第九章 1 电荷(Word教参)-【步步高】2024-2025学年高一物理必修第三册学习笔记（人教版）

本高中物理讲义围绕电荷这一核心知识点，从自然界两种电荷及相互作用规律入手，通过摩擦起电、接触起电、感应起电的实验探究构建起电方式的认知，进而总结电荷守恒定律，结合元电荷概念理解电荷量的不连续性，形成由概念到现象再到规律的完整学习支架。 资料以实验探究为特色，通过“静电章鱼”实验、感应起电步骤问题链等设计，培养学生科学探究能力，借助三种起电方式比较表格及接触起电电荷量分配例题，发展科学思维中的科学推理与模型建构，课时对点练覆盖不同情境，强化物理观念，课中辅助教师引导学生深度理解，课后助力学生巩固知识、查漏补缺。

1　电荷 [学习目标]　1.知道自然界中的两种电荷及它们之间相互作用的规律，知道电荷量的概念及单位。2.理解摩擦起电、感应起电和接触起电(重难点)。3.理解电荷守恒定律的内容(重点)。4.知道元电荷的概念，体会电荷量是不连续的。 一、电荷 1．自然界中有两种电荷：正电荷和负电荷。用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷，用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷。 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，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。 4．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，所以原子对外界表现为电中性。 (1)电荷的正负是人为规定的。(　√　) (2)摩擦过的琥珀能够吸引羽毛，说明羽毛带了电。(　×　) 二、物体的三种起电方式　验电器 1．摩擦起电 (1)由于摩擦而使物体带电的方式叫作摩擦起电。 (2)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．接触起电 将一个带电体与另一个不带电的导体接触，就可以使不带电的物体带上与带电体电性相同的电荷，叫作接触起电。 3．感应起电 (1)如图所示，取一对用绝缘柱支持的导体A和B，使它们彼此接触。起初它们不带电，贴在下部的两片金属箔是闭合的。 ①手握绝缘棒把带正电荷的带电体C移近导体A，金属箔有什么变化？ ②这时手持绝缘棒把导体A和B分开，然后移开C，金属箔又有什么变化？ ③再让导体A和B接触，又会看到什么现象？ 答案　①两侧金属箔都张开。 ②金属箔仍张开，但张角变小。 ③金属箔都闭合。 (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。这种现象叫作静电感应。(如图) 感应起电：利用静电感应使金属导体带电的过程，叫作感应起电。 4．验电器 (1)作用：检验物体是否带电。 (2)原理：同种电荷相互排斥。 (3)静电计：把金属箔片换成指针，并用金属制作外壳的验电器，如图所示。 (1)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。(　√　) (2)只有导体才会带电，绝缘体是不会带电的。(　×　) (3)导体和绝缘体都可以感应带电。(　×　) 例1　如图所示，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，用两张相同的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，而原子中的质子不能自由移动，选项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两张相同的毛皮摩擦的，因此塑料丝和塑料管所带的电荷量不一定相等，选项D错误。 例2　(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(未接触)，验电器中金属箔的张角减小，则(　　) A．金属球A可能不带电 B．金属球A一定带大量正电荷 C．金属球A可能带大量负电荷 D．金属球A一定带大量负电荷 答案　AC 解析　验电器的金属箔之所以张开，是因为它们都带有正电荷，张开角度的大小取决于两金属箔带电荷量的多少。如果A球带大量负电荷，靠近验电器的B球时，根据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引可知，B球上的自由电子将向金属箔移动，使得金属箔上所带正电荷减少，从而使两金属箔张角减小；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球上的负的感应电荷反过来使验电器上的负电荷向金属箔移动，效果与A球带负电相同，从而使金属箔张角减小，选项A、C正确，B、D错误。 例3　(2023·福建省福州第二十五中学高二月考)如图所示，在绝缘支架上的金属导体A和金属导体B按图中方式接触放置，原先A、B都不带电，且开关K1、K2均断开，现在将一个带正电的小球C放置在A左侧，以下判断正确的是(　　) A．只闭合K1，则A左端不带电，B右端带负电 B．只闭合K2，接着移走带电小球C，最后将A、B分开，A带负电 C．K1、K2均闭合时，A、B两端均不带电 D．