电荷量e的数值最早是由美国物理学家密立根通过实验测得的。4电子的比荷：电子的电荷量e与其质量之比，叫做电子的比荷。典 例 精 析【例4】 下列关于元电荷的说法中正确的是()A元电荷实质上是指电子和质子本身B一个带电体的带电荷量可以为205.5倍的元电荷C元电荷有正、负之分D元电荷e的值最早是由美国物理学家密立根通过实验测定的解析元电荷是指电子或质子所带电荷量的大小，但元电荷不是带电粒子，也没有电性之说，A、C项错误；元电荷是最小的带电单位，所有带电体的带电荷量一定等于元电荷的整数倍，B项错误；元电荷的电荷量e的值最早是由美国物理学家密立根通过实验测定的，D项正确。答案D(1)所有带电体的带电荷量或者等于e，或者是e的整数倍。(2)质子和电子所带电荷量与元电荷相等，但不能说电子和质子是元电荷。即 学 即 练3带电微粒所带的电荷量不可能是下列值中的()A2.41019 C B6.41019 CC1.61018 C D4.01017 C解析任何带电体所带的电荷量都只能是元电荷的整数倍，元电荷为e1.601019 C，选项A中电荷量为e，B中电荷量为4e，C中电荷量为10e，D中电荷量为250e。B、C、D选项中的电荷量数值均是元电荷的整数倍，所以只有选项A是不可能的。答案A1下列说法中正确的是()A元电荷是电子所带的电荷量B所有带电体的电荷量不一定等于元电荷的整数倍C物体所带电荷量可以是任意值D元电荷的值通常取e1.601019C解析所有带电体的电荷量或者等于e，或者是e的整数倍，这就是说，电荷量是不能连续变化的物理量。由以上分析可知选项D正确。答案D2如图2所示，将带正电的球C移近不带电的枕形金属导体时，枕形导体上电荷的移动情况是()图2A枕形导体中的正电荷向B端移动，负电荷不移动B枕形导体中电子向A端移动，正电荷不移动C枕形导体中的正、负电荷同时分别向B端和A端移动D枕形导体中的正、负电荷同时分别向A端和B端移动解析导体中自由电子可以自由移动，带正电荷的是原子核，不能移动，故选项B正确。答案B3(2018温州教学质量检测)如图3所示，图3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，贴下部的金属箔是闭合的。现在把带正电荷的物体C移近导体A，下列说法正确的是()AA的左端感应出正电荷，B的右端感应出负电荷BA上的金属箔张开，B上的金属箔保持闭合C把A和B分开，然后移去C，A、B上的金属箔仍保持张开D先移去C，再把A和B分开，A、B上的金属箔仍保持张开解析由于物体C带正电，根据静电感应规律，A的左端感应出负电荷，B的右端感应出正电荷，选项A错误；根据同种电荷相互排斥知，A、B上的金属箔均张开，选项B错误；先把A、B分开，再移去C，A、B仍带电，A、B上的金属箔仍张开，选项C正确；若先移去C，此时A、B上的电荷中和，A、B均不带电，其上的金属箔均闭合，选项D错误。答案C4(2018河北保定检测)如图4所示，导体A带电荷量为5q的正电荷，另一完全相同的导体B带电荷量为q的负电荷，将两导体接触一会儿后再分开，则B导体带的电荷量为()图4Aq BqC2q D4q解析相同带电体接触后，电荷量先中和，后平分。故选项C正确。答案C5有两个完全相同的带电金属小球A、B，分别带有电荷量为QA 6.4109 C、QB 3.2109 C，让两个绝缘金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移，转移了多少个电子？解析在接触过程中，由于B球带负电，其上多余的电子转移到A球，中和A球上的一部分正电荷直至B球为中性不带电，同时，由于A球上有净正电荷，B球上的电子会继续转移到A球，直至两球带上等量的正电荷。在接触过程中，电子由球B转移到球A。接触后两小球各自的带电荷量QAQB C1.6109 C共转移的电子电荷量为QQBQB3.2109 C1.6109 C4.8109 C转移的电子数为n3.01010个答案电子由球B转移到球A3.01010个1关于电荷间的相互作用，下列说法正确的是()A同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引B不论是同种电荷还是异种电荷都相互排斥C同种电荷相互吸引，异种电荷相互排斥D不论是同种电荷还是异种电荷都相互吸引解析异种电荷相互吸引，同种电荷相互排斥，选A。答案A2M和N是两个原来都不带电的物体，它们互相摩擦后，M带正电荷。下列判断正确的是()A在摩擦前M和N的内部没有任何电荷B摩擦的过程中电子从M转移到NCM在摩擦过程中创造了正电荷DN在摩擦过程中失去电子解析物体内部既有正电荷又有负电荷，正负电荷数量相等，物体对外不显电性，故A错误；M、N摩擦时电子从M转移到N，故M带正电。在转移过程中，电荷的总量不变。选项B正确，C、D错误。答案B3如果天气干燥，晚上脱毛衣时，会听到“噼啪”的响声，还会看到电火花，产生这种现象的原因()A人身体上产生电流 B接触起电造成的C摩擦起电造成的 D感应起电造成的答案C4(2018江山实验中学3月质检)使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的金属箔片张开，如图所示表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是()解析把带电金属球移近不带电的验电器，若金属球带正电荷，则导体上的自由电子被吸引上来，这样验电器的上部带负电荷，箔片带正电荷；若金属球带负电荷，则导体上的自由电子被排斥到最远端，验电器的上部带正电荷，箔片带负电荷。故选项B正确。答案B5保护知识产权，抵制盗版是我们每个公民的责任与义务。盗版书籍不但影响我们的学习效率，甚至会给我们的学习带来隐患。某同学有一次购买了盗版的物理参考书，做练习时，发现有一个带电质点的电荷量数据看不清，只能看清是6._1018 C，拿去问老师。