（浙江專用）2022-2023學年高中物理 第一章 靜電場 1-1 電荷及其守恒定律學案 新人教版選修3-1

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1、（浙江專用）2022-2023學年高中物理 第一章 靜電場 1-1 電荷及其守恒定律學案 新人教版選修3-1 [研究學考·明確要求] 知識內容 電荷及其守恒定律 考試要求 學考b 選考c 基本要求 1.知道電荷的種類和電荷相互作用的規(guī)律。 2．了解原子呈電中性的原因。 3．了解摩擦起電、感應起電等現(xiàn)象。知道摩擦起電和感應起電的本質是電子的轉移。 4．理解電荷守恒定律。 5．知道電荷量概念及其單位，知道元電荷的值。 發(fā)展要求 1.了解摩擦起電和感應起電的異同。 2．能運用電荷守恒定律分析摩擦起電和感應起電現(xiàn)象。 說明 不要求識記電子的比荷。 [基 礎

2、梳 理] 1. 兩種電荷：用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，用毛皮摩擦過的橡膠棒帶負電。同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。 2．摩擦起電：兩個物體互相摩擦時，一些束縛得不緊的電子往往從一個物體轉移到另一個物體，原來呈電中性的物體由于得到電子而帶負電，失去電子的物體則帶正電。 3．感應起電 ：當一個帶電體靠近導體時，由于電荷間相互吸引或排斥，導體中的自由電荷便會趨向或遠離帶電體，使導體靠近帶電體的一端帶異號電荷，遠離帶電體的一端帶同號電荷，這種現(xiàn)象叫做靜電感應，利用靜電感應使金屬導體帶電的過程叫做感應起電。 4．摩擦起電和感應起電的實質都是自由電子的轉移。 特別提醒　“中性”和“中和”是兩

3、個完全不同的概念，“中性”是指原子或者物體所帶的正電荷和負電荷在數(shù)量上相等，對外不顯電性，表現(xiàn)為不帶電的狀態(tài)?？梢?，任何不帶電的物體，實際上都帶有等量的異種電荷。 [典 例 精 析] 【例1】 關于摩擦起電現(xiàn)象，下列說法正確的是(　　) A．摩擦起電現(xiàn)象使本來沒有電子和質子的物體中產生了電子和質子 B．兩種不同材料的絕緣體相互摩擦后，可以帶上不等量異號電荷 C．摩擦起電，可能是因為摩擦導致質子從一個物體轉移到了另一個物體而造成的 D．絲綢摩擦玻璃棒時，電子從玻璃棒上轉移到絲綢上，玻璃棒因質子數(shù)多于電子數(shù)而顯正電 解析　摩擦起電的實質是由于兩個物體的原子核對核外電子的束縛能力不相同

4、，因而電子可以在物體間轉移。若一個物體失去電子，其質子數(shù)就會比電子數(shù)多，物體帶正電；若一個物體得到電子，其質子數(shù)就會比電子數(shù)少，物體帶負電。 答案　D 【例2】 如圖1所示，不帶電的枕形導體的A、B兩端各貼有一對金箔。當枕形導體的A端靠近一帶電導體C時，以下說法正確的是(　　) 圖1 A．A端金箔張開，B端金箔閉合 B．用手觸摸枕形導體后，A、B端金箔均閉合 C．用手觸摸枕形導體后，將手和C都移走，兩對金箔均張開 D．選項A中兩對金箔分別帶異號電荷，選項C中兩對金箔帶異號電荷 解析　根據(jù)靜電感應現(xiàn)象，帶正電的導體C放在枕形導體附近，在A端出現(xiàn)了負電荷，在B端出現(xiàn)了正電荷，這

