高中物理1 电荷导学案
展开[学科素养与目标要求]
物理观念:
1.通过摩擦起电形成电荷的概念,理解电荷守恒定律。
科学思维:
1.明确三种不同起电方式的本质。
科学探究:
1.通过静电感应实验和验电器的使用实验体会电荷间的同斥异吸。
一、电荷
1.自然界中有两种电荷: 电荷和 电荷.
2.电荷间的相互作用:同种电荷相互 ,异种电荷相互 .
3.用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷叫作 电荷,用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷叫作 电荷。
4.电荷量:电荷的多少,用Q或q表示,国际单位制中的单位是 ,符号是C.
5.一个电子所带电荷量的绝对值为 ,它是电荷的最小单元,称为 ,记作e=1.6×10-19 C。任何带电体所带电荷量都是元电荷的 。
二、摩擦起电和感应起电
1.摩擦起电: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 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 电,失去电子的物体则带 电.
解释:
(1)物质是由原子组成的,原子由 和 构成。一般情况下,原子核所带电荷总量与电子所带电荷总量相等,因此物体通常对外 。
(2)不同种类的两个不带电的物体相互摩擦之后会带电,是因为两物体相互摩擦时,一个物体的原子中有一些外层 挣脱原子核的束缚并转移到另一个物体上去,所以总体效果是一个物体失去电子,另一个物体得到电子。失去电子的物体内部正电荷的总量大于负电荷的总量,因而显示出带 。同样的道理,得到电子的物体就显示出带 ,而且相互摩擦后两个物体所带的电荷必然等量异号。
2.感应起电: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 带电体,使导体靠近带电体的一端带 电荷,远离带电体的一端带 电荷,这种现象叫作静电感应.利用 使金属导体带电的过程叫作感应起电.
三、电荷守恒定律和元电荷
1.电荷守恒定律:电荷既不会 ,也不会 ,它只能从一个物体转移到 ,或者从物体的一部分转移到 ;在转移过程中,电荷的 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, 保持不变.
3.元电荷: 叫作元电荷,用e表示.所有带电体的电荷量或者等于e ,或者是 .元电荷e的数值最早是由美国物理学家 测得的,在我们的计算中,可取e= C.
4.比荷:带电粒子的 与 的比值.
1.判断下列说法的正误.
(1)摩擦起电的过程是电子从一个物体转移到另一个物体的过程。( )
(2)丝绸与任何物体摩擦后都带负电。( )
(3)元电荷实质上是指电子和质子本身。( )
(4)带正电的导体C靠近枕形导体AB,枕形导体AB内的负电荷向靠近导体C的一端移动,正电荷不动。( )
(5)感应起电是因电荷间的相互作用使导体内部自由电子发生移动。( )
(6)感应起电的过程创造了电荷,不符合电荷守恒定律。( )
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
3.(2022上海徐汇期中)带正电的物体( )
A.有多余的电子B.有多余的中子
C.有多余的原子D.缺少电子
4.(2022上海徐汇期中)下列几种带电体所带的电荷量不可能的是( )
A.3.2×10-19 CB.6.4×10-19 C
C.8.0×10-20 C×10-18 C
5.(2022湖北示范高中期中)摩擦可以产生静电,原来甲、乙、丙三物体都不带电,现在使甲、乙两物体相互摩擦后,乙物体再与丙物体接触,最后知甲物体带正电荷2.8×10-15 C,丙物体所带电荷量为6×10-16 C。关于最后乙、丙两物体所带电荷量的情况,下列说法正确的是( )
A.乙物体一定带有负电荷3.4×10-15 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6×10-16 C
D.丙物体一定带有负电荷6×10-16 C
6.(2022上海徐汇期中)如图是某同学自制的简易实验仪器示意图,该仪器可以用来( )
A.测量电阻阻值大小
B.检验物体是否带电
C.测量电阻两端电压大小
D.检验导线中是否有电流
一、对三种起电方式的理解
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,金属箔片又有什么变化?
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?
