高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电荷一课一练

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电荷一课一练，共12页。
[学习目标] 1.知道自然界中的两种电荷及它们之间相互作用的规律，知道电荷量的概念及电荷量的单位.2.理解摩擦起电和感应起电.3.掌握电荷守恒定律.4.知道元电荷的概念，掌握元电荷的值.
一、电荷
1.自然界中有两种电荷：正电荷和负电荷.
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.
3.电荷量：电荷的多少，用Q或q表示，国际单位制中的单位是库仑，符号是C.正电荷的电荷量为正值，负电荷的电荷量为负值.
4.摩擦起电及其原因
(1)摩擦起电：由于摩擦而使物体带电的方式.用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电.
(2)原因：当两种物质组成的物体互相摩擦时，一些受束缚较弱的电子会转移到另一个物体上.于是，原来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.静电感应现象：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，这种现象叫作静电感应.
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
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.电荷守恒定律的另一表述是：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变.
四、元电荷
1.元电荷：最小的电荷量，e＝1.60×10－19C，由密立根测得.所有带电体的电荷量都是e的整数倍.
2.比荷：带电粒子的电荷量与其质量的比值.
1.判断下列说法的正误.
(1)用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)两种不同物质组成的物体相互摩擦使物体带电，是由于两物体的原子核对核外电子束缚的能力不同.( √ )
(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)元电荷就是最小的带电体.( × )
(5)某一带电体的电荷量可能等于5×10－19 C.( × )
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端将带________电.
图1
答案 负 正
一、三种起电方式
导学探究 (1)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均是闭合的.
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，金属箔片是否闭合？
③再让A和B接触，又会看到什么现象？
(2)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 (1)①C移近导体A，A、B下部的金属箔片都张开；
②金属箔片仍张开，但张角变小；
③A、B接触，金属箔片都闭合.
(2)正电荷，在这个过程中，有电子从物体B转移到物体A.
知识深化
三种起电方式的比较
(多选)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电子和质子
B.两种不同材料的不带电的绝缘体互相摩擦后，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
答案 BD
解析 摩擦起电的实质是由于两个物体的原子核对核外电子的束缚能力不相同，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.故B、D正确.
(2021·河北保定市高二期末)如图3所示，不带电的金属导体A和B放在绝缘支柱上并相互接触，带正电的小球C靠近A，以下说法中正确的是( )
图3
A.若先将A、B分开，再移走C，A带正电，B带负电
B.若先将A、B分开，再移走C，B带正电，A带负电
C.若先将C移走，再把A、B分开，A带正电，B带负电
D.若先将C移走，再把A、B分开，B带正电，A带负电
答案 B
解析 带正电的小球C靠近A，由于感应起电，A带负电，B带正电.若先将A、B分开，再移走C，则A整体带负电，B整体带正电，故A错误，B正确；若先将C移走，则A、B上的电荷又马上中和，不再带电，再把A、B分开，A、B都不带电，故C、D错误.
针对训练1 如图4所示，不带电导体B在靠近带正电荷的导体A后，P端及Q端分别感应出负电荷和正电荷，则以下说法正确的是( )
图4
A.若用导线将Q接地，然后断开，再取走导体A，则导体B将带负电
B.若用导线将Q接地，然后断开，再取走导体A，则导体B将带正电
C.若用导线将Q接地，然后断开，再取走导体A，则导体B将不带电
D.若用导线将P接地，然后断开，再取走导体A，则导体B将带正电
答案 A
解析 导体B在靠近带正电荷的导体A时，导体B上的自由电子会向P端运动，导体B的P端因有了多余的电子而带负电，Q端因失去电子而带正电，用接地导线接导体B的任何部位，大地的负电荷都会中和B导体Q端的正电荷，因此断开导线，再取走导体A，导体B将带负电，故A正确，B、C、D错误.
1.只有导体中的电子才能自由移动.绝缘体中的电子不能自由移动，所以导体能够发生感应起电，而绝缘体不能.
2.凡是遇到接地问题时，该导体与地球可视为一个更大导体，而且该导体可视为近端，带异种电荷，地球可视为远端，带同种电荷，如图.
二、电荷守恒定律 元电荷
导学探究 (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？
(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4×10－19 C吗？
(3)电子和质子就是元电荷吗？
答案 (1)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)物体所带的电荷量不是任意的，它只能是1.60×10－19 C的整数倍.由于4×10－19 C是1.60×10－19 C的2.5倍，所以物体所带的电荷量不能是4×10－19 C.
