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1　電荷及其守恒定律 [學科素養(yǎng)與目標要求] 物理觀念：1.知道自然界中的兩種電荷及三種起電方式.2.掌握電荷守恒定律及元電荷的概念. 科學探究：了解驗電器的構(gòu)造、原理，并借助驗電器感受摩擦起電、感應起電的過程. 科學思維：從微觀的角度認識物體帶電的本質(zhì)，知道三種帶電的實質(zhì)是相同的. 一、電荷及起電方式 1.兩種電荷 (1)電荷的分類：正電荷和負電荷. 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：當兩個物體互相摩擦時，一些束縛得不緊的電子往往從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，于是原來呈電中性的物體由于得到電子而帶負電，失去電子的物體則帶正電. 3.感應起電：當一個帶電體靠近導體時，由于電荷間相互吸引或排斥，導體中的自由電荷便會趨向或遠離帶電體，使導體靠近帶電體的一端帶異號電荷，遠離帶電體的一端帶同號電荷，這種現(xiàn)象叫做靜電感應.利用靜電感應使金屬導體帶電的過程叫做感應起電. 二、電荷守恒定律和元電荷 1.電荷守恒定律：電荷既不會創(chuàng)生，也不會消滅，它只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，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家密立根測得的，在我們的計算中，可取e＝1.6010－19C. 1.判斷下列說法的正誤. (1)絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，是因為正電荷從絲綢轉(zhuǎn)移到玻璃棒上.(　　) (2)摩擦起電的過程是電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體的過程.(　√　) (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)某一帶電體的電荷量可以等于310－19C.(　　) 2.帶正電的物體C靠近不帶電的枕形導體AB，如圖1所示，A端將帶電，B端帶電. 圖1 答案　負　正 一、對三種起電方式的理解 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？ 答案　玻璃棒帶正電，橡膠棒帶負電.絲綢摩擦玻璃棒時，玻璃棒上的電子向絲綢轉(zhuǎn)移，玻璃棒失去電子帶正電，絲綢得到電子帶負電；毛皮摩擦橡膠棒時，毛皮上的電子向橡膠棒轉(zhuǎn)移，橡膠棒得到電子帶負電，毛皮失去電子帶正電. 2.如圖2所示，取一對用絕緣柱支撐的導體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2 (1)把帶正電荷的物體C移近導體A，金屬箔片有什么變化？ (2)這時把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，又會看到什么現(xiàn)象？ 答案　(1)物體C移近導體A，兩側(cè)金屬箔片都張開； (2)金屬箔片仍張開，但張角變??； (3)A、B接觸，金屬箔片都閉合. 3.帶正電的物體A與不帶電的物體B接觸，使物體B帶上了什么電荷？在這個過程中電荷是如何轉(zhuǎn)移的？ 答案　正電荷，在這個過程中，有電子從物體B轉(zhuǎn)移到物體A，物體B因缺少電子而帶正電. 三種起電方式的比較 摩擦起電 感應起電 接觸起電 現(xiàn)象 兩絕緣體帶上等量異種電荷 導體兩端出現(xiàn)等量異種電荷 導體帶上與帶電體電性相同的電荷 原因 不同物質(zhì)對電子的束縛能力不同.