人教版高中物理（必修三）同步講義+練習9.1電荷（含解析）

第九章靜電場及其應用第1節(jié)電荷課程標準學習目標通過實驗，了解靜電現(xiàn)象。能用原子結(jié)構(gòu)模型和電荷守恒的知識分析靜電現(xiàn)象1．知道自然界中的兩種電荷及它們之間相互作用的規(guī)律，知道電荷量的概念及電荷量的單位.知道元電荷的概念，掌握元電荷的值．2．理解摩擦起電和感應起電.掌握電荷守恒定律.3．經(jīng)歷探究三種起電方式的實驗過程學會設計實驗觀察現(xiàn)象分析結(jié)果歸納總結(jié)的科學探究方法。（一）課前閱讀：1.電荷的單位1881年第1屆國際電學大會確定庫侖(C)為電荷量的國際單位，定義為1A恒定電流在1s時間間隔內(nèi)所傳送的電荷量為1C。2.自然界中的兩種電荷美國科學家富蘭克林通過實驗發(fā)現(xiàn)，雷電的性質(zhì)與摩擦產(chǎn)生的電的性質(zhì)完全相同，并命名了正電荷和負電荷。迄今為止，人們沒有發(fā)現(xiàn)對這兩種電荷都排斥或都吸引的電荷。自然界的電荷只有兩種。（二）基礎梳理一、三種起電方式1．自然界中有兩種電荷：正電荷和負電荷．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．3．電荷量：電荷的多少，用Q或q表示，國際單位制中的單位是庫侖，符號是C.正電荷的電荷量為正值，負電荷的電荷量為負值．4．摩擦起電及其原因(1)摩擦起電：由于摩擦而使物體帶電的方式．用毛皮摩擦過的橡膠棒帶負電，用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電．(2)原因：當兩種物質(zhì)組成的物體互相摩擦時，一些受束縛較弱的電子會轉(zhuǎn)移到另一個物體上．于是，原來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．5.接觸帶電及其原因(1)帶電體接觸絕緣的金屬時，金屬因接觸帶電體而帶電。(2)原因：電子的轉(zhuǎn)移6.感應起電及其原因(1)利用靜電感應使金屬導體帶電的過程．(2)原因：電子從物體一部分的轉(zhuǎn)移到另一部分【概念銜接】摩擦起電英國科學家吉爾伯特在研究這類現(xiàn)象時首先根據(jù)希臘文的琥珀創(chuàng)造了英語中的“electricity”(電)這個詞，用來表示珀經(jīng)過摩擦以后具有的性質(zhì)，并且認為摩擦過的琥珀帶有電荷electriccharge)。人們發(fā)現(xiàn)，很多物體都會由于摩擦而帶電，并稱這種方式為摩擦起電。【即學即練】1.判斷下列說法的正誤.(1)用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)兩種不同物質(zhì)組成的物體相互摩擦使物體帶電，是由于兩物體的原子核對核外電子束縛的能力不同.(√)(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.(×)二、電荷守恒定律元電荷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．電荷守恒定律的另一表述是：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，e＝1.60×10－19C，由密立根測得．所有帶電體的電荷量都是e的整數(shù)倍．4．比荷：帶電粒子的電荷量與其質(zhì)量的比值．【拓展補充】金屬的微觀結(jié)構(gòu)模型關(guān)于金屬中原子核、電子所處的狀態(tài)及其運動，這里的情景是一種簡化描述，但它可以有效地解釋與金屬導電有關(guān)的現(xiàn)象,所以也是一個物理模型。