K1、K2均闭合时，A左端带负电，B右端不带电 答案　D 解析　只闭合开关K1时，金属导体A的左端相当于近端，而大地相当于远端，由于静电感应作用，金属导体B右端带的正电荷会被从大地来的负电荷中和，所以金属导体B右端不再带有电荷，A左端带负电，A错误；当只闭合开关K2时，金属导体A的左端相当于近端，而大地相当于远端，由于静电感应作用，金属导体B的右端带的正电荷会被从大地来的负电荷中和，所以金属导体B的右端不再带有电荷，A左端带负电，接着移走带电小球C，A左端的负电荷会被中和，最终A、B两端都不带电，最后将A、B分开，则A和B均不带电，B错误；K1、K2均闭合时，金属导体A的左端相当于近端，而大地相当于远端，导体A左端会感应出异种电荷带负电，B右端的电荷通过接地线被大地来的负电荷中和，即B右端不带电，C错误，D正确。 1. 当带电体靠近金属导体时，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．凡是遇到接地问题时，该金属导体与地球可视为一个更大导体，而且该导体可视为近端，与C带异种电荷，地球可视为远端，与C带同种电荷，如图乙、丙所示。 3．如果用手触摸导体，再移开手指，相当于先将导体接地，后与大地断开。 三、电荷守恒定律　元电荷 三种起电方式的比较 使物体带电的方法 本质 电荷的总量 起电的共性本质 摩擦起电 电子从一个物体转移到另一个物体 不变 本质都是自由电荷发生转移，起电并不是创造了电荷，也没有电荷消失 接触起电 电子从一个物体转移到另一个物体 不变 感应起电 电子从物体的一部分转移到另一部分 不变 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)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，电荷的代数和保持不变。 2．元电荷 (1)元电荷：最小的电荷量，即电子所带电荷量的大小。所有带电体所带电荷量只能是元电荷的整数倍。 (2)元电荷的值e＝1.60×10－19_C,_由物理学家密立根测定。 (3)比荷：带电粒子的电荷量与其质量之比叫作比荷。 电子的比荷为：＝1.76×1011 C/kg。 (1)所谓“电荷的中和”是正、负电荷一起消失了。(　×　) (2)电荷有正负之分，元电荷也有正负之分。(　×　) (3)物体所带的电荷量可能为6.0×10－18 C。(　×　) (4)物体带电荷量为＋1.60×10－9 C，这是因为失去了1.0×1010个电子。(　√　) 例4　两个相同的金属小球A、B，带电荷量分别为－8×10－7 C和1.6×10－7 C，两球接触后分开，A、B的带电荷量分别为多少？电子从A转移到B还是从B转移到A？转移的电子数目为多少？(e＝1.6×10－19 C) 答案　见解析 解析　A、B带异种电荷，接触后电荷先中和再均分，故A、B的带电荷量相同，均为 q＝＝－3.2×10－7 C 电子从A转移到B，转移的数量为 n＝ ＝3×1012(个)。 例5　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，求接触后两球带电荷量大小之比； (2)若A、B两球带异种电荷，求接触后两球带电荷量大小之比。 答案　(1)2∶3　(2)2∶1 解析　(1)设A、B带电荷量均为q，则A、C接触后，A、C带电荷量为qA1＝qC1＝q C与B接触后，B、C带电荷量为 qB1＝qC2＝＝q 故A、B带电荷量大小之比为＝＝ (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带电荷量为 QA′＝QC′＝＋Q C与B接触后，B、C带电荷量为 QB′＝QC″＝＝－Q 故A、B带电荷量大小之比为||＝＝。 接触起电时电荷量的分配规律 当两个完全相同的金属球接触后，电荷量将平均分配。 (1)若两个完全相同的金属球最初带同种电荷，接触后电荷量相加后均分； (2)若两个完全相同的金属球最初带异种电荷，则接触后电荷先中和再均分。 课时对点练　[分值：60分] 1～8题每题4分，共32分 考点一　电荷量与元电荷 1．(多选)下列说法正确的是(　　) A．电子和质子都是元电荷 B．元电荷是一种特殊的电荷 C．元电荷是最小的带电单位 D．元电荷没有正、负之分 答案　CD 解析　元电荷是最小的带电单位，带电体的带电荷量均为元电荷的整数倍；元电荷不是带电粒子，没有正、负之分，故C、D正确。 2．(2023·云南玉溪师范附属中学高二月考)带电微粒所带的电荷量不可能是下列值中的(　　) A．2.4×10－19 C B．－6.4×10－19 C C．－1.6×10－18 C D．4.0×10－17 C 答案　A 解析　任何带电微粒所带的电荷量都是元电荷1.6×10－19 C的整数倍，则不可能是2.4×10－19 C，故选A。 考点二　三种起电方式　验电器 3．下列关于电现象的叙述正确的是(　　) A．玻璃棒无论与什么物体摩擦都带正电，橡胶棒无论与什么物体摩擦都带负电 B．摩擦可以起电，是普遍存在的现象，两个电中性物体相互摩擦后可以同时带等量同种电荷 C．带电现象的本质是电子的转移，呈电中性的物体得到多余电子就一定显负电性，失去电子就一定显正电性 D．电荷是可以被创生的，当一种电荷出现时，必然有等量异种的电荷出现 答案　C 4．(2024·青海省海湖中学高二月考)如图所示，某次实验老师用丝绸摩擦过的玻璃棒(带正电)去吸引细碎的锡箔屑(不带电)，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(　　) A．