(3)元电荷是最小的电荷量，是一个数值，不是实物粒子；电子和质子是实物粒子，不是元电荷，带电荷量等于元电荷.
知识深化
1.起电过程的实质是物体中自由电荷的转移过程.在转移过程中电荷的总量保持不变.也就是说，起电过程就是物体所带电荷量的重新分配.
2.电荷守恒定律和能量守恒定律一样，都是自然界中最基本的守恒定律，任何带电现象都不能违背电荷守恒定律.
3.元电荷
(1)最小的电荷量叫作元电荷，元电荷不是实物粒子，无正、负之分.
(2)虽然质子、电子所带的电荷量等于元电荷，但不能说质子、电子是元电荷.
[深度思考] 两个导体带有等量的异种电荷，当两导体相互接触时发生电中和，即对外不显电性，此过程是不是说明电荷消失了？
答案 电荷的中和并不是指电荷消失，而是指带等量异种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.
完全相同的两金属小球A、B带有相同大小的电荷量，相隔一定的距离，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，求接触后两球带电荷量大小之比；
(2)若A、B两球带异种电荷，求接触后两球带电荷量大小之比.
答案 (1)2∶3 (2)2∶1
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qA1＝qC1＝eq \f(1,2)q.
C与B接触后，B、C带电荷量为qB1＝qC2＝eq \f(q＋\f(1,2)q,2)＝eq \f(3,4)q.
故A、B带电荷量大小之比为eq \f(qA1,qB1)＝eq \f(\f(1,2)q,\f(3,4)q)＝eq \f(2,3).
(2)设A带正电荷，B带负电荷，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QA′＝QC′＝＋eq \f(1,2)Q.
C与B接触后，B、C带电荷量为QB′＝QC″＝eq \f(\f(1,2)Q－Q,2)＝－eq \f(1,4)Q，
故A、B带电荷量大小之比为eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(QA′,QB′)))＝eq \f(\f(1,2)Q,\f(1,4)Q)＝eq \f(2,1).
两金属导体接触后电荷量的分配规律
1.若使两个完全相同的金属球带电荷量分别为q1、q2，接触后再分开，两球带电荷量分别为q1′、q2′，则有q1′＝q2′＝eq \f(q1＋q2,2).
2.此规律只适用于两个相同的金属球(材料、大小都相同).
针对训练2 有三个相同的金属小球A、B、C，其中小球A带有q＝2.0×10－5 C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qA′＝_____C，qB′＝____C，qC′＝_______ C.
答案 5×10－6 7.5×10－6 7.5×10－6
解析 小球C先与球A接触后分开，则qA＝qC＝eq \f(q,2)＝1.0×10－5 C，再让小球B与球A接触后分开，则qA′＝qB＝eq \f(qA,2)＝5×10－6 C；最后让小球B与小球C接触后分开，则qB′＝qC′＝eq \f(qB＋qC,2)＝7.5×10－6 C.
(多选)关于电荷量，以下说法中正确的是( )
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特定值
C.物体带电荷量为＋1.60×10－9 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1.60×10－19 C
答案 BCD
解析 物体带电的原因是电子的得失，带正电是因为失去了电子，带负电是因为得到了电子.物体所带电荷量是不能连续变化的，只能是e＝1.60×10－19 C的整数倍.
三、验电器的原理和使用
验电器的两种应用方式及原理
1.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.
图5
2.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带异种电荷，而金属箔片上会带同种电荷(感应起电)，两个金属箔片在斥力作用下张开，如图乙.
如图6所示，用起电机使金属球A带正电，将A靠近验电器上的金属小球B，则( )
图6
A.验电器的金属箔不会张开，因为球A没有和B接触
B.验电器的金属箔张开，因为整个验电器都带上了正电
C.验电器的金属箔张开，因为整个验电器都带上了负电
D.验电器的金属箔张开，因为验电器下部的两片金属箔片都带上了正电
答案 D
解析 带正电的金属球A靠近验电器上的金属小球B，由于静电感应，B球带负电，验电器的金属箔带正电，故两片金属箔片因带同种电荷相互排斥而张开，D正确.
考点一 电荷量与元电荷
1.关于元电荷的理解，下列说法正确的是( )
A.元电荷就是电子或者质子
B.物体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍
C.元电荷的电荷量大小是1 C
D.只有电子所带的电荷量等于元电荷
答案 B
2.带电微粒所带电荷量不可能是下列值中的( )
A.2.4×10－19 C B.－1.6×10－19 C
C.－1.6×10－18 C D.4.0×10－17 C
答案 A
解析 最小的电荷量是1.6×10－19 C，人们把这个最小的电荷量叫作元电荷，所有带电体所带电荷量都是元电荷的整数倍.由于2.4×10－19 C不是1.6×10－19 C的整数倍，故选A.
