第9章 1. 电荷-【新课程能力培养】2024-2025学年高中物理必修第三册学习手册（人教版2019）

学 第九章 静电场及其应用 第九章 静电场及其应用 课 标 要 求 1. 通过实验， 了解静电现象。 能用原子结构 模型和电荷守恒的知识分析静电现象。 （ 1 ） 通过多种方式使物体带电， 观察静电 现象。 （ 2 ） 演示并分析静电感应现象。 ２. 知道点电荷模型。 知道两个点电荷间相互 作用的规律。 体会探究库仑定律过程中的 科学思想和方法。 （ 1 ） 与质点模型类比， 体会在什么情境下可 将带电体抽象为点电荷。 （ 2 ） 体会库仑扭秤实验设计的巧妙之处。 ３. 知道电场是一种物质。 了解电场强度， 体 会用物理量之比定义新物理量的方法。 会 用电场线描述电场。 用电场线描绘两个等量异种点电荷周围 的电场。 4. 了解生产生活中关于静电的利用与防护。 分析讨论静电在激光打印、 静电喷雾和 静电除尘等技术中的应用。 知道在有可燃气 体、 粉尘的环境中如何防止静电事故。 知 识 结 构 规 律 公 式 1. 库仑定律： F=k q 1 q 2 r 2 。 2. 电场强度： E= F q （定义式）， E= kQ r 2 （决 定式）。 提 纲 挈 领 1. 本章从力的角度对电场进行研究和描述， 又进一步拓展学习了静电的防止和利用。 本章内容是电磁学的起点， 也是学习高中 物理的重点和难点。 2. 在知识上， 本章内容具有抽象性。 在学习 时我们把电场和重力场进行类比， 还利用 电场线来描绘看不见、 摸不着的电场， 帮 助同学们对概念、 规律的掌握和理解， 同 学们注意体会。 3． 在思想方法上， 对称性、 独立性是描述电 场分布的常用方法。 本章内容既具有独立 性， 又具有综合性， 许多问题要应用力学 规律来求解， 因此要适当复习已学的力学 内容， 学会应用力学中规律解决电学问题。 4. 物质的电结构、 电荷守恒、 点电荷、 静电现 象的解释等一般不单独命题； 描述电场性质 的电场强度、 电场线、 库仑定律等知识为高 考重点。 例如， 2021 年浙江卷第 4 题， 2021 年河北卷第 10 题， 2021 年全国乙卷第 20 题， 2021 年辽宁物理卷第 6 题和第 15 题等。 在今后的高考中， 电场力的性质、 电场力考 查的概率仍然很大， 要给予足够的重视。 基本定律——电荷守恒定律 电场的描述——力的性质 静电的防止和利用 静 电 场 及 其 应 用 用 # # # # # # # # " # # # # # # # # $ 库仑定律： F=k q 1 q 2 r 2 电场强度： E= F q 电场线 用 # # # # " # # # # $ 1 学 高 中 物 理 必 修 第三册 （人教版） 知 识 梳 理 知识点 1 电荷 1. 物体带电： 物体经过摩擦以后具有吸引轻 小物体的性质， 我们就说它带有电荷。 2. 电荷的分类及相互作用： 电荷分为正电 荷和负电荷。 同种电荷相互排斥， 异种 电荷相互吸引。 3. 电荷的多少叫作电量， 单位： 库仑， 符 号： C 。 知识点 2 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。 知识点 3 电荷守恒定律 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。 表述 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。 知识点 4 元电荷 1. 所有带电体的电荷量或者等于 e ， 或者是 e 的整数倍， 这就是说， 电荷量是不连续 变化的物理量。 2. 比荷： 电子的电荷量 e 与电子的质量 m e 之比。 3. 元电荷： 最小的电荷量， 用符号 e 表示。 e＝1.6×10 -19 C 。 其比荷 e m e =1.76×10 11 C/kg 。 要 点 突 破 要点 1 常见的三种带电方式比较 例 1 使带电的金属球靠近不带电的验电 器， 验电器的箔片张开。 如图表示验电器上 感应电荷的分布情况， 正确的是 （ ） 1. 电 荷 摩擦起电 感应起电 接触起电 产生及 条件 两不同绝缘 体摩擦时 导体靠近带电体 时 带电导体和 导体接触时 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” 导体带上与 带电体相同 电性的电荷 原因 不同物质的原 子核对核外电 子的束缚力不 同而发生电子 转移 导体中的自由电 子受到带正 （负） 电物体吸引 （排 斥） 而靠近 （远 离） 电荷之间的 相互排斥 实质 电荷在物体 之间的转移 电荷的重新分布 电荷在物体 间的转移 A B C D 2 学 第九章 静电场及其应用 解析： 带负 （正） 电的金属球靠近不带电的 验电器时， 在验电器上感应出异种电荷， 验 电器的顶端带上了正 （负） 电荷， 金属箔片 带上了负 （正） 电荷。 