01 1．电荷-【金版新学案】2024-2025学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019）

1．电荷 【素养目标】　1.知道自然界中只有两种电荷及其相互作用。2.知道元电荷的概念，了解各种起电方式。3.理解电荷守恒定律的内容，能利用电荷守恒定律分析解决相关问题。4.理解电荷守恒定律，会运用电荷守恒定律解释生活中的静电现象。 知识点一　电荷　静电感应 [情境导学]　刚梳过头发的塑料梳子可以吸引轻小的纸屑，在毛衣上摩擦过的气球能使细小的水流发生弯曲，为什么会出现上述现象？ 提示：塑料梳子与头发摩擦、气球与毛衣摩擦均可带电，而带电体可以吸引轻小的物体。 (阅读教材P2－P4，完成下列填空) 1．电荷 (1)自然界中只有两种电荷：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：电荷的多少叫作电荷量，用Q或q表示，在国际单位制中的单位是库仑，简称库，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起电原因：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。 2．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，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。 [问题探究]　丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒带正电，是否可以认为丝绸失去正电荷、玻璃棒得到正电荷？ 提示：不可以，丝绸摩擦玻璃棒的过程，玻璃棒失去电子，丝绸得到电子。 学生用书第2页 角度1　摩擦起电 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创生了电子和质子 B．两种不同材料的不带电绝缘体互相摩擦后，同时带上等量同种电荷 C．丝绸摩擦玻璃棒时，电子从玻璃棒转移到丝绸上，玻璃棒因质子数多于电子数而显正电 D．摩擦起电是摩擦导致质子从一个物体转移到另一个物体而形成的 答案：C 解析：摩擦起电现象的实质是电子的转移，而不是电荷的创生，故A错误；两种不同材料的不带电绝缘体互相摩擦后，同时带上等量异种电荷，故B错误；丝绸摩擦玻璃棒时，电子从玻璃棒转移到丝绸上，玻璃棒因质子数多于电子数而显正电，故C正确；摩擦起电是摩擦导致电子从一个物体转移到另一个物体而形成的，故D错误。 针对练．(2023·广东江门六校联考)如图是某物理老师做的“静电章鱼”实验。已知毛皮比塑料更容易失去电子，用毛皮分别摩擦塑料丝和塑料管，然后把塑料丝往空中抛出，将塑料管放在下面，此时塑料丝散开静止在空中，形状像章鱼。下列分析正确的是(　　) A．塑料管经毛皮摩擦后得到电子带负电 B．毛皮经塑料丝摩擦后得到质子带正电 C．塑料丝与塑料管带异种电荷 D．塑料管和塑料丝所带的电荷量一定相等 答案：A 解析：因为毛皮比塑料更容易失去电子，所以用毛皮分别摩擦塑料丝和塑料管后，毛皮失去电子带正电，塑料丝和塑料管得到电子带负电，即塑料丝与塑料管带同种电荷，原子中的质子不能自由移动，A正确，B、C错误；摩擦起电时，相互摩擦的两个物体所带的电荷量相等，由于塑料丝和塑料管是分别与毛皮摩擦的，因此塑料丝和塑料管所带的电荷量不一定相等，D错误。 角度2　感应起电 (2024·北京市大兴区高二上学期期末)如图所示，一对带绝缘支柱的导体M、N彼此接触，且均不带电，贴在两端下部的两金属箔均是闭合的。当把带正电荷的物体P移近导体M时，下列说法正确的是(　　 ) A．M下部的金属箔张开，N下部的金属箔闭合 B．M下部的金属箔闭合，N下部的金属箔张开 C．M左端感应出正电荷，N右端感应出负电荷 D．若先用绝缘工具把M、N分开，再移去P，则M带负电荷，N带正电荷 答案：D 解析：当把带正电荷的物体P移近导体M时，发生感应起电，可知导体M的左端感应出负电荷，导体N的右端感应出正电荷，导体两端的金属箔都张开，A、B、C错误；若先用绝缘工具把M、N分开，再移去物体P，则M带负电，N带正电，D正确。 1．三种起电方式的比较 起电方式 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 不同物质的原子核对电子的束缚能力不同，束缚能力强的得到电子带负电；束缚能力弱的失去电子带正电 电子在电荷间的相互作用下发生转移，近端带异种电荷，远端带同种电荷 在电荷间的相互作用下，电子从一个物体转移到另一个物体上 实质 自由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 2.感应起电的理解 (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。 说明：用手摸一下导体，再移开手，相当于先把导体接地，然后再与大地断开。 学生用书第3页 针对练．