知识深化
三种起电方式的比较
例1 (2019·融水中学高二段考)不带电的玻璃棒与丝绸,相互摩擦后都带上了电,如图3所示.其原因是( )
图3
A.丝绸创造了负电荷
B.玻璃棒创造了正电荷
C.玻璃棒上有些电子转移到丝绸上
D.丝绸上有些电子转移到玻璃棒上
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例2.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例2.TIF" \* MERGEFORMATINET 例2 (多选)(2018·温州市十五校高一期末)如图4所示,取一对用绝缘柱支撑的不带电的导体A和B,使他们彼此接触,现在把带正电荷的物体C移近导体A,发现贴在A、B下部的金属箔都张开,下列说法正确的是( )
图4
A.此时A带负电荷,B带正电荷
B.此时A和B都带负电荷
C.A和B分开后移去C,A、B上的金属箔仍保持张开
D.先移去C,再把A和B分开,A、B上的金属箔仍保持张开
感应起电的判断方法
1.当带电体靠近导体时,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,如图5甲所示.
2.导体接地时,该导体与地球可视为一个导体,而且该导体可视为近端导体,带异种电荷,地球就成为远端导体,带同种电荷,如图乙、丙所示.
图5
说明:用手摸一下导体,再移开手指,相当于先把导体接地,然后再与大地断开.
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?
知识深化
1.使物体带电的实质不是创造了电荷,而是物体所带的电荷发生了转移,起电的过程就是物体间或物体内部电荷的重新分布.摩擦起电、感应起电和接触起电均符合电荷守恒定律。
2.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.
3.两金属导体接触后电荷量的分配规律
(1)当两个导体材料、形状不同时,接触后再分开,只能使两者均带电,但无法确定电荷量的多少。
(2)若使两个完全相同的金属球电荷量的绝对值分别为q1、q2,则有
① 若带同种电荷⇒金属球相接触⇒总电荷量平分⇒q1+q22
② 若带异种电荷⇒金属球相接触⇒先中和再平分⇒|q1-q2|2
要点笔记
(1)中性:物体内有电荷存在,但正、负电荷的绝对值相等,对外不显电性。
(2)中和:两个带有等量异种电荷的带电体相遇达到电中性的过程。
4.元电荷
(1)元电荷是最小的电荷量,而不是实物粒子,元电荷无正、负之分.
(2)虽然质子、电子的电荷量等于元电荷,但不能说质子、电子是元电荷.
(3)电子的比荷:电子的电荷量e与电子的质量me之比,叫作电子的比荷.
(4)所有带电体的电荷量是e的整数倍。
(5)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。
要点笔记
电荷量是不连续的,只能是元电荷的整数倍。
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例3.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例3.TIF" \* MERGEFORMATINET 例3 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,接触后两球带电荷量大小之比为多大?
(2)若A、B两球带异种电荷,接触后两球带电荷量大小之比为多大?
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例4.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例4.TIF" \* MERGEFORMATINET 例4 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?
接触起电时电荷量的分配规律
1.导体接触带电时电荷量的分配与导体的形状、大小有关.
2.当两个完全相同的金属球接触后,电荷将平均分配.
(1)若两个球最初带同种电荷,接触后电荷量相加后均分;(2)若两个球最初带异种电荷,则接触后电荷先中和再均分.
三、验电器的原理和使用
导学探究
制作一个验电器,将带电体靠近验电器上端但不与验电器接触,验电器的金属箔片是否会张开?
知识深化
验电器的两种应用方式及原理
1.带电体接触验电器: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6甲.
2.带电体靠近验电器: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,如图乙.
图6
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例5.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例5.TIF" \* MERGEFORMATINET 例5 (多选)如图7所示,有一带正电的验电器,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7
A.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
针对训练1 把带电的金属球移近不带电的验电器,验电器的金属箔片张开,如图所示为验电器上感应电荷的分布情况,正确的是( )
1.(起电的实质)(2018·山东师范大学附属中学期中)关于摩擦起电和感应起电,下列说法正确的是( )
A.摩擦起电是因为电荷的转移,感应起电是因为产生电荷
B.感应起电是因为电荷的转移,摩擦起电是因为产生电荷
C.不论是摩擦起电还是感应起电都是因为电荷的转移
D.一个带电体接触一个不带电的物体,两个物体可能带上异种电荷
2.(感应起电)(多选)(2018·济宁市高二月考)如图8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.以下关于使导体带电的说法中正确的是( )
图8
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
3.(元电荷)(多选)(2018·浏阳一中期末)科学家在研究原子、原子核及基本粒子时,为了方便,常常用元电荷作为电荷量的单位,关于元电荷,下列论述正确的是( )
A.把质子或电子叫元电荷
B.元电荷是一个电子所带电荷量的大小,没有正负之分
C.电子带有最小的负电荷,其电荷量的绝对值叫元电荷
D.物体所带的电荷量叫作元电荷
4.(验电器)如图9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9
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,因为验电器下部的箔片都带上了正电
5.(电荷守恒定律的应用)有三个相同的金属小球A、B、C,其中小球A带有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.