答案： B 变式训练 1 如图所示， 带正电的小球 靠近不带电的金属导体的 A 端， 由于静电感应， 导体 A 端 出现负电荷， B 端出现正电荷， 关于导体感应起电的说法正确的是 （ ） A. 用手接触一下导体的 A 端， 导体将带正 电荷 B. 用手接触一下导体的正中部位， 导体将 不带电 C. 用手接触一下导体的任何部位， 导体将 带负电 D. 用手接触一下导体后， 只要带正电小球 不移走， 导体不可能带电 要点 2 电荷守恒定律 金属球接触后电荷会重新进行分配， 如 图所示。 电荷分配的原则： 两个完全相同的金属 球带同种电荷接触后平分原来所带电荷量的 总和； 带异种电荷接触后先中和再平分。 例 2 有两个完全相同的带电绝缘金属小球 A 、 B ， 分别带有电荷量为 Q A ＝6.4×10 -9 C ， Q B ＝-3.2×10 -9 C ， 让两绝缘金属小球接触 ， 在接触过程中， 电子如何转移？ 转移了多少？ 解析： 在接触过程中， 由于 B 球带负电， 其 上多余的电子转移到 A 球， 这样中和 A 球上 的一部分电荷直至 B 球为中性不带电， 同时， 由于 A 球上有净余正电荷， B 球上的电子会继 续转移到 A 球， 直至两球带上等量的正电荷。 在接触过程中， 电子由 B 球转移到 A 球。 接触后两小球各自的带电荷量 Q′ A ＝Q′ B ＝ Q A +Q B 2 ＝ 6.4×10 -9 -3.2×10 -9 2 C＝1.6× 10 -9 C ， 共转移的电子电荷量 ΔQ＝-Q B ＋Q′ B ＝3.2×10 -9 C＋1.6×10 -9 C＝4.8×10 -9 C ， 转移的电子数 n＝ ΔQ e ＝ 4.8×10 -9 C 1.6×10 -19 C ＝3.0× 10 10 个。 答案 ： 电子由 B 球转移到 A 球 ， 转移了 3.0×10 10 个电子。 变式训练 2 （多选） 把两个完全相同的金属球 A 和 B 接触一下， 再分开一段距离， 发现两球之 间相互排斥， 则 A 、 B 两球原来的带电情况 + 1 2 Q + 1 2 Q +Q +Q -3Q -Q -Q 思路点拨 验电器小球与箔片构成一个导体 ， 可等效为其靠近带电体的一端被异种电 荷吸引， 远端被同种电荷排斥。 其实质 为电子的转移。 思路点拨 正负电中和， 遵循电荷守恒定律 。 由于是完全相同的金属球， 故将多余的 电荷平分。 + A B - + - + 变式训练 1 题图 3 学 高 中 物 理 必 修 第三册 （人教版） 知 识 梳 理 知识点 1 点电荷 点电荷： 当带电体间的距离比它们自身 的大小大得多， 以至带电体的形状、 大小及 电荷分布状况对它们之间相互作用力的影响 可以忽略不计时， 这样的带电体就可以看作 带电的点， 叫作点电荷。 知识点 2 静电力 1. 概念： 电荷间的相互作用力称为静电力， 又叫库仑力。 2. 特点： 独立性。 两个点电荷间的作用力 不因第三个点电荷的存在而改变。 知识点 3 库仑定律 1. 内容： 真空中两个静止点电荷间的相互作 用力， 与它们的电荷量的乘积成正比， 与 它们距离的二次方成反比， 作用力的方向 在它们的连线上。 2. 表达式： F=k q 1 q 2 r 2 ， 其中 k=9.0×10 9 N · m 2 /C 2 ， 叫静电力常量， 它等于两个电量都是 1 C 的点电荷相距 1 m 时相互作用力的大小。 3. 适用条件： 真空中两静止的点电荷之间。 要 点 突 破 要点 1 对点电荷的理解 1. 点电荷是只有电荷量， 没有大小、 形状的 理想化模型， 类似于力学中的质点， 实际 并不存在。 2. 一个带电体能否看作点电荷， 是相对于具 体问题而言的， 不能单凭其大小和形状确 定。 例如， 一个半径为 10 cm 的带电圆 2. 库 仑 定 律 可能是 （ ） A． 带有等量异种电荷 B． 带有等量同种电荷 C． 带有不等量异种电荷 D． 一个带电， 另一个不带电 拓 展 创 新 电荷守恒定律是自然界一个关于电荷的 守恒定律。 电荷守恒定律有两种版本， “弱 版电荷守恒定律” （又称为 “全域电荷守恒 定律”） 与 “强版电荷守恒定律” （又称为 “局域电荷守恒定律”）。 弱版电荷守恒定律 表明， 整个宇宙的总电荷量保持不变， 不会 随着时间而改变。 注意到这定律并没有禁 止， 在宇宙这端的某电荷突然不见， 而在宇 宙那端突然出现。 强版电荷守恒定律明确地 禁止这种可能。 强版电荷守恒定律表明， 在 任意空间区域内电荷量的变化， 等于流入该 区域的电荷量减去流出该区域的电荷量。 对 于在区域内部的电荷与流入、 流出该区域的 电荷， 这些电荷的数量关系就是电荷守恒。 变式训练答案 1. C 2. BCD 4