1 电荷
[定位·学习目标] 1.了解电荷量、元电荷、比荷和静电感应的概念,形成物理观念。2.通过原子结构模型和电荷守恒定律的知识分析静电现象,培养科学思维能力。3.能通过验电器、静电计等探索静电现象,获取信息并能分析实验信息,形成初步结论,培养科学探究能力。
知识点一 电荷
探究新知
1.两种电荷
物体由于摩擦产生的电的性质与雷电的性质完全相同。自然界的电荷只有两种,分别为正电荷和负电荷。
2.电荷量
(1)定义:电荷的多少叫作电荷量,用Q或 q表示。正电荷的电荷量为正值,负电荷的电荷量为负值。
(2)单位:在国际单位制中,它的单位是库仑,简称库,符号是C。
3.电的来源
(3)绝缘体:几乎不存在能自由移动的电荷。
4.摩擦起电
(1)定义:物体由于摩擦而带电的方式。
(2)实质:当两种物质组成的物体互相摩擦时,一些受束缚较弱的电子会转移到另一个物体上,使原来电中性的物体带电。
(3)物体由于得到电子而带负电,失去电子的物体则带正电。
新知检测
[判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”]
(1)两个正电荷之间的作用力互为斥力,两个负电荷之间的作用力互为引力。( × )
(2)绝缘体中不存在电荷。( × )
(3)若用丝绸摩擦玻璃棒,玻璃棒带正电荷,是因为正电荷从丝绸转移到玻璃棒上。( × )
(4)两种不同物质组成的物体相互摩擦使物体带电,是由于两物体的原子核对核外电子束缚的能力不同。( √ )
(5)金属导体中的正离子和自由电子均可自由移动。( × )
知识点二 静电感应
探究新知
1.静电感应: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种电荷,远离带电体的一端带同种电荷的现象。
2.感应起电
(1)定义:利用静电感应使金属导体带电的过程。
(2)方法:先使带电体靠近导体,稳定后将导体分开,然后再移走带电体。
新知检测
[判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”]
(1)只有带正电荷的带电体靠近金属导体才能发生静电感应。( × )
(2)任何物体都可以通过静电感应而带电。( × )
(3)在静电感应中,验电器的金属箔片张开是因为带电体的电荷移到了箔片形成的。( × )
知识点三 电荷守恒定律 元电荷
探究新知
1.电荷守恒定律
(1)内容: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)更普遍的表述:一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和保持不变。
2.元电荷
(1)定义:最小的电荷量叫作元电荷,用e表示。
(2)大小:e=1.60×10-19 C。
(3)带电体的电荷量:所有带电体的电荷量都是e的整数倍。
3.电子的比荷:电子的电荷量e与电子的质量me之比。其值为=1.76×1011 C/kg。
新知检测
[判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”]
(1)电荷守恒定律是自然界中最基本的守恒定律之一。( √ )
(2)元电荷就是质子或电子。( × )
(3)某一带电体的电荷量可能等于5×10-19 C。( × )
(4)一个高能光子在一定条件下产生一个正电子和电子,说明能够创造电荷。( × )
要点一 对起电方式的理解
要点归纳
1.使物体带电的方式除摩擦起电、感应起电外,还可以通过物体与带电体接触而带电。三种起电方式的比较如表所示。
项目 摩擦起电 感应起电 接触起电
产生 条件 两个不同物质组成的物体间摩擦 导体靠近带电体 导体与带电体接触
现象 两个物体带上等量异种电荷 导体两端出现等量异种电荷,且电性与原带电体“近异远同” 导体带上与带电体相同电性的电荷
原因 不同物质的原子核对核外电子的束缚力不同而发生电子转移 导体中的自由电子受带正(负)电物体吸引(排斥)而靠近(远离) 自由电荷在带电体与导体之间发生转移
实质 自由电荷在物体之间或物体内部的转移
2.感应起电的操作步骤
步骤 图示 (以C带正电荷为例)
(1)使带电体C靠近接触的两导体A、B
(2)保持C不动,用绝缘工具分开A、B
(3)移走C,则A带上与C电性相反的电荷,B带上与C电性相同的电荷
典例研习
