第9章 第1节 电荷-【正禾一本通】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）

第1节　电荷 【课标解读】　1.知道自然界中的两种电荷及电荷量。 2.理解摩擦起电现象和感应起电现象。 3.理解电荷守恒定律，并能简单应用。 4.知道元电荷的概念及数值，知道比荷的概念。 探究点一　电荷　 静电感应 从 18 世纪起，人们开始经常使用一种叫作验电器的简单装置来检测物体是否带电，如图所示。当带电体靠近导体棒的上端时，金属箔片是否张开？ 这是为什么呢？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：张开，这是因为发生了静电感应现象。 1．电荷 (1)自然界中有两种电荷：正电荷和负电荷，且同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。 (2)电荷量：电荷的多少叫作电荷量，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。 (3)摩擦起电 当两种物质组成的物体相互摩擦时，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。 【基点辨析】 1．判断下列说法的正误 (1)物体A、B的带电量分别为qA＝1.0×10－8 C、qB＝－2.0×10－8 C，则qA＞qB。(×) (2)用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，是因为正电荷从橡胶棒转移到毛皮上。(×) (3)摩擦使物体带电是由于两物体的原子核对核外电子的束缚能力不同造成的。(√) (4)感应起电利用了电荷间的相互作用，使导体内正、负电荷的分布发生了变化。(√) 2．如图所示，用绝缘柱支撑的导体A和B彼此接触，起初它们不带电，贴在下部的金属箔是闭合的。手持绝缘棒连接的一个带正电的小球C靠近导体A，则导体A、B下部的金属箔是闭合的，还是张开的？此时A的左端和B的右端分别带什么电？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：导体A、B下部的金属箔都会张开。A的左端带负电，B的右端带正电。 1. 三种起电方式的比较 项目 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 实验 丝绸摩擦玻璃棒 带电体靠近验电器 带电体接触验电器 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，导体内发生转移的都是电子，正电荷不会发生转移 2. 感应起电的两种方式 感应起电有两种常见的方式，分别感应出异种电荷和同种电荷，都需要在干燥的环境中进行。 (1)感应出异种电荷 如图甲，两导体A、B相互接触。将带电体C靠近A、B，则A、B的感应电荷分布如图乙所示；保持C不动，用绝缘棒将A、B分开，然后再移走C，则A、B分别带等量的异种电荷，如图丙所示。 [注意]若先移走C，再将A、B分开，则A、B不带电，因为移走C后感应电荷会立即中和。 (2)感应出同种电荷 带电体C使接触的导体A、B发生静电感应现象，如图①所示；用手接触导体B右端，则B右端电子通过人体导入大地，此时大地相当于导体的远端，电荷分布如图②所示；将手指移开，导体A所带电荷不变，B不带电，如图③所示；移去带电体C，这时A、B的电荷重新分布，如图④所示；将A、B分开，则A、B所带电荷均与带电体C电性相反，如图⑤所示。 【典例1】 如图所示，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(　　 ) 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 解析：选B。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上的电荷会立即中和，不再带电，再把A、B分开，则A、B都不带电，故C、D错误。 [思维延伸] “典例1”中，若将导体A用导线接地一下后迅速断开，再将C球移走，最后把A、B分开，则导体A、B分别带什么电荷？接地瞬间，导线中电荷的“流动”情况怎样？ 提示：导体A、B都带负电荷；接地瞬间，大地中的负电荷通过导线流向导体A、B。 [规律方法]静电感应现象中，凡是遇到导体接地问题时，该导体与地球可视为一个更大的导体，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，如图所示。 【针对训练1】 (2024·湖南长沙期末)如图所示，A、B是两个带有绝缘支架的金属球，它们原来均不带电，并彼此接触。现使带负电的橡胶棒C靠近A(C与A不接触)，然后先将A球用导线接地一下后迅速断开，再将C移走，最后将A、B分开。关于A、B的带电情况，下列判断正确的是(　　 ) A．A、B均不带电 B．A、B均带正电 C．A带负电，B带正电 D．A带正电，B带负电 解析：选B。最初A、B均不带电，C带负电，将C靠近A球，由于感应起电，A带正电，B带负电，然后A球用导线接地一下时，A球依然带正电荷，B球所带负电荷经导线流入大地，将C移走后，A球的电荷分到B球上一部分，再将A、B分开后，A、B均带正电荷，故B正确。 【典例2】 (多选)用金属箔做成一个不带电的圆环，放在干燥的绝缘桌面上。小明同学用绝缘材料做的笔套与头发摩擦后带负电，将笔套自上而下慢慢靠近圆环，当距离约为0.5 cm时圆环被吸引到笔套上，如图所示。