束縛能力強的得電子，帶負電；束縛能力弱的失電子，帶正電 導體中的電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，使靠近帶電體一端帶異種電荷；遠離帶電體一端帶同種電荷 在電荷間相互作用下，電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體上 實質(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，正電荷不會發(fā)生轉(zhuǎn)移. 例1　感應起電和摩擦起電都能使物體帶電，關(guān)于這兩種帶電過程，下列說法正確的是(　　) A.感應起電和摩擦起電都是電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分 B.感應起電是電荷從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體 C.感應起電和摩擦起電都是電荷從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體 D.摩擦起電是電荷從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體 答案　D 解析　感應起電的實質(zhì)是電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，摩擦起電的實質(zhì)是電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，故A、B、C錯誤，D正確. 例2　如圖3所示，放在絕緣支架上帶正電的導體球A，靠近放在絕緣支架上不帶電的導體B，導體B用導線經(jīng)開關(guān)接地，現(xiàn)把S先合上再斷開，再移走A，則導體B(　　) 圖3 A.不帶電 B.帶正電 C.帶負電 D.不能確定 答案　C 解析　根據(jù)靜電感應現(xiàn)象和電荷間的相互作用，可判斷導體B帶負電，故選C. 感應起電的判斷方法 1.當帶電體靠近導體時，導體靠近帶電體的一端帶異種電荷，遠離帶電體的一端帶同種電荷，如圖4甲所示. 2.導體接地時，該導體與地球可視為一個導體，而且該導體可視為近端導體，帶異種電荷，地球就成為遠端導體，帶同種電荷，如圖乙、丙所示. 圖4 二、電荷守恒定律　元電荷 1.在摩擦起電過程中，一個物體帶上了正電荷，另一個物體帶上了負電荷，該過程是否創(chuàng)造了電荷？在一個封閉的系統(tǒng)中，電荷的總量會增多或減少嗎？ 答案　摩擦起電的過程并沒有創(chuàng)造電荷.一個封閉的系統(tǒng)中，電荷的總量保持不變. 2.物體所帶的電荷量可以是任意的嗎？物體所帶的電荷量可以是410－19C嗎？ 答案　物體所帶的電荷量不是任意的，它只能是1.6010－19C的整數(shù)倍.由于410－19C是1.6010－19C的2.5倍，所以物體所帶的電荷量不能是410－19C. 3.電子和質(zhì)子就是元電荷嗎？ 答案　元電荷是最小的電荷量，不是物質(zhì)；電子和質(zhì)子是實物粒子，不是元電荷. 1.使物體帶電的實質(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電荷的兩物體接觸時，經(jīng)過電子的轉(zhuǎn)移，物體達到電中性的過程. 3.導體接觸帶電時電荷量的分配與導體的材料、形狀、大小有關(guān)，當兩個完全相同的金屬球接觸后，電荷將平均分配，即最后兩個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，而不是實物粒子，元電荷無正、負之分. (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　完全相同的兩個金屬小球A、B帶有相同大小的電荷量，相隔一定的距離，今讓第三個完全相同的不帶電金屬小球C，先后與A、B接觸后移開. (1)若A、B兩球帶同種電荷，接觸后兩球的電荷量大小之比為多少？ (2)若A、B兩球帶異種電荷，接觸后兩球的電荷量大小之比為多少？ 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＝q. C與B接觸后，B、C所帶電荷量為 qB＝qC′＝＝q. 