锡箔屑被吸引是因为获得电子而带负电 B．散开的锡箔屑带负电 C．锡箔屑散开主要是因为碰撞 D．散开的锡箔屑带正电 答案　D 解析　根据带电物体能够吸引轻小物体的性质可知，A错误；锡箔屑与玻璃棒接触后带与玻璃棒相同的正电荷，同种电荷相互排斥，B、C错误，D正确。 5. (多选)(2023·四川省芦山中学高二期中)如图，A、B为相互接触的用绝缘支柱支持的金属导体，起初它们不带电，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(　　) A．把C移近导体A时，A、B上的金属箔片都张开 B．把C移近导体A，先把A、B分开，然后移去C，A、B上的金属箔片仍张开 C．把C移近导体A，先把C移走，再把A、B分开，A、B上的金属箔片仍张开 D．把C移近导体A，先把A、B分开，再把C移走，然后重新让A、B接触，A上的金属箔片张开，而B上的金属箔片闭合 答案　AB 6．(2023·北京市顺义区高二月考)使用带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开。下列各图表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是(　　) 答案　B 解析　当金属球带正电时，靠近带电金属球的验电器的金属球带异种电荷(负电荷)，而验电器的金属箔片带同种电荷(正电荷)，故A、C错误；当金属球带负电时，靠近带电金属球的验电器的金属球带异种电荷(正电荷)，而验电器的金属箔片带同种电荷(负电荷)，故B正确，D错误。 考点三　电荷守恒定律 7．(2023·宁波市高二期中)一带负电的绝缘金属小球被放在潮湿的空气中，经过一段时间后，发现该小球上带有的负电荷几乎不存在了，这说明(　　) A．小球上原有的负电荷逐渐消失了 B．在此现象中，电荷不守恒 C．小球上负电荷减少的主要原因是潮湿的空气将电子导走了 D．该现象不遵循电荷守恒定律 答案　C 解析　根据电荷守恒定律知，电荷既不会消灭，也不会创生，只会发生转移，故A错误；金属小球上的负电荷减少是由于潮湿的空气将电子导走了，是电子的转移，仍然遵循电荷守恒定律，故B、D错误，C正确。 8．导体A带6q的正电荷，另一完全相同的导体B带－4q的负电荷，将两导体接触一会儿后再分开，则导体B的带电荷量为(　　) A．－q B．q C．2q D．4q 答案　B 解析　两个导体接触后先进行电荷中和，然后再重新分配电荷量，又因为两个导体完全一样，所以遵循平均分配原则，故最后两导体带上了相等的电荷量，Q＝＝q，故选B。 9～11题每题7分，共21分 9. 如图所示，A、B为相互接触且用绝缘支柱支持的金属导体，起初它们不带电，C是带正电小球，当其移近导体A后，分开A和B，之后移去C，最终A带上了－1×10－8C的电荷，e＝1.6×10－19 C，下列关于电荷转移情况的说法正确的是(　　) A．从A到B转移了6.25×1010个正电荷 B．从A到B转移了1.25×1011个正电荷 C．从B到A转移了6.25×1010个电子 D．从B到A转移了1.25×1011个电子 答案　C 解析　由于A、B都是金属导体，可移动的电荷是自由电子，A带上负电荷是电子由B移动到A，其中转移的电子数为n＝＝6.25×1010个，故选项C正确。 10. (2023·杭州市高二期中)如图所示，小明同学在某次静电实验中，先让静电计带上正电，此时，静电计的指针张开一定的角度。然后，他让一个带负电的小球去靠近静电计。下列说法正确的是(　　) A．静电计所带的正电荷减少，指针张角变小 B．静电计所带的正电荷增加，指针张角变大 C．静电计所带的正电荷不变，指针张角不变 D．静电计所带的正电荷不变，指针张角变小 答案　D 解析　根据静电感应原理可知，带负电的小球去靠近静电计，由于电荷间的相互作用，电子将被排斥到静电计指针的位置，中和一部分原有的正电荷，指针张角变小。根据电荷守恒可知，静电计所带的正电荷不变。故选D。 11．(多选)有A、B、C三个完全相同的金属球且三个球均对地绝缘，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 答案　BC 解析　由于两个完全相同的金属球接触后两个小球上的总电荷量均分，假设A与B先接触，接触后电荷量都是 C＝4.0×10－5 C，然后B与C接触，接触后的电荷量为 C＝2.0×10－5 C，不可能比2.0×10－5 C小，C再与A接触后分开的电荷量为 C＝3.0×10－5 C，C与B再次接触，接触后的电荷量为 C＝2.5×10－5 C，故A、D错误，B、C正确。 (7分) 12. (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，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．摩擦使笔套带电 B．笔套靠近圆环时，圆环上、下部分感应出异种电荷 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 答案　ABC 解析　摩擦使笔套带电，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，吸引过程中，圆环加速向上，吸引力大于圆环重力；绝缘材料做成的笔套，自由电子无法移动，电荷无法立刻被中和，故A、B、C正确，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $