2017-2018学年高中物理 第一章 静电场 第1讲 电荷 电荷守恒定律学案 教科版选修3-1.doc

第1讲 电荷 电荷守恒定律目标定位1.知道自然界中的两种电荷及其相互作用的性质.2.知道使物体带电的三种方式.3.掌握电荷守恒定律及元电荷的概念一、两种电荷摩擦起电及解释1自然界只存在两种电荷，正电荷和负电荷丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷叫做正电荷，毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷叫做负电荷同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引2电荷量：电荷的多少在国际单位制中，电荷量的单位是库仑，用字母C表示，1 C106 C，1 nC109 C.3元电荷：一个电子所带电荷量的绝对值为1.61019 C，它是电荷的最小单位记作e1.61019 C.(1)任何带电体所带电荷量都是元电荷的整数倍(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4摩擦起电及解释(1)摩擦起电：通过摩擦使物体带电的方法(2)电中性：原子核是由带正电的质子和不带电的中子组成；核外有带负电的电子，正常状态下，原子内的电子总数等于原子核内的质子总数，因而通常物体或者物体的任何一部分都不显电性，称之为电中性(3)摩擦起电的解释当两个物体相互摩擦时，一些束缚不紧的电子会从一个物体转移到另一个物体，于是得到电子的物体带负电，失去电子的物体则带正电深度思考有人说：一个带电体所带的电荷量为41019 C，你认为他这种说法正确吗？为什么？答案不正确任何带电体所带电荷量都是元电荷的整数倍，而41019 C不是元电荷的整数倍，所以这种说法不正确例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，同时带上等量异种电荷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形成的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实质是由于两个物体的原子核对核外电子的约束能力不同，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，我们说它带正电若一个物体得到电子，其质子数就会比电子数少，我们说它带负电使物体带电并不是创造出电荷答案BD二、电荷守恒定律内容：电荷既不能被创造，也不能被消灭，它们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，也就是说，在任何自然过程中，电荷的代数和是守恒的深度思考带等量异种电荷的两小球接触后都不带电了，是电荷消失了吗？此过程中电荷还守恒吗？答案没有消失，这是电荷的中和，是指两个带等量异种电荷的物体相互接触时，由于正、负电荷间的相互吸引作用，电荷发生转移，最后都达到电中性状态的一个过程电荷仍然守恒例2完全相同的两金属小球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，且带电荷量均为q，则A、C接触后，A、C带电荷量为qAqCq.C球与B球接触后，B、C所带电荷量为qBqCq.故A、B带电荷量大小之比为23.(2)设qAq，qBq.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21.答案(1)23(2)21(1)接触起电：带电体接触导体时，电荷转移到导体上，使导体带上与带电体相同性质的电荷(2)导体接触带电时电荷量的分配与导体的形状、大小有关，当两个完全相同的导体接触后，电荷将平均分配，即最后两个导体一定带等量的同种电荷(3)若两个相同的金属球带同种电荷，接触后电荷量先相加后均分；若带异种电荷，接触后电荷先中和再均分三、静电感应、感应起电和验电器(或静电计)1静电感应：当一个带电体靠近不带电的导体时，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种电荷，远离带电体的一端带同种电荷，这种现象叫做静电感应2感应起电：利用静电感应使导体带电的方法3验电器(或静电计)(1)验电器(或静电计)(如图1)的金属球、金属杆和下面的两个金属箔片连成同一导体图1(2)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，物体所带电荷量越多，电荷转移的越多，斥力越大，张开的角度也越大(3)当带电体靠近验电器的金属球时，金属箔片也会张开因为带电体会使验电器的上端感应出异种电荷，而金属箔片上会感应出同种电荷(感应起电)，两箔片在斥力作用下张开深度思考(1)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？