深入理解电荷守恒定律

精心整理高中物理深入理解电荷守恒定律编稿老师刘汝发 一校杨雪二校黄楠审核王红仙一、考点突破：知识点考纲要求题型说明属于基本的知识1. 知道物体带电的几种方式；点，高频考点是静深入理解电场的基本元素，2.理解静电感应现象；电荷守恒选择题对本知识点掌握的3.会利用电荷守恒定律解答有关静定律熟练与否直接影响电问题。电磁学内容的学习，故应熟练掌握。二、重难点提示：重点： 利用电荷守恒定律解答有关静电问题。难点：静电感应现象的理解。一、自然界中的两种电荷1.正电荷：用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷称为正电荷。2.负电荷：用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷称为负电荷。3.带电体的基本性质：吸引轻小物体。4.电荷间的相互作用规律：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。5.原子的核式结构及物体带电的微观解释：（1）构成物质的原子本身就是由带电微粒组成。原子：包括原子核（质子和中子）和核外电子。正电荷数等于负电荷数时物体对外表现为电中性；当正电荷数多于负电荷数时物体对外表现为带正电；当正电荷数少于负电荷数时物体对外表现为带负电。（2）不同物质的微观结构不同：金属中离原子核最远的电子往往会脱离原子核束缚而在金属中自由活动， 这种电子叫自由电子， 失去这种电子的原子便成为带正电的离子。二、三种起电方式（1）摩擦起电：相互摩擦的物体带等量异种电荷。摩擦起电的原因：不同物质的原子核束缚电子的能力不同。实质：相互作用的物体间电子的转移。（2）接触起电：不带电的物体跟带电的物体接触时，不带电的物体与带电的物体带同种电荷。例如：将一个带电的金属小球跟另一个完全相同的不带电的金属小球接触后分开， 它们平分了原来的电量而带上等量的同种电荷。接触带电的实质：电子在不同物体间的转移。电荷的分配原则：两个形状、大小相同的导体，接触后再分开，两者带同种电荷时，电荷量平均分配；两者带异种电荷时，异种电荷先中和后平分。（3）感应起电：利用静电感应使金属导体带电的过程，叫做感应起电。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号电荷，远离带电体的一端带同号电荷。精心整理实质：微观带电粒子在物体内部转移。结果：使导体靠近带电体的一端带异号电荷，远离的一端带同号电荷。三、电荷守恒定律内容：电荷既不能创造， 也不能消灭， 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；在任何转移过程中，电荷的总量保持不变。这个规律叫做电荷守恒定律。另一种表述：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是保持不变的。四、元电荷1.电荷量：电荷的多少叫作电荷量。符号：Q 或 q；单位：库仑（ C）正电荷的电量为正值，负电荷的电量为负值。2.元电荷与质子（或电子）电量相等的电荷，用 e 表示 .元电荷量 e 的值： e=1.6010-19C，所有带电体的电荷量或者等于 e，或者等于 e 的整数倍。就是说，电荷量是不能连续变化的物理量。3.比荷：电子的电荷量e 和电子的质量 m 的比值电子的比荷为： e1.76 1011 C/kgmC 是后来靠近的带正电的导体球，若例题 1 如图所示，左边是一个原来不带电的导体，右边用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开，将导体分为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（）A. 沿虚线 d 切开， A 带负电， B 带正电，且 QAQBB.只有沿虚线 b 切开，才会使 A 带正电， B 带负电，且 QAQB C.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，都会使A 带正电， B 带负电，而 QA、 QB 的值与所切的位置有关思路分析：左边导体原来不带电， 只是在 C 所带正电荷的作用下， 左边导体中的自由电子向B部分移动，使 B 部分多了电子而带负电， A 部分少了电子而带正电。