（京津琼鲁专用）2018-2019学年高中物理 第一章 静电场 第1节 电荷及其守恒定律学案 新人教版必修2.doc

1电荷及其守恒定律学科素养与目标要求物理观念：1.知道自然界中的两种电荷及三种起电方式.2.掌握电荷守恒定律及元电荷的概念.科学探究：了解验电器的构造、原理，并借助验电器感受摩擦起电、感应起电的过程.科学思维：从微观的角度认识物体带电的本质，知道三种带电的实质是相同的.一、电荷及起电方式1.两种电荷(1)电荷的分类：正电荷和负电荷.用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电.(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.2.摩擦起电：当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，于是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.二、电荷守恒定律和元电荷1.电荷守恒定律：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.电荷守恒定律另一表述是：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变.3.元电荷：最小的电荷量叫做元电荷，用e表示.所有带电体的电荷量或者等于e，或者是e的整数倍.元电荷e的数值最早是由美国物理学家密立根测得的，在我们的计算中，可取e1.601019C.1.判断下列说法的正误.(1)丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，是因为正电荷从丝绸转移到玻璃棒上.()(2)摩擦起电的过程是电子从一个物体转移到另一个物体的过程.()(3)原来不带电的丝绸和玻璃棒相互摩擦后分别带上了异种电荷，说明通过摩擦可以创造电荷.()(4)某一带电体的电荷量可以等于31019C.()2.带正电的物体C靠近不带电的枕形导体AB，如图1所示，A端将带电，B端带电.图1答案负正一、对三种起电方式的理解1.用丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒带何种电荷？用毛皮摩擦橡胶棒，橡胶棒带何种电荷？使玻璃棒和橡胶棒带电的原因是什么？答案玻璃棒带正电，橡胶棒带负电.丝绸摩擦玻璃棒时，玻璃棒上的电子向丝绸转移，玻璃棒失去电子带正电，丝绸得到电子带负电；毛皮摩擦橡胶棒时，毛皮上的电子向橡胶棒转移，橡胶棒得到电子带负电，毛皮失去电子带正电.2.如图2所示，取一对用绝缘柱支撑的导体A和B，使它们彼此接触.起初它们不带电，贴在下部的金属箔片是闭合的.图2(1)把带正电荷的物体C移近导体A，金属箔片有什么变化？(2)这时把A和B分开，然后移去C，金属箔片又有什么变化？(3)再让A和B接触，又会看到什么现象？答案(1)物体C移近导体A，两侧金属箔片都张开；(2)金属箔片仍张开，但张角变小；(3)A、B接触，金属箔片都闭合.3.带正电的物体A与不带电的物体B接触，使物体B带上了什么电荷？在这个过程中电荷是如何转移的？答案正电荷，在这个过程中，有电子从物体B转移到物体A，物体B因缺少电子而带正电.三种起电方式的比较摩擦起电感应起电接触起电现象两绝缘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电性相同的电荷原因不同物质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，带正电导体中的电子发生转移，使靠近带电体一端带异种电荷；远离带电体一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特别提醒无论哪种起电方式，发生转移的都是电子，正电荷不会发生转移.例1感应起电和摩擦起电都能使物体带电，关于这两种带电过程，下列说法正确的是()A.感应起电和摩擦起电都是电荷从物体的一部分转移到另一部分B.感应起电是电荷从一个物体转移到另一个物体C.感应起电和摩擦起电都是电荷从一个物体转移到另一个物体D.摩擦起电是电荷从一个物体转移到另一个物体答案D解析感应起电的实质是电荷从物体的一部分转移到另一部分，摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体，故A、B、C错误，D正确.