高二物理31创新设计第一章 第1讲.docx

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高二物理31创新设计第一章第1讲

[目标定位]　1.知道自然界中的两种电荷及其相互作用的性质.2.知道使物体带电的三种方式.3.掌握电荷守恒定律及元电荷的概念．

一、两种电荷摩擦起电及解释

1．自然界只存在两种电荷，正电荷和负电荷．丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷叫做正电荷，毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷叫做负电荷．同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．

2．电荷量：

电荷的多少．在国际单位制中，电荷量的单位是库仑，用字母C表示，1μC＝10－6C，1nC＝10－9C.

3．元电荷：

一个电子所带电荷量的绝对值为1.6×10－19C，它是电荷的最小单位．记作e＝1.6×10－19C.

（1）任何带电体所带电荷量都是元电荷的整数倍．

（2）质子和电子所带电荷量与元电荷相等，但不能说电子和质子是元电荷．

4．摩擦起电及解释

（1）摩擦起电：

通过摩擦使物体带电的方法．

（2）电中性：

原子核是由带正电的质子和不带电的中子组成；核外有带负电的电子，正常状态下，原子内的电子总数等于原子核内的质子总数，因而通常物体或者物体的任何一部分都不显电性，称之为电中性．

（3）摩擦起电的解释

当两个物体相互摩擦时，一些束缚不紧的电子会从一个物体转移到另一个物体，于是得到电子的物体带负电，失去电子的物体则带正电．

深度思考

有人说：

一个带电体所带的电荷量为4×10－19C，你认为他这种说法正确吗？

为什么？

答案　不正确．任何带电体所带电荷量都是元电荷的整数倍，而4×10－19C不是元电荷的整数倍，所以这种说法不正确．

例1

　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了电子和质子

B．两种不同材料的绝缘体相互摩擦后，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

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．

答案　BD

二、电荷守恒定律

内容：

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．

深度思考

带等量异种电荷的两小球接触后都不带电了，是电荷消失了吗？

此过程中电荷还守恒吗？

答案　没有消失，这是电荷的中和，是指两个带等量异种电荷的物体相互接触时，由于正、负电荷间的相互吸引作用，电荷发生转移，最后都达到电中性状态的一个过程．电荷仍然守恒．

例2

　完全相同的两金属小球A、B带有相同的电荷量，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？

解析　

（1）设A、B带同种电荷，且带电荷量均为q，则A、C接触后，A、C带电荷量为qA＝qC＝

q.

C球与B球接触后，B、C所带电荷量为qB＝qC′＝

＝

q.

故A、B带电荷量大小之比为

＝

＝2∶3.

（2）设qA′＝＋q，qB′＝－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

＝

＝2∶1.

答案　

（1）2∶3　

（2）2∶1

（1）接触起电：

带电体接触导体时，电荷转移到导体上，使导体带上与带电体相同性质的电荷．

（2）导体接触带电时电荷量的分配与导体的形状、大小有关，当两个完全相同的导体接触后，电荷将平均分配，即最后两个导体一定带等量的同种电荷．

（3）若两个相同的金属球带同种电荷，接触后电荷量先相加后均分；若带异种电荷，接触后电荷先中和再均分．

三、静电感应、感应起电和验电器（或静电计）

1．静电感应：

当一个带电体靠近不带电的导体时，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，这种现象叫做静电感应．

2．感应起电：

利用静电感应使导体带电的方法．

3．验电器（或静电计）

（1）验电器（或静电计）（如图1）的金属球、金属杆和下面的两个金属箔片连成同一导体．

图1

（2）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，张开的角度也越大．

（3）当带电体靠近验电器的金属球时，金属箔片也会张开．因为带电体会使验电器的上端感应出异种电荷，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．

深度思考

（1）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？

（2）如图2所示，当将带正电荷的球C移近不带电的枕形金属导体时，由于电荷间的吸引，枕形金属导体中的自由电子向A端移动，而正电荷不移动，所以A端（近端）带______电，B端带______电．（填“正”或“负”）

图2

答案　

（1）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的电子减少，使物体B带正电．

（2）负　正

例3

　如图3所示，A、B为相互接触的用绝缘支柱支撑的金属导体，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（　　）

图3

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．先把C移走，再把A、B分开，A、B上的金属箔片仍张开

D．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

解析　虽然A、B起初都不带电，但带正电的导体C对A、B内的电荷有力的作用，使A、B中的自由电子向左移动，使得A端积累了负电荷，B端带正电荷，其下部贴有的金属箔片分别带上了与A、B同种的电荷，所以金属箔片都张开，A正确．C只要一直在A、B附近，先把A、B分开，A、B上的电荷因受C的作用力不可能中和，因而A、B仍带等量异种的感应电荷，此时即使再移走C，A、B所带电荷量也不变，金属箔片仍张开，B正确．但如果先移走C，A、B上的感应电荷会马上中和，不再带电，所以箔片都不会张开，C错．先把A、B分开，再移走C，A、B仍然带电，但重新让A、B接触后，A、B上的感应电荷会完全中和，金属箔片都不会张开，D错．故选A、B.