5、樣的帶電并不是導體中有新的電荷，只是電荷的重新分布，金箔上帶電相斥而張開，選項A錯誤；用手觸摸枕形導體后，B端不再是最遠端，人是導體，人腳下的地球是最遠端，這樣B端不再有電荷，金箔閉合，但A端仍帶負電荷，金箔仍張開，選項B錯誤；用手觸摸枕形導體后，只有A端帶負電，將手和C都移走，不再有靜電感應，A端所帶負電便會分布在整個枕形導體上，A、B端均帶有負電，兩對金箔張開，選項C正確；從以上分析看出，選項D錯誤。 答案　C 使物體帶電的三種方式的實質都是電子的轉移 (1)摩擦起電是由于不同物體束縛電子能力的不同，而使物體得或失電子，即電子從一個物體轉移到另一個物體上。 (2)感應起電是在電

6、荷的相互作用下導體中的自由電荷從導體的一端轉移到導體的另一端，使導體兩端分別帶上等量異種電荷。 [即 學 即 練] 1．毛皮與橡膠棒摩擦后，毛皮帶正電，橡膠棒帶負電。這是因為(　　) A．空氣中的正電荷轉移到了毛皮上 B．空氣中的負電荷轉移到了橡膠棒上 C．毛皮上的電子轉移到了橡膠棒上 D．橡膠棒上的電子轉移到了毛皮上 解析　摩擦起電的本質是自由電子的轉移，毛皮帶正電，橡膠棒帶負電，所以是毛皮失去電子，橡膠棒得到電子，選C。 答案　C [基 礎 梳 理] 1．內容：電荷既不會創(chuàng)生，也不會消滅，它只能從一個物體轉移到另一個物體，或者從物體的一部分轉移到另一部分；在轉移過程

7、中，電荷的總量保持不變。這個結論叫做電荷守恒定律。 2．現(xiàn)在表述：一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和保持不變。 [典 例 精 析] 【例3】 原來甲、乙、丙三物體都不帶電，今使甲、乙兩物體相互摩擦后，乙物體再與丙物體接觸，最后，得知甲物體帶正電荷1.6×10－15 C，丙物體帶電荷量的大小為8×10－16 C。則對于最后乙、丙兩物體的帶電情況，下列說法中正確的是(　　) A．乙物體一定帶有負電荷1.6×10－15 C B．乙物體可能帶有負電荷2.4×10－15 C C．丙物體一定帶有正電荷8×10－16 C D．丙物體一定帶有負電荷8×10－16 C 解析　由于甲、乙、

8、丙原來都不帶電，甲、乙相互摩擦導致甲失去電子而帶1.6×10－15 C的正電荷，乙物體得到電子而帶1.6×10－15 C的負電荷；乙物體與不帶電的丙物體相接觸，從而使一部分負電荷轉移到丙物體上，故可知乙、丙兩物體都帶負電荷，由電荷守恒可知乙最終所帶負電荷1.6×10－15 C－8×10－16 C＝8×10－16 C，故D正確。 答案　D 導體接觸帶電時電荷量的分配與導體的形狀、大小有關，當兩個完全相同的金屬球接觸后，電荷將平均分配，即最后兩個球一定帶等量的同種電荷。若兩個球原先帶同號電荷，電荷量相加后均分；若兩個球原先帶異號電荷，則電荷先中和再均分。 [即 學 即 練] 2．半徑相

9、同的兩金屬小球A、B帶有相同的電荷量，相隔一定的距離，今讓第三個半徑相同的不帶電金屬小球C，先后與A、B接觸后移開。 (1)若A、B兩球帶同種電荷，接觸后兩球的電荷量大小之比為多大？ (2)若A、B兩球帶異種電荷，接觸后兩球的電荷量大小之比為多大？ 解析　(1)設A、B帶同種電荷帶電荷量均為q，則A、C接觸后，A、C帶電量為qA＝qC＝q。 C與B球接觸后，B、C所帶電量為qB＝qC′＝＝q。 故A、B帶電荷量大小之比為＝＝。 (2)設qA＝＋q，qB＝－q。 則C與A接觸后，A、C帶電量為qA＝qC＝＋q。 C與B接觸后，B、C帶電量為qB＝qC″＝＝－q， 故A、B帶電荷

10、量大小之比為＝＝。 答案　(1)2∶3　(2)2∶1 [基 礎 梳 理] 1．電荷量：電荷的多少叫做電荷量，在國際單位制中它的單位是庫侖，簡稱庫。用符號C表示。 2．元電荷：質子、正電子所帶的電荷量是科學實驗發(fā)現(xiàn)的最小電荷量，這個最小的電荷量叫做元電荷。 3．元電荷的值：e＝1.60×10－19_C。 所有帶電體的電荷量或者等于e，或者是e的整數(shù)倍。電荷量e的數(shù)值最早是由美國物理學家密立根通過實驗測得的。 4．電子的比荷：電子的電荷量e與其質量之比，叫做電子的比荷。 [典 例 精 析] 【例4】 下列關于元電荷的說法中正確的是(　　) A．元電荷實質上是指電子和質子本身

11、 B．一個帶電體的帶電荷量可以為205.5倍的元電荷 C．元電荷有正、負之分 D．元電荷e的值最早是由美國物理學家密立根通過實驗測定的 解析　元電荷是指電子或質子所帶電荷量的大小，但元電荷不是帶電粒子，也沒有電性之說，A、C項錯誤；元電荷是最小的帶電單位，所有帶電體的帶電荷量一定等于元電荷的整數(shù)倍，B項錯誤；元電荷的電荷量e的值最早是由美國物理學家密立根通過實驗測定的，D項正確。 答案　D (1)所有帶電體的帶電荷量或者等于e，或者是e的整數(shù)倍。 (2)質子和電子所帶電荷量與元電荷相等，但不能說電子和質子是元電荷。 [即 學 即 練] 3．帶電微粒所帶的電荷量不可能是

12、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 解析　任何帶電體所帶的電荷量都只能是元電荷的整數(shù)倍，元電荷為e＝1.60×10－19 C，選項A中電荷量為e，B中電荷量為－4e，C中電荷量為－10e，D中電荷量為250e。B、C、D選項中的電荷量數(shù)值均是元電荷的整數(shù)倍，所以只有選項A是不可能的。 答案　A 1．下列說法中正確的是(　　) A．元電荷是電子所帶的電荷量 B．所有帶電體的電荷量不一定等于元電荷的整數(shù)倍 C．物體所帶電荷量可以是任意值 D．元電荷的值通常取e＝1.60

13、×10－19C 解析　所有帶電體的電荷量或者等于e，或者是e的整數(shù)倍，這就是說，電荷量是不能連續(xù)變化的物理量。由以上分析可知選項D正確。 答案　D 2．如圖2所示，將帶正電的球C移近不帶電的枕形金屬導體時，枕形導體上電荷的移動情況是(　　) 圖2 A．枕形導體中的正電荷向B端移動，負電荷不移動 B．枕形導體中電子向A端移動，正電荷不移動 C．枕形導體中的正、負電荷同時分別向B端和A端移動 D．枕形導體中的正、負電荷同時分別向A端和B端移動 解析　導體中自由電子可以自由移動，帶正電荷的是原子核，不能移動，故選項B正確。 答案　B 3．(2018·溫州教學質量檢測)如圖3

14、所示， 圖3 取一對用絕緣柱支持的導體A和B，使它們彼此接觸。起初它們不帶電，貼下部的金屬箔是閉合的。現(xiàn)在把帶正電荷的物體C移近導體A，下列說法正確的是(　　) A．A的左端感應出正電荷，B的右端感應出負電荷 B．A上的金屬箔張開，B上的金屬箔保持閉合 C．把A和B分開，然后移去C，A、B上的金屬箔仍保持張開 D．先移去C，再把A和B分開，A、B上的金屬箔仍保持張開 解析　由于物體C帶正電，根據(jù)靜電感應規(guī)律，A的左端感應出負電荷，B的右端感應出正電荷，選項A錯誤；根據(jù)同種電荷相互排斥知，A、B上的金屬箔均張開，選項B錯誤；先把A、B分開，再移去C，A、B仍帶電，A、B上的金屬