(2)如图2所示，当将带正电荷的球C移近不带电的枕形金属导体时，由于电荷间的吸引，枕形金属导体中的自由电子向A端移动，而正电荷不移动，所以A端(近端)带_电，B端带_电(填“正”或“负”)图2答案(1)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的电子减少，使物体B带正电(2)负正例3如图3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()图3A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，先把A、B分开，然后移去C，A、B上的金属箔片仍张开C先把C移走，再把A、B分开，A、B上的金属箔片仍张开D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上的金属箔片闭合解析虽然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，使得A端积累了负电荷，B端带正电荷，其下部贴有的金属箔片分别带上了与A、B同种的电荷，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上的电荷因受C的作用力不可能中和，因而A、B仍带等量异种的感应电荷，此时即使再移走C，A、B所带电荷量也不变，金属箔片仍张开，B正确但如果先移走C，A、B上的感应电荷会马上中和，不再带电，所以箔片都不会张开，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上的感应电荷会完全中和，金属箔片都不会张开，D错故选A、B.答案AB(1)静电感应中，电中性导体在两侧同时感应等量异种电荷，感应的过程，就是导体内电荷重新分布的过程(2)接触起电是由于电荷间作用使导体间的电荷发生转移例4使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开下列各图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，则将导体上的自由电子吸引上来，这样验电器的上部将带负电荷，箔片带正电荷；若金属球带负电荷，则将导体上的自由电子排斥到最远端，这样验电器的上部将带正电荷，箔片带负电荷选项B正确答案B1(摩擦起电及解释)(多选)如图4所示，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，关于这种现象产生的原因，下列说法错误的是()图4A人身体上产生电流 B接触带电造成的C摩擦起电造成的 D感应起电造成的答案ABD解析脱毛衣时由于摩擦起电，衣服间产生异种电荷，当电荷积累到一定程度时，会产生电火花，并伴有“噼啪”声，选项C正确，A、B、D错误2(电荷守恒定律的理解和应用)有两个完全相同的带电绝缘金属小球A、B，分别带有电荷量QA6.4109 C，QB3.2109 C，让两绝缘金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移并转移了多少？答案电子由B球转移到了A球，转移了3.01010个电子解析当两小球接触时，带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完全相同，剩余正电荷必均分，即接触后两小球带电荷量QAQB C1.6109 C.在接触过程中，电子由B球转移到A球，不仅将自身电荷中和，且继续转移，使B球带QB的正电，这样，共转移的电子电荷量为QBQBQB1.6109(3.2109) C4.8109 C.转移的电子数n3.01010(个)3(对三种起电的理解)如图5是伏打起电盘示意图，其起电原理是()图5A摩擦起电 B感应起电C接触起电 D以上三种方式都不是答案B解析导电夹板靠近带电绝缘板并接地时，发生静电感应，使导电平板带上负电荷，故选项B正确4. (验电器及其原理)如图6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6A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，正电荷和负电荷丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，即缺少电子，若将其接触验电器的金属球，此时两个箔片都带正电荷；在此过程中，一部分电子会从验电器转移到玻璃棒；移走玻璃棒时，箔片仍带电，不会立即合在一起选项C正确.题组一对元电荷的理解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C解析元电荷是自然界最小的电荷量，是与跟电子所带电荷量数值相等的电荷量，不是电子，不是质子，也不是带电荷量最小的带电粒子，选项C正确2(多选)下列说法正确的是()A物体所带的电荷量可以为任意实数B电子带有最小的负电荷，其电荷量的绝对值叫元电荷C物体所带的电荷量只能是一些不连续的特定值D物体电荷量的最小值为1.61019 C答案BCD解析元电荷是自然界最小的电荷量，其数值e1.61019 C，所有带电体的电荷量均为e的整数倍，只能是一些特定值，选项A错误，B、C、D正确3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同学有一次不小心购买了盗版的物理参考书，做练习时，他发现有一个带电质点的电荷量数字看不清，他只能看清是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答案B解析任何带电体的电荷量是元电荷的整数倍，即是1.61019 C的整数倍，由计算可知，只有B选项是1.61019 