一、三種起電方式的比較摩擦起電感應起電接觸起電現(xiàn)象兩物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同性的電荷原因不同物質(zhì)原子核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，帶正電電子在電荷間相互作用下發(fā)生轉(zhuǎn)移，近端帶異種電荷，遠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)移說明無論哪種起電方式，發(fā)生轉(zhuǎn)移的都是電子，正電荷不會發(fā)生轉(zhuǎn)移【典例精析】例1．如圖所示，不帶電的金屬導體A和B放在絕緣支柱上并相互接觸，帶正電的小球C靠近A，以下說法中正確的是()A．若先將A、B分開，再移走C，A帶正電，B帶負電B．若先將A、B分開，再移走C，B帶正電，A帶負電C．若先將C移走，再把A、B分開，A帶正電，B帶負電D．若先將C移走，再把A、B分開，B帶正電，A帶負電【答案】B【解析】帶正電的小球C靠近A，由于感應起電，A帶負電，B帶正電．若先將A、B分開，再移走C，則A整體帶負電，B整體帶正電，故A錯誤，B正確；若先將C移走，則A、B上的電荷又馬上中和，不再帶電，再把A、B分開，A、B都不帶電，故C、D錯誤．【規(guī)律方法】1．只有導體中的電子才能自由移動．絕緣體中的電子不能自由移動，所以導體能夠發(fā)生感應起電，而絕緣體不能．2．凡是遇到接地問題時，該導體與地球可視為一個更大導體，而且該導體可視為近端，帶異種電荷，地球可視為遠端，帶同種電荷，如圖．二、電荷守恒定律元電荷1．起電過程的實質(zhì)是物體中自由電荷的轉(zhuǎn)移過程．在轉(zhuǎn)移過程中電荷的總量保持不變．也就是說，起電過程就是物體所帶電荷量的重新分配．2．電荷守恒定律和能量守恒定律一樣，都是自然界中最基本的守恒定律，任何帶電現(xiàn)象都不能違背電荷守恒定律．3．元電荷(1)最小的電荷量叫作元電荷，元電荷不是實物粒子，無正、負之分．(2)雖然質(zhì)子、電子所帶的電荷量等于元電荷，但不能說質(zhì)子、電子是元電荷．【典例精析】例2．完全相同的兩金屬小球A、B帶有相同大小的電荷量，相隔一定的距離，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，求接觸后兩球帶電荷量大小之比；(2)若A、B兩球帶異種電荷，求接觸后兩球帶電荷量大小之比．【答案】(1)2∶3(2)2∶1【解析】(1)設A、B帶電荷量均為q，則A、C接觸后，A、C帶電荷量為qA1＝qC1＝eq\f(1,2)q.C與B接觸后，B、C帶電荷量為qB1＝qC2＝eq\f(q＋\f(1,2)q,2)＝eq\f(3,4)q.故A、B帶電荷量大小之比為eq\f(qA1,qB1)＝eq\f(\f(1,2)q,\f(3,4)q)＝eq\f(2,3).QA′＝QC′＝＋eq\f(1,2)Q.C與B接觸后，B、C帶電荷量為QB′＝QC″＝eq\f(\f(1,2)Q－Q,2)＝－eq\f(1,4)Q，故A、B帶電荷量大小之比為eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(QA′,QB′)))＝eq\f(\f(1,2)Q,\f(1,4)Q)＝eq\f(2,1).【規(guī)律方法】兩金屬導體接觸后電荷量的分配規(guī)律1．若使兩個完全相同的金屬球帶電荷量分別為q1、q2，接觸后再分開，兩球帶電荷量分別為q1′、q2′，則有q1′＝q2′＝eq\f(q1＋q2,2)(q1、q2應帶＋、－號)．2．此規(guī)律只適用于兩個相同的金屬球(材料、大小都相同)．三、驗電器的原理和使用驗電器的兩種應用方式及原理1．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，如圖甲．2．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帶異種電荷，而金屬箔片上會帶同種電荷(感應起電)，兩個金屬箔片在斥力作用下張開，如圖乙．