第一章 1 电荷 电荷守恒定律(Word教参)-【步步高】2024-2025学年高一物理必修第三册学习笔记（教科版）

本高中物理讲义聚焦电荷及守恒定律核心内容，从摩擦起电现象切入，梳理两种电荷的定义与作用规律，系统讲解电荷量、元电荷概念，通过实验分析静电感应原理，对比三种起电方式本质，最终总结电荷守恒定律，以问题链、例题及辨析题搭建学习支架。 资料以生活实例激发探究兴趣，通过静电感应实验步骤引导科学探究，借助表格对比建构起电模型培养科学思维，例题辨析强化电荷观念。课中实验图示与问题互动提升教学效果，课后分考点练习助力学生查漏补缺，巩固核心知识。

1　电荷　电荷守恒定律 [学习目标]　1.知道自然界中的两种电荷及其相互作用，知道电荷量及元电荷。2.理解使物体带电的三种方式，了解验电器的构造和应用(重难点)。3.理解电荷守恒定律(重点)。 一、摩擦起电　两种电荷 把彩色塑料袋剪成细长条并捆紧，用手捋几下，就成了一束塑料花，其中包含着怎样的物理知识？ 答案　摩擦起电和同种电荷相互排斥。 1．摩擦起电：由于摩擦而使物体带电的方式。 2．两种电荷及作用 (1)两种电荷：把用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷叫作正电荷，把用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷叫作负电荷。 (2)作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。 3．电荷量 (1)定义：电荷的多少叫作电荷量，常简称为电荷。用Q或q表示，通常正电荷的电荷量用正数表示，负电荷的电荷量用负数表示。 (2)单位：库仑，简称库，符号：C。 换算关系：1 μC＝10－6 C,1 nC＝10－9 C。 (3)元电荷：电荷的最小单元，称为元电荷，记作e＝1.6×10－19 C，该电荷量由美国物理学家密立根测定，任何带电体所带电荷量都是元电荷的整数倍。 (4)比荷：带电体的电荷量与质量的比值叫作比荷。 电子的比荷为：＝1.76×1011 C/kg。 4．摩擦起电的解释 (1)物质组成 物质是由原子组成的，原子由带正电的原子核和带负电的电子构成，一般情况下，原子核所带电荷总量与电子所带电荷总量相等，因此物体通常对外不显电性。 (2)摩擦起电的解释 不同种类的两个不带电的物体相互摩擦时，一个物体失去电子，另一个物体得到电子。失去电子的物体内部正电荷的总量大于负电荷的总量，因而显示出带正电，同理，得到电子的物体就显示出带负电，而且相互摩擦后两个物体所带的电荷必然等量异号。 为什么摩擦起电的材料是绝缘体而不是导体？ 答案　如果是导体，即使摩擦出现电荷转移，也会因为自由电子在导体中自由移动而迅速中和，所以导体摩擦不会起电，而绝缘体中基本不存在自由电子，所以摩擦后转移的电荷不容易再中和。 (1)自然界中只存在正电荷和负电荷。(　√　) (2)电荷的正负是人为规定的。(　√　) (3)元电荷就是最小的带电体。(　×　) (4)原子中质子的正电荷数量与电子的负电荷数量一样多，整个原子对外界表现为电中性。 (　√　) (5)摩擦过的琥珀能够吸引羽毛，说明羽毛带了电。(　×　) 例1　梳过头的梳子，常能吸引轻小物体，这属于摩擦起电。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产生电子和质子 B．两种不同材料的绝缘体互相摩擦后，同时带上等量同种电荷 C．摩擦起电可能是因为摩擦导致质子从一个物体转移到了另一个物体而形成的 D．丝绸摩擦玻璃棒时，电子从玻璃棒上转移到丝绸上，玻璃棒因质子数多于电子数而显正电 答案　D 解析　摩擦起电现象的本质是使一个物体上的自由电子转移到另一个物体上，从而使两物体分别带上等量的异种电荷。 例2　(2023·富锦市期末)关于对元电荷的理解，下列论述正确的是(　　) A．只有质子的带电荷量等于元电荷 B．元电荷就是电子或者质子 C．物体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍 D．元电荷的大小是1库仑 答案　C 解析　在各种带电微粒中，电子电荷量的大小是最小的，人们把最小电荷量叫作元电荷，常用符号e表示，任何带电体所带电荷量都是e的整数倍。目前测定的元电荷e＝1.6×10－19 C，所以元电荷是最小的电荷量，不是指电子或者质子，也不是只有电子和质子的带电荷量等于元电荷，故A、B、D错误，C正确。 