第一章 1 电荷 电荷守恒定律-（配套word）2023-2024学年高一新教材物理必修第三册 【步步高】学习笔记（教科版）

  第一章 1 电荷 电荷守恒定律-（配套word）2023-2024学年高一新教材物理必修第三册 【步步高】学习笔记（教科版）

  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1．摩擦起电通过摩擦使物体带电的方法。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，正常的情况下，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)摩擦起电的解释不一样的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。(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(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．两种不一样的材料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，原因是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解析摩擦起电的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，而不是产生电子和质子；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，故B、D正确。例2(多选)(2023·成都市高二阶段练习)关于元电荷，下列论述正确的是()A．把质子或电子称为元电荷B．元电荷是一个电子所带电荷量的大小，没有正负之分C．电子带有最小的负电荷，其电荷量的绝对值称为元电荷D．物体所带的电荷量称为元电荷答案BC解析质子或电子是带电粒子，所带的电荷量的绝对值称为元电荷，选项A错误；物体带电是因为得失电子，所带电荷量均为电子电荷量的整数倍，故把电子所带电荷量的大小称为元电荷，电子带有最小的负电荷，选项B、C正确，选项D错误。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？在这样的一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，在这样的一个过程中，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：金属球、金属杆、金属箔、绝缘外壳(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作用而张开。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如图所示，带正电荷的导体A在靠近不带电导体B后，P端及Q端分别感应出负电荷和正电荷，则以下说法正确的是()A．若用导线将Q端接地，然后断开，再取走导体A，则导体B将带负电B．若用导线将Q端接地，然后断开，再取走导体A，则导体B将带正电C．若用导线将Q端接地，然后断开，再取走导体A，则导体B将不带电D．若用导线将P端接地，然后断开，再取走导体A，则导体B将带正电答案A解析带正电荷的导体A在靠近导体B时，导体B上的自由电子会向P端运动，导体B的P端因有了多余的电子而带负电，Q端因失去电子而带正电，用接地导线接导体B的任何部位，大地的负电荷都会中和B导体Q端的正电荷，因此断开导线，再取走导体A，导体B将带负电，故A正确，B、C、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带有相同大小的电荷量，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＝qC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′＝＋QC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。针对训练有三个相同的金属小球A、B、C，其中小球A带有q＝2.0×10－5 C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5.0×10－67.5×10－67.5×10－6解析小球C先与球A接触后分开，则qA＝qC＝＝1.0×10－5 C，再让小球B与球A接触后分开，则qA′＝qB＝＝5.0×10－6 C；最后让小球B与小球C接触后分开，则qB′＝qC′＝＝7.5×10－6 C。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；(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。课时对点练考点一电荷量与元电荷1．元电荷是一个()A．质子 B．电荷 C．单位 D．数值答案D解析元电荷是最小的电荷量，是一个数值，故选D。2．(2023·玉溪师院附中高二月考)带电微粒所带的电荷量不可能是下列值中的()A．2.4×10－19 C B．－6.4×10－19 CC．－1.6×10－18 C D．4.0×10－17 C答案A解析任何带电微粒所带的电荷量都是元电荷1.6×10－19 C的整数倍，则不可能是2.4×10－19 C，故选A。考点二三种起电方式3．(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，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。4.(2023·四川宜宾市叙州区第一中学高二阶段练习)古人发现摩擦过的琥珀能吸引小物体，这种现象称之为摩擦起电。