根据电荷守恒定律可知，A部分转移的电子数目和 B 部分多出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，不过从不同位置切开时， QA、QB 的值是变化的，故只有 D 正确。答案： D例题 2 绝缘细线上端固定，下端悬挂一轻质小球 a，a 的表面镀有铝膜，在 a 的近旁有一绝缘金属球 b，开始时 a、b 都不带电，如图所示，现使 b 带电，则A.a、b 之间不发生相互作用B.b 将吸引 a，吸住后不放开C.b 立即把 a 排斥开D.b 先吸引 a，接触后又把 a 排斥开思路分析： 带电物体能够吸引轻小物体， a 与 b 接触后， a 球与 b 球带上了同种电荷，相互排斥而分开。故选 D答案： D例题 3 如图所示， A、B 为相互接触的用绝缘支柱支撑的金属导体，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 后，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 后，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 后，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 上的金属箔片闭合思路分析： 虽然 A、B 起初都不带电，但带正电的导体 C 对 A、B 内的电荷有力的作用，使 A、 B 中的自由电子向左移动，从而使 A 端积累了负电荷， B 端积累了正电荷，其下部贴有的金属箔片精心整理由于接触带电， 也分别带上了与A、B 相同的电荷。由于同种电荷相互排斥， 所以金属箔片都张开，A 正确。C 只要一直在 A、B 附近，先把 A、B 分开，A、B 将带等量异种的感应电荷，此时即使移走C，A、B 所带电荷量也不会变，故金属箔片仍张开，B 正确。把 C 移走后， A、B 上的感应电荷会马上中和，不再带电，所以金属箔片都不会张开，C 错。先把 A、 B 分开，再移走 C，A、B 仍然带电，但重新让 A、 B 接触后， A、B 上的感应电荷完全中和，金属箔片都不会张开， D 错。答案： AB【方法提炼】 静电感应现象中需要注意的几个问题1.近端和远端必带等量异种电荷；2.远端电性和引起感应起电的电荷电性相同，但电量不一定相同；3.感应起电的程序：两导体接触，靠近带电体，分开、移走带电体；4.能量转化：分开导体消耗的能量转化成电势能。满分训练：如图所示，将带电棒移近两个不带电的导体球， 两个导体球开始时互相接触且对地绝缘，下述几种方法中能使两球都带电的是 ()A. 先把两球分开，再移走棒B.先移走棒，再把两球分开C.先将棒接触一下其中的一个球，再把两球分开D.棒的带电荷量不变，两导体球不能带电思路分析： 靠近两不带电的小球后，由于静电感应，所以甲球带正电，乙球带负电，先把两小球分开后，在移走棒，过程中由于静电作用还存在，所以最后甲球仍带正电，乙球仍带负电， A 正确，但是如果先移走棒的话，静电作用消失，甲乙上的电荷重新中和，所以在分开两小球，此时都不带电， B 错误，先将棒接触一下其中的一球，则根据接触起电，甲乙都带上了负电荷，所以把两球分开后，仍带负电， C 正确，棒的带电荷量不变，两导体球不能带电 D 错误。答案： AC（答题时间： 30 分钟）1.A 、 B 两物体均不带电，相互摩擦后A 带负电荷，电荷量大小为Q，则 B 的带电情况是（A. 带正电荷，电荷量大于Q B.带正电荷，电荷量等于QC.带负电荷，电荷量大于Q D. 带负电荷，电荷量等于Q2.关于电现象，下列说法中正确的是（ABD ）B）A. 感应起电是利用静电感应，使电荷从物体的一部分转移到物体的另一部分的过程B.带电现象的本质是电子的转移，中性物体得到多余电子就一定带负电，失去电子就一定带正电C.摩擦起电是普遍存在的现象，相互摩擦的两个物体总是同时带等量同种电荷D.当一种电荷出现时， 必然有等量异种电荷出现， 当一种电荷消失时， 必然有等量异种电荷同时消失3.图示为科技馆里一个趣味体验项目的照片和简化图， 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，手（图中为右手）按在金属球上，并与周围其他物体保持远离。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 D 发便会四处散开，甚至倒立，十分有趣，如图所示，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.