[例1] (摩擦起电)(2025·浙江绍兴期末)古人发现摩擦过的琥珀能吸引轻小物体,这种现象称之为摩擦起电。后来,科学家将丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电命名为正电荷,将毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电命名为负电荷,下列说法正确的是( )
[A]玻璃棒经过与丝绸摩擦带正电,说明正电荷是在摩擦过程中新生成的
[B]摩擦过的琥珀能吸引轻小物体,说明轻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之间的转移
【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中新生成的,故A错误;摩擦过的琥珀能吸引轻小物体,轻小物体可能不带电或带异种电荷,故B错误;毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电,毛皮上的电子转移到橡胶棒上,所以毛皮带正电,故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之间的转移,故D正确。
[例2] (感应起电)(2025·安徽芜湖期中)如图所示,将带正电荷Q的导体球C靠近不带电的导体。若沿虚线将导体分成A、B两部分,这两部分所带电荷量大小分别为QA、QB。对于上述实验,电荷量关系正确的是( )
[A]QA[B]QA=QB,QA为负电荷
[C]QA>QB,QA为负电荷
[D]QA=QB,QA为正电荷
【答案】 D
【解析】 导体近端感应出负电荷,远端感应出正电荷,即QA为正电荷,QB为负电荷;A部分转移的电子数目和B部分多余的电子数目是相同的,故 QA=QB。
感应起电的两个重要特点
(1)近异远同:用带电体靠近不带电的导体时,会在靠近带电体的一端感应出与带电体电性相反的电荷,远离端感应出与带电体电性相同的电荷。
(2)等量异种:用带电体靠近不带电的导体(或两不带电的相互接触的导体)时,会在原不带电的导体两端(或两不带电的相互接触的导体上)感应出等量异种电荷。
要点二 对元电荷和电荷守恒定律的理解
要点归纳
1.元电荷
(1)元电荷是最小的电荷量,不是实物粒子,元电荷无正、负之分。
(2)虽然质子、电子所带的电荷量等于元电荷,但不能说质子、电子是元电荷。
2.物体带电的实质
使物体带电不是创造了电荷,使物体不带电也不是消灭了电荷。其实质是电荷发生了转移,也就是物体之间或物体内部电荷的重新分配。
3.守恒的广泛性
电荷守恒定律同能量守恒定律一样,是自然界中最基本的规律,任何电现象都遵循电荷守恒定律。
4.对“中性”与“中和”的理解
(1)中性:物体内正、负电荷的绝对值相等,对外不显电性。
(2)中和:两个带有等量异种电荷的带电体相遇达到电中性的过程。
5.接触起电中电荷量的分配
导体接触起电时电荷量的分配与导体的形状、大小有关。
(1)完全相同的金属球接触时,电荷量平均分配;若开始带电荷量分别为Q1、Q2,则它们接触后分开都带有的电荷量,式中电荷量Q1、Q2均包含它们的正负号。
(2)形状、大小不同的导体接触时电荷量不能平均分配。无论哪种情况,接触前后电荷总量不变。
典例研习
[例3] (电荷守恒定律和元电荷的理解)(多选)下列关于电荷守恒定律和元电荷的理解正确的是( )
[A]元电荷就是电子
[B]电荷的中和,正、负电荷都消失了,电荷不再守恒
[C]一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和保持不变
[D]带电体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍
【答案】 CD
【解析】 元电荷等于电子(或质子)所带电荷量,是最小电荷量,不是电子,也不是质子,所有带电体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍,故A错误,D正确;电荷的中和是指正、负电荷量相等,物体不再显示电性,正、负电荷的数量并没有变化,故B错误;电荷守恒定律更普遍的表述为“一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和保持不变”,故C正确。