例2如图3所示，放在绝缘支架上带正电的导体球A，靠近放在绝缘支架上不带电的导体B，导体B用导线经开关接地，现把S先合上再断开，再移走A，则导体B()图3A.不带电B.带正电C.带负电D.不能确定答案C解析根据静电感应现象和电荷间的相互作用，可判断导体B带负电，故选C.感应起电的判断方法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4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.图4二、电荷守恒定律元电荷1.在摩擦起电过程中，一个物体带上了正电荷，另一个物体带上了负电荷，该过程是否创造了电荷？在一个封闭的系统中，电荷的总量会增多或减少吗？答案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.物体所带的电荷量可以是任意的吗？物体所带的电荷量可以是41019C吗？答案物体所带的电荷量不是任意的，它只能是1.601019C的整数倍.由于41019C是1.601019C的2.5倍，所以物体所带的电荷量不能是41019C.3.电子和质子就是元电荷吗？答案元电荷是最小的电荷量，不是物质；电子和质子是实物粒子，不是元电荷.1.使物体带电的实质不是创造了电荷，而是物体所带的电荷发生了转移，也就是物体间或物体内部电荷的重新分布.2.电荷的中和是指带等量异号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.3.导体接触带电时电荷量的分配与导体的材料、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.4.元电荷(1)元电荷是最小的电荷量，而不是实物粒子，元电荷无正、负之分.(2)虽然质子、电子的电荷量等于元电荷，但不能说质子、电子是元电荷.(3)电子的比荷：电子的电荷量e与电子的质量me之比，叫做电子的比荷.例3完全相同的两个金属小球A、B带有相同大小的电荷量，相隔一定的距离，今让第三个完全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少？(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少？答案(1)23(2)21解析(1)设A、B带电荷量均为q，则A、C接触后，A、C带电荷量为qAqCq.C与B接触后，B、C所带电荷量为qBqCq.故A、B带电荷量大小之比为.(2)设A带正电，B带负电，且所带电荷量大小均为q.则C与A接触后，A、C带电荷量为qAqCq.C与B接触后，B、C带电荷量为qBqCq，故A、B带电荷量大小之比为.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、大小不同时，接触后再分开，只能使两者均带电，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(1)(2)例4放在绝缘支架上的两个完全相同的金属小球A、B分别带有电荷量QA6.4109C、QB3.2109C，让两个金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移？转移了多少？答案电子由B球转移到A球3.01010个解析两小球接触时，电荷量少的负电荷先被中和，剩余的正电荷再重新分配，由于两小球相同，剩余正电荷一定平分，即接触后两小球带电荷量QAQBC1.6109C在接触过程中，电子由B球转移到A球，自身的净电荷全部中和后，继续转移，使B球带QB的正电，这样共转移的电荷量为QQBQB1.6109C(3.2109C)4.8109C则转移的电子数n3.01010个.三、验电器的原理和使用验电器的两种应用方式及原理(1)带电体接触验电器：当带电的物体与验电器上面的金属球接触时，有一部分电荷转移到验电器上，与金属球相连的两个金属箔片带上同种电荷，因相互排斥而张开，如图5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异种电荷，而金属箔片上会感应出同种电荷(感应起电)，金属箔片在斥力作用下张开，如图乙.图5例5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，如图表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是()答案B解析把带电金属球靠近不带电的验电器，会改变验电器上的电荷分布；由于电荷间同性相斥、异性相吸，使得验电器上靠近带电金属球的一端和金属球电性相反，而远离带电金属球的一端和金属球电性相同，故选项B正确.1.