考点二 三种起电方式
3.下列关于电现象的叙述正确的是( )
A.玻璃棒无论与什么物体摩擦都带正电，胶木棒无论与什么物体摩擦都带负电
B.摩擦可以起电，是普遍存在的现象，相互摩擦的两个物体可以同时带等量同种电荷
C.带电现象的本质是电子的转移，呈电中性的物体得到多余电子就一定显负电性，失去电子就一定显正电性
D.电荷是可以被创生的，当一种电荷出现时，必然有等量异号的电荷出现
答案 C
4.如图1所示，绝缘的细线上端固定，下端悬挂一个轻质小球a，a的表面镀有铝膜，在离a很近处有一放在绝缘支架上的金属球b，开始时，a、b都不带电，现使b带电，则( )
图1
A.a、b间不发生相互作用
B.b将吸引a，吸住后不放开
C.b立即把a排斥开
D.b先吸引a，接触后又把a排斥开
答案 D
解析 带电物体能够吸引轻小物体，故b会将a球吸引过来，a与b接触后，带同种电荷而分开，故D正确.
5.(2020·高台县一中高二期末)如图2所示，在真空中，把一个绝缘导体向带负电的球P慢慢靠近，关于绝缘导体两端的电荷，下列说法中不正确的是( )
图2
A.两端的感应电荷越来越多
B.两端的感应电荷是同种电荷
C.两端的感应电荷是异种电荷
D.两端的感应电荷电荷量相等
答案 B
解析 把一个绝缘导体向带负电的球P慢慢靠近，绝缘导体两端的电荷越来越多，选项A正确；离带负电的球P较近的一端带正电荷，较远的一端带负电荷，即两端的感应电荷是异种电荷，选项B错误，C正确；据电荷守恒定律知，两端的感应电荷电荷量相等，选项D正确.
6.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 使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；由于同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，使得验电器上靠近带电金属球的一端与其电性相反，而远离带电金属球的一端与其电性相同，故选项B正确.
7.(多选)如图3所示，把置于绝缘支架上的不带电的枕形导体放在带负电的导体C附近，导体的A端感应出正电荷，B端感应出负电荷.关于使导体带电的以下说法中正确的是( )
图3
A.如果用手摸一下导体的B端，B端自由电子将经人体流入大地，手指离开，移去带电体C，导体带正电
B.如果用手摸一下导体的A端，大地的自由电子将经人体流入导体与A端的正电荷中和，手指离开，移去带电体C，导体带负电
C.如果用手摸一下导体的中间，由于中间无电荷，手指离开，移去带电体C，导体不带电
D.无论用手摸一下导体的什么位置，导体上的自由电子都经人体流入大地，手指离开，移去带电体C，导体带正电
答案 AD
解析 无论用手摸一下导体的什么位置，都会使枕形导体通过人体与大地相连，由于静电感应，导体上的自由电子将经人体流入大地，使得导体带正电，手指离开，移去带电体C，导体带正电，故选项A、D正确.
考点三 电荷守恒定律
8.(2021·浙江宁波期中)一带负电的绝缘金属小球被放在潮湿的空气中，经过一段时间后，发现该小球上带有的负电荷几乎不存在了，这说明( )
A.小球上原有的负电荷逐渐消失了
B.在此现象中，电荷不守恒
C.小球上负电荷减少的主要原因是潮湿的空气将电子导走了
D.该现象不遵循电荷守恒定律
答案 C
解析 根据电荷守恒定律知，电荷既不会消灭，也不会创生，只会发生转移，故A错误；该过程中电荷仍然守恒，电荷没有消失，金属小球上的负电荷减少是由于潮湿的空气将电子导走了，是电子的转移，仍然遵循电荷守恒定律，故B、D错误，C正确.
9.甲、乙两个原来不带电的物体相互摩擦，结果发现甲物体带了1.6 C的正电荷.下列说法正确的是( )
A.乙物体也带了1.6 C的正电荷
B.甲物体失去了1019个电子
C.乙物体失去了1019个电子
D.甲、乙两物体共失去了2×1019个电子
答案 B
解析 甲物体带了1.6 C的正电荷，由电荷守恒定律可知，乙物体带了1.6 C的负电荷，故A错误；甲物体在摩擦过程中失去的电子数为n＝eq \f(1.6,1.6×10－19)个＝1019个，故B正确；乙物体得到了1019个电子，故C、D错误.