[例4] (电荷守恒定律的应用)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两球原来带同种电荷,操作后两球带电荷量大小之比为多大
(2)若A、B两球原来带异种电荷,操作后两球带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带电荷量均为qA1=qC1=q,
C与B接触后,B、C带电荷量均为
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带电荷量均为QA′=QC′=+Q,
C与B接触后,B、C带电荷量均为
QB′=QC″==-Q,
故A、B带电荷量大小之比为||==。
感应起电问题的拓展
核心归纳
当带电体靠近导体且导体接地时,该导体与地球可视为一个“大导体”,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,如图甲、乙所示。
若用手摸一下导体,再移开手,相当于先把导体接地,然后再与大地断开。
典例研习
[例题] 如图所示,在绝缘支架上的导体A和导体B按图中方式接触放置,原先A、B都不带电,先让开关S1、S2均断开,现在将一个带正电小球C放置在A左侧,下列判断正确的是( )
[A]小球距离A较近,所以A左端电荷量大于B右端电荷量
[B]只闭合S1,则A左端不带电,B右端带负电
[C]只闭合S2,则B右端不带电,A左端带负电
[D]只闭合S2,接着移走带电小球,最后将A、B分开,A带负电
【答案】 C
【解析】 当开关S1、S2均断开时,带正电小球C放置在A左侧,由于静电感应,导体A左端带有负电荷,B右端带有正电荷,正、负电荷量相等,A错误;只闭合S1,则B右端带的正电荷与大地的负电荷中和,而不带电,由于静电感应,A左端带负电荷,B错误;只闭合S2,则B右端带的正电荷与大地的负电荷中和,而不带电,由于静电感应,则A左端带负电,接着移走带电小球C,A左端带的负电荷流向大地,将使A、B都不带电,C正确,D错误。
1.(2025·广西桂林期中)下列说法正确的是( )
[A]原子是由带负电的质子、不带电的中子以及带正电的电子组成的
[B]一个高能光子在一定条件下可以产生一个正电子和一个负电子,不满足电荷守恒定律
[C]元电荷e的数值,最早是由美国物理学家吉布斯测得
[D]绝缘体中几乎不存在能自由移动的电荷
【答案】 D
【解析】 原子是由带正电的质子、不带电的中子以及带负电的电子组成的,故A错误;一个高能光子在一定条件下可以产生一个正电子和一个负电子,满足电荷守恒定律,故B错误;元电荷e的数值,最早是由美国物理学家密立根测得,故C错误;绝缘体中几乎不存在能自由移动的电荷,故D正确。
2.(2025·福建厦门期中)如图所示,梳过头发的橡胶梳子常能吸引轻小物体,这属于摩擦起电现象。关于摩擦起电现象,下列说法正确的是( )
[A]梳头时通过摩擦创造了负电荷
[B]梳过头发的橡胶梳子可能带正电,也可能带负电
[C]橡胶梳子因为得到头发上的电子而带负电
[D]梳过头发的橡胶梳子所带的电荷量可以是任意数值
【答案】 C
【解析】 摩擦起电现象的本质是使一个物体上的自由电子转移到另一个物体上,从而使两个物体带上等量的异种电荷,故梳过头发的橡胶梳子由于头发的自由电子转移到梳子上使梳子带负电,故C正确,A、B错误;头发和梳子互相摩擦后带的电荷量只能是元电荷的整数倍,故D错误。
3.如图所示,用起电机使金属球A带上正电荷,靠近验电器B,则下列说法正确的是( )
[A]验电器金属箔片不张开,因为球A没有和B接触
[B]验电器金属箔片张开,因为整个验电器带上了正电荷
[C]验电器金属箔片张开,因为整个验电器带上了负电荷
[D]验电器金属箔片张开,因为验电器下部箔片带上了正电荷
【答案】 D
【解析】 金属球A带正电荷,靠近验电器B,B发生了静电感应,根据静电感应的“近异远同”规律,可知验电器B上端的金属球带负电荷,金属箔片带正电荷,金属箔片在电荷斥力作用下张开,即验电器金属箔片张开是由于箔片带上了正电荷,选项D正确。
4.如图所示,A、B是两个完全相同的带绝缘棒的金属小球,A球所带电荷量为 -1.6×10-9C,B球不带电。现将A、B接触后再分开,则( )
[A]A、B接触前,B球上没有电子
[B]A、B接触前,A球上有1×1010个电子
[C]A、B接触时,A球失去1×1010个电子
[D]A、B接触时,B球得到5×109个电子
