版物理选修31人教全国版全程导学笔记文档第一章 静电场 1 电荷及其守恒定律 含答案 精品Word文档格式.docx
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图1
答案 负 正
一、对三种起电方式的理解
[导学探究]
(1)用丝绸摩擦玻璃棒,玻璃棒带何种电荷?
用毛皮摩擦橡胶棒,橡胶棒带何种电荷?
使玻璃棒和橡胶棒带电的原因是什么?
(2)如图2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.
图2
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,金属箔片又有什么变化?
③再让A和B接触,又会看到什么现象?
(3)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)玻璃棒带正电,橡胶棒带负电.丝绸摩擦玻璃棒时,玻璃棒上的电子向丝绸转移,玻璃棒失去电子带正电,丝绸得到电子带负电;
毛皮摩擦橡胶棒时,毛皮上的电子向橡胶棒转移,橡胶棒得到电子带负电,毛皮失去电子带正电.
(2)①C移近导体A,两侧金属箔片都张开;
②金属箔片仍张开,但张角变小;
③A、B接触,金属箔片都闭合.
(3)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.
[知识深化]
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
导体带上与带电体电性相同的电荷
原因
不同物质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
导体中的自由电荷在电荷间相互作用下发生转移,使靠近带电体一端所带的电荷电性与带电体相反;
远离带电体一端与带电体所带电荷电性相同
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
[特别提醒]
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约束能力不相同,因而电子可以在物体间转移.若一个物体失去电子,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
如图3所示,放在绝缘支架上带正电的导体球A,靠近放在绝缘支架上不带电的导体B,导体B用导线经开关接地,现把S先合上再断开,再移走A,则导体B( )
图3
A.不带电B.带正电C.带负电D.不能确定
答案 C
解析 根据静电感应现象和电荷间的相互作用,可判断导体B带负电,故选C.
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4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4
二、电荷守恒定律 元电荷
[导学探究]
(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4×
10-19C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1.60×
10-19C的整数倍.由于4×
10-19C是1.60×
10-19C的2.5倍,所以物体所带的电荷量不能是4×
(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移,也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,即最后两个球一定带等量的同种电荷.
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)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qA=qC=
q.
C与B接触后,B、C所带电荷量为
qB=qC′=
=
故A、B带电荷量大小之比为
.
(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qA′=qC″=+
Q.
C与B接触后,B、C带电荷量为
qB′=qC=
=-
Q,
两金属导体接触后电荷量的分配规律
1.当两个导体材料、形状不同时,接触后再分开,只能使两者均带电(无法确定电荷量的多少)或均呈电中性.
2.若使两个完全相同的金属球带电荷量大小分别为q1、q2,则有
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QA=6.4×
10-9C、QB=-3.2×
10-9C,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 3.0×
1010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,由于两小球相同,剩余正电荷一定平分,即接触后两小球带电荷量
QA′=QB′=
C
=1.6×
10-9C
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,继续转移,使B球带QB′的正电,这样共转移的电荷量为
ΔQ=QB′-QB=1.6×
10-9C-(-3.2×
10-9C)=4.8×
则转移的电子数
n=
(个)=3.0×
1010(个).
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.物体所带电荷量越多,电荷转移的越多,斥力越大,金属箔片张开的角度也越大,如图5甲.
(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5
例5
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.
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,一个物体失去一些电子而带正电,另一个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.(电荷间相互作用的规律)用丝绸摩擦两根玻璃棒,手持一根玻璃棒,靠近被吊起的另一根玻璃棒时,现象如图6甲箭头所示远离.而手持用毛皮摩擦过的橡胶棒,靠近被吊起的用丝绸摩擦过的玻璃棒时,现象如图乙箭头所示靠近.那么( )
图6
A.图甲中两玻璃棒互相吸引
B.图乙中橡胶棒与玻璃棒互相排斥
C.图甲、乙中的玻璃棒带异种电荷
D.图乙表明异种电荷互相吸引
答案 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
解析 自然界只存在两种电荷,正电荷和负电荷.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2.0×
10-5C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 5×
10-6 7.5×
10-6
解析 小球C先与球A接触后平分A的电荷,则qA=qC=
=1.0×
10-5C,再让小球B与球A接触后分开,则qA′=qB=
=5×
10-6C;
最后让小球B与小球C接触后分开,则qB′=qC′=
=7.5×
10-6C.
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
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1.6×
D.若物体带正电荷,电荷量为1.6×
10-9C,这是因为物体失去了1.0×
1010个电子
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电荷量数值相等,为1.6×
10-19C,故C错误.
物体带电荷量为1.6×
10-9C,说明物体失去了
1010个电子,故D正确.
考点二 三种起电方式
3.感应起电和摩擦起电都能使物体带电,关于这两种带电过程,下列说法正确的是( )
A.感应起电和摩擦起电都是电荷从物体的一部分转移到另一部分
B.感应起电是电荷从一个物体转移到另一个物体
C.感应起电和摩擦起电都是电荷从一个物体转移到另一个物体
D.摩擦起电是电荷从一个物体转移到另一个物体
解析 感应起电的实质是电荷从物体的一部分转移到另一部分,摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体,故A、B、C错误,D正确.
