高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电荷精品习题

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【学习目标】
1、分析摩擦起电和带电体间的相互作用实验现象，知道自然界存在两种电荷。知道电荷量的概念及其国际单位。
2、会用原子结构模型解释摩擦起电的原因，观察并分析静电感应现象，进一步提高应用物理模型解释现象的能力。
3、通过观察摩擦起电、静电感应等现象，激发对自然界的好奇心。
4、通过不同起电方式的分析得出电荷守恒定律，理解电荷守恒定律，体会守恒观念对认识物理规律的重要性。
5、知道元电荷概念，体会电荷量是不连续的。
【学习重难点】
学习重点：电荷守恒定律的理解。
学习难点：从物质微观结构的角度认识物体带电的本质。
【知识回顾】（初中物理部分知识点回顾）
1、自然界只有两种电荷。人们把用丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷叫做正电荷，用毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷叫做负电荷。电荷间的相互作用是：同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。
2、常见的物质是由分子、原子构成的。原子也有进一步的结构，它的中心是原子核，在原子核周围，有一定数目的电子。电子带负电荷，原子核带正电荷。在通常情况下，原子核所带的正电荷与核外所有电子所带的负电荷在数量上相等，原子整体不显电性。
3、容易导电的物体叫做导体，例如金属、人体、大地、石墨、食盐水溶液等。不容易导电的物体叫做绝缘体，例如橡胶、玻璃、塑料等。在金属中，部分电子可以脱离原子核的束缚，而在金属内部自由移动，这种电子叫做自由电子。金属导电，靠的就是自由电子。
【自主预习】
1、物体带电的实质是物体得、失电子，得到电子的物体带负电，失去电子的物体带正电。
2、电荷守恒定律：电荷既不能创生，也不能消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分，在转移的过程中，系统的电荷总数保持不变。
3、元电荷的大小：e＝1.6×10-19C。电荷量与质量的比值，叫做比荷，也叫荷质比。
【课堂探究】
新课导入：摩擦可以使物体带电。摩擦过的琥珀能够吸引羽毛。
思考：为什么有的物体容易带电，而有的物体很难带电呢？
两个束缚电子的能力差别较大的物体在摩擦时更容易带电，如琥珀与丝绸、玻璃棒与丝绸、橡胶棒与毛皮等，反之，两个束缚电子的能力差别较小的物体在摩擦时就很难带电。
第一部分 电荷
中、西方对电现象的观察和认识过程。
【视频】带电的橡胶棒、玻璃棒对轻小物体的吸引，两者之间的相互作用。
思考1：怎样得到正电荷、负电荷呢？怎样解释视频中的现象？
用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷是正电荷。用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷。
同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
思考2：电荷有大小、多少之分吗？如何表示电荷的大小呢？
电荷的多少叫电荷量，用Q或q表示。电荷量的国际单位是库仑，简称库，符号C。正电荷的电荷量为正值，负电荷的电荷量为负值。正负不代表大小，只表示电性。
1C的定义：1A恒定电流在1s时间间隔内所传送的电荷量为1C。
第二部分 物质的微观结构
思考1：从微观角度看，物体为什么会带电呢？
原子是由带正电的质子、不带电的中子以及带负电的电子组成的。
思考2：为何有的物体不带电，有的带正电荷、有的带负电荷？
每个原子中质子的正电荷数量与电子的负电荷数量一样多，所以整个原子对外界表现为电中性。原子核一般是很稳定的。离原子核较远的电子容易受外界的作用而脱离原子。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。也就是说，物体带电的实质就是物体得、失电子。
思考3：为什么导体能导电？绝缘体不能导电？