故A、B帶電荷量大小之比為＝＝. (2)設(shè)A帶正電，B帶負電，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＝＋q. C與B接觸后，B、C帶電荷量為 qB′＝qC″＝＝－q， 故A、B帶電荷量大小之比為＝＝. 兩金屬導體接觸后電荷量的分配規(guī)律 1.當兩個導體材料、形狀、大小不同時，接觸后再分開，只能使兩者均帶電，但無法確定電荷量的多少. 2.若使兩個完全相同的金屬球帶電荷量大小分別為q1、q2，則有 (1)??? (2)??? 例4　放在絕緣支架上的兩個完全相同的金屬小球A、B分別帶有電荷量QA＝6.410－9C、QB＝－3.210－9C，讓兩個金屬小球接觸，在接觸過程中，電子如何轉(zhuǎn)移？轉(zhuǎn)移了多少？ 答案　電子由B球轉(zhuǎn)移到A球　3.01010個 解析　兩小球接觸時，電荷量少的負電荷先被中和，剩余的正電荷再重新分配，由于兩小球相同，剩余正電荷一定平分，即接觸后兩小球帶電荷量 QA′＝QB′＝ ＝C ＝1.610－9C 在接觸過程中，電子由B球轉(zhuǎn)移到A球，自身的凈電荷全部中和后，繼續(xù)轉(zhuǎn)移，使B球帶QB′的正電，這樣共轉(zhuǎn)移的電荷量為 ΔQ＝QB′－QB＝1.610－9C－(－3.210－9C)＝4.810－9C 則轉(zhuǎn)移的電子數(shù) n＝＝＝3.01010個. 三、驗電器的原理和使用 驗電器的兩種應用方式及原理 (1)帶電體接觸驗電器：當帶電的物體與驗電器上面的金屬球接觸時，有一部分電荷轉(zhuǎn)移到驗電器上，與金屬球相連的兩個金屬箔片帶上同種電荷，因相互排斥而張開，如圖5甲. (2)帶電體靠近驗電器：當帶電體靠近驗電器的金屬球時，帶電體會使驗電器的金屬球感應出異種電荷，而金屬箔片上會感應出同種電荷(感應起電)，金屬箔片在斥力作用下張開，如圖乙. 圖5 例5　使帶電的金屬球靠近不帶電的驗電器，驗電器的金屬箔片張開，如圖表示驗電器上感應電荷的分布情況，正確的是(　　) 答案　B 解析　把帶電金屬球靠近不帶電的驗電器，會改變驗電器上的電荷分布；由于電荷間同性相斥、異性相吸，使得驗電器上靠近帶電金屬球的一端和金屬球電性相反，而遠離帶電金屬球的一端和金屬球電性相同，故選項B正確. 1.(對摩擦起電的認識)(2018山東淄博市高一下期末)公元1世紀，東漢王充《論衡亂龍》中記錄了“頓牟掇芥”.頓牟即琥珀(也有玳瑁的甲殼之說)，芥指芥菜子，統(tǒng)喻干草、紙等的微小屑末.這個詞的意思就是經(jīng)過摩擦的琥珀能吸引干草、紙等輕小的物體.下列關(guān)于這個現(xiàn)象的解釋正確的是(　　) A.經(jīng)過摩擦的琥珀有了磁性 B.經(jīng)過摩擦的琥珀帶了電 C.琥珀與干草帶異種電荷 D.琥珀與干草帶同種電荷 答案　B 2.(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，靠近另一根被吊起的玻璃棒時，現(xiàn)象如圖6甲箭頭所示遠離.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，現(xiàn)象如圖乙箭頭所示靠近.那么(　　) 圖6 A.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、乙中的玻璃棒帶異種電荷 D.圖乙表明異種電荷互相吸引 答案　D 3.(驗電器的原理)如圖7所示，用絲綢摩擦過的玻璃棒和驗電器的金屬球接觸，使驗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7 A.兩片金屬箔片上帶異種電荷 B.兩片金屬箔片上均帶負電荷 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，正電荷和負電荷.用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，若將其接觸驗電器的金屬球，此時兩個箔片上均帶正電荷；在此過程中，一部分電子會從驗電器向玻璃棒轉(zhuǎn)移；移走玻璃棒后，箔片仍帶電，不會立即合在一起，選項C正確. 