答案　AB

（1）静电感应中，电中性导体在两侧同时感应等量异种电荷，感应的过程，就是导体内电荷重新分布的过程．

（2）接触起电是由于电荷间作用使导体间的电荷发生转移．

例4

　使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（　　）

解析　把带电金属球移近不带电的验电器，若金属球带正电荷，则将导体上的自由电子吸引上来，这样验电器的上部将带负电荷，箔片带正电荷；若金属球带负电荷，则将导体上的自由电子排斥到最远端，这样验电器的上部将带正电荷，箔片带负电荷．选项B正确．

答案　B

1．（摩擦起电及解释）（多选）如图4所示，如果天气干燥，晚上脱毛衣时，会听到“噼啪”的响声，还会看到电火花，关于这种现象产生的原因，下列说法错误的是（　　）

图4

A．人身体上产生电流B．接触带电造成的

C．摩擦起电造成的D．感应起电造成的

答案　ABD

解析　脱毛衣时由于摩擦起电，衣服间产生异种电荷，当电荷积累到一定程度时，会产生电火花，并伴有“噼啪”声，选项C正确，A、B、D错误．

2．（电荷守恒定律的理解和应用）有两个完全相同的带电绝缘金属小球A、B，分别带有电荷量QA＝6.4×10－9C，QB＝－3.2×10－9C，让两绝缘金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移并转移了多少？

答案　电子由B球转移到了A球，转移了3.0×1010个电子

解析　当两小球接触时，带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，剩余正电荷必均分，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，不仅将自身电荷中和，且继续转移，使B球带QB′的正电，这样，共转移的电子电荷量为ΔQB＝QB′－QB＝[1.6×10－9－（－3.2×10－9）]C＝4.8×10－9C.

转移的电子数n＝

＝

＝3.0×1010（个）．

3．（对三种起电的理解）如图5是伏打起电盘示意图，其起电原理是（　　）

图5

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　导电夹板靠近带电绝缘板并接地时，发生静电感应，使导电平板带上负电荷，故选项B正确．

4.（验电器及其原理）如图6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6

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．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　自然界只存在两种电荷，正电荷和负电荷．丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，即缺少电子，若将其接触验电器的金属球，此时两个箔片都带正电荷；在此过程中，一部分电子会从验电器转移到玻璃棒；移走玻璃棒时，箔片仍带电，不会立即合在一起．选项C正确.

题组一　对元电荷的理解

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

解析　元电荷是自然界最小的电荷量，是与跟电子所带电荷量数值相等的电荷量，不是电子，不是质子，也不是带电荷量最小的带电粒子，选项C正确．

2．（多选）下列说法正确的是（　　）

A．物体所带的电荷量可以为任意实数

B．电子带有最小的负电荷，其电荷量的绝对值叫元电荷

C．物体所带的电荷量只能是一些不连续的特定值

D．物体电荷量的最小值为1.6×10－19C

答案　BCD

解析　元电荷是自然界最小的电荷量，其数值e＝1.6×10－19C，所有带电体的电荷量均为e的整数倍，只能是一些特定值，选项A错误，B、C、D正确．

3．保护知识产权，抵制盗版是我们每个公民的责任与义务．盗版书籍影响我们的学习效率，甚至会给我们的学习带来隐患．小华同学有一次不小心购买了盗版的物理参考书，做练习时，他发现有一个带电质点的电荷量数字看不清，他只能看清是6._×10－18C，拿去问老师，如果你是老师，你认为该带电质点的电荷量可能是下列哪一个（　　）

A．6.2×10－18CB．6.4×10－18C

C．6.6×10－18CD．6.8×10－18C

答案　B

解析　任何带电体的电荷量是元电荷的整数倍，即是1.6×10－19C的整数倍，由计算可知，只有B选项是1.6×10－19C的整数倍，故B正确．

题组二　对三种起电方式的理解及应用

4．关于摩擦起电和感应起电，下列说法正确的是（　　）

A．摩擦起电是电荷的转移，感应起电是创造了电荷

B．摩擦起电是创造了电荷，感应起电是电荷的转移

C．不论摩擦起电还是感应起电，都是电荷的转移

D．以上说法均不正确

答案　C

解析　无论哪种方式起电，都不是创造了电荷，而是电荷的转移，所以选项A、B、D错误，选项C正确．

5．（多选）关于摩擦起电和感应起电的实质，下列说法中正确的是（　　）

A．摩擦起电现象说明机械能可以转化为电能，也说明通过做功创造出电荷

B．摩擦起电说明电荷可以从一个物体转移到另一个物体

C．感应起电说明电荷可以从物体的一部分转移到另一部分

D．感应起电说明电荷可以从带电的物体转移到原来不带电的物体

答案　BC

解析　摩擦起电的实质是电子在相互摩擦的物体间发生转移，失电子的显示正电，得电子的显示负电，此过程并非创造了电荷，总电荷量守恒，A错，B对；感应起电的实质是电荷从导体的一部分转移到另一部分，是电荷在同一导体内部发生了转移，C对，D错．