对上述现象的判断与分析，下列说法正确的是(　　 ) A.笔套靠近圆环时发生了感应起电 B．圆环远离笔套的一侧带正电 C．圆环被吸引到笔套的过程中，圆环所受吸引力大于圆环的重力 D．笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷立刻被全部中和 解析：选AC。摩擦使笔套带负电，带电的笔套靠近圆环的时候，圆环发生静电感应，上、下部分感应出等量的异种电荷，且远离笔套的一侧带负电，如图所示，故A正确，B错误； 由于圆环上侧正的感应电荷离笔套近，所以笔套与感应电荷间存在吸引力，若吸引力大于圆环重力，则圆环加速向上运动，故C正确；绝缘材料做成的笔套，自由电子无法转移，电荷不能立刻被中和，故D错误。 探究点二　电荷守恒定律　元电荷 等量异种电荷放在一起完全抵消的现象叫作中和，如雷电的发生就是自然界中的一种中和现象，中和后物体对外不显电性。电荷发生中和时，正、负电荷都消失了吗？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：没有。只是物体所带的“净电荷量”为零，对外不显电性。 1．电荷守恒定律 (1)表述一：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)表述二：一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e＝1.60×10－19C，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：带电粒子的电荷量与其质量的比值。电子的比荷为 ＝1.76×1011C/kg。 【基点辨析】 1．判断下列说法的正误 (1)利用静电感应可以使物体带电，说明通过感应可以创造电荷。(×) (2)电子和质子的电荷量相同，电性相反，它们都是元电荷。(×) (3)某带电体的电荷量可能等于4×10－19 C。(×) (4)质子的比荷与电子的比荷不同。(√) 2．北京正负电子对撞机(BEPC)是世界八大高能加速器中心之一，是我国第一台高能加速器，也是高能物理研究的重大科技基础设施。对撞机产生的一对正、负电子可以同时湮没，转化为光子(不带电)。这种现象违反电荷守恒定律吗？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：电荷的代数和不变，仍然满足电荷守恒定律。 1．电荷守恒定律的理解 (1)起电过程中的电荷变化：不论哪一种起电过程，都没有创造电荷，也没有消灭电荷，本质都是电荷发生了转移或电荷分布发生了变化。 (2)电荷守恒定律的广泛性：电荷守恒定律同能量守恒定律一样，都是自然界中最基本的规律，任何电现象都不违背电荷守恒定律。 2．对元电荷的理解 (1)元电荷是最小的电荷量，不是实物粒子，无正、负之分。 (2)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。 3．接触起电时的电荷分配规律 (1)导体接触起电时，电荷量的分配与导体的形状、大小有关。 (2)两个完全相同的金属球接触后再分开，电荷将平均分配。 设两个金属球原来所带的电荷量分别为q1、q2，则先接触再分开后，两球的电荷量为q1′＝q2′＝(q1、q2带“＋”“－”号运算)。 【典例3】 (易错题)两个完全相同的金属小球A、B带有相等的电荷量，相隔一定的距离，现让第三个完全相同的不带电的金属小球先后与A、B接触后再移开。 (1)若A、B带同种电荷，求接触后两球所带的电荷量之比； (2)若A、B带异种电荷，求接触后两球所带的电荷量之比； (3)若三个小球接触足够多次，求接触后两球所带的电荷量之比。 解析：(1)若A、B带同种电荷，设电荷量为q，第三个小球C先与A接触，电荷量平分，各带电荷量为qA＝qC＝，第三个小球C再与B接触，电荷量平分，则各带电荷量为qB＝qC′＝＝q，因此A、B所带电荷量之比为 ＝。 (2)若A、B带异种电荷，设A的电荷量为q，B的电荷量为－q，第三个小球C先与A接触，电荷量平分，各带电荷量为qA＝qC＝，第三个小球C再与B接触，电荷量先中和再平分，则各带电荷量为qB＝qC′＝＝－q，因此A、B所带电荷量之比为＝。 (3)若三个小球接触足够多次，三个小球电荷量几乎相同，则A、B所带电荷量之比为 ＝。 答案：(1)2∶3　(2)2∶1　(3)1∶1 [名师提醒] 错因剖析 对照反思 (1)审题时忽视“完全相同”的隐含物理信息； (2)没考虑电荷的电性，只将电荷量的大小平分； (3)思路不清，造成接触过程中电荷量的计算出错 【针对训练2】 (多选)M和N是两个都不带电的物体。它们互相摩擦后，M带2.72×10－9 C的正电荷。下列判断正确的有(　　 ) A．在摩擦前M和N的内部没有任何电荷 B．N在摩擦后一定带2.72×10－9 C的负电荷 C．摩擦过程中正电荷从N转移到M D．M在摩擦过程中失去1.7×1010个电子 解析：选BD。原来不带电的物体处于电中性，所带正电荷和负电荷的电荷总量相等，不是不带电荷，故A错误；根据电荷守恒定律可知，N在摩擦后一定带2.72×10－9 C的负电荷，故B正确；摩擦起电时，物体内部的正电荷不移动，M带正电荷，则失去电子，即摩擦过程中电子从M转移到N，故C错误；M在摩擦过程中失去电子的个数n＝＝＝1.7×1010(个)，故D正确。 　质子和中子的构成——夸克 1964年盖尔曼等人提出的夸克模型认为，质子和中子等分别由具有－e和e的夸克组成。这表明电荷必然是e的整数倍，该观点已被实验所证实，不过目前尚未发现独立存在的夸克。 学科网（北京）股份有限公司 $$