元电荷的理解 (1)元电荷是最小的电荷量，而不是实物粒子，元电荷无正、负之分。 (2)虽然质子、电子的电荷量等于元电荷，但不能说质子、电子是元电荷。 二、静电感应 (1)如图所示，取一对用绝缘柱支撑的导体A和B，使它们紧靠在一起。起初它们不带电，贴在下部的金属箔片均是闭合的。 ①把带正电荷的物体C移近导体A，金属箔片有什么变化？ ②这时把A和B分开，然后移去C，金属箔片是否闭合？ ③再让A和B接触，又会看到什么现象？ (2)带正电的物体A与不带电的物体B接触，使物体B带上了什么电荷？在这个过程中电荷是如何转移的？ 答案　(1)①C移近导体A，A、B下部的金属箔片都张开； ②金属箔片仍张开； ③金属箔片都闭合。 (2)正电荷，在这个过程中，有电子从物体B转移到物体A。 1．静电感应 当带电导体靠近不带电的导体时，由于同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引，使导体靠近带电导体的一端带上与带电导体电性相反的电荷，远离带电导体的一端带上与带电导体电性相同的电荷，这种现象叫作静电感应。 2．感应起电 利用静电感应使导体带电的方法。 3．验电器 (1)构造如图。 (2)应用 ①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，因相互排斥而张开，如图甲。 ②当带正电的玻璃棒靠近验电器的金属球时，会发生静电感应，金属杆上端的金属球带负电，下端的金属箔片带正电，两片带正电的金属箔片由于相互排斥而张开，如图乙。 ③将带正电的玻璃棒接触验电器的金属球，验电器就带上了正电，再将待检验的带电体靠近验电器的金属球，如果它的金属箔片张开角度变大，则它带的是正电荷，反之，则带的是负电荷。 例3　如图所示，用起电机使金属球A带正电，将A靠近验电器上的金属小球B，则(　　) A．验电器的金属箔不会张开，因为球A没有和B接触 B．验电器的金属箔张开，因为整个验电器都带上了正电 C．验电器的金属箔张开，因为整个验电器都带上了负电 D．验电器的金属箔张开，因为验电器下部的两片金属箔都带上了正电 答案　D 解析　带正电的金属球A靠近验电器上的金属小球B，由于静电感应，B球带负电，验电器的金属箔带正电，故两片金属箔因带同种电荷相互排斥而张开，D正确。 例4　(多选)(2023·江西赣州上犹中学期末)如图所示，两个不带电的枕形导体a和b，用一对绝缘柱支撑，使它们彼此接触。将一带电体c靠近b，贴在a、b下方的金属箔片都张开。下列说法正确的是(　　) A．先将a、b分开，再将c移走，两对金属箔片仍然张开 B．先将a、b分开，再将c移走，两对金属箔片带同种电荷 C．用手触摸a后，再依次将手和c移走，两对金属箔片仍然张开 D．用手触摸a后，再依次将手和c移走，两对金属箔片带异种电荷 答案　AC 解析　把c移近导体b时，先把a、b分开，a、b带上异种电荷，金属箔片张开，故A正确，B错误；用手触摸a后，将手移开后，a、b带有同种电荷，且与c电性相反，两金属箔片仍然张开，故C正确，D错误。 1．只有导体中的电子才能自由移动。绝缘体中的电子不能自由移动，所以导体能够发生感应起电，而绝缘体不能。 2．凡是遇到接地问题时，该导体与地球可视为一个更大导体，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。 三、电荷守恒定律 比较三种起电方式的本质 使物体带电的方法 本质 电荷的总量 起电的共性本质 1 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 2 接触起电 电子从一个物体转移到另一个物体 不变 3 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：电荷既不能被创造，也不能被消灭，它们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。也就是说，在任何自然过程中，电荷的代数和是守恒的。 2．电荷守恒定律的现代表述：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。 (1)所谓“电荷的中和”是正、负电荷一起消失了。(　×　) (2)静电感应没有创造电荷，只是电荷从物体的一部分转移到另一部分。