【答案】 D
【解析】 B球不带电,表明B呈现电中性,但是B球上仍然有电子,故A错误;A、B接触前,A球所带电荷量为-1.6×10-9C,表明A上对应的电子数目为n= 个=1×1010 个,而A球上实际的电子数还包含受束缚的与正电荷量大小相等的电子,即A球上的电子数大于1×1010个,故B错误;由于A、B完全相同,根据接触起电规律,A、B接触后,A失去电荷量为-8×10-10 C,则A球失去的电子数目为n′= 个=5×109个,即B球得到的电子数目为5×109个,故C错误,D正确。
课时作业
(分值:70分)
基础巩固练
考点一 电荷性质和摩擦起电
1.(4分)如图所示,挂在绝缘细线下的轻质带电小球,由于电荷的相互作用而靠近或远离,所以( )
[A]图甲中两球一定带异种电荷
[B]图乙中两球一定带同种电荷
[C]图甲中两球一定都带电
[D]图乙中两球至少有一个带电
【答案】 B
【解析】 题图甲中两小球相互吸引,可能是两小球带异种电荷,也可能是一个小球带电,另一个不带电,故A、C错误;根据同种电荷相互排斥可知,题图乙中两小球都带电,且带同种电荷,故B正确,D错误。
2.(6分)(多选)如图所示,某同学在空气干燥的教室里进行一个小实验,将一塑料扁带撕成细丝后,一端打结,做成“章鱼”的造型,用毛巾顺着细丝向下捋几下,同样用毛巾来回摩擦PVC(塑料)管。将“章鱼”抛向空中,在下落的过程中把PVC管从下方靠近它,直到“章鱼”处于悬停状态,则( )
[A]PVC管带电方式属于摩擦起电
[B]塑料扁带丝由于带上同种电荷会向四周散开
[C]用毛巾摩擦后,“章鱼”与PVC管带异种电荷
[D]PVC管和“章鱼”间的相互作用力为引力
【答案】 AB
【解析】 PVC管带电方式属于摩擦起电,A正确;塑料扁带丝由于带上同种电荷相互排斥而向四周散开,B正确;PVC管由“章鱼”下方靠近,“章鱼”最终处于悬停状态,说明二者之间为斥力,带有同种电荷,C、D错误。
考点二 感应起电
3.(4分)(2025·辽宁丹东月考)绝缘泡沫板上安装有一绝缘支架,支架一端通过丝线悬吊着一个金属球。现通过接触使金属球带上一定量的负电,然后在小球下方(戴上绝缘手套)不断叠放原本不带电的金属硬币,硬币始终未和小球接触,则下列说法正确的是( )
[A]丝线上的拉力保持不变
[B]丝线上的拉力会不断减小
[C]最上方的硬币会带正电
[D]用不戴绝缘手套的手触摸硬币,上方硬币所带电荷会消失
【答案】 C
【解析】 根据感应起电原理可知,最上方的硬币会带正电,硬币与小球相互吸引,丝线拉力变大,故A、B错误,C正确;用不戴绝缘手套的手触摸硬币,最上方的硬币始终带正电,故D错误。
4.(6分)(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,可以用手指触摸接地。下列关于使导体带电的说法正确的是( )
[A]如果用手摸一下导体的B端后离开,移去带电体C,导体带正电
[B]如果用手摸一下导体的A端后离开,移去带电体C,导体带负电
[C]如果用手摸一下导体的中间后离开,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后离开,移去带电体C,导体都带正电
【答案】 AD
【解析】 无论用手触摸导体的什么位置,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。
考点三 元电荷和电荷守恒定律
5.(4分)(2025·河北保定期中)关于起电,下列说法正确的是( )
[A]不论是摩擦起电还是感应起电,都是因为电子的转移
[B]摩擦起电是因为电荷的转移,感应起电是因为电荷的创生
[C]接触起电是因为电荷的转移,摩擦起电是因为创生了电荷
[D]自然界中的电荷在特定情况下可以不守恒
【答案】 A
【解析】 不论是摩擦起电还是感应起电,都是因为电子的转移,故A正确;摩擦起电是因为电荷的转移,感应起电也是因为电荷的转移,并非是因为电荷的创生,故B错误;接触起电和摩擦起电都是因为电荷的转移,并非是因为创生了电荷,故C错误;自然界中的电荷是守恒的,故D错误。
6.(6分)(多选)(2025·江苏无锡期中)关于物体的带电荷量,下列说法正确的是( )
[A]物体所带的电荷量应该是某些特定值
[B]物体带电+1.60×10-9 C,这是因为该物体失去了1.0×1010个电子