(对摩擦起电的认识)(2018山东淄博市高一下期末)公元1世纪，东汉王充论衡乱龙中记录了“顿牟掇芥”.顿牟即琥珀(也有玳瑁的甲壳之说)，芥指芥菜子，统喻干草、纸等的微小屑末.这个词的意思就是经过摩擦的琥珀能吸引干草、纸等轻小的物体.下列关于这个现象的解释正确的是()A.经过摩擦的琥珀有了磁性B.经过摩擦的琥珀带了电C.琥珀与干草带异种电荷D.琥珀与干草带同种电荷答案B2.(电荷间相互作用的规律)用丝绸摩擦两根玻璃棒，手持一根玻璃棒，靠近另一根被吊起的玻璃棒时，现象如图6甲箭头所示远离.而手持用毛皮摩擦过的橡胶棒，靠近被吊起的用丝绸摩擦过的玻璃棒时，现象如图乙箭头所示靠近.那么()图6A.图甲中两玻璃棒互相吸引B.图乙中橡胶棒与玻璃棒互相排斥C.图甲、乙中的玻璃棒带异种电荷D.图乙表明异种电荷互相吸引答案D3.(验电器的原理)如图7所示，用丝绸摩擦过的玻璃棒和验电器的金属球接触，使验电器的金属箔片张开，关于这一现象，下列说法正确的是()图7A.两片金属箔片上带异种电荷B.两片金属箔片上均带负电荷C.金属箔片上有电子转移到玻璃棒上D.将玻璃棒移走，则金属箔片立即合在一起答案C解析自然界只存在两种电荷，正电荷和负电荷.用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，若将其接触验电器的金属球，此时两个箔片上均带正电荷；在此过程中，一部分电子会从验电器向玻璃棒转移；移走玻璃棒后，箔片仍带电，不会立即合在一起，选项C正确.4.(电荷守恒定律的应用)有三个完全相同的金属小球A、B、C，其中小球A带有2.0105C的正电荷，小球B、C不带电，现在让小球C先与球A接触后取走，再让小球B与球A接触后分开，最后让小球B与小球C接触后分开，最终三球的带电荷量分别为qAC，qBC，qCC.答案51067.51067.5106解析小球C先与球A接触后平分A的电荷，则qAqC1.0105C，再让小球B与球A接触后分开，则qAqB5106C；最后让小球B与小球C接触后分开，则qBqC7.5106C.一、选择题考点一电荷量与元电荷1.关于对元电荷的理解，下列说法正确的是()A.元电荷就是电子B.元电荷就是质子C.元电荷是表示跟电子所带电荷量数值相等的电荷量D.元电荷是带电荷量最小的带电粒子答案C2.(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值B.物体所带的电荷量只能为某些值C.物体带电荷量的最小值为1.6109CD.若物体带正电荷，电荷量为1.6109C，这是因为物体失去了1.01010个电子答案BD解析物体所带的电荷量不能为任意值，只能为元电荷的整数倍，故A错误，B正确.物体带电荷量的最小值为1.61019C，故C错误.物体带电荷量为1.6109C，说明物体失去了1.01010个电子，故D正确.考点二三种起电方式3.(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1所示，由此对摩擦起电的说法正确的是()图1A.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答案CD解析两物体摩擦时得失电子情况取决于原子核对电子的束缚力大小，A错.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，但数量相等，B错，C对.由题中例子不难看出，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，D对.4.用金属做成一个不带电的圆环，放在干燥的绝缘桌面上.小明同学将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2所示.对上述现象的判断与分析，下列说法错误的是()图2A.摩擦使笔套带电B.笔套靠近圆环时，圆环上、下感应出异种电荷C.圆环被吸引到笔套上的过程中，圆环所受笔套的吸引力大于圆环的重力D.笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷立刻被全部中和答案D解析笔套与头发摩擦后，笔套带电，A正确；带电的笔套靠近圆环时，圆环上、下感应出异种电荷，B正确；当距离约为0.5cm时圆环被吸引到笔套上，是因为圆环所受笔套的吸引力大于圆环的重力，C正确；绝缘材料做的笔套，电子无法自由移动，电荷无法全部被中和，故D错误.5.