2019_2020学年高考物理主题1静电场1电荷及其守恒定律学案必修.pdf

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1、1 电荷及其守恒定律1 电荷及其守恒定律 学科素养与目标要求 物理观念：1.知道自然界中的两种电荷及三种起电方式.2.掌握电荷守恒定律.3.知道电荷量 及元电荷的概念. 科学探究：了解验电器的构造、原理，并借助验电器感受摩擦起电、感应起电的过程. 科学思维：通过对原子结构模型的学习使学生明确物体带电的本质，知道三种带电方式的实 质是相同的. 一、电荷及起电方式 1.两种电荷 (1)电荷的分类：正电荷和负电荷. 用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电. (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. 2.摩擦起电：当两个物体互相摩擦时，一些束缚得不紧的电子往往从一

2、个物体转移到另一个 物体，于是原来呈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. 3.感应起电：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号电荷， 远离带电体的一端带同号电荷， 这种现象叫做静电感应.利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电. 二、电荷守恒定律和元电荷 1.电荷守恒定律：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. 3

3、.元电荷：最小的电荷量叫做元电荷，用e表示.所有带电体的电荷量或者等于e，或者是e 的整数倍.元电荷e的数值最早是由美国物理学家密立根测得的，在我们的计算中，可取e 1.601019C. 1.判断下列说法的正误. (1)用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，是因为正电荷从丝绸转移到玻璃棒上.() (2)摩擦起电的过程是电子从一个物体转移到另一个物体的过程.() (3)原来不带电的丝绸和玻璃棒相互摩擦后分别带上了异种电荷，说明通过摩擦可以创造电 荷.() (4)某一带电体的电荷量可能等于 51019C.() 2.带正电的物体C靠近不带电的枕形导体AB，如图 1 所示，A端将带_电，B端将带 _电. 图 1

4、 答案 负 正 一、对三种起电方式的理解 (1)如图所示，取一对用绝缘柱支撑的导体A和B，使它们彼此接触.起初它们不带电，贴在 下部的金属箔片是闭合的. 把带正电荷的物体C移近导体A，金属箔片有什么变化？ 这时把A和B分开，然后移去C，金属箔片又有什么变化？ 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)C移近导体A，两侧金属箔片都张开； 金属箔片仍张开，但张角变小； A、B接触，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，物体B中电子数量减少，因此带 正电.

5、三种起电方式的比较 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 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，发生转移的都是电子，正电荷不会发生转移. 例 1 (多选)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

6、的不带电的绝缘体互相摩擦后，同时带上等量异种电荷 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 BD 解析 摩擦起电实质是由于两个物体的原子核对核外电子的束缚能力不相同，因而电子可以 在物体间转移.若一个不带电的物体失去电子，其质子数就会比电子数多，我们说它带正电； 若一个不带电的物体得到电子， 其质子数就会比电子数少， 我们说它带负电.使物体带电并不 是创造出电荷. 例 2 (多选)如图 2 所示，A、B为相互接触并用绝缘支柱支持的金属导体，起初都不带电， 在它们的下部贴有金

7、属箔片，C是带正电的小球，下列说法正确的是( ) 图 2 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，最后重新让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 解析 A、B开始都不带电， 把C移近导体A时， 由于静电感应使A、B中的自由电子向左移动， 使得A端带负电荷，B端带正电荷，所以两边的金属箔片都张开，A 正确.先把A、B分开，再 移走C，A、B仍然带电，但重新让A、B接

8、触后，A、B上的感应电荷完全中和，金属箔片都 不会张开，B 正确，D 错误.但如果先移走C，A、B上的感应电荷会马上中和，不再带电，所 以金属箔片都不会张开，C 错误. 感应起电的判断方法 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 3 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. 图 3 说明：用手摸一下导体，再移开手指，相当于先把导体接地，然后再与大地断开. 二、电荷守恒定律 元电荷 (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

9、上了负电荷，该过程是否创造 了电荷？在一个封闭的系统中，电荷的总量会增多或减少吗？ (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 41019C 吗？ (3)电子和质子就是元电荷吗？ 答案 (1)摩擦起电的过程并没有创造电荷.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 1.601019C 的整数倍.由于 41019C 是 1.601019C 的 2.5 倍，所以物体所带的电荷量不能是 41019C. (3)元电荷是最小的电荷量，不是物质；电子和质子是实实在在的粒子，不是元电荷. 1.使物体带电的实质不是创造了电荷，而是物体所带的电荷发生了转

10、移，起电的过程就是物 体间或物体内部电荷的重新分布. 2.电荷的中和是指带等量异号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. 3.导体接触带电时电荷量的分配与导体的材料、形状、大小有关，当两个完全相同的金属球 接触后，电荷量将平均分配，即最后两个球带等量的同种电荷或均不带电. 4.元电荷 (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. (3)电子的比荷：电子的电荷量e与电子的质量me之比，叫做电子的比荷. 例 3 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，今让第三个

11、 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，接触后两球的电荷量大小之比为多大？ (2)若A、B两球带异种电荷，接触后两球的电荷量大小之比为多大？ 答案 (1)23 (2)21 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qAqCq. 1 2 C与B接触后，B、C所带电荷量为qBqCq. q1 2q 2 3 4 故A、B带电荷量大小之比为 . qA qB 1 2q 3 4q 2 3 (2)设A带正电，B带负电，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qAqCQ. 1 2 C与B接触后，B、C带电荷量为 qBqCQ

12、， 1 2QQ 2 1 4 故A、B带电荷量大小之比为 . | qA qB| 1 2Q 1 4Q 2 1 例 4 放在绝缘支架上的两个完全相同的金属小球A、B分别带有电荷量QA6.4109C、QB 3.2109C，让两个金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移？转移了多少个？ 答案 电子由B球转移到A球 3.01010个 解析 两小球接触时，电荷量少的负电荷先被中和，剩余的正电荷再重新分配，由于两小球 完全相同，剩余正电荷一定平分，即接触后两小球带电荷量QAQB QAQB 2 C1.6109C 6.4 1093.2 109 2 在接触过程中，电子由B球转移到A球，自身的净电荷全部中和后，继续转

13、移，使B球带 QB的正电，这样共转移的电荷量为 QQBQB1.6109C(3.2109C) 4.8109C 则转移的电子数 n(个)3.01010(个). Q e 4.8 109 1.6 1019 学科素养 通过例 3、例 4 的学习，使学生进一步掌握电荷守恒定律及其相关应用，知道 两个完全相同的金属球接触后将平分电荷，较好地体现了“物理观念”和“科学思维”的学 科素养. 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，因相互排斥而张开.如图 4 甲.

14、(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)，两箔片在斥力作用下张开，如图乙. 图 4 例 5 如图 5 所示，用起电机使金属球A带负电，靠近验电器B的金属球，则( ) 图 5 A.验电器的金属箔片不张开，因为球A没有和B接触 B.验电器的金属箔片张开，因为整个验电器都带上了正电 C.验电器的金属箔片张开，因为整个验电器都带上了负电 D.验电器的金属箔片张开，因为验电器下部的两金属箔片都带上了负电 答案 D 解析 带负电的球A靠近验电器B的金属球，根据电荷“同性斥，异性吸”的特点知，验电 器金属球上

15、的电子会被球A上的负电荷排斥到验电器下端箔片上，则金属杆下端的两箔片就 会因带负电荷而相斥，箔片张开，故选 D. 1.(对三种起电方式的理解)(多选)下列说法中正确的是( ) A.静电感应不是创造电荷，只是电荷从物体的一部分转移到另一部分 B.摩擦起电时，一个电中性物体失去一些电子而带正电，另一个电中性物体得到这些电子而 带负电 C.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 D.一个带电体接触一个不带电的物体，两个物体可能带上异种电荷 答案 ABC 2.(感应起电)(多选)(2018济宁市高二月考)如图 6

16、所示，把置于绝缘支架上的不带电的枕 形导体放在带负电的导体C附近，导体的A端感应出正电荷，B端感应出负电荷.关于使导体 带电的以下说法中正确的是( ) 图 6 A.如果用手摸一下导体的B端，B端自由电子将经人体流入大地，手指离开，移去带电体C， 导体带正电 B.如果用手摸一下导体的A端，大地的自由电子将经人体流入导体与A端的正电荷中和，手 指离开，移去带电体C，导体带负电 C.如果用手摸一下导体的中间，由于中间无电荷，手指离开，移去带电体C，导体不带电 D.无论用手摸一下导体的什么位置，导体上的自由电子都经人体流入大地，手指离开，移去 带电体C，导体带正电 答案 AD 解析 无论用手摸一下导体

17、的什么位置，都会使枕形导体通过人体与大地相连，由于静电感 应，导体上的自由电子将经人体流入大地，使得导体带正电，手指离开，移去带电体C，导 体带正电，故选 A、D. 3.(验电器的原理)如图 7 所示，用丝绸摩擦过的玻璃棒和验电器的金属球接触，使验电器的 金属箔片张开，关于这一现象，下列说法正确的是( ) 图 7 A.两片金属箔片上带异种电荷 B.两片金属箔片上均带负电荷 C.金属箔片上有电子转移到玻璃棒上 D.将玻璃棒移走，则金属箔片立即合在一起 答案 C 解析 用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，若将其接触验电器的金属球，此时两个箔片上均带正 电荷；在此过程中，一部分电子会从验电器向玻璃棒转移；移

18、走玻璃棒后，箔片仍带电，不 会立即合在一起，选项 C 正确. 4.(电荷守恒定律的应用)有三个相同的金属小球A、B、C，其中小球A带有 2.0105C 的正 电荷， 小球B、C不带电， 现在让小球C先与球A接触后取走， 再让小球B与球A接触后分开， 最后让小球B与小球C接触后分开，最终三球的带电荷量分别为qA_C， qB_C，qC_C. 答案 5106 7.5106 7.5106 解析 小球C先与球A接触后平分A的电荷， 则qAqC 1.0105C， 再让小球B与球A q 2 接触后分开， 则qAqB5106C； 最后让小球B与小球C接触后分开， 则qBqC qA 2 7.5106C. qBq

19、C 2 一、选择题 考点一 电荷量与元电荷 1.关于对元电荷的理解，下列说法正确的是( ) A.元电荷就是电子 B.元电荷就是质子 C.元电荷是表示跟电子所带电荷量数值相等的电荷量 D.元电荷是带电荷量最小的带电粒子 答案 C 2.(多选)关于电荷量，以下说法正确的是( ) A.物体所带的电荷量可以为任意值 B.物体所带的电荷量只能为某些值 C.物体带电荷量的最小值为 1.6109C D.若物体带正电荷，电荷量为 1.6109C，这是因为物体失去了 1.01010个电子 答案 BD 解析 物体所带的电荷量不能为任意值，只能为元电荷的整数倍，故 A 错误，B 正确.物体带 电荷量的最小值与电子的

20、电荷量数值相等，为 1.61019C，故 C 错误. 物体带电荷量为 1.6109C，说明物体失去了1.01010个电子，故 D 正确. 1.6 109 1.60 1019 考点二 三种起电方式 3.(2018佛山一中高二段考)下列有关摩擦起电的说法正确的是( ) A.摩擦起电说明电荷是可以创造的 B.摩擦起电时物体带负电荷是因为在摩擦过程中此物体得到电子 C.摩擦起电是正电荷从一个物体转移到另一物体 D.等量的正、负电荷可以中和，说明电荷可以被消灭 答案 B 4.如图 1 所示，在感应起电中，带负电小球P靠近带绝缘底座的导体MN时，M处将( ) 图 1 A.带负电B.带正电 C.不带电D.以

21、上答案均有可能 答案 A 解析 这是感应起电，当带负电小球靠近带绝缘底座的导体时，同种电荷相互排斥，异种电 荷相互吸引，左端的负电荷受到排斥力运动到右侧，所以N处带正电，M处带负电，故 A 正确. 5.(2018南通中学高二检测)绝缘细线上端固定，下端挂一轻质小球a，a的表面镀有铝膜， 在a的旁边有一绝缘金属球b，开始时a、b都不带电，如图 2 所示，现使b带电，则( ) 图 2 A.b将吸引a，吸住后不放 B.b先吸引a，接触后又把a排斥开 C.a、b之间不发生相互作用 D.b立即把a排斥开 答案 B 解析 带电物体能够吸引轻小物体，故b会将a球吸引过来，a与b接触后，带同种电荷而 分开，由

22、此可知，故 B 正确，A、C、D 错误. 6.如图 3 所示，把一个不带电的枕形导体靠近带正电的小球，由于静电感应，在a、b两端分 别出现负、正电荷，则以下说法正确的是( ) 图 3 A.闭合开关 S1，有电子从枕形导体流向大地 B.闭合开关 S2，有电子从枕形导体流向大地 C.闭合开关 S1，有电子从大地流向枕形导体 D.闭合开关 S2，没有电子通过开关 S2 答案 C 解析 当闭合开关 S1、S2中的任何一个以后，便把大地与导体连通，由于静电感应，a端仍 为负电荷，大地远处应感应出正电荷，因此无论闭合开关 S1，还是开关 S2，都应有电子从大 地流向导体，故 C 选项正确. 考点三 验电器