6．把两个完全相同的小球接触后分开，两球相互排斥，则两球原来的带电情况不可能是（　　）

A．一个小球原来带电，另一个小球原来不带电

B．两个小球原来分别带等量异种电荷

C．两个小球原来分别带同种电荷

D．两个小球原来分别带不等量异种电荷

答案　B

解析　两个完全相同的小球接触后分开，两球互相排斥，说明原来两球所带电荷量的代数和不等于零．若原来两小球分别带有等量的异种电荷，则接触后将发生中和，两球均不带电，不会发生排斥现象，故选项B正确．

7．（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，将笔套自上向下慢慢靠近圆环，当距离约为0.5cm时圆环被吸引到笔套上，如图1所示．对上述现象的判断与分析，下列说法正确的是（　　）

图1

A．摩擦使笔套带电

B．笔套靠近圆环时，圆环上、下部感应出异号电荷

C．圆环被吸引到笔套的过程中，圆环所受静电力的合力大于圆环的重力

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，能够吸引圆环，说明笔套上带了电荷，即摩擦使笔套带电，选项A正确；笔套靠近圆环时，由于静电感应，会使圆环上、下部感应出异号电荷，选项B正确；圆环被吸引到笔套的过程中，有向上的加速度，故圆环所受静电力的合力大于圆环所受的重力，故选项C正确；笔套碰到圆环后，笔套上的部分电荷转移到圆环上，使圆环带上性质相同的电荷，选项D错误．

题组三　验电器及其原理

8．（多选）如图2所示，是一个带正电的验电器，当一个金属球A靠近验电器上的金属小球B时，验电器中金属箔片的张角减小，则（　　）

图2

A．金属球A可能不带电

B．金属球A一定带正电

C．金属球A可能带负电

D．金属球A一定带负电

答案　AC

解析　验电器上的金属箔片和金属球都带有正电荷，金属箔片之所以张开，是由于箔片上的正电荷互相排斥造成的．当验电器金属箔片的张角减小时，说明箔片上的正电荷一定比原来减少了，由于金属球A只是靠近验电器而没有与验电器上的金属球B发生接触，要考虑感应起电的影响．当金属球A靠近时，验电器的金属球B、金属杆包括金属箔片整体相当于一个导体，金属球A离金属球B较近，而离金属箔片较远．如果金属球A带正电，验电器上的正电荷一定向远处移动，则金属箔片上的电荷量不会减少，所以选项B是错误的．如果金属球A带负电，验电器上的正电荷会由于引力作用向近端移动，造成金属箔片上的电荷量减少，所以选项C是正确的．如果金属球A不带电，由于受到金属球B上正电荷的影响，金属球A上靠近B的部分也会由于静电力的作用出现负电荷，而这些负电荷反过来会使得验电器上的正电荷向金属球B移动，效果与金属球A带负电荷一样．所以选项A也是正确的，选项D是错误的．

9．如图3所示，有一金属箔验电器，起初金属箔闭合，当带正电的棒靠近验电器上部的金属板时，金属箔张开．在这个状态下，用手指接触验电器的金属板，金属箔闭合，当手指从金属板上离开，然后使棒也远离验电器，金属箔的状态将发生变化，从图中的①～④4个选项中选取一个正确的答案（　　）

图3

A．图①B．图②C．图③D．图④

答案　B

解析　手指接触一下金属板，金属板上带负电，人体所连的大地是远端，远端带正电，故金属箔闭合；手指离开，金属板仍带负电，且在金属板的静电屏蔽下，金属箔不带电；当棒远离时，金属板上的负电荷有一部分转移到金属箔上，由于金属箔带同种电荷，所以金属箔张开，B正确．

题组四　对电荷守恒定律及电荷量的理解

10．如图4所示，导体A带电荷量为5q的正电荷，另一完全相同的导体B带电荷量为q的负电荷，将两导体接触一会儿后再分开，则B导体带的电荷量为（　　）

图4

A．－qB．qC．2qD．4q

答案　C

解析　相同带电体接触后，电荷量先中和，后平分．故选项C正确．

11．（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1×109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

12．如图5所示，大球A原来的电荷量为Q，小球B原来不带电，现在让小球与大球接触，达到静电平衡时，小球获得的电荷量为q；现给A球补充电荷，使其电荷量为Q，再次让小球接触大球，每次都给大球补充到电荷量为Q，问：

经过多次接触后，小球的带电荷量为多少？

图5

答案　

解析　由于两个球的大小不等，所以在接触过程中，两球的电荷量分配比例不是1∶1，但应该是一个确定的值．根据第一次接触达到静电平衡时两者的电荷关系可知，此比例为（Q－q）∶q.经过多次接触后，从大球上迁移到小球上的电荷量越来越少，最终将为零，设B球最终带电荷量为q′，则有

＝

，解得q′＝

.

13．如图6所示，通过调节控制电子枪产生的电子束，使其每秒有104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：

图6

（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）5×107个　

（2）5000s

解析　

（1）金属瓶上收集的电子数目为：

N＝

＝

＝5×107个．

（2）实验的时间：

t＝

s＝5000s.