[C]物体带电荷量的最小值为1.6×10-19 C
[D]物体所带的电荷量可以为任意实数
【答案】 ABC
【解析】 物体所带的电荷量应该是元电荷的整数倍,故A正确,D错误;物体带正电说明物体失去了等量的负电荷,故该物体失去的电子数为n==1.0×1010个,故B正确;物体带电荷量的最小值为1.6×10-19 C,故C正确。
7.(11分)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,让两个绝缘金属小球接触再分开,则:
(1)分开后小球A、B的带电荷量QA2和QB2分别为多少
(2)在接触的过程中,电子如何转移且转移了多少个 (元电荷e=1.6×10-19 C)
【答案】 (1)1.6×10-9 C 1.6×10-9 C (2)电子由B球向A球转移,共转移了3.0×1010个
【解析】 (1)当两个金属小球接触时,球B上的负电荷移到球A先中和,剩余的正电荷再平均分配,即接触后两小球所带的电荷量QA2=QB2= C=1.6×10-9 C。
(2)在两个小球接触的过程中,电子由B球转移到A球,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。
能力提升练
8.(6分)(多选)(2025·四川眉山期末)用金属箔做成一个不带电的圆环,放在干燥的绝缘桌面上,某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,A正确;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,B正确;圆环被吸引到笔套的过程中,圆环加速度向上,由牛顿第二定律可知,圆环所受吸引力大于圆环重力,C正确;笔套碰到圆环后,根据接触起电可知,笔套所带的电荷一部分转移到圆环上,没有被全部中和,仍带有部分电荷,D错误。
9.(4分)取一对用绝缘柱支撑的较小的导体A和B,使它们彼此接触,起初它们不带电。用金属导线将导体A的左端与验电器的金属球连接,验电器置于B的右侧且相距较远。如图所示,把带正电荷的物体C移近导体A稳定后,下列关于实验现象描述正确的是( )
[A]导体A带正电荷
[B]导体B带负电荷
[C]验电器的金属球带正电荷
[D]验电器的金属球带负电荷
【答案】 C
【解析】 导体A、B与验电器组成一个新的导体,带正电荷的物体C移近导体A,发生静电感应,新导体左端(导体A左端)感应出负电荷,新导体右端(验电器的金属球)感应出正电荷,导体B不带电,选项C正确。
10.(6分)(多选)(2025·广东广州阶段练习)如图所示是滚筒式静电分选器,由料斗A、导板B、导体滚筒C、刮板D、料槽E、F和放电针G等部件组成。C和G分别接于直流高压电源的正、负极,并令C接地。电源电压很高,足以使放电针G附近的空气发生电离而产生大量离子,现有导电性能不同的两种物质粉粒a、b的混合物从料斗A下落,下落时经过电离空气都会带上负电荷,沿导板B到达转动着的滚筒C,粉粒a具有良好的导电性,粉粒b具有良好的绝缘性。则下列说法正确的是( )
[A]粉粒a与导体滚筒C接触后会先中和再带上正电
[B]粉粒b会落入料槽F中
[C]粉粒a会落入料槽F中
[D]刮板D的作用是把吸附在导体滚筒C上的粉粒b刮下来
【答案】 ACD
【解析】 电极G电离空气产生大量离子,使得粉粒a、b都带负电,粉粒a具有良好的导电性,粉粒a上的负电与滚筒C上的正电相互吸引,与导体滚筒C接触后会先中和再带上正电,与滚筒C上电荷相排斥,离开滚筒C落入料槽F中,故A、C正确;粉粒b具有良好的绝缘性,则不会被滚筒C中和,则粉粒b与滚筒C一直相互吸引直到粉粒b碰到刮板D时落下,落在料槽E中,故B错误,D正确。
11.(13分)两块不带电的完全相同的金属导体A、B均配有绝缘支架,现有一个带正电的小球C。
(1)要使两块金属导体带上等量异种电荷,则应如何操作 哪一块带正电
(2)要使两块金属导体都带上正电荷,则应如何操作
(3)要使两块金属导体都带上负电荷,则应如何操作
【答案】 见解析
【解析】 (1)先将两块导体A、B紧靠在一起,然后将带电小球C从一端靠近导体,再将两导体分开,最后移走带电小球C,远离带电小球C的那块导体带正电。
(2)先将两块导体A、B紧靠在一起,然后将带电小球C接触导体A(或B),再将带电小球C移走,最后将两导体A、B分开,则A、B带等量正电荷。
(3)先将两块导体A、B紧靠在一起,然后将带电小球C从一端靠近导体,用手接触一下A(或B),再将带电小球C移走,最后将两导体A、B分开,则A、B带等量负电荷。(共43张PPT)
1 电荷
第九章 静电场及其应用
1.了解电荷量、元电荷、比荷和静电感应的概念,形成物理观念。2.通过原子结构模型和电荷守恒定律的知识分析静电现象,培养科学思维能力。3.能通过验电器、静电计等探索静电现象,获取信息并能分析实验信息,形成初步结论,培养科学探究能力。
[定位·学习目标]
探究·必备知识
知识点一 电荷
「探究新知」
1.两种电荷
物体由于摩擦产生的电的性质与 的性质完全相同。自然界的电荷只有两种,分别为 和 。
2.电荷量
(1)定义:电荷的 叫作电荷量,用Q或 q表示。正电荷的电荷量为 ,负电荷的电荷量为 。
(2)单位:在国际单位制中,它的单位是 ,简称库,符号是C。
雷电
正电荷
负电荷
多少
正值
负值
库仑
3.电的来源
负电
自由运动
(3)绝缘体:几乎不存在能 的电荷。
4.摩擦起电
(1)定义:物体由于摩擦而带电的方式。
(2)实质:当两种物质组成的物体互相摩擦时,一些受束缚较弱的 会转移到另一个物体上,使原来电中性的物体带电。
(3)物体由于 电子而带负电, 电子的物体则带正电。
自由移动
电子
得到
失去
「新知检测」
[判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”]
(1)两个正电荷之间的作用力互为斥力,两个负电荷之间的作用力互为引力。
( )
(2)绝缘体中不存在电荷。( )
(3)若用丝绸摩擦玻璃棒,玻璃棒带正电荷,是因为正电荷从丝绸转移到玻璃棒上。( )
(4)两种不同物质组成的物体相互摩擦使物体带电,是由于两物体的原子核对核外电子束缚的能力不同。( )
(5)金属导体中的正离子和自由电子均可自由移动。( )
×
×
×
√
×
知识点二 静电感应
「探究新知」
1.静电感应: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 便会趋向或 带电体,使导体靠近带电体的一端带
电荷,远离带电体的一端带 电荷的现象。
2.感应起电
(1)定义:利用 使金属导体带电的过程。
(2)方法:先使带电体 导体,稳定后将导体分开,然后再移走 。
自由电荷
远离
异种
同种
静电感应
靠近
带电体
「新知检测」
[判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”]
(1)只有带正电荷的带电体靠近金属导体才能发生静电感应。( )
(2)任何物体都可以通过静电感应而带电。( )
(3)在静电感应中,验电器的金属箔片张开是因为带电体的电荷移到了箔片形成的。( )
×
×
×
知识点三 电荷守恒定律 元电荷
「探究新知」
1.电荷守恒定律
(1)内容:电荷既不会 ,也不会 ,它只能从一个物体 到另一个物体,或者从物体的一部分 到另一部分;在转移过程中,电荷的 保持不变。
(2)更普遍的表述:一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的 保持不变。
创生
消灭
转移
转移
总量
代数和
2.元电荷
(1)定义: 的电荷量叫作元电荷,用e表示。
(2)大小:e= C。
(3)带电体的电荷量:所有带电体的电荷量都是e的 。
最小
1.60×10-19
整数倍
电荷量e
「新知检测」
[判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”]
(1)电荷守恒定律是自然界中最基本的守恒定律之一。( )
(2)元电荷就是质子或电子。( )
(3)某一带电体的电荷量可能等于5×10-19 C。( )
(4)一个高能光子在一定条件下产生一个正电子和电子,说明能够创造电荷。
( )
√
×
×
×
突破·关键能力
要点一 对起电方式的理解
「要点归纳」
1.使物体带电的方式除摩擦起电、感应起电外,还可以通过物体与带电体接触而带电。三种起电方式的比较如表所示。
项目 摩擦起电 感应起电 接触起电
产生 条件 两个不同物质组成的物体间摩擦 导体靠近带电体 导体与带电体接触
现象 两个物体带上等量异种电荷 导体两端出现等量异种电荷,且电性与原带电体“近异远同” 导体带上与带电体相同电性的电荷