10.(多选)甲、乙、丙三个物体最初均不带电，乙、丙是完全相同的导体，今使甲、乙两个物体相互摩擦后，乙物体再与丙物体接触，最后，得知甲物体所带电荷量为＋1.6×10－15 C，则对于最后乙、丙两个物体的带电情况，下列说法中正确的是( )
A.乙物体一定带有电荷量为8×10－16 C的负电荷
B.乙物体可能带有电荷量为2.4×10－15 C的负电荷
C.丙物体一定带有电荷量为8×10－16 C的正电荷
D.丙物体一定带有电荷量为8×10－16 C的负电荷
答案 AD
解析 甲、乙、丙三个物体原来都不带电，甲、乙两个物体相互摩擦导致甲物体失去电子而带1.6×10－15 C的正电荷，乙物体得到电子而带1.6×10－15 C的负电荷；乙物体与不带电的丙物体相接触，由于乙、丙两物体完全相同，故可知乙、丙两物体带等量负电荷，由电荷守恒定律可知乙、丙两物体最终所带电荷量均为8×10－16 C，A、D正确.
11.如图4所示，左边是一个不带电的导体，右边C是后来靠近的带正电荷的导体球，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，则下列结论正确的是( )
图4
A.沿虚线d切开，A带负电，B带正电，且QA＞QB
B.只有沿虚线b切开，才有A带正电，B带负电，且QA＝QB
C.沿虚线a切开，A带正电，B带负电，且QA＜QB
D.不管沿a、b、d哪一条虚线切开，都有A带正电，B带负电，且QA＝QB
答案 D
解析 导体原来不带电，在带正电荷的导体球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部分有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，因此不管沿a、b、d哪一条虚线切开，都有A带正电，B带负电，且QA＝QB，故D正确.
12.如图5所示，把一个不带电的枕形导体靠近带正电荷的小球，由于静电感应，在a、b两端分别出现负、正电荷，则以下说法正确的是( )
图5
A.闭合开关S1，有电子从枕形导体流向大地
B.闭合开关S2，有电子从枕形导体流向大地
C.闭合开关S1，有电子从大地流向枕形导体
D.闭合开关S2，没有电子通过开关S2
答案 C
解析 当闭合开关S1、S2中的任何一个以后，便把大地与枕形导体连通，由于静电感应，a端仍为负电荷，大地远处应感应出正电荷，因此无论闭合开关S1还是S2，都应有电子从大地流向枕形导体，故C正确.
13.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QA＝6.4×10－9 C、QB＝－3.2×10－9 C，让两个金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移？转移了多少个？
答案 电子由B球转移到A球 3.0×1010
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，由于两小球完全相同，剩余正电荷一定平分，即接触后两小球带电荷量QA′＝QB′＝eq \f(QA＋QB,2)＝eq \f(6.4×10－9－3.2×10－9,2) C＝1.6×10－9 C
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′的正电荷，这样共转移的电荷量为ΔQ＝QB′－QB＝1.6×10－9 C－(－3.2×10－9 C)＝4.8×10－9 C
则转移的电子数n＝eq \f(ΔQ,e)＝eq \f(4.8×10－9,1.6×10－19) (个)＝3.0×1010 (个).
14.(2021·汕头市第一中学高二期末)验电器可以用来检验物体是否带电和所带电性.如图6，现将一带电物体靠近原来已带电的验电器的金属球，下列判断正确的是( )
图6
A.验电器带正电时，若金箔张角变小，可知物体带正电
B.验电器带正电时，若金箔张角变大，可知物体带负电
C.验电器带负电时，若金箔张角变大，可知物体带负电
D.验电器带负电时，若金箔张角变大，可知物体带正电
答案 C
解析 验电器上带正电荷后，验电器上的金箔张开一定角度，如果用另一个带电体靠近验电器的金属球，金箔张角变大，说明带电体带正电，吸引电子向金属球转移；如果金箔张角变小，说明带电体带负电，排斥电子，电子向金箔转移，选项A、B错误；验电器上带负电荷后，验电器上的金箔张开一定角度，如果用另一个带电体靠近验电器的金属球，金箔张角变大，说明带电体带负电，排斥电子向金箔转移；如果金箔张角变小，说明带电体带正电，吸引电子向金属球转移，选项C正确，D错误.
摩擦起电
感应起电
接触起电
现象
两物体带上等量异种电荷
导体两端出现等量异种电荷
导体带上与带电体同性的电荷
原因
不同物质原子核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
电子在电荷间相互作用下发生转移，近端带异种电荷，远端带同种电荷
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
说明
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