15、箔仍張開，選項C正確；若先移去C，此時A、B上的電荷中和，A、B均不帶電，其上的金屬箔均閉合，選項D錯誤。 答案　C 4．(2018·河北保定檢測)如圖4所示，導體A帶電荷量為5q的正電荷，另一完全相同的導體B帶電荷量為q的負電荷，將兩導體接觸一會兒后再分開，則B導體帶的電荷量為(　　) 圖4 A．－q B．q C．2q D．4q 解析　相同帶電體接觸后，電荷量先中和，后平分。故選項C正確。 答案　C 5．有兩個完全相同的帶電金屬小球A、B，分別帶有電荷量為QA ＝6.4×10－9 C、QB ＝－3.2×10－9 C，讓兩個絕緣金屬小球接觸，在接觸過程中，電子如何轉移

16、，轉移了多少個電子？ 解析　在接觸過程中，由于B球帶負電，其上多余的電子轉移到A球，中和A球上的一部分正電荷直至B球為中性不帶電，同時，由于A球上有凈正電荷，B球上的電子會繼續(xù)轉移到A球，直至兩球帶上等量的正電荷。 在接觸過程中，電子由球B轉移到球A。 接觸后兩小球各自的帶電荷量QA′＝QB′＝ ＝ C＝1.6×10－9 C 共轉移的電子電荷量為 ΔQ＝－QB＋QB′＝3.2×10－9 C＋1.6×10－9 C＝4.8×10－9 C 轉移的電子數(shù)為n＝＝＝3.0×1010個 答案　電子由球B轉移到球A　3.0×1010個 1．關于電荷間的相互作用，下列說法正確的是(　　)

17、 A．同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引 B．不論是同種電荷還是異種電荷都相互排斥 C．同種電荷相互吸引，異種電荷相互排斥 D．不論是同種電荷還是異種電荷都相互吸引 解析　異種電荷相互吸引，同種電荷相互排斥，選A。 答案　A 2．M和N是兩個原來都不帶電的物體，它們互相摩擦后，M帶正電荷。下列判斷正確的是(　　) A．在摩擦前M和N的內部沒有任何電荷 B．摩擦的過程中電子從M轉移到N C．M在摩擦過程中創(chuàng)造了正電荷 D．N在摩擦過程中失去電子 解析　物體內部既有正電荷又有負電荷，正負電荷數(shù)量相等，物體對外不顯電性，故A錯誤；M、N摩擦時電子從M轉移到N，故M帶正電。在轉

18、移過程中，電荷的總量不變。選項B正確，C、D錯誤。 答案　B 3．如果天氣干燥，晚上脫毛衣時，會聽到“噼啪”的響聲，還會看到電火花，產生這種現(xiàn)象的原因(　　) A．人身體上產生電流 B．接觸起電造成的 C．摩擦起電造成的 D．感應起電造成的 答案　C 4．(2018·江山實驗中學3月質檢)使帶電的金屬球靠近不帶電的驗電器，驗電器的金屬箔片張開，如圖所示表示驗電器上感應電荷的分布情況，正確的是(　　) 解析　把帶電金屬球移近不帶電的驗電器，若金屬球帶正電荷，則導體上的自由電子被吸引上來，這樣驗電器的上部帶負電荷，箔片帶正電荷；若金屬球帶負電荷，則導體上的自由電子被排斥到