如图所示，不带电的导体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(　　 ) 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：不带电的导体B在靠近带正电荷的导体A后，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。 知识点二　电荷守恒定律　元电荷 [情境导学]　(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，该过程是否创生了电荷？在一个封闭的系统中，电荷的总量会增加或减少吗？ (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？ 提示：(1)摩擦起电的过程并没有创生电荷。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，电子和质子所带电荷量都等于元电荷。 (阅读教材P4－P5，完成下列填空) 1．电荷守恒定律 (1)内容：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)更普遍的表述是：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。 2．元电荷 (1)元电荷：最小的电荷量。元电荷e的值e＝1.60×10-19_C，最早由美国物理学家密立根测得，所有带电体的电荷量都是e的整数倍。 (2)比荷：带电体的电荷量与其质量的比值。 [问题探究]　(1)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？ (2)对“电荷的总量保持不变”中“电荷的总量”是怎么理解的？ 提示：(1)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。 (2)“电荷的总量”是指电荷的代数和。 完全相同的两金属小球A、B带有大小相同的电荷量，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，求接触后两球所带电荷量的大小之比； (2)若A、B两球带异种电荷，求接触后两球所带电荷量的大小之比。 答案：(1)2∶3　(2)2∶1 解析：(1)设A、B所带电荷量均为q，则A、C接触后，A、C所带电荷量为qA′＝qC′＝q C与B接触后，B、C所带电荷量为qB′＝qC″＝＝q 故A、B所带电荷量的大小之比为qA′∶qB′＝q∶q＝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所带电荷量为QA′＝QC′＝Q C与B接触后，B、C所带电荷量为QB′＝QC″＝＝－Q 故A、B所带电荷量的大小之比为QA′∶|QB′|＝Q∶Q＝2∶1。 学生用书第4页 1.物体带电的实质 使物体带电不是创生了电荷，使物体不带电也不是消灭了电荷。物体带电的实质是自由电荷发生了转移，也就是物体间电荷的重新分配。摩擦起电、感应起电和接触起电，均符合电荷守恒定律。 2．电“中性”与电荷的“中和”的理解 电“中性”是指物体内有电荷存在，但正、负电荷的绝对值相等，对外不显电性；电荷的“中和”是指两个带有等量异种电荷的带电体相接触后达到电中性的过程，并不是电荷消失，此过程仍然遵循电荷守恒定律。 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、电子就是元电荷。 4．接触起电中电荷的分配原则 两个完全相同的金属球相互接触，电荷量将平均分配。 (1)带同种电荷(Q1和Q2)接触后平分原来所带的总电荷量，即Q1′＝Q2′＝ 。 (2)带异种电荷(Q1和－Q2)接触后先中和再平分，即Q1′＝Q2′＝ 。 针对练1.(多选)关于元电荷，下列说法中正确的是(　　) A．元电荷实质上是指电子和质子本身 B．所有带电体的电荷量不一定等于元电荷的整数倍 C．元电荷的数值通常取e＝1.60×10-19 C D．元电荷e的数值最早是由美国物理学家密立根用油滴实验测得的 答案：CD 解析：元电荷的大小等于一个电子或质子所带的电荷量，但元电荷不是指电子和质子本身，A错误；所有带电体电荷量一定等于元电荷的整数倍，B错误；元电荷的数值通常取e＝1.60×10-19 C，C正确；元电荷e的数值最早是由美国物理学家密立根用油滴实验测得的，D正确。 针对练2.(2024·天津市武清区高二上学期期中)如图所示，A、B是两个完全相同的带绝缘棒的金属小球，A球所带电荷量为－1.6×10-9 C，B球不带电。现将A、B接触后再分开，则(　　 ) A．A、B接触前，B球上没有电子 B．A、B接触前，A球上有1×1010个电子 C．A、B接触时，A 球失去1×1010个电子 D．A、B接触时，B球得到5×109个电子 答案：D 解析：B球不带电，表明B呈现电中性，但是B球上仍然有电子，故A错误；A、B接触前，A球所带电荷量为－1.6×10-9 C，表明A上的净电荷量为－1.6×10-9 C，其对应的电子的数目为＝1×1010个，该电子数目是净电荷量对应的电子数，A球上实际的电子数还包含净电荷之外的与正电荷量大小相等的电子，即A球上的电子数大于1×1010个，故B错误；由于A、B完全相同，根据接触起电规律，A、B接触后，A失去电荷量为－8×10-10 C，则A 球失去的电子数目为＝5×109个，故C错误；根据上述可知，A、B接触后，B得到的电荷量为－8×10-10 C，则B球得到的电子数目为＝5×109个，故D正确。 