【典例精析】例3．如圖所示，用起電機使金屬球A帶上正電，靠近驗電器B上面的金屬球，則()A．驗電器金屬箔不張開，因為球A沒有和B接觸B．驗電器金屬箔張開，因為整個驗電器都帶上了正電C．驗電器金屬箔張開，因為整個驗電器都帶上了負電D．驗電器金屬箔張開，因為驗電器下部箔片都帶上了正電【答案】D【解析】把一個帶正電的金屬球A，靠近一個原來不帶電的驗電器的金屬小球，驗電器的金屬小球由于感應起電會帶上負電荷，金屬箔由于感應起電會帶上正電荷，而整個驗電器不帶電．所以驗電器金屬箔張開，A、B、C錯誤，D正確．1．三種起電方式的對比摩擦起電感應起電接觸起電現(xiàn)象兩物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同性的電荷原因不同物質(zhì)原子核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，帶正電電子在電荷間相互作用下發(fā)生轉(zhuǎn)移，近端帶異種電荷，遠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)電子在物體之間或物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移說明無論哪種起電方式，發(fā)生轉(zhuǎn)移的都是電子，正電荷不會發(fā)生轉(zhuǎn)移2.感應起電的操作步驟步驟圖示(以C帶正電為例)(1)使帶電體C靠近接觸的兩導體A、B(2)保持C不動，用絕緣工具分開A、B(3)移走C，則A帶上與C電性相反的電荷，B帶上與C電性相同的電荷3．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、電子所帶的電荷量等于元電荷，但不能說質(zhì)子、電子是元電荷。4．物體帶電的實質(zhì)物體帶電的實質(zhì)是電荷發(fā)生了轉(zhuǎn)移，也就是物體間電荷的重新分配。摩擦起電、感應起電和接觸起電，均遵循電荷守恒定律。5．兩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帶電金屬球相互接觸，則有①EQ\*jc0\*hps21\o(\s\up9(若帶同),種電荷)?EQ\*jc0\*hps21\o(\s\up9(金屬球),相接觸)?EQ\*jc0\*hps21\o(\s\up9(總電荷),量平分)?EQ\*jc0\*hps21\o(\s\up9(q1＋q2),2)②EQ\*jc0\*hps21\o(\s\up9(若帶異),種電荷)?EQ\*jc0\*hps21\o(\s\up9(金屬球),相接觸)?EQ\*jc0\*hps21\o(\s\up9(先中和),再平分)?EQ\*jc0\*hps21\o(\s\up9(|q1－q2|),2)6.兩種應用方式圖示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。如圖甲所示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)，兩箔片在斥力作用下張開，如圖乙所示一、單選題1．如圖所示，兩個不帶電的導體A和B，用一對絕緣柱支撐使它們彼此接觸。把一帶正電荷的物體C置于A附近，貼在A、B下部的金屬箔都張開（）A．此時A帶正電，B帶負電B．此時A帶正電，B帶正電C．移去C，貼在A、B下部的金屬箔都閉合D．先把A和B分開，然后移去C，貼在A、B下部的金屬箔都閉合【答案】C【解析】AB．帶正電的物體C靠近A附近時，根據(jù)異種電荷相互吸引，AB中的自由電子一部分移動到A的左端，故A帶上負電，B帶上正電，AB錯誤；C．移去C后，由于電荷間相互作用，重新中和，達電中性狀態(tài)，兩金屬箔均閉合，C正確；D．