19、最遠端，驗電器的上部帶正電荷，箔片帶負電荷。故選項B正確。 答案　B 5．保護知識產權，抵制盜版是我們每個公民的責任與義務。盜版書籍不但影響我們的學習效率，甚至會給我們的學習帶來隱患。某同學有一次購買了盜版的物理參考書，做練習時，發(fā)現(xiàn)有一個帶電質點的電荷量數(shù)據(jù)看不清，只能看清是6.____×10－18 C，拿去問老師。如果你是老師，你認為該帶電質點的電荷量可能是下列哪一個(　　) A．6.2×10－18 C B．6.4×10－18 C C．6.6×10－18 C D．6.8×10－18 C 解析　任何帶電體的電荷量是元電荷的整數(shù)倍，即是1.6×10－19C的整數(shù)倍，由計算可知

20、，只有B選項是1.6×10－19C的整數(shù)倍，故B正確。 答案　B 6．把兩個完全相同的小球接觸后分開，兩球相互排斥，則兩球原來的帶電情況不可能是(　　) A．一個小球原來帶電，另一個小球原來不帶電 B．兩個小球原來分別帶等量異種電荷 C．兩個小球原來分別帶同種電荷 D．兩個小球原來分別帶不等量異種電荷 解析　兩個完全相同的小球接觸后互相排斥，說明原來兩球所帶電荷量的代數(shù)和不等于零。若原來兩小球分別帶有等量的異種電荷，則接觸后將發(fā)生中和，兩球均不帶電，不會發(fā)生排斥作用，故選項B正確。 答案　B 7. (2018·浙江寧波市慈溪中學期中)如圖1所示，某次實驗老師用絲綢摩擦過的玻璃

21、棒(帶正電)去吸引細碎的錫箔屑，發(fā)現(xiàn)錫箔屑被吸引到玻璃棒上后又迅速的向空中散開，下列說法正確的是(　　) 圖1 A．錫箔屑被吸引過程會因為獲得電子而帶負電 B．錫箔屑被吸引過程有減速過程 C．最后錫箔屑散開主要是因為碰撞導致 D．散開時錫箔屑帶正電 解析　一個帶正電的物體能夠吸引另一個物體，另一個物體帶負電或不帶電，錫箔屑被吸引過程帶正電，故A錯誤；錫箔屑被吸引過程是加速過程，故B錯誤；最后錫箔屑散開主要是因為錫箔屑帶正電，同種電荷相互排斥，故C錯誤，D正確。 答案　D 8．掛在絕緣細線下的兩個輕質小球，表面鍍有金屬薄膜，由于電荷的相互作用而靠近或遠離，分別如圖2甲、乙所示

22、，則(　　) 圖2 A．甲圖中兩球一定帶異種電荷 B．乙圖中兩球一定帶異種電荷 C．甲圖中兩球至少有一個帶電 D．乙圖中兩球只有一個帶電 解析　題目中的小球都是鍍有金屬薄膜的輕質小球，帶電物體具有吸引輕小物體的性質，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引，所以可以判斷出題圖甲的現(xiàn)象可以是兩個帶異種電荷的小球，也可以是一個小球帶電而另一個小球不帶電；兩個小球由于相互排斥而出現(xiàn)題圖乙中的現(xiàn)象，則必須都帶電且是同種電荷。 答案　C 9．（多選）用棉布分別與丙烯塑料板和乙烯塑料板摩擦，實驗結果如圖3所示，由此對摩擦起電說法正確的是(　　) 圖3 A．兩個物體摩擦時，表面粗糙的易

23、失去電子 B．兩個物體摩擦起電時，一定同時帶上種類及數(shù)量不同的電荷 C．兩個物體摩擦起電時，帶上電荷的種類不同但數(shù)量相等 D．同一物體與不同種類的物體摩擦，該物體所帶電荷種類可能不同 解析　兩物體摩擦時是否得失電子取決于原子對電子的束縛力大小，A錯誤；由于摩擦起電的實質是電子的得失，所以兩物體帶電種類一定不同，數(shù)量相等，B錯誤，C正確；由題中例子不難看出，同一物體與不同種類的物體摩擦，帶電種類可能不同，D正確。 答案　CD 10. (2018·杭州二中檢測)用金屬箔做成一個不帶電的圓環(huán)，放在干燥的絕緣桌面上。小明同學用絕緣材料做的筆套與頭發(fā)摩擦后，將筆套自上而下慢慢靠近圓環(huán)，當距離