若将右手离开金属球，则头发会立刻恢复常态D.若将右手离开金属球而且走下绝缘凳，头发会立刻恢复常态4.两金属小球所带电荷量分别为+3Q 和-Q，使两小球接触后，它们）BA.+3QB.+2QC.+QD.-Q精心整理B5.把两个完全相同的金属球A 和两球原来的带电情况不可能是（B 接触一下，再分开一段距离，发现两球之间相互排斥，则A）A 、A. 带有等量异种电荷B.带有等量同种电荷C.带有不等量异种电荷D.一个带电，另一个不带电6.保护知识产权，抵制盗版是我们每个公民的责任与义务 .盗版书籍影响我们的学习效率， 甚至会给我们的学习带来隐患 .小华有一次不小心购买了盗版的物理参考书，做练习时，他发现有一个关键数字看不清，拿来问老师，如果你是老师，你认为可能是下列几个数字中的哪一个？（B）A. 6.410CB. 6.210CC.6.610CD. 6.810C7.如图所示，有一带正电荷的验电器，当一金属球A 靠近验电器的小球角减小，则金属球A （ AB ）A. 可能不带电B.可能带负电C.可能带正电D.一定带负电B 时，验电器金属箔张8.现有三个相同的绝缘金属球 A 、 B、C，其中 A 球带电荷量为 +8Q，B 球带电荷量为 -2Q，C 球不带电。（1）保持 A 和 B 的位置不变，而将 C 先与 A 接触，再与 B 接触，最后移走 C 球，则此时， A 与 B 之间的库仑力是原来的倍。（2）若将 C 球与 A 、B 球反复接触足够多次，最后移走 C 球，则此时 A 与 B 之间的库仑力为原来的倍。1.B 解析：物体相互摩擦后会带电，这就是摩擦起电，在摩擦起电过程中，得到电子的物体带负电，失去电子的物体带正电；摩擦起电过程中，电荷是守恒的，正负电荷的代数和保持不变。根据题干描述， A 、B 两物体均不带电，相互摩擦后 A 带负电荷，电荷量大小为 Q，根据电荷守恒定律得 B 的带电情况是带正电荷，电荷量等于 Q。故 ACD 错误， B 正确。2.ABD 解析：感应起电是利用静电感应，使电荷从物体的一部分转移到物体的另一部分的过程，选项 A 正确； B.带电现象的本质是电子的转移，中性物体得到多余电子就一定带负电，失去电子就一定带正电，选项 B 正确；摩擦起电是普遍存在的现象，相互摩擦的两个物体总是同时带等量异种电荷，选项 C 错误；当一种电荷出现时，必然有等量异种电荷出现，当一种电荷消失时，必然有等量异种电荷同时消失，选项 D 正确；故选 ABD 。3.BD解析：因为左右两手的电势相等，故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，因为与旁边的人有电势差，故会有电流产生，通过人体会被电击，选项 B 正确；若将右手离开金属球，电荷不会转移，则头发仍然直立，选项 C 错误；若将右手离开金属球而且走下绝缘凳， 则电荷将进入大地， 人体将不再带电，头发会立刻恢复常态，选项 D 正确；故选 BD 。4.B 解析：由电荷守恒定律知，两小球接触后总带电量为中和后剩余量，即为Q=+3Q-Q=+2Q，故选项 B 正确。5.A 解析：两个小球原来分别带等量同种电荷， 把两个完全相同的小球接触后仍带等量同种电荷，存在排斥力，故 B 可能。两个小球原来分别带不等量异种电荷，两小球接触后电荷先中和再平分，带上等量同种电荷，存在排斥力，故 C 可能。原来的其中一个带电，把两个完全相同的小球接触后电荷平分，带上等量同种电荷，存在排斥力，故D 可能。两个小球原来分别带等量异种电荷，接触后电荷完全中和，两球均不带电，不存在排斥力，故A 不可能。6.A 解析：电子电荷量的大小是最小的，人们把最小电荷叫作元电荷，任何带电体所带电荷都是-19电量得数为整数倍的便是可能正确的数字，故BCD 错误， A 正确。精心整理7.AB 解析：验电器的金属箔张开的原因是带上了同种电荷，同种电荷互相排斥的结果，当验电器张角减小时说明金属箔带电量减小，由静电感应可知小球 A 不带电或带负电荷， AB 正确，故选 AB 。8.（1） 1 （2） 144解析：（1）由电荷守恒定律， C 先与 A 接触，将 A 的电荷量平分， 这时 QA8Q4Q ，QC2再与 B 接触，QC( 2Q)Q，这时由FQAQB 得出A与B之间的库仑力是原来的1 倍；QB2k24r（2）若将 C 球与 A 、 B 球反复接触足够多次，最后三个小球将电荷量平分，即QA QB QC8Q( 2Q)2Q，这时再由 A 与 B 之间的库仑力 Fk QA QB 得出是原来的 13r 24倍。同学们要理解多次接触后，电荷量平均分配的原理。