(　√　) (3)摩擦起电和感应起电都能使电子转移，只不过前者使电子从一个物体转移到另一个物体上，而后者则使电子从物体的一部分转移到另一部分。(　√　) 例5　完全相同的两金属小球A、B带有相等的电荷量，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||＝＝。 同理若A带负电荷，B带正电荷，A、B带电荷量之比仍为2∶1。 接触起电时电荷量的分配规律 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．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，即带电荷量均为。 (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，即带电荷量均为。 课时对点练　[分值：60分] 1～9题每题4分，共36分 考点一　电荷量与元电荷 1．元电荷是任何带电体电荷量的(　　) A．最大公倍数 B．最小公倍数 C．最大公约数 D．最小公约数 答案　D 解析　任何带电体的电荷量都是元电荷的整倍数，即元电荷是任何带电体电荷量的最小公约数。 2．小明同学做作业时，不小心把一滴墨水滴在了一道物理题上，使一个数字变成了9.*×10－19 C，小明同学感觉这道题是没法做了，如果是你遇到这种情况，你认为可以是下列数字中的(　　) A．9.2×10－19 C B．9.4×10－19 C C．9.6×10－19 C D．9.8×10－19 C 答案　C 解析　物体的带电荷量只能是元电荷的整倍数，由于＝5.75，故A错误； ＝5.875，故B错误； ＝6，故C正确； ＝6.125，故D错误。 考点二　三种起电方式 3．(多选)(2023·玉溪市第三中学开学考试)关于起电，以下说法正确的是(　　) A．接触起电是因为电荷的转移，摩擦起电是因为创造了电荷 B．摩擦起电是因为电荷的转移，感应起电是因为电荷的创造 C．不论是摩擦起电还是感应起电，都是因为电子的转移 D．自然界中的电荷是守恒的 答案　CD 解析　不论是接触起电、摩擦起电还是感应起电，都是因为电子的转移，并没有创造电荷，自然界中的电荷是守恒的。故选C、D。 4.当用毛皮摩擦过的橡胶棒去接触验电器的金属球时，金属箔片张开。对上述实验分析正确的是(　　) A．金属箔片所带的电荷为正电荷 B．金属箔片的起电方式是感应起电 C．金属箔片张开的原因是同种电荷相互排斥 D．金属箔片与金属球带异种电荷 答案　C 解析　毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，用带负电的橡胶棒和不带电的验电器接触的起电方式叫接触起电，且验电器整体即金属球、金属杆、金属箔片都带负电，故A、B、D错误；橡胶棒和验电器金属球接触后，两个金属箔片均带负电，相互排斥，故金属箔片张开，故C正确。 5.(2023·辽宁省昌图县一中期末)在物理课堂上老师用易拉罐和气球演示静电现象，如图所示，充气后的气球在头发上摩擦后带负电，再靠近不带电的空易拉罐，在气球未接触空易拉罐的情况下，可观察到空易拉罐会朝气球方向滚动，关于这一现象，下列说法正确的是(　　) A．上述过程经历了摩擦起电、感应起电两个过程 B．空易拉罐远离气球的一侧带正电 C．空易拉罐在气球靠近后整体带正电，所以被带负电的气球吸引 D．气球对空易拉罐远、近两侧的作用大小相等 答案　A 解析　上述过程经历了摩擦起电、感应起电两个过程，根据静电感应现象可知，易拉罐靠近气球一侧带正电荷，远离气球一侧带负电荷；同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，故气球对空易拉罐远侧为排斥作用、对近侧为吸引作用，且对易拉罐近侧的力大于对远侧的力。 6．(2023·乐山市沫若中学高二阶段练习)起电盘是获得静电的简单装置，1775年由伏特发明。它是由一块绝缘物质(如石蜡、硬橡胶、树脂等)制成的平板和另一块带有绝缘柄的导电平板构成的。如图所示是起电盘示意图，其起电原理是(　　) A．摩擦起电 B．感应起电 C．接触起电 D．以上三种方式都不是 答案　B 解析　导电平板靠近带正电的绝缘板时，发生静电感应，使导电平板靠近带电的绝缘板的一侧带上负电荷，远离的一侧带正电荷，接地后，大地中的负电荷流向导电平板，断开与大地的连接后，导电平板整体带上负电荷，故A、C、D错误，B正确。 考点三　电荷守恒定律 7．