4.(電荷守恒定律的應用)有三個完全相同的金屬小球A、B、C，其中小球A帶有2.010－5C的正電荷，小球B、C不帶電，現(xiàn)在讓小球C先與球A接觸后取走，再讓小球B與球A接觸后分開，最后讓小球B與小球C接觸后分開，最終三球的帶電荷量分別為qA＝C，qB＝C，qC＝C. 答案　510－6　7.510－6　7.510－6 解析　小球C先與球A接觸后平分A的電荷，則qA＝qC＝＝1.010－5C，再讓小球B與球A接觸后分開，則qA′＝qB＝＝510－6C；最后讓小球B與小球C接觸后分開，則qB′＝qC′＝＝7.510－6C. 一、選擇題 考點一　電荷量與元電荷 1.關(guān)于對元電荷的理解，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　C 2.(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1.610－9C D.若物體帶正電荷，電荷量為1.610－9C，這是因為物體失去了1.01010個電子 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錯誤，B正確. 物體帶電荷量的最小值為1.610－19C，故C錯誤. 物體帶電荷量為1.610－9C，說明物體失去了＝1.01010個電子，故D正確. 考點二　三種起電方式 3.(多選)用棉布分別與丙烯塑料板和乙烯塑料板摩擦，實驗結(jié)果如圖1所示，由此對摩擦起電的說法正確的是(　　) 圖1 A.兩個物體摩擦時，表面粗糙的易失去電子 B.兩個物體摩擦起電時，一定同時帶上種類及數(shù)量不同的電荷 C.兩個物體摩擦起電時，帶上電荷的種類不同但數(shù)量相等 D.同一物體與不同種類的物體摩擦，該物體所帶電荷種類可能不同 答案　CD 解析　兩物體摩擦時得失電子情況取決于原子核對電子的束縛力大小，A錯.由于摩擦起電的實質(zhì)是電子的得失，所以兩物體帶電種類一定不同，但數(shù)量相等，B錯，C對.由題中例子不難看出，同一物體與不同種類的物體摩擦，該物體所帶電荷種類可能不同，D對. 4.用金屬做成一個不帶電的圓環(huán)，放在干燥的絕緣桌面上.小明同學將用絕緣材料做的筆套與頭發(fā)摩擦后，將筆套自上而下慢慢靠近圓環(huán)，當距離約為0.5cm時圓環(huán)被吸引到筆套上，如圖2所示.對上述現(xiàn)象的判斷與分析，下列說法錯誤的是(　　) 圖2 A.摩擦使筆套帶電 B.筆套靠近圓環(huán)時，圓環(huán)上、下感應出異種電荷 C.圓環(huán)被吸引到筆套上的過程中，圓環(huán)所受筆套的吸引力大于圓環(huán)的重力 D.筆套碰到圓環(huán)后，筆套所帶的電荷立刻被全部中和 答案　D 解析　筆套與頭發(fā)摩擦后，筆套帶電，A正確；帶電的筆套靠近圓環(huán)時，圓環(huán)上、下感應出異種電荷，B正確；當距離約為0.5cm時圓環(huán)被吸引到筆套上，是因為圓環(huán)所受筆套的吸引力大于圓環(huán)的重力，C正確；絕緣材料做的筆套，電子無法自由移動，電荷無法全部被中和，故D錯誤. 5.如圖3所示，在感應起電中，帶負電小球P靠近帶絕緣底座的導體MN時，M處將(　　) 圖3 A.帶負電 B.帶正電 C.不帶電 D.以上答案均有可能 答案　A 解析　這是感應起電，當帶負電小球靠近帶絕緣底座的導體時，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引，左端的負電荷受到排斥力運動到右側(cè)，所以N處帶正電，M處帶負電，故A正確. 6.如圖4所示，Q帶負電荷，導體P在a處接地，下列說法中正確的是(　　) 圖4 A.導體P的a端不帶電荷，b端帶負電荷 B.導體P的a端帶正電荷，b端不帶電 C.導體P的a端帶正電荷，b端帶負電荷，且正、負電荷的電荷量相等 D.導體P的a端帶正電荷，b端帶負電荷，且正電荷的電荷量大于負電荷的電荷量 答案　B 解析　金屬導體P接地時與大地可視為一個新的導體，a為靠近Q的一端，而大地為遠離Q的一端，由于靜電感應，靠近Q的一端會帶上與Q相反的電荷，即帶上正電荷，大地端則帶上與Q相同的電荷，b端不帶電，故B正確. 