先把AB分開，則A帶負電，B帶正電，移去C后，電荷不能再進行中和，故兩金屬箔仍然張開，D錯誤。故選C。2．M和N是兩個不帶電的物體，它們互相摩擦后，M帶1.6×10－10C的正電，下列判斷正確的有（）A．在摩擦前M和N的內(nèi)部沒有任何電荷B．摩擦的過程中正電荷從M轉(zhuǎn)移到NC．N在摩擦后一定帶負電1.6×10－10CD．M在摩擦過程中失去1.6×10－10個電子【答案】C【解析】A．摩擦起電的本質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移，說明在摩擦前M、N內(nèi)部都有電荷，A錯誤；B．互相摩擦后M帶1.6×10-10C正電荷，故應該是M上1.6×10-10C的電子轉(zhuǎn)移到N上，B錯誤；C．N原來是電中性，摩擦后M上1.6×10-10C的電子轉(zhuǎn)移到N上，故N在摩擦后一定帶1.6×10-10C的負電荷，C正確；D．M在摩擦過程中失去的電子數(shù)為n＝SKIPIF1<0＝109個D錯誤。故選C。3．如圖所示，A、B為相互接觸的用絕緣支柱支持的金屬導體，起初它們不帶電，在它們的下部貼有金屬箔片，C是帶正電的小球，下列說法正確的是（）A．把C移近導體A時，A、B上的金屬箔片都閉合B．把C移近導體A，先把A、B分開，然后移去C，A、B上的金屬箔片仍張開C．把C移近導體A，再把C移走，然后把A、B分開，A、B上的金屬箔片仍張開D．先把A、B分開，再把C移走，然后重新讓A、B接觸，A上的金屬箔片張開，而B上的金屬箔片閉合【答案】B【解析】A．感應帶電是使導體帶電的一種方法，根據(jù)同種電荷相互排斥、異種電荷相互吸引可知，遠離帶電體的一端會帶同種電荷，靠近帶電體的一端會帶異種電荷。C靠近金屬導體A時，由于靜電感應，在導體A的左端會出現(xiàn)負電荷，導體B的右端要感應出正電荷，所以A、B下方的箔片都張開，故A錯誤；B．把帶正電荷的C移近導體A后，把A和B分開，A帶負電，B帶正電，移去C后，A、B上的金屬箔還是張開的，故B正確；C．先把C移走，A、B上的電荷會中和，A、B兩端都不帶電，若再把A、B分開，A、B上的金屬箔片不會張開，故C錯誤；D．先把A、B分開，再把C移走，然后重新讓A、B接觸，A與B上的電荷重新中和，A、B上的金屬箔片均閉合，故D錯誤。故選B。4．關(guān)于電荷守恒定律，下列敘述不正確的是（）A．一個物體所帶的電荷量總是守恒的B．在與外界沒有電荷交換的情況下，一個系統(tǒng)所帶的電荷量總是守恒的C．在一定的條件下，一個系統(tǒng)內(nèi)的等量的正、負電荷即使同時消失，也并不違背電荷守恒定律D．電荷守恒定律并不意味著帶電系統(tǒng)一定和外界沒有電荷交換【答案】A【解析】A．根據(jù)電荷守恒定律，單個物體所帶的電荷量是可以改變的，A錯誤；B．在與外界沒有電荷交換的情況下，一個系統(tǒng)所帶的電荷量總是守恒的，B正確；C．一個系統(tǒng)內(nèi)的等量的正、負電荷同時消失，并不違背電荷守恒定律，C正確；D．電荷守恒定律并不意味著帶電系統(tǒng)一定和外界沒有電荷交換，D正確。本題選不正確項，故選A。5．用毛皮摩擦過的橡膠棒，靠近不帶電驗電器的金屬小球a，然后用手指瞬間接觸一下金屬桿后拿開橡膠棒，這時驗電器小球a和金箔b的帶電情況是（）A．a(chǎn)帶正電，b帶負電B．a(chǎn)帶負電，b帶正電C．a(chǎn)、b均帶正電D．a(chǎn)、b均不帶電【答案】C【解析】毛皮摩擦過的橡膠棒帶負電，靠近驗電器金屬小球a，發(fā)生靜電感應，用手指接觸金屬桿的瞬間，電子從金屬桿轉(zhuǎn)移到手指上，故拿開橡膠棒后，小球a和金箔b都帶正電，故C正確，ABD錯誤。故選C。6．古希臘貴族婦女外出時都喜歡穿柔軟的絲綢衣服，戴琥珀做的首飾。人們發(fā)現(xiàn)，不管將琥珀首飾擦得多干凈，它很快就會吸上一層灰塵，這主要是因為（）A．琥珀是一種樹脂化石，樹脂具有粘性，容易吸附灰塵B．