如果你是老师，你认为该带电质点的电荷量可能是下列哪一个()A6.21018 C B6.41018 CC6.61018 C D6.81018 C解析任何带电体的电荷量是元电荷的整数倍，即是1.61019C的整数倍，由计算可知，只有B选项是1.61019C的整数倍，故B正确。答案B6把两个完全相同的小球接触后分开，两球相互排斥，则两球原来的带电情况不可能是()A一个小球原来带电，另一个小球原来不带电B两个小球原来分别带等量异种电荷C两个小球原来分别带同种电荷D两个小球原来分别带不等量异种电荷解析两个完全相同的小球接触后互相排斥，说明原来两球所带电荷量的代数和不等于零。若原来两小球分别带有等量的异种电荷，则接触后将发生中和，两球均不带电，不会发生排斥作用，故选项B正确。答案B7. (2018浙江宁波市慈溪中学期中)如图1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，发现锡箔屑被吸引到玻璃棒上后又迅速的向空中散开，下列说法正确的是()图1A锡箔屑被吸引过程会因为获得电子而带负电B锡箔屑被吸引过程有减速过程C最后锡箔屑散开主要是因为碰撞导致D散开时锡箔屑带正电解析一个带正电的物体能够吸引另一个物体，另一个物体带负电或不带电，锡箔屑被吸引过程带正电，故A错误；锡箔屑被吸引过程是加速过程，故B错误；最后锡箔屑散开主要是因为锡箔屑带正电，同种电荷相互排斥，故C错误，D正确。答案D8挂在绝缘细线下的两个轻质小球，表面镀有金属薄膜，由于电荷的相互作用而靠近或远离，分别如图2甲、乙所示，则()图2A甲图中两球一定带异种电荷B乙图中两球一定带异种电荷C甲图中两球至少有一个带电D乙图中两球只有一个带电解析题目中的小球都是镀有金属薄膜的轻质小球，带电物体具有吸引轻小物体的性质，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，所以可以判断出题图甲的现象可以是两个带异种电荷的小球，也可以是一个小球带电而另一个小球不带电；两个小球由于相互排斥而出现题图乙中的现象，则必须都带电且是同种电荷。答案C9（多选）用棉布分别与丙烯塑料板和乙烯塑料板摩擦，实验结果如图3所示，由此对摩擦起电说法正确的是()图3A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的物体摩擦，该物体所带电荷种类可能不同解析两物体摩擦时是否得失电子取决于原子对电子的束缚力大小，A错误；由于摩擦起电的实质是电子的得失，所以两物体带电种类一定不同，数量相等，B错误，C正确；由题中例子不难看出，同一物体与不同种类的物体摩擦，带电种类可能不同，D正确。答案CD10. (2018杭州二中检测)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0.5 cm时圆环被吸引到笔套上，如图4所示，对上述现象的判断与分析，下列说法不正确的是()图4A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圆环被吸引到笔套的过程中，圆环所受静电力的合力大于圆环的重力D笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷立刻被全部中和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，选项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，选项B正确；圆环被吸引到笔套的过程中，是由于圆环所受静电力的合力大于圆环所受的重力，故选项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，使圆环带上相同性质的电荷，选项D错误。答案D11如图5所示，左边是一个原先不带电的导体，右边C是后来靠近的带正电的导体球，若用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开，分导体为A、B两部分，这两部分所带电荷量的数值分别为QA、QB，则下列结论正确的是()图5A沿虚线d切开，A带负电，B带正电，且QAQBB只有沿虚线b切开，才有A带正电，B带负电，且QAQBC沿虚线a切开，A带正电，B带负电，且QAQBD沿任意一条虚线切开，都有A带正电，B带负电，而QA、QB的值与所切的位置有关解析静电感应使得A带正电，B带负电。导体原来不带电，只是在带正电的导体球C静电感应的作用下，导体中的自由电子向B部分转移，使B部分有了多余的电子而带负电，A部分少了电子而带正电。根据电荷守恒定律，A部分移走的电子数目和B部分多余的电子数目是相同的，因此无论从哪一条虚线切开，两部分的电荷量总是相等的，但由于电荷之间的作用力与距离有关，自由电子在不同位置所受C的作用力的强弱是不同的，这样导致电子在导体上的分布的不均匀，越靠近右端负电荷密度越大，越靠近左端正电荷密度越大，所以从不同位置切开时左右两部分所带电荷量的值QA、QB是不同的，故只有D正确。答案D12多少个电子的电荷量等于32.0 C？干燥的天气中，一个人脱了鞋在地毯上行走，身上聚集的电荷量为48.0 C。求共转移到此人身上多少个电子？(电子电荷量e1.61019C,1 C106 C)解析n1个2.01014个。人身上聚集的电子个数n2个3.01014个。答案2.01014个3.01014个。13如图6所示，通过调节控制电子枪产生的电子束，使其每秒有104个电子到达收集电子的金属瓶，经过一段时间，金属瓶上带有81012 C的电荷量，求：图6(1)金属瓶上收集到多少个电子？(2)实验的时间为多长？解析(1)金属瓶上收集的电子数目为：N5107(个)。(2)实验的时间：t5 000 s。答案(1)5107个(2)5 000 s