知识点三　验电器的原理和使用 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(接触起电)，因相互排斥而张开，如图甲所示。 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)，两箔片因排斥而张开，如图乙所示。 (多选)如图所示，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球B时，验电器中金属箔片的张角减小，则(　　 ) 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 答案：AC 解析：验电器的金属箔片之所以张开，是因为它们都带有正电荷，而同种电荷相互排斥，张开角度的大小决定于两金属箔片带电荷量的多少。如果A球带负电，靠近验电器的B球时，根据同种电荷相互排斥，B球上的自由电子逐渐“下移”，从而使两金属箔片张角减小；如果A球不带电，在靠近B球时，发生静电感应现象，使A球靠近B球的一面出现负的感应电荷，而背向B球的一面出现正的感应电荷，A球上的感应电荷与验电器上的正电荷发生相互作用，由于A球上的负电荷离验电器较近而起主要作用，同理可知，金属箔片张角减小。选项A、C正确，B、D错误。 学生用书第5页 针对练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。下列各图中表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是(　　) 答案：B 解析：由静电感应特点可知，近端感应出异种电荷，远端感应出同种电荷，故B正确。 针对练2.如图所示，用起电机使金属球A带正电，靠近不带电的验电器B，则(　　) A．验电器金属箔不张开，因为球A没有和B接触 B．验电器金属箔张开，因为整个验电器都带上了正电 C．验电器金属箔张开，因为整个验电器都带上了负电 D．验电器金属箔张开，因为验电器下部箔片带上了正电 答案：D 解析：金属球A带正电，靠近验电器B时，根据同种电荷相斥、异种电荷相吸的原理可知，验电器金属箔中的自由电子就会被金属球A中的正电荷吸引到验电器的上端，所以验电器下端的箔片就会带上正电，因为同种电荷相互排斥，故验电器金属箔张开，D正确。 1．(多选)(2024·福建龙岩市高二期中)关于起电，以下说法正确的是(　　 ) A．不论是摩擦起电还是感应起电，都是因为电子的转移 B．自然界中的电荷是守恒的 C．接触起电是因为自由电荷的转移，摩擦起电是因为创生了电荷 D．摩擦起电是因为自由电荷的转移，感应起电是因为电荷的创生 答案：AB 解析：不论是摩擦起电还是感应起电，都是因为电子的转移，选项A正确；自然界中的电荷是守恒的，选项B正确；接触起电、摩擦起电和感应起电都是因为自由电荷的转移，并非创生了电荷，选项C、D错误。 2．(2024·广东广州市高二期中)如图所示，在带电体C的右侧有两个原来不带电的、相互接触的金属导体A和B，A、B、C均放在绝缘支座上。由于静电感应，导体A、B均带电。下列说法正确的是(　　 ) A．如图所示状态中，导体A带负电，B不带电 B．在图示状态下移走带电体C，导体A、B带电情况不变 C．在图示状态下将导体A、B分开，分开后A、B都带负电 D．将导体A、B分开再移走带电体C，导体A、B一定带等量异种电荷 答案：D 解析：导体A的左端感应出负电荷，导体B的右端感应出等量的正电荷，A错误；若移走C，导体A和B中的电荷发生中和，不再带电，B错误；在图示状态下先将导体A、B分开再移走带电体C，分开后A、B带电情况不变，A带负电，B带等量的正电荷，C错误，D正确。 3．(2024·河南南阳市期中)如图所示，导体A、B紧靠在一起，带正电的小球C靠近导体A的左端，A带上了－1.0×10-8 C的电荷。则下列说法正确的是(　　 ) A．电子由A转移到B B．正电荷由A转移到B C．导体A得到的电子数是108个 D．导体B失去的电子数是6.25×1010个 答案：D 解析：金属导体中的自由电荷为电子，带正电的小球C靠近导体A的左端，A带上了－1.0×10-8 C的电荷，则电子由B转移到A，故A、B错误；导体A得到电子，导体B失去电子，电子数n＝＝个＝6.25×1010个，故C错误，D正确。 4．如图所示，验电器带有很少量的负电荷，将一带正电荷的小球从远处逐渐靠近，但不接触验电器的金属球。下列说法正确的是(　　 ) A.金属箔张开的角度先减小至零，后逐渐增大 B．金属箔张开的角度不断增大 C．金属箔一直带负电 D．金属箔一直带正电 答案：A 解析：带正电荷的小球从远处逐渐靠近带有很少量负电荷的验电器的金属球，根据异种电荷相互吸引可知，金属箔所带负电荷先逐渐减少到零，然后再带上正电荷，且所带电荷量逐渐增加，所以验电器金属箔张角先减小至零，后逐渐增大，故A正确。 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