C的整数倍，故B正确题组二对三种起电方式的理解及应用4关于摩擦起电和感应起电，下列说法正确的是()A摩擦起电是电荷的转移，感应起电是创造了电荷B摩擦起电是创造了电荷，感应起电是电荷的转移C不论摩擦起电还是感应起电，都是电荷的转移D以上说法均不正确答案C解析无论哪种方式起电，都不是创造了电荷，而是电荷的转移，所以选项A、B、D错误，选项C正确5(多选)关于摩擦起电和感应起电的实质，下列说法中正确的是()A摩擦起电现象说明机械能可以转化为电能，也说明通过做功创造出电荷B摩擦起电说明电荷可以从一个物体转移到另一个物体C感应起电说明电荷可以从物体的一部分转移到另一部分D感应起电说明电荷可以从带电的物体转移到原来不带电的物体答案BC解析摩擦起电的实质是电子在相互摩擦的物体间发生转移，失电子的显示正电，得电子的显示负电，此过程并非创造了电荷，总电荷量守恒，A错，B对；感应起电的实质是电荷从导体的一部分转移到另一部分，是电荷在同一导体内部发生了转移，C对，D错6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答案B解析两个完全相同的小球接触后分开，两球互相排斥，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，不会发生排斥现象，故选项B正确7(多选)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，将笔套自上向下慢慢靠近圆环，当距离约为0.5 cm时圆环被吸引到笔套上，如图1所示对上述现象的判断与分析，下列说法正确的是()图1A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答案ABC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，有向上的加速度，故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；笔套碰到圆环后，笔套上的部分电荷转移到圆环上，使圆环带上性质相同的电荷，选项D错误题组三验电器及其原理8(多选)如图2所示，是一个带正电的验电器，当一个金属球A靠近验电器上的金属小球B时，验电器中金属箔片的张角减小，则()图2A金属球A可能不带电B金属球A一定带正电C金属球A可能带负电D金属球A一定带负电答案AC解析验电器上的金属箔片和金属球都带有正电荷，金属箔片之所以张开，是由于箔片上的正电荷互相排斥造成的当验电器金属箔片的张角减小时，说明箔片上的正电荷一定比原来减少了，由于金属球A只是靠近验电器而没有与验电器上的金属球B发生接触，要考虑感应起电的影响当金属球A靠近时，验电器的金属球B、金属杆包括金属箔片整体相当于一个导体，金属球A离金属球B较近，而离金属箔片较远如果金属球A带正电，验电器上的正电荷一定向远处移动，则金属箔片上的电荷量不会减少，所以选项B是错误的如果金属球A带负电，验电器上的正电荷会由于引力作用向近端移动，造成金属箔片上的电荷量减少，所以选项C是正确的如果金属球A不带电，由于受到金属球B上正电荷的影响，金属球A上靠近B的部分也会由于静电力的作用出现负电荷，而这些负电荷反过来会使得验电器上的正电荷向金属球B移动，效果与金属球A带负电荷一样所以选项A也是正确的，选项D是错误的9如图3所示，有一金属箔验电器，起初金属箔闭合，当带正电的棒靠近验电器上部的金属板时，金属箔张开在这个状态下，用手指接触验电器的金属板，金属箔闭合，当手指从金属板上离开，然后使棒也远离验电器，金属箔的状态将发生变化，从图中的4个选项中选取一个正确的答案()图3A图 B图 C图 D图答案B解析手指接触一下金属板，金属板上带负电，人体所连的大地是远端，远端带正电，故金属箔闭合；手指离开，金属板仍带负电，且在金属板的静电屏蔽下，金属箔不带电；当棒远离时，金属板上的负电荷有一部分转移到金属箔上，由于金属箔带同种电荷，所以金属箔张开，B正确题组四对电荷守恒定律及电荷量的理解10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 Bq C2q D4q答案C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11(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1.61010 C，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BCA在摩擦过程中一定得到了1109个电子DA在摩擦过程中一定失去了1.61019 C电子答案AC12如图5所示，大球A原来的电荷量为Q，小球B原来不带电，现在让小球与大球接触，达到静电平衡时，小球获得的电荷量为q；现给A球补充电荷，使其电荷量为Q，再次让小球接触大球，每次都给大球补充到电荷量为Q，问：经过多次接触后，小球的带电荷量为多少？图5答案解析由于两个球的大小不等，所以在接触过程中，两球的电荷量分配比例不是11，但应该是一个确定的值根据第一次接触达到静电平衡时两者的电荷关系可知，此比例为(Qq)q.经过多次接触后，从大球上迁移到小球上的电荷量越来越少，最终将为零，设B球最终带电荷量为q，则有，解得q.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？答案(1)5107个(2)5 000 s解析(1)金属瓶上收集的电子数目为：N5107个(2)实验的时间：t s5 000 s.