(2023·湖北省高二学业考试)太空探测器配套的离子发动机能将原子电离，并使离子向后喷射，从而获得推力。若一个氮原子在离子发动机中电离成一个氮离子和一个电子，则该氮离子与该电子所带电荷为(　　) A．等量异种电荷 B．不等量异种电荷 C．等量同种电荷 D．不等量同种电荷 答案　A 解析　一个氮原子在离子发动机中电离成一个氮离子和一个电子，根据电荷守恒定律，则该氮离子与该电子所带电荷是等量异种电荷。故选A。 8．三个大小相同的导体球x、y、z，带电荷量分别为＋4 μC、0和－10 μC，让x与y先接触，然后让y与z接触，最终y所带的电荷量为(　　) A．－4 μC B．－2 μC C．＋4 μC D．＋2 μC 答案　A 解析　相同大小的三个导体球，根据电荷守恒定律得，x与y先接触后两球带电荷量均为＝＋2 μC，再让y与z接触，两球最后带电荷量均为＝－4 μC，故选A。 9．(14分)三个相同的金属球A、B、C，先让A球带上正电，靠近相互接触的B、C球，将B、C分开，用手摸一下A球，将A球上的电荷导入大地。若此时B球所带电荷量为＋q，用A球再去接触B，然后再用A球接触C，最后A所带电荷量是多少？ 答案　－q 解析　由题意可知，当A球靠近相互接触的B、C球时，由于静电感应现象，则B、C球分别带异种电荷，且电荷量相等。当将A球上的电荷导入大地后，A球不带电。由题意可知，此时B球所带电荷量为＋q，用A球再去接触B，则A球带电荷量为＋，C球带电荷量为－q，则此时A球再接触C球，可得A球带电荷量为qA＝＝－。 10～13题每题6分，共24分 10.(2023·郑州市高二期末)如图所示，将带正电荷Q的导体球丙靠近不带电的橄榄球形导体。若沿虚线将橄榄球形导体分成大小不同的甲、乙两部分，这两部分所带电荷量分别为Q甲、Q乙。下列关于电性和电荷量大小的比较正确的是(　　) A．甲带负电，乙带正电，Q甲>Q乙 B．甲、乙都带负电，Q甲<Q乙 C．甲带正电，乙带负电，Q甲＝Q乙 D．甲带正电，乙带负电，Q甲<Q乙 答案　C 解析　当导体处于静电平衡状态时，沿虚线将导体分开时，两部分所带异种电荷，且电荷量的大小相等，即Q甲＝Q乙，由于同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引，甲部分感应出正电荷，乙部分感应出负电荷。故选C。 11.(2023·洛阳市洛宁县一中月考)如图所示，橡胶板置于绝缘水平桌面上，某同学戴着绝缘手套用毛皮摩擦橡胶板，然后手握绝缘手柄将撒有细纸屑的铝板(初始不带电)靠近橡胶板但始终未接触橡胶板，可以看到部分细纸屑从铝板上飞溅出来。下列说法正确的是(　　) A．铝板靠近橡胶板的过程中，铝板下表面带负电 B．铝板靠近橡胶板的过程中，部分细纸屑相互排斥从而飞溅出来 C．铝板和细纸屑构成的系统在该过程中带正电 D．若在铝板靠近橡胶板时用另一只手触摸一下铝板上表面后撤离，铝板将带负电 答案　B 解析　用毛皮摩擦橡胶板后，橡胶板带负电，铝板靠近橡胶板的过程中，离橡胶板较近的下表面带正电，故A错误；铝板靠近橡胶板的过程中，细纸屑带上同种电荷相互排斥从而飞溅出来，故B正确；铝板和细纸屑构成的系统在该过程中虽然感应起电，但电荷量的代数和仍然为0，故C错误；若在铝板靠近橡胶板时用另一只手触摸一下铝板上表面，此时铝板上表面带的负电荷转移到人体，撤离该手后铝板整体带正电，故D错误。 12.(多选)(2023·宁夏银川九中高二阶段练习)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．圆环被吸引到笔套上的过程中，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　笔套与头发摩擦后，由于摩擦起电使笔套带电。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，故A、B正确；圆环被吸引到笔套上的过程中，圆环加速度向上，所受吸引力大于圆环重力，故C正确；笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷没有被全部中和，仍带有部分电荷，故D错误。 13．(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列哪组数据(　　) 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。 学科网（北京）股份有限公司 $