考點三　驗電器及其原理 7.如圖5所示，用起電機使金屬球A帶正電，靠近驗電器B，則(　　) 圖5 A.驗電器的金屬箔片不張開，因為球A沒有和B接觸 B.驗電器的金屬箔片張開，因為整個驗電器都帶上了正電 C.驗電器的金屬箔片張開，因為整個驗電器都帶上了負電 D.驗電器的金屬箔片張開，因為驗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球靠近驗電器B，根據(jù)電荷“同性斥，異性吸”的特點知，驗電器金屬桿下端箔片中的電子會被A球上的正電荷吸引到驗電器上端，則金屬桿下端的箔片就會因帶正電荷而相互排斥，使箔片張開，故選D. 8.用一根跟毛皮摩擦過的硬橡膠棒，靠近不帶電驗電器的金屬小球a(如圖6)，然后用手指瞬間接觸一下金屬桿c后拿開橡膠棒，這時驗電器小球a和金屬箔片b的帶電情況是(　　) 圖6 A.a帶正電，b帶負電 B.a、b均帶負電 C.a、b均帶正電 D.a帶負電，b帶正電 答案　C 考點四　電荷守恒定律的應用 9.(2018山東荷澤市高一下期末)兩個大小和材質(zhì)完全相同的金屬小球a、b，帶電荷量分別為＋5q和－q，兩小球接觸后分開，下列關(guān)于小球帶電荷量的說法，正確的是(　　) A.小球a帶電荷量為＋3q，小球b帶電荷量為＋3q B.小球a帶電荷量為＋3q，小球b帶電荷量為－3q C.小球a帶電荷量為＋2q，小球b帶電荷量為＋2q D.小球a帶電荷量為＋2q，小球b帶電荷量為－2q 答案　C 10.(多選)A和B都是不帶電的物體，它們互相摩擦后A帶負電荷1.610－10C，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B C.A在摩擦過程中一定得到了1109個電子 D.A在摩擦過程中一定失去了1.610－19C電子 答案　AC 11.如圖7所示，左邊是一個原先不帶電的導體，右邊C是后來靠近的帶正電的導體球，若用絕緣工具沿圖示某條虛線將導體切開，導體分為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7 A.沿虛線d切開，A帶負電，B帶正電，且QA＞QB B.只有沿虛線b切開，才有A帶正電，B帶負電，且QA＝QB C.沿虛線a切開，A帶正電，B帶負電，且QA＜QB D.沿任意一條虛線切開，都有A帶正電，B帶負電，且QA＝QB 答案　D 解析　導體原來不帶電，在帶正電的導體球C靜電感應的作用下，導體中的自由電子向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開，兩部分的電荷量大小總是相等的，故只有D正確. 二、非選擇題 12.干燥的天氣，一個人脫了鞋在地毯上走，身上聚集了－4.810－5C的電荷，此人身上有多少個剩余電子？他 的質(zhì)量因聚集電子而增加了多少？(電子質(zhì)量me＝9.110－31kg，電子電荷量e＝－1.610－19C) 答案　3.01014個　2.7310－16kg 解析?。?.810－5C的電荷量含有的電子數(shù)為 n＝＝＝3.01014個， 增加的質(zhì)量為M＝nme＝3.010149.110－31kg＝2.7310－16kg. 13.有三個完全相同的絕緣金屬小球A、B、C，其中A小球帶有310－3C的正電荷，B小球帶有210－3C的負電荷，小球C不帶電.先讓小球C與小球A接觸后分開，再讓小球B與小球A接觸后分開，最后讓小球B與小球C接觸后分開，試求這時三個小球的帶電荷量分別為多少？ 答案　qA＝－2.510－4C　qB＝6.2510－4C　qC＝6.2510－4C 解析　C、A接觸后，A、C都帶C＝1.510－3C的正電荷，再讓小球B與小球A接觸后分開，A、B都帶C＝－2.510－4C的負電荷，最后讓小球B與小球C接觸后分開，B、C都帶C＝6.2510－4C的正電荷，故最終三個小球的帶電荷量分別為 qA＝－2.510－4C，qB＝6.2510－4C，qC＝6.2510－4C.