原因 不同物质的原子核对核外电子的束缚力不同而发生电子转移 导体中的自由电子受带正(负)电物体吸引(排斥)而靠近(远离) 自由电荷在带电体与导体之间发生转移
实质 自由电荷在物体之间或物体内部的转移 2.感应起电的操作步骤
步骤 图示
(以C带正电荷为例)
(1)使带电体C靠近接触的两导体A、B
(2)保持C不动,用绝缘工具分开A、B
(3)移走C,则A带上与C电性相反的电荷,B带上与C电性相同的电荷
[例1] (摩擦起电)(2025·浙江绍兴期末)古人发现摩擦过的琥珀能吸引轻小物体,这种现象称之为摩擦起电。后来,科学家将丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电命名为正电荷,将毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电命名为负电荷,下列说法正确的是( )
[A]玻璃棒经过与丝绸摩擦带正电,说明正电荷是在摩擦过程中新生成的
[B]摩擦过的琥珀能吸引轻小物体,说明轻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之间的转移
D
「典例研习」
【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中新生成的,故A错误;摩擦过的琥珀能吸引轻小物体,轻小物体可能不带电或带异种电荷,故B错误;毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电,毛皮上的电子转移到橡胶棒上,所以毛皮带正电,故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之间的转移,故D正确。
[例2] (感应起电)(2025·安徽芜湖期中)如图所示,将带正电荷Q的导体球C靠近不带电的导体。若沿虚线将导体分成A、B两部分,这两部分所带电荷量大小分别为QA、QB。对于上述实验,电荷量关系正确的是( )
[A]QA[B]QA=QB,QA为负电荷
[C]QA>QB,QA为负电荷
[D]QA=QB,QA为正电荷
D
【解析】 导体近端感应出负电荷,远端感应出正电荷,即QA为正电荷,QB为负电荷;A部分转移的电子数目和B部分多余的电子数目是相同的,故 QA=QB。
感应起电的两个重要特点
(1)近异远同:用带电体靠近不带电的导体时,会在靠近带电体的一端感应出与带电体电性相反的电荷,远离端感应出与带电体电性相同的电荷。
(2)等量异种:用带电体靠近不带电的导体(或两不带电的相互接触的导体)时,会在原不带电的导体两端(或两不带电的相互接触的导体上)感应出等量异种电荷。
·规律方法·
要点二 对元电荷和电荷守恒定律的理解
「要点归纳」
1.元电荷
(1)元电荷是最小的电荷量,不是实物粒子,元电荷无正、负之分。
(2)虽然质子、电子所带的电荷量等于元电荷,但不能说质子、电子是元电荷。
2.物体带电的实质
使物体带电不是创造了电荷,使物体不带电也不是消灭了电荷。其实质是电荷发生了转移,也就是物体之间或物体内部电荷的重新分配。
3.守恒的广泛性
电荷守恒定律同能量守恒定律一样,是自然界中最基本的规律,任何电现象都遵循电荷守恒定律。
4.对“中性”与“中和”的理解
(1)中性:物体内正、负电荷的绝对值相等,对外不显电性。
(2)中和:两个带有等量异种电荷的带电体相遇达到电中性的过程。
5.接触起电中电荷量的分配
导体接触起电时电荷量的分配与导体的形状、大小有关。
(2)形状、大小不同的导体接触时电荷量不能平均分配。无论哪种情况,接触前后电荷总量不变。
[例3] (电荷守恒定律和元电荷的理解)(多选)下列关于电荷守恒定律和元电荷的理解正确的是( )
[A]元电荷就是电子
[B]电荷的中和,正、负电荷都消失了,电荷不再守恒
[C]一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和保持不变
[D]带电体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍
CD
「典例研习」
【解析】 元电荷等于电子(或质子)所带电荷量,是最小电荷量,不是电子,也不是质子,所有带电体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍,故A错误,D正确;电荷的中和是指正、负电荷量相等,物体不再显示电性,正、负电荷的数量并没有变化,故B错误;电荷守恒定律更普遍的表述为“一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和保持不变”,故C正确。