考点一 电荷量与元电荷
1.(2019·汕头市高二期中)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整数倍
C.元电荷的电荷量大小是1 C
D.只有电子和质子的带电荷量等于元电荷
2.(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值
B.物体所带的电荷量只能为某些值
C.物体带电荷量的最小值为1.6×10-9 C
D.若物体带正电荷,电荷量为1.6×10-9 C,这是因为物体失去了1.0×1010个电子
考点二 三种起电方式的理解
3.(2018·佛山一中高二段考)下列有关摩擦起电的说法正确的是( )
A.摩擦起电说明电荷是可以创造的
B.摩擦起电时物体带负电荷是因为在摩擦过程中此物体得到电子
C.摩擦起电是正电荷从一个物体转移到另一物体
D.等量的正、负电荷可以中和,说明电荷可以被消灭
4.(2018·烟台二中期末)如图1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1
A.若用导线将Q接地,然后断开,再取走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A,则导体B将带正电
5.(2019·南昌二中高二上月考)如图2所示,将带电金属棒移近两个相同且不带电的导体球,两导体球开始时互相接触且对地绝缘,下列几种方法中不能使两球都带电的是( )
图2
A.先把两球分开,再移走金属棒
B.先移走金属棒,再把两球分开
C.先将金属棒接触一下其中的一个球,再把两球分开
D.手摸一下甲球,然后移走金属棒,再把两球分开
6.如图3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3
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
7.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( )
8.如图4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4
A.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.金属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
考点三 电荷守恒定律
9.(多选)原来甲、乙、丙三个完全相同的物体都不带电,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
10.如图5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,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5
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
11.(2018·华南师大附中期末)如图6所示,在某次实验中老师用丝绸摩擦过的玻璃棒(带正电)去吸引细碎的锡箔屑,发现锡箔屑被吸引到玻璃棒上后又迅速向空中散开,下列说法正确的是( )
图6
A.锡箔屑被吸引过程会因为获得电子而带负电
B.散开时锡箔屑带负电
C.最后锡箔屑散开主要是因为碰撞
D.散开时锡箔屑带正电
12.(多选)(2019·茂名一中高二期中)有A、B、C三个完全相同的金属球对地绝缘,A带8.0×10-5 C的正电荷,B、C不带电.现每次将两个球相互接触后分开,使它们都带电,则A、B、C所带的电荷量可能是下面哪组数据( )
A.5.0×10-5 C,2.0×10-5 C,1.0×10-5 C
B.4.0×10-5 C,2.0×10-5 C,2.0×10-5 C
C.3.0×10-5 C,2.5×10-5 C,2.5×10-5 C
D.6.0×10-5 C,1.0×10-5 C,1.0×10-5 C
13.(多选)如图7所示,A、B为相互接触并用绝缘支柱支持的金属导体,起初都不带电,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7
A.把C移近导体A时,A、B下方的金属箔片都张开
B.把C移近导体A后,先把A、B分开,然后移去C,A、B下方的金属箔片仍张开
C.把C移近导体A后,先把C移走,再把A、B分开,A、B下方的金属箔片仍张开
D.把C移近导体A后,先把A、B分开,再把C移走,最后重新让A、B接触,A下方的金属箔片张开,而B下方的金属箔片闭合
14.有三个完全相同的绝缘金属小球A、B、C,其中A小球带有3×10-3 C的正电荷,B小球带有2×10-3 C的负电荷,小球C不带电.先让小球C与小球A接触后分开,再让小球B与小球A接触后分开,最后让小球B与小球C接触后分开,试求这时三个小球所带电荷量分别为多少?
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种的电荷
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
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.
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