高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电荷学案

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电荷学案，共8页。


一、电荷
1．两种电荷：自然界只存在两种电荷，正电荷和负电荷。
2．电荷量：电荷的多少，常用Q或q表示，国际单位制单位是库仑，简称库，符号是C。
3．原子的组成
原子由原子核和核外电子组成，原子核由带正电的质子和不带电的中子组成，核外电子带负电。通常原子内正、负电荷的数量相同，故整个原子对外界表现为电中性。
4．自由电子和离子
金属中原子的最外层电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由运动，这种能自由运动的电子叫作自由电子，失去自由电子的原子便成为带正电的离子。
5．摩擦起电
两个物体相互摩擦时，电子从一个物体转移到另一个物体，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。
二、静电感应
1．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种电荷，远离带电体的一端带同种电荷的现象。
2．感应起电：利用静电感应使金属导体带电的过程。
三、电荷守恒定律的两种表述
1．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。
2．一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。
四、元电荷
1．定义：实验发现的最小电荷量就是电子所带的电荷量，这个最小的电荷量叫作元电荷，用符号e表示。
2．所有带电体的电荷量都是e的整数倍，电荷量是不能连续变化的物理量。
3．元电荷的大小：e＝1.602 176 634×10－19 C在计算中通常取e＝1.60×10－19 C。
4．电子的比荷：电子的电荷量e与电子的质量me之比。其值eq \f(e,me)＝1.76×1011 C/kg。
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)两个正电荷之间的作用力互为斥力，两个负电荷之间的作用力为引力。(×)
(2)摩擦起电的过程就是创造电荷的过程。(×)
(3)电荷守恒定律是自然界中最基本的守恒定律之一。(√)
(4)电子的电荷量e的数值最早是由库仑通过实验测出的。(×)
(5)元电荷就是质子或电子。(×)
(6)所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍。(√)
2．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。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( )
A．6.2×10－19 C B．6.4×10－19 C
C．6.6×10－19 CD．6.8×10－19 C
B [电荷量必须是元电荷e＝1.60×10－19 C的整数倍，6.4×10－19 C是e的4倍，故看不清的关键数字可能是B项。]
3.如图所示，用起电机使金属球A带正电，靠近验电器B，则( )
A．验电器金箔不张开，因为球A没有和B接触
B．验电器金箔张开，因为整个验电器都带上了正电
C．验电器金箔张开，因为整个验电器都带上了负电
D．验电器金箔张开，因为验电器下部箔片都带上了正电
D [因球A带正电，靠近验电器B，根据同
种电荷相斥、异种电荷相吸的原理，验电器金箔中的电子就会被金属球A中正电荷吸引到验电器的上端小球上，所以下端的验电箔片就会带上正电。因为同种电荷相互排斥，故箔片张开，D正确。]
1．过程及现象
(1)取一对用绝缘支柱支持的金属导体A、B，使它们彼此接触。起初它们不带电，贴在它们下面的金属箔是闭合的，如图甲所示。
(2)带正电荷的球C移近导体A，可以看到A、B上的金属箔都张开了，这表示A、B上都带了电荷，如图乙所示。
(3)如果把A、B分开，然后移去C，可以看到A和B仍带有电荷，如图丙所示。
(4)让A、B接触，金属箔就不再张开，表明它们不再带电了。这说明A、B所带的电荷是等量的，互相接触时，等量的正、负电荷发生了中和。
甲 乙 丙
感应起电
2．感应起电的本质
在导体C上的电荷作用下，导体A、B上的自由电荷发生定向移动，由B端移至A端，从而引起A端带负电，B端带正电，此时若将A、B分离，导体A、B则成为带等量异种电荷的带电体。
【例1】 如图所示，左边是一个原先不带电的导体，右边C是后来靠近导体的带正电的金属球。若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，则下列结论正确的有( )
A．沿虚线d切开，A带负电，B带正电，且QB>QA
B．只有沿虚线b切开，才有A带正电，B带负电，且QB＝QA
C．沿虚线a切开，A带正电，B带负电，且QB>QA
D．沿任意一条虚线切开，都有A带正电，B带负电，且QB＝QA，而QA、QB的值与所切的位置有关
D [静电感应使得A部分带正电，B部分带负电。导体原来不带电，只是在C的电荷的作用下，导体中的自由电子向B部分移动，使B部分有了多余的电子而带负电，A部分缺少了电子而带正电。A部分失去的电子数目和B部分多余电子的数目是相等的，因此无论从哪一条虚线切开，两部分的电荷量总是相等的。但由于电荷之间的作用力与距离有关，自由电子在不同位置所受C的作用力的强弱是不同的，这样导致电子在导体上的分布不均匀。越靠近右端，负电荷密度越大；越靠近左端，正电荷密度越大。所以从不同位置切开时，导体的带电荷量的值是不同的。故只有D正确。]