23、及其原理 7.使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的金属箔片张开，如图表示验电器上感应电 荷的分布情况，正确的是( ) 答案 B 解析 把带电金属球移近不带电的验电器，会改变验电器上的电荷分布；由于电荷间同性相 斥、异性相吸，使得验电器上靠近带电金属球的一端和其电性相反，而远离带电金属球的一 端和其电性相同，故选项 B 正确. 8.(2018宿迁市沭阳县高二期中)如图 4 所示，有一带正电的验电器，将不带电的金属球A 接触验电器的小球B时，验电器的金箔张角( ) 图 4 A.变大 B.变小 C.不变 D.先变小，后变大 答案 B 解析 有一带正电的验电器， 将不带电的金属球A接触验电器的小

24、球B时， 金属球A将带正电， 根据电荷守恒定律有，验电器的电荷减小，验电器的金箔张角减小，故 B 正确，A、C、D 错误. 考点四 电荷守恒定律的应用 9.(多选)A和B都是不带电的物体，它们互相摩擦后A带负电荷 1.61010C，下列判断中正 确的是( ) A.在摩擦前A和B的内部净电荷量为零 B.摩擦的过程中电子从A转移到了B C.A在摩擦过程中一定得到了 1109个电子 D.A在摩擦过程中一定失去了 1.61019C 电子 答案 AC 10.如图 5 所示，左边是一个原先不带电的导体，右边C是后来靠近的带正电的导体球，若用 绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开，导体分为A、B两部分，这两部分

25、所带电荷量的数值分 别为QA、QB，则下列结论正确的是( ) 图 5 A.沿虚线d切开，A带负电，B带正电，且QAQB B.只有沿虚线b切开，才有A带正电，B带负电，且QAQB C.沿虚线a切开，A带正电，B带负电，且QAQB D.沿任意一条虚线切开，都有A带正电，B带负电，且QAQB 答案 D 解析 导体原来不带电，在带正电的导体球C静电感应的作用下，导体中的自由电子向B部 分转移， 使B部分有了多余的电子而带负电 ；A部分少了电子而带正电.根据电荷守恒定律，A 部分移走的电子数目和B部分多余的电子数目是相同的，因此无论从哪一条虚线切开，两部 分的电荷量总是相等的，故只有 D 正确. 11.

26、目前普遍认为， 原子核中的质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成的， u 夸克带电荷量为e，d 夸克带电荷量为e，e为元电荷.下列论断中可能正确的是( ) 2 3 1 3 A.质子由 1 个 u 夸克和 1 个 d 夸克组成，中子由 1 个 u 夸克和 2 个 d 夸克组成 B.质子由 2 个 u 夸克和 1 个 d 夸克组成，中子由 1 个 u 夸克和 2 个 d 夸克组成 C.质子由 1 个 u 夸克和 2 个 d 夸克组成，中子由 2 个 u 夸克和 1 个 d 夸克组成 D.质子由 2 个 u 夸克和 1 个 d 夸克组成，中子由 1 个 u 夸克和 1 个 d 夸克组成

27、答案 B 解析 质子带一个单位正电荷， 中子不带电， 设质子中 u 夸克、 d 夸克个数分别是x、y，x、y 取正整数，则xey(e)e，当x2、y1 时等式成立；设中子中 u 夸克、d 夸克 2 3 1 3 个数分别是m、n，m、n取正整数，则m(e)n(e)0，当m1、n2 时等式成立， 2 3 1 3 故选 B. 二、非选择题 12.干燥的天气一个人脱了鞋在地毯上走，身上聚集了4.8105C 的电荷，此人身上有多 少个剩余电子？他的质量因聚集电子而增加了多少？(电子质量me9.11031kg， 电子电荷 量e1.61019C) 答案 3.01014个 2.731016kg 解析 4.81

28、05C 的电荷量含有的电子数为 n 个3.01014个， q e 4.8 105 1.6 1019 增加的质量为Mnme3.010149.11031kg2.731016kg. 13.有三个完全相同的绝缘金属小球A、B、C，其中A小球带有 3103C 的正电荷，B小球带 有 2103C 的负电荷， 小球C不带电.先让小球C与小球A接触后分开， 再让小球B与小球A 接触后分开， 最后让小球B与小球C接触后分开， 试求这时三个小球的带电荷量分别为多少？ 答案 qA2.5104C qB6.25104C qC6.25104C 解析 C、A接触后分开，A、C带电荷量均为C1.5103C，再让小球B与小球A 3 103 2 接触后分开，A、B带电荷量均为C2.5104C，最后让小球B 1.5 1032 103 2 与小球C接触后分开，B、C带电荷量均为C6.25104C，故最 1.5 1032.5 104 2 终三小球的带电荷量分别为qA2.5104C，qB6.25104C，qC6.25104C.