金属中原子的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，这就使金属成为导体。绝缘体中几乎不存在能自由移动的电荷。
第三部分 起电的三种方式
【视频】摩擦起电。
思考1：摩擦起电的本质是什么？
不同物体对电子的束缚能力不同。摩擦过程中，（对电子的束缚能力强的）物体得到电子带负电，（对电子的束缚能力弱的）物体失去电子带正电。
【视频】感应起电。
思考2：视频中的现象怎么解释？
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。这种现象叫做静电感应。利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电。
思考3：感应起电的过程中有新的电荷产生吗？
感应起电并没有产生新的电荷，而是在带电体的作用下，导体上的电荷从导体的一部分转移到了另一部分。
【视频】接触起电。
思考4：视频中，接触后，覆盖金属箔的小球为何会被弹开？
说明小球带有了和金属球相同的电荷。
一个不带电的导体通过与另一个带电体接触后再分开，从而成为带电体的现象，叫做接触起电。
思考5：真空中两个完全相同的带电小球相接触，在电荷转移的过程中，电荷怎样分配呢？
小练习：
两个完全相同的导体，接触后再分开，二者将原来所带电量的总和平均分配。
【视频】验电器与静电计。
思考6：验电器的主要结构有哪些？
金属球、金属杆、金属箔等。
思考7：验电器的工作原理是什么？
同种电荷互相排斥。
思考8：验电器的作用有哪些？
①检验物体是否带电；②粗略判断物体带电的多少。
第四部分 电荷守恒定律
思考1：起电的三种方式有哪些异同点？
可见，三种起电方式都没有创造电荷，只是电荷的分布发生了变化。
思考2：追寻守恒量是物理学研究物质世界的重要方法之一。电荷是否也满足某种守恒的规律呢？
电荷守恒定律表述一：大量实验事实表明，电荷既不能创生，也不能消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分，在转移的过程中，系统的电荷总数保持不变。
表述二：一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。
电荷守恒定律是自然界重要的基本规律之一。
第五部分 元电荷
思考1：电荷的总量是守恒的，那么，物体的所带的电荷量是任意数值吗？
最小电荷量就是电子所带的电荷量。人们把这个最小的电荷量叫作元电荷，用e表示。所有带电体的电荷量都是e的整数倍，即q＝ne（n为整数）。这就是说，电荷量是不能连续变化的物理量。一个电子或质子所带电荷量的绝对值等于元电荷，e＝1.6×10-19C。这一数值最早是由美国科学家密立根测定的。
电荷量与质量的比值叫做比荷，也叫荷质比。电子的比荷为：eme=1.76×1011C/kg
思考2：元电荷是怎样测定的？
美国物理学家密立根从1909到1917年所做的测量微小油滴上所带电荷的工作，即所谓油滴实验，在全世界久负盛名，堪称实验物理的典范。他精确地测定了电子电荷的值，直接证实了电荷的不连续性，所以说，密立根油滴实验在物理学发展史上具有重要的意义。密立根由于测定了电子电荷和借助光电效应测量出普朗克常数等数项成就，荣获1923年诺贝尔物理学奖。
【自我测评】
1．（2022·江苏·宝应中学高一阶段练习）摩擦过的琥珀能够吸引羽毛，下列说法中正确的是（ ）
A．说明羽毛带有与琥珀所带电性不同的电荷
B．说明带电体能吸引轻小物体
C．当羽毛与琥珀接触时，琥珀所带的电荷会运动到羽毛中去
D．琥珀与琥珀摩擦也能带电
【答案】B
【详解】AB．带电的琥珀吸引了羽毛说明带电体能吸引轻小物体，不是因为二者带异种电荷，故A错误，B正确。
C．琥珀能够吸引住羽毛，说明当羽毛与琥珀接触时，琥珀所带的电荷不会运动到羽毛中去，否则两者会因带同种电荷而发生排斥，选项C错误；
D．相同的物质得失电子的能力相同，则琥珀与琥珀摩擦不会发生电荷转移，不能带电，选项D错误。
故选B。
2．（2022·浙江·绍兴高一）如图所示，小刘同学利用验电器做静电感应实验。她先用包装用的气泡膜和PVC管摩擦，使PVC管因为失去电子而带电。左手拿带电的PVC管靠近（但不接触）验电器，发现验电器的金属箔片张开，然后用右指接触验电器上端的金属圆球，发现箔片闭合。以下对此实验的说法中正确的是（ ）