分析感应起电问题时的三点提醒
(1)明确带电体与感应起电的导体。
(2)弄清楚导体靠近带电体的一端和远离带电体的另一端，近端感应出异种电荷，远端感应出同种电荷。
(3)注意拿走物体的顺序，若保持带电体不动，先分开导体的靠近端和远离端，再移走带电体，则靠近端带异种电荷，远离端带同种电荷。若先移走带电体，则导体上的电荷会立即中和，不再带电。
1．如图所示，在感应起电现象中，带负电物体靠近带绝缘底座的导体N处时，M处将( )
A．带正电 B．带负电
C．不带电D．以上答案均有可能
B [由同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引可知，导体中的负电荷被排斥到M处，所以选项B正确。]
1．对元电荷的认识
(1)一个电子、一个质子或一个正电子所带的电荷量都是e，所有带电体的电荷量等于e或者是e的整数倍。
(2)元电荷既不是电子，也不是质子，只是一个电荷量。因为物体的带电荷量通常较小，因此可用元电荷的整数倍方便地表示，如电子的带电荷量为－e，即表示电子的带电荷量为－1.60×10－19 C。
2．对电荷守恒定律的理解
(1)电荷守恒定律的另一种表达：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。
如接触带电时不带电物体与带电物体接触后，电荷在两物体上重新分配，但总电荷量不变。
摩擦起电实质上是电子在不同物体间的转移。
(2)接触带电时，两个完全相同的导体球相互接触，则电荷量平分。若两导体球带同种电荷，会把总电荷量平分；若带异种电荷，则先中和然后再把剩余电荷量平分。
【例2】 甲、乙两个原来不带电荷的物体相互摩擦(没有第三者参与)，结果发现甲物体带了1.6×10－15 C的电荷量(正电荷)，下列说法正确的是( )
A．乙物体也带了1.6×10－15 C的正电荷
B．甲物体失去了104个电子
C．乙物体失去了104个电子
D．甲、乙两物体共失去了2×104个电子
B [甲、乙两个物体相互摩擦，甲带1.6×10－15 C的正电荷，那么由电荷守恒定律可知，乙应带1.6×10－15 C的负电荷，即甲失去了104个电子，乙得到了104个电子，所以正确的选项是B。]
(1)同一物体与不同物体摩擦是失去电子还是得到电子，取决于相互摩擦的两物体的原子核对电子束缚能力的相对强弱。
(2)任何起电方式都是电荷的转移，在同一隔离系统中正、负电荷的代数和不变。
2．(多选)原来甲、乙、丙三物体都不带电，今使甲、乙两物体相互摩擦后，乙物体再与丙物体接触，最后，得知甲物体带正电1.6×10－15 C，丙物体带电8×10－16C。则对于最后乙、丙两物体的带电情况，下列说法正确的是( )
A．乙物体一定带有负电荷8×10－16 C
B．乙物体可能带有负电荷2.4×10－15 C
C．丙物体一定带有正电荷8×10－16 C
D．丙物体一定带有负电荷8×10－16 C
AD [物体经过摩擦后，会带上电。得到电子的带负电，失去电子的带正电。甲、乙两物体相互摩擦后，甲物体带正电1.6×10－15 C，则乙带负电1.6×10－15 C，若乙物体再与丙物体接触，由于丙物体带电8×10－16 C，且一定带负电，则乙也一定带负电，大小为8×10－16 C，故A、D正确，B、C错误。]
1．(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实数
B．物体所带的电荷量只能是某些值
C．物体带正电荷1.6×10－9 C，这是因为失去了1.0×1010个电子
D．物体所带电荷量的最小值为1.6×10－19 C
BCD [元电荷为1.6×10－19 C，任何带电体电荷量均是元电荷的整数倍，故A错，B、C、D对。]
2．(多选)关于元电荷，下列说法正确的是( )
A．元电荷实质上是指电子或质子本身
B．所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍
C．元电荷的数值通常取作e＝1.6×10－19 C
D．元电荷e的数值最早是由美国科学家密立根用实验测得的
BCD [元电荷实际上是指电荷量，数值为1.6×10－19 C，不是指某个具体的带电物质，如电子、质子，故A错误，C正确；元电荷是电荷量的数值，没有正、负电性的区别，宏观上所有带电体的电荷量一定是元电荷的整数倍，故B正确；元电荷的具体数值最早是由密立根用油滴实验测得的，测量精度相当高，故D正确。]
3．如图是伏打起电盘示意图，其起电原理是( )
甲 乙 丙 丁
A．摩擦起电 B．感应起电
C．接触起电D．以上三种方式都不是
B [导电平板靠近带电的绝缘板并接地时，导电平板由于静电感应，使导电平板带上负电荷，故选项B正确。]
4．(多选)M和N是两个都不带电的物体。它们互相摩擦后，M带正电荷2.72×10－9 C，下列判断正确的有( )
A．在摩擦前M和N的内部没有任何电荷
B．摩擦过程中电子从M转移到N
C．N在摩擦后一定带负电荷2.72×10－9 C
D．M在摩擦过程中失去1.7×1010个电子
BCD [在摩擦前，物体内部存在着等量的异种电荷，对外不显电性，A错；M失去电子带正电，N得到电子带负电，所以电子是从M转移到N，B对；在摩擦起电过程中，得失电子数目是相等的，根据电荷守恒定律，M带正电荷2.72×10－9 C，则N一定带负电荷2.72×10－9 C，C对；M失去的电子数为n＝eq \f(q,e)＝eq \f(2.72×10－9,1.60×10－19)个＝1.7×1010个，D对。]
对感应起电的理解
元电荷与电荷守恒定律
课 堂 小 结
知 识 脉 络
1.自然界中的两种电荷及相互作用。
2.摩擦起电和感应起电的本质。
3.电荷守恒定律的理解及应用。
4.元电荷及带电体所带电荷量的特点。