4.(多选)用棉布分别与丙烯塑料板和乙烯塑料板摩擦,实验结果如图1所示,由此对摩擦起电说法正确的是( )
A.两个物体摩擦时,表面粗糙的易失去电子
B.两个物体摩擦起电时,一定同时带上种类及数量不同的电荷
C.两个物体摩擦起电时,带上电荷的种类不同但数量相等
D.同一物体与不同种类的物体摩擦,该物体所带电荷种类可能不同
答案 CD
解析 两物体摩擦时得失电子情况取决于原子核对电子的束缚力大小,A错.由于摩擦起电的实质是电子的得失,所以两物体带电种类一定不同,但数量相等,B错,C对.由题中例子不难看出,同一物体与不同种类的物体摩擦,带电种类可能不同,D对.
5.如图2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( )
A.带负电B.带正电
C.不带电D.以上答案均有可能
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.
6.如图3所示,Q带负电荷,导体P在a处接地,下列说法中正确的是( )
A.导体P的a端不带电荷,b端带负电荷
B.导体P的a端带正电荷,b端不带电
C.导体P的a端带正电荷,b端带负电荷,且正、负电荷的电荷量相等
D.导体P的a端带正电荷,b端带负电荷,正电荷的电荷量大于负电荷的电荷量
解析 导体P接地时与大地可视为一个新的导体,a为靠近Q的一端,而大地为远离Q的一端,由于静电感应,靠近Q的一端会带上电性与Q相反的电荷,即带上正电荷,大地端则带上电性与Q相同的电荷,b端不带电,故B正确.
考点三 验电器及其原理
7.如图4所示,用起电机使金属球A带正电,靠近验电器B,则( )
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正电
解析 带正电的A球靠近验电器B,根据电荷“同性斥,异性吸”的特点知,验电器金属杆下端箔片中的电子会被A球上的正电荷吸引到验电器上端,则金属杆下端的箔片就会因带正电荷而相斥,使箔片张开,故选D.
8.用一根跟毛皮摩擦过的硬橡胶棒,靠近不带电验电器的金属小球a(如图5),然后用手指瞬间接触一下金属杆c后拿开橡胶棒,这时验电器小球a和金箔b的带电情况是( )
A.a带正电,b带负电
B.a、b均带负电
C.a、b均带正电
D.a带负电,b带正电
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1.6×
10-10C,下列判断中正确的是( )
A.在摩擦前A和B的内部电荷量为零
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1×
118个电子
D.A在摩擦过程中一定失去了1.6×
10-19C电子
答案 AC
10.如图6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,这两部分所带电荷量的数值分别为QA、QB,则下列结论正确的是( )
A.沿虚线d切开,A带负电,B带正电,且QA>QB
B.只有沿虚线b切开,才有A带正电,B带负电,且QA=QB
C.沿虚线a切开,A带正电,B带负电,且QA<QB
D.沿任意一条虚线切开,都有A带正电,B带负电,且QA=QB
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部分带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.
二、非选择题
11.(电荷量与元电荷)如图7所示,某实验通过调节控制电子枪产生的电子束,使其每秒有118个电子到达收集电子的金属瓶,经过一段时间,金属瓶上带有-8×
10-12C的电荷量,求:
(1)金属瓶上收集到多少个电子?
(2)实验的时间为多长?
答案
(1)5×
118个
(2)5000s
解析
(1)金属瓶上收集的电子数目为:
N=
个=5×
118个.
(2)实验的时间:
t=
s=5000s.
12.(电荷量与元电荷)多少个电子的电荷量等于-3.2×
10-5C?
干燥的天气一个人脱了鞋在地毯上走,身上聚集了-4.8×
10-5C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me=9.1×
10-31kg,电子电荷量e=-1.6×
10-19C)
答案 2.0×
1014个 3.0×
1014个 2.73×
10-16kg
解析 -3.2×
10-5C电荷量含有的电子数为
个=2.0×
1014个,
-4.8×
10-5C的电荷量含有的电子数为
n′=
个=3.0×
增加的质量为M=n′me=3.0×
1014×
9.1×
10-31kg=2.73×
10-16kg.
13.(电荷守恒定律)有三个相同的绝缘金属小球A、B、C,其中A小球带有3×
10-3C的正电荷,B小球带有2×
10-3C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 qA=-2.5×
10-4C qB=6.25×
10-4CqC=6.25×
10-4C
解析 C、A接触后分开,A、C带电荷量均为
C=1.5×
10-3C,再让小球B与小球A接触后分开,A、B带电荷量均为
C=-2.5×
10-4C,最后让小球B与小球C接触后分开,B、C带电荷量均为
C=6.25×
10-4C,故最终三小球的带电荷量分别为qA=-2.5×
10-4C,qB=6.25×
10-4C,qC=6.25×
10-4C.
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