美国科学家富兰克林将丝绸摩擦过的玻璃棒所带电荷命名为正电荷，将毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷命名为负电荷，下列说法正确的是()A．玻璃棒经过与丝绸摩擦带正电，说明正电荷是摩擦过程新生成的B．摩擦过的琥珀能吸引小物体，说明小物体一定带异种电荷C．毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电，因此跟它接触的毛皮也是带负电的D．不管是摩擦的玻璃棒还是橡胶棒，带电原因都是电子在不同物体上转移答案D解析玻璃棒经过与丝绸摩擦带正电，说明玻璃棒上的部分电子转移到了丝绸上，正电荷不是在摩擦过程新生成的，A错误；摩擦过的琥珀能吸引小物体，小物体可能不带电或带异种电荷，B错误；毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电，因此跟它接触的毛皮带正电，C错误；不管是摩擦的玻璃棒还是橡胶棒，带电原因都是电子在不同物体上转移，D正确。5.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。6.(多选)(2023·芦山中学高二期中)如图，A、B为相互接触的用绝缘支柱支持的金属导体，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()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，然后重新让A、B接触，A上的金属箔片张开，而B上的金属箔片闭合答案AB解析感应起电，这是使物体带电的一种方法，根据异种电荷互相吸引的原理可知，靠近的一端会带异种电荷。金属导体处在正电荷的电场中，由于静电感应现象，导体B的右端带正电，导体A的左端带负电，所以导体两端的金属箔片都张开，且左端带负电，右端带正电，把带正电荷的物体C移近导体A后，把A和B分开，A带负电，B带正电，金属箔片还是张开，故A、B正确；先把C移走，A、B电荷恢复原状，A、B两端都不带电；若再把A、B分开，A、B上的金属箔片都不会张开，故C错误；先把A、B分开，再把C移走，然后重新让A、B接触，A与B上的电荷重新中和，A上的金属箔片闭合，B上的金属箔片也闭合，故D错误。考点三电荷守恒定律7．(2023·宁波市期中)一带负电的绝缘金属小球被放在潮湿的空气中，经过一段时间后，发现该小球上带有的负电荷几乎不存在了，这说明()A．小球上原有的负电荷逐渐消失了B．在此现象中，小球上产生了正电荷C．小球上负电荷减少的根本原因是潮湿的空气将电子导走了D．该现象不遵循电荷守恒定律答案C解析根据电荷守恒定律知，电荷既不会被消灭，也不会被创生，只会发生转移，故A、B错误；金属小球上的负电荷减少是由于潮湿的空气将电子导走了，是电子的转移，仍然遵循电荷守恒定律，故D错误，C正确。8．(多选)M和N是两个都不带电的物体。它们互相摩擦后，M带正电荷2.72×10－9 C，下列判断正确的有()A．在摩擦前M和N的内部没有一点电荷B．N在摩擦后一定带负电荷2.72×10－9 CC．摩擦过程中电子从M转移到ND．M在摩擦过程中失去1.7×1010个电子答案BCD解析原本不带电的物体处于电中性，不是不带电荷，而是物体中正负电荷所带电荷总量相等，故A错误；根据电荷守恒定律可知，N在摩擦后一定带负电荷2.72×10－9 C，故B正确；根据摩擦起电可知，M带正电荷，失去电子，摩擦过程中电子从M转移到N，故C正确；M在摩擦过程中失去的电子个数n＝＝＝1.7×1010(个)，故D正确。9．有两个完全相同的带电绝缘金属球A、B，分别带有电荷量QA1＝6.4×10－9 C和QB1＝－3.2×10－9 C，让两绝缘金属小球接触后再分开，求：(1)分开后小球A、B的带电荷量QA2和QB2各为多少；(2)在接触过程中，电子如何转移且转移了多少个(元电荷e＝1.6×10－19C)。答案见解析解析(1)由于两小球完全相同，接触后两小球所带的电荷量QA2＝QB2＝ C＝1.6×10－9 C。(2)在接触过程中，电子由B球转移到A球，使B球在自身电荷被中和后带1.6×10－9 C的正电荷，因此，共转移电子的电荷量ΔQ＝－QB1＋QB2＝3.2×10－9 C＋1.6×10－9 C＝4.8×10－9 C。转移的电子数N＝＝3.0×1010个，即电子由B球向A球转移，共转移了3.0×1010个。10.如图所示，验电器带有很少量的负电荷，将一带正电荷的小球从远处逐渐靠近，但不接触验电器的金属球。下列说法正确的是()A．金属箔张开的角度先减小至零，后逐渐增大B．金属箔张开的角度不断增大C．金属箔一直带负电D．金属箔一直带正电答案A解析一带正电荷的小球慢慢靠近一个带有很少量负电荷的验电器金属球，根据异种电荷相互吸引可知金属箔上的负电荷转移到金属球，所以金属箔所带负电荷先变少直至为零，则金属箔张开的角度减小直至为零，随小球的靠近，验电器的金属球上的负电荷慢慢的变多，所以金属箔上将开始带上正电荷，随着正电荷的增加，此时验电器金属箔的张角也开始变大，即金属箔张开的角度逐渐增大，故B、C、D错误，A正确。11.(多选)如图所示，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()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，故选项A、D正确。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 CB．4.0×10－5 C,2.0×10－5 C,2.0×10－5 CC．3.0×10－5 C,2.5×10－5 C,2.5×10－5 CD．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$$

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  第一章第1节 电荷 电荷守恒定律（分层作业）物理教科版2019必修第三册

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