室外的灰塵比較多，在琥珀上積聚的速度比較快C．經(jīng)絲綢摩擦后的琥珀帶電，能吸引灰塵D．琥珀本身帶電，能吸引灰塵【答案】C【解析】琥珀本身不帶電，琥珀首飾經(jīng)絲綢摩擦后，便帶有了電荷，由于帶電體能夠吸引輕小物體，所以帶電的琥珀會將輕小的灰塵吸附在它上面，導致琥珀比較容易臟，故C正確，ABD錯誤。故選C。7．小明同學用自制的驗電器進行了一些探究實驗。如圖所示，小明使驗電器帶了負電荷，經(jīng)過一段時間后，他發(fā)現(xiàn)該驗電器的金屬箔片（用包裝巧克力的錫箔紙制作）幾乎閉合了。關(guān)于此問題，他跟學習小組討論后形成了下列觀點，你認為正確的是（）A．小球上原有的負電荷逐漸消失了B．在此現(xiàn)象中，正電荷從金屬球轉(zhuǎn)移到金屬箔中，中和了負電荷C．小球上負電荷減少的主要原因是潮濕的空氣將電子導走了D．該現(xiàn)象是由于電子的轉(zhuǎn)移引起的，不再遵循電荷守恒定律【答案】C【解析】帶負電的驗電器在潮濕的空氣中，經(jīng)過一段時間后，小球上的負電荷（電子）被潮濕的空氣導走了，但電荷在轉(zhuǎn)移的過程中仍然守恒，故C正確，ABD錯誤。故選C。8．不帶電的金屬導體A與帶正電的金屬導體B接觸之后也帶正電，原因是（）A．B有部分正電荷轉(zhuǎn)移到A上B．A有部分正電荷轉(zhuǎn)移到B上C．A有部分電子轉(zhuǎn)移到B上D．B有部分電子轉(zhuǎn)移到A上【答案】C【解析】原來金屬導體A不帶電，對外顯電中性，當金屬導體A與帶正電的金屬導體B接觸時，帶正電的金屬導體B奪得電子的本領大于不帶電的金屬導體A，帶正電的的金屬導體B奪得電子，故金屬導體A失去電子帶正電。故選C。二、多選題9．用金屬箔做成一個不帶電的圓環(huán)，放在干燥的絕緣桌面上。小明同學用絕緣材料做的筆套與頭發(fā)摩擦后，將筆套自上向下慢慢靠近圓環(huán)，當距離約為0.5cm時圓環(huán)被吸引到筆套上，如圖所示。對上述現(xiàn)象的判斷與分析，下列說法正確的是（）A．摩擦使筆套帶電B．筆套靠近圓環(huán)時，圓環(huán)上、下部感應出異號電荷C．筆套碰到圓環(huán)后，筆套所帶的電荷立刻被全部中和D．圓環(huán)被吸引到筆套的過程中，圓環(huán)上部的感應電荷數(shù)量不斷增加【答案】ABD【解析】A．筆套與頭發(fā)摩擦后，由于摩擦使筆套帶電，故A正確；B．帶電的筆套靠近圓環(huán)時，圓環(huán)上端感應出與筆套所帶電荷異號的電荷，下端感應電荷與筆套所帶電荷同號，故B正確；C．圓環(huán)為不帶電物體，筆套為帶電物體，筆套碰到圓環(huán)后，筆套和圓環(huán)將帶同種電荷，故C錯誤；D．圓環(huán)和筆套距離越近，感應效果越明顯，感應電荷越多，故D正確。故選ABD。10．科學家在研究原子、原子核及基本粒子時，為了方便，常常用元電荷作為電荷量的單位，關(guān)于元電荷，下列論述正確的是（）A．把質(zhì)子或電子叫元電荷B．元電荷是一個電子所帶電荷量的大小，沒有正負之分C．電子帶有最小的負電荷，其電荷量的絕對值叫元電荷D．物體所帶的電荷量叫作元電荷【答案】BC【解析】A．質(zhì)子或電子是帶電粒子，所帶的電荷量的絕對值叫元電荷。A錯誤；BC．電荷的多少叫電荷量，所以元電荷是一個電子所帶電荷量的大小，沒有正負之分。電子所帶的電荷量是最小的電荷量，所以電子帶有最小的負電荷，其電荷量的絕對值叫元電荷。BC正確。D．物體所帶的電荷量是元電荷的整數(shù)倍。D錯誤。故選BC。11．取一對用絕緣柱支持的導體A和B，使它們彼此接觸。起初它們不帶電，貼在下部的兩片金屬箔是閉合的，如圖所示。手握絕緣棒，把帶正電荷的帶電體C移近導體A。下列對實驗現(xiàn)象的描述正確的是（）A．帶電體C移近導體A時，兩邊的金屬箔都張開B．保持C不動，先把導體A和B分開，然后移開C，張開的金屬箔都合攏C