如图3所示，在感应起电中，带负电小球P靠近带绝缘底座的导体MN时，M处将()图3A.带负电B.带正电C.不带电D.以上答案均有可能答案A解析这是感应起电，当带负电小球靠近带绝缘底座的导体时，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，左端的负电荷受到排斥力运动到右侧，所以N处带正电，M处带负电，故A正确.6.如图4所示，Q带负电荷，导体P在a处接地，下列说法中正确的是()图4A.导体P的a端不带电荷，b端带负电荷B.导体P的a端带正电荷，b端不带电C.导体P的a端带正电荷，b端带负电荷，且正、负电荷的电荷量相等D.导体P的a端带正电荷，b端带负电荷，且正电荷的电荷量大于负电荷的电荷量答案B解析金属导体P接地时与大地可视为一个新的导体，a为靠近Q的一端，而大地为远离Q的一端，由于静电感应，靠近Q的一端会带上与Q相反的电荷，即带上正电荷，大地端则带上与Q相同的电荷，b端不带电，故B正确.考点三验电器及其原理7.如图5所示，用起电机使金属球A带正电，靠近验电器B，则()图5A.验电器的金属箔片不张开，因为球A没有和B接触B.验电器的金属箔片张开，因为整个验电器都带上了正电C.验电器的金属箔片张开，因为整个验电器都带上了负电D.验电器的金属箔片张开，因为验电器下部的两金属箔片都带上了正电答案D解析带正电的A球靠近验电器B，根据电荷“同性斥，异性吸”的特点知，验电器金属杆下端箔片中的电子会被A球上的正电荷吸引到验电器上端，则金属杆下端的箔片就会因带正电荷而相互排斥，使箔片张开，故选D.8.用一根跟毛皮摩擦过的硬橡胶棒，靠近不带电验电器的金属小球a(如图6)，然后用手指瞬间接触一下金属杆c后拿开橡胶棒，这时验电器小球a和金属箔片b的带电情况是()图6A.a带正电，b带负电B.a、b均带负电C.a、b均带正电D.a带负电，b带正电答案C考点四电荷守恒定律的应用9.(2018山东荷泽市高一下期末)两个大小和材质完全相同的金属小球a、b，带电荷量分别为5q和q，两小球接触后分开，下列关于小球带电荷量的说法，正确的是()A.小球a带电荷量为3q，小球b带电荷量为3qB.小球a带电荷量为3q，小球b带电荷量为3qC.小球a带电荷量为2q，小球b带电荷量为2qD.小球a带电荷量为2q，小球b带电荷量为2q答案C10.(多选)A和B都是不带电的物体，它们互相摩擦后A带负电荷1.61010C，下列判断中正确的是()A.在摩擦前A和B的内部电荷量为零B.摩擦的过程中电子从A转移到了BC.A在摩擦过程中一定得到了1109个电子D.A在摩擦过程中一定失去了1.61019C电子答案AC11.如图7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，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()图7A.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，且QAQB答案D解析导体原来不带电，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部分带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，两部分的电荷量大小总是相等的，故只有D正确.二、非选择题12.干燥的天气，一个人脱了鞋在地毯上走，身上聚集了4.8105C的电荷，此人身上有多少个剩余电子？他的质量因聚集电子而增加了多少？(电子质量me9.11031kg，电子电荷量e1.61019C)答案3.01014个2.731016kg解析4.8105C的电荷量含有的电子数为n3.01014个，增加的质量为Mnme3.010149.11031kg2.731016kg.13.有三个完全相同的绝缘金属小球A、B、C，其中A小球带有3103C的正电荷，B小球带有2103C的负电荷，小球C不带电.先让小球C与小球A接触后分开，再让小球B与小球A接触后分开，最后让小球B与小球C接触后分开，试求这时三个小球的带电荷量分别为多少？答案qA2.5104CqB6.25104CqC6.25104C解析C、A接触后，A、C都带C1.5103C的正电荷，再让小球B与小球A接触后分开，A、B都带C2.5104C的负电荷，最后让小球B与小球C接触后分开，B、C都带C6.25104C的正电荷，故最终三个小球的带电荷量分别为qA2.5104C，qB6.25104C，qC6.25104C.