24、約為0.5 cm時圓環(huán)被吸引到筆套上，如圖4所示，對上述現(xiàn)象的判斷與分析，下列說法不正確的是(　　) 圖4 A．摩擦使筆套帶電 B．筆套靠近圓環(huán)時，圓環(huán)上、下部感應出異號電荷 C．圓環(huán)被吸引到筆套的過程中，圓環(huán)所受靜電力的合力大于圓環(huán)的重力 D．筆套碰到圓環(huán)后，筆套所帶的電荷立刻被全部中和 解析　筆套與頭發(fā)摩擦后，能夠吸引圓環(huán)，說明筆套上帶了電荷，即摩擦使筆套帶電，選項A正確；筆套靠近圓環(huán)時，由于靜電感應，會使圓環(huán)上、下部感應出異號電荷，選項B正確；圓環(huán)被吸引到筆套的過程中，是由于圓環(huán)所受靜電力的合力大于圓環(huán)所受的重力，故選項C正確；筆套接觸到圓環(huán)后，筆套上的部分電荷轉移到圓環(huán)

25、上，使圓環(huán)帶上相同性質的電荷，選項D錯誤。 答案　D 11．如圖5所示，左邊是一個原先不帶電的導體，右邊C是后來靠近的帶正電的導體球，若用絕緣工具沿圖示某條虛線將導體切開，分導體為A、B兩部分，這兩部分所帶電荷量的數(shù)值分別為QA、QB，則下列結論正確的是(　　) 圖5 A．沿虛線d切開，A帶負電，B帶正電，且QA＞QB B．只有沿虛線b切開，才有A帶正電，B帶負電，且QA＝QB C．沿虛線a切開，A帶正電，B帶負電，且QA＜QB D．沿任意一條虛線切開，都有A帶正電，B帶負電，而QA、QB的值與所切的位置有關 解析　靜電感應使得A帶正電，B帶負電。導體原來不帶電，只是在帶正

26、電的導體球C靜電感應的作用下，導體中的自由電子向B部分轉移，使B部分有了多余的電子而帶負電，A部分少了電子而帶正電。根據(jù)電荷守恒定律，A部分移走的電子數(shù)目和B部分多余的電子數(shù)目是相同的，因此無論從哪一條虛線切開，兩部分的電荷量總是相等的，但由于電荷之間的作用力與距離有關，自由電子在不同位置所受C的作用力的強弱是不同的，這樣導致電子在導體上的分布的不均勻，越靠近右端負電荷密度越大，越靠近左端正電荷密度越大，所以從不同位置切開時左右兩部分所帶電荷量的值QA、QB是不同的，故只有D正確。 答案　D 12．多少個電子的電荷量等于－32.0 μC？干燥的天氣中，一個人脫了鞋在地毯上行走，身上聚集的電

27、荷量為－48.0 μC。求共轉移到此人身上多少個電子？(電子電荷量e＝－1.6×10－19C,1 μC＝10－6 C) 解析　n1＝＝個＝2.0×1014個。人身上聚集的電子個數(shù)n2＝＝個＝3.0×1014個。 答案　2.0×1014個　3.0×1014個。 13．如圖6所示，通過調節(jié)控制電子槍產生的電子束，使其每秒有104個電子到達收集電子的金屬瓶，經過一段時間，金屬瓶上帶有－8×10－12 C的電荷量，求： 圖6 (1)金屬瓶上收集到多少個電子？ (2)實驗的時間為多長？ 解析　(1)金屬瓶上收集的電子數(shù)目為： N＝＝＝5×107(個)。 (2)實驗的時間：t＝＝5 000 s。 答案　(1)5×107個　(2)5 000 s