[例4] (电荷守恒定律的应用)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两球原来带同种电荷,操作后两球带电荷量大小之比为多大
【答案】 (1)2∶3
(2)若A、B两球原来带异种电荷,操作后两球带电荷量大小之比为多大
【答案】 (2)2∶1
提升·核心素养
感应起电问题的拓展
「核心归纳」
当带电体靠近导体且导体接地时,该导体与地球可视为一个“大导体”,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,如图甲、乙所示。
若用手摸一下导体,再移开手,相当于先把导体接地,然后再与大地断开。
「典例研习」
[例题] 如图所示,在绝缘支架上的导体A和导体B按图中方式接触放置,原先A、B都不带电,先让开关S1、S2均断开,现在将一个带正电小球C放置在A左侧,下列判断正确的是( )
[A]小球距离A较近,所以A左端电荷量大于B右端电荷量
[B]只闭合S1,则A左端不带电,B右端带负电
[C]只闭合S2,则B右端不带电,A左端带负电
[D]只闭合S2,接着移走带电小球,最后将A、B分开,A带负电
C
【解析】 当开关S1、S2均断开时,带正电小球C放置在A左侧,由于静电感应,导体A左端带有负电荷,B右端带有正电荷,正、负电荷量相等,A错误;只闭合S1,则B右端带的正电荷与大地的负电荷中和,而不带电,由于静电感应,A左端带负电荷,B错误;只闭合S2,则B右端带的正电荷与大地的负电荷中和,而不带电,由于静电感应,则A左端带负电,接着移走带电小球C,A左端带的负电荷流向大地,将使A、B都不带电,C正确,D错误。
检测·学习效果
1.(2025·广西桂林期中)下列说法正确的是( )
[A]原子是由带负电的质子、不带电的中子以及带正电的电子组成的
[B]一个高能光子在一定条件下可以产生一个正电子和一个负电子,不满足电荷守恒定律
[C]元电荷e的数值,最早是由美国物理学家吉布斯测得
[D]绝缘体中几乎不存在能自由移动的电荷
D
【解析】 原子是由带正电的质子、不带电的中子以及带负电的电子组成的,故A错误;一个高能光子在一定条件下可以产生一个正电子和一个负电子,满足电荷守恒定律,故B错误;元电荷e的数值,最早是由美国物理学家密立根测得,故C错误;绝缘体中几乎不存在能自由移动的电荷,故D正确。
2.(2025·福建厦门期中)如图所示,梳过头发的橡胶梳子常能吸引轻小物体,这属于摩擦起电现象。关于摩擦起电现象,下列说法正确的是( )
[A]梳头时通过摩擦创造了负电荷
[B]梳过头发的橡胶梳子可能带正电,也可能带负电
[C]橡胶梳子因为得到头发上的电子而带负电
[D]梳过头发的橡胶梳子所带的电荷量可以是任意数值
C
【解析】 摩擦起电现象的本质是使一个物体上的自由电子转移到另一个物体上,从而使两个物体带上等量的异种电荷,故梳过头发的橡胶梳子由于头发的自由电子转移到梳子上使梳子带负电,故C正确,A、B错误;头发和梳子互相摩擦后带的电荷量只能是元电荷的整数倍,故D错误。
3.如图所示,用起电机使金属球A带上正电荷,靠近验电器B,则下列说法正确的是( )
[A]验电器金属箔片不张开,因为球A没有和B接触
[B]验电器金属箔片张开,因为整个验电器带上了正电荷
[C]验电器金属箔片张开,因为整个验电器带上了负电荷
[D]验电器金属箔片张开,因为验电器下部箔片带上了正电荷
D
【解析】 金属球A带正电荷,靠近验电器B,B发生了静电感应,根据静电感应的“近异远同”规律,可知验电器B上端的金属球带负电荷,金属箔片带正电荷,金属箔片在电荷斥力作用下张开,即验电器金属箔片张开是由于箔片带上了正电荷,选项D正确。
4.如图所示,A、B是两个完全相同的带绝缘棒的金属小球,A球所带电荷量为 -1.6×10-9C,B球不带电。现将A、B接触后再分开,则( )
[A]A、B接触前,B球上没有电子
[B]A、B接触前,A球上有1×1010个电子
[C]A、B接触时,A球失去1×1010个电子
[D]A、B接触时,B球得到5×109个电子
D
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