A．发现验电器箔片张开，是因为此时箔片带负电，但验电器整体仍是电中性的
B．右指接触验电器时电子从验电器流向手指
C．如果松开右手，再撤去PVC管，验电器的箔片又会张开，验电器整体带负电
D．如果松开右手，再撤去PVC管，验电器的箔片依然闭合
【答案】C
【详解】A．"PVC" 管因为失去电子而带正电，当其靠近验电器时，那么验电器的金属球会带负电，则箔片带正电，故A错误；
B．因"PVC" 管带正，验电器的金属球感应出负电荷，相应的金属箔会出现剩余正电荷，手指接触验电器，使得验电器接地，中和金属箔上剩余的正电荷，使金属箔不带电，所以右指接触验电器时，是电子从手指流向验电器，故B错误；
C D．由于手指接触验电器时，电子从手指流向验电器，验电器整体带负电，此时松开右手，再撤去"PVC" 管，因验电器整体带负电，验电器的箔片仍会张开，故C正确，D错误。
故选C。
3．（2021·广西·灵山县天山中学高二期中）（多选）关于物体的带电荷量，以下说法中正确的是（ ）
A．物体所带的电荷量应该是某些特定值
B．物体带电+1.60×10−9C，这是因为该物体失去了1.0×1010个电子
C．物体带电荷量的最小值为1.6×10−19C
D．物体所带的电荷量可以为任意实数
【答案】ABC
【详解】AD．物体所带的电荷量应该是元电荷的整数倍，故A正确，不符合题意，D错误，符合题意；
B．一个电子的带电量为q=−1.6×10−19C，物体带正电说明物体失去相等的负电荷，从而带正电荷，则失去的电子数为n=Qq=1.0×1010个，故B正确，不符合题意；
C．物体带电荷量的最小值为1.6×10−19C，故C正确，不符合题意。
故选ABC。
4．（2022·浙江绍兴·二模）富兰克林为研究雷电现象，设计了如图所示的装置，避雷针线路与接地线分开，并在分开处装上帽形的金属钟A与B，两钟之间以丝线悬挂一个金属小球C，A钟下方用导线连接两个很轻.的金属小球形成验电器D，避雷针上空附近的云不带电时，三个金属小球均静止下垂。若带负电的云接近避雷针顶端时，则（ ）
A．避雷针顶端带负电
B．接地线上有正电荷流入大地
C．验电器D上的两个金属小球最后会下垂并相互接触
D．金属小球C会在A与B之间摆动，不断来回撞击A与B
【答案】D
【详解】A．根据异种电荷相互吸引、同种电荷相互排斥，可知若带负电的云接近避雷针顶端时，避雷针顶端带正电，故A错误；
B．金属内的正电荷不会移动，故B错误；
CD．由A选项分析可知，验电器D下端带负电，小球C在验电器D下端的吸引下撞击A，然后和A带同种电荷负电，然后相互排斥，和B接触，此时电子通过B导入大地，然后C不带电，如此反复，验电器下端两小球始终带负电，所以两小球相互排斥，故D正确，C错误。
故选D。
5．（多选）如图所示，a、b、c、d为四个带电小球，两球之间的作用分别为a吸引d，b排斥c，c排斥a，d吸引b，则（ ）
A．仅有两个小球带同种电荷
B．仅有三个小球带同种电荷
C．c、d小球带同种电荷
D．c、d小球带异种电荷
【答案】BD
【详解】试题分析：设a带正电，则a吸d，异种电荷相吸，所以d带负电．c斥a，同种电荷相斥，所以c带正电．
d吸b，所以b带正电；即a+、d-、c+、b+；故选BD．
考点：电荷间的相互作用
【名师点睛】本题比较简单，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引；可采用假设法进行分析判断．
【学后反思】
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________起电方式
摩擦起电
感应起电
接触起电
产生条件
两不同绝缘体摩擦
导体靠近带电体
导体与带电导体接触
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，且电性与原带电体“近异远同”
导体上带上与带电体相同电性的电荷
原因
原子核对电子束缚力弱的物体失去电子，强的得到电子
导体中的自由电子在电荷间力的作用下，从物体的一端转移到另一端
在电荷间力的作用下，自由电子从一个物体转移到另一个物体
实质
均为电子在物体之间或物体内部的转移。