第九章第1节　电　荷 学案（教师版）--《创新课堂》人教版必修三

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第1节　电　荷
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1．知道两种电荷及其相互作用，知道电荷量的概念。　2.知道摩擦起电，知道摩擦起电不是创造了电荷，而是使物体中的正负电荷分开。　3.知道静电感应现象，知道静电感应起电不是创造了电荷，而是使物体中的电荷分开。　4.知道电荷守恒定律。　5.知道什么是元电荷。
eq \o(\s\up7( INCLUDEPICTURE "课前知识梳理LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "课前知识梳理LLL.TIF" \* MERGEFORMAT ),\s\do5(　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　))
一、电荷
1．两种电荷：__________电荷和________电荷。
2．电荷量：________的多少叫作电荷量，用Q或q表示。在国际单位制中，它的单位是________，简称库，符号是__________。正电荷的电荷量为________，负电荷的电荷量为________。
3．摩擦起电
(1)原子的组成：由带正电的__________、不带电的中子以及带负电的________组成。每个原子中质子的正电荷数量与电子的负电荷数量一样多，所以整个原子对外界表现为________。
(2)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，原来电中性的物体得到电子而带________，失去电子的物体带________。
4．自由电子和离子
(1)自由电子：如金属中原子的外层电子，其往往会脱离原子核的束缚而在金属中________移动。
(2)离子：失去自由电子的原子便成为带正电的离子。
二、静电感应
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________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。
2．感应起电：利用静电感应使金属导体带电的过程叫作感应起电。
三、电荷守恒定律
1．电荷守恒定律：电荷既不会____________，也不会________，它只能从一个物体转移到____________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________保持不变。
2．电荷守恒定律更普遍的表述是：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的__________保持不变。
四、元电荷
1．元电荷：________的电荷量叫作元电荷，用e表示。所有带电体的电荷量都是e的________。元电荷e的数值最早是由美国物理学家________测得的，在我们的计算中，可取e＝________________ C。
2．电子的比荷：电子的__________________与电子的质量me之比。
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判断下列说法是否正确。
(1)用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，是因为正电荷从丝绸上转移到玻璃棒上。(　　)
(2)摩擦起电的过程是电子从一个物体转移到另一个物体的过程。(　　)
(3)原来不带电的丝绸和玻璃棒相互摩擦后分别带上了异种电荷，说明通过摩擦可以创造电荷。(　　)
(4)某一带电体的电荷量可能等于5×10－19 C。(　　)
提示：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×
[答案自填] 正　负　电荷　库仑　C　正值　负值　质子　电子　电中性　负电　正电　自由　远离　异种　同种　创生　消灭　另一个　总量　代数和　最小
整数倍　密立根　1.60×10－19　电荷量e
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知识点一　电荷　三种起电方式
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1．如图所示，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。
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(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？
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？在这个过程中电荷是如何转移的？
[提示]　1.(1)两侧金属箔片都张开。
(2)金属箔片仍张开，但张角变小。
(3)金属箔片都闭合。
2．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。
1．三种起电方式
项目 摩擦起电 接触起电 感应起电
现象 两物体带上等量异种电荷 导体带上与带电体同种的电荷 导体两端出现等量异种电荷
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 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 电子在电荷间相互作用下发生转移，近端带异种电荷，远端带同种电荷
实质 电荷在物体之间或物体内部的转移
说明 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
2.感应起电
(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。
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说明：用手摸一下导体，再移开手指，相当于先把导体接地，然后再与大地断开。
角度1　摩擦起电和接触带电
INCLUDEPICTURE "例1.TIF" INCLUDEPICTURE "例1.TIF" \* MERGEFORMAT 　(2024·河南高二联考)《博物志》云：“今人梳头、脱着衣时，有随梳、解结有光者，也有咤声。”有关产生这种现象的原因，下列说法正确的是博物志(　　)
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A．产生这种现象的原因是接触起电
B．产生这种现象的原因是感应起电
C．产生这种现象的原因是摩擦起电
D．产生这种现象的原因是摩擦导致正电荷从一个物体转移到了另一个物体
[解析]　产生这种现象的原因是摩擦起电，摩擦起电的实质是带负电的电子由一个物体转移到另一个物体。
[答案]　C
INCLUDEPICTURE "例2.TIF" INCLUDEPICTURE "例2.TIF" \* MERGEFORMAT 　(2024·江苏盐城统考学业考试)如图所示，科技馆里，小红站到绝缘台上，用手触碰高压静电球，工作人员按下电源开关后，看到小红的头发竖起散开，则头发带(　　)
INCLUDEPICTURE "25W1.TIF" INCLUDEPICTURE "25W1.TIF" \* MERGEFORMAT
A．同种电荷，相互吸引
B．异种电荷，相互吸引
C．同种电荷，相互排斥
D．异种电荷，相互排斥
[解析]　小红用手触碰高压静电球，她的每根头发都带上跟高压静电球相同电性的电，每根头发带同种电荷，会相互排斥，所以头发才会散开，故A、B、D错误，C正确。
[答案]　C
角度2　感应起电
INCLUDEPICTURE "例3.TIF" INCLUDEPICTURE "例3.TIF" \* MERGEFORMAT 　(2024·福建龙岩一中期中)学习了静电感应后，爱思考的小明想起初中物理老师演示过如图所示实验，用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近悬挂的乒乓球时，乒乓球会被吸引的实验，小明猜想玻璃棒会吸引乒乓球的原因可能是静电感应现象，若他的猜想是正确的，你认为图中乒乓球上感应电荷的分布情况合理的是(　　)
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INCLUDEPICTURE "KA3合.TIF" INCLUDEPICTURE "KA3合.TIF" \* MERGEFORMAT
[解析]　根据同种电荷相斥，异种电荷相吸可得乒乓球的左侧带有负电荷，右端带有正电荷。
[答案]　D
INCLUDEPICTURE "例4.TIF" INCLUDEPICTURE "例4.TIF" \* MERGEFORMAT 　(多选)(2024·黑龙江哈尔滨阶段练)如图所示，在带电体C的右侧有两个相互接触的金属导体A和B，均放在绝缘支座上。若先将A、B分开，再移走C，试分析A、B的带电情况；若先将C移走，再把A、B分开，试分析A、B的带电情况(　　)
INCLUDEPICTURE "KA7.TIF" INCLUDEPICTURE "KA7.TIF" \* MERGEFORMAT
A．若先将A、B分开，再移走C，则A、B都不带电
B．若先将A、B分开，再移走C，则A带负电，B带正电
C．若先将C移走，再把A、B分开，则A、B都不带电
D．若先将C移走，再把A、B分开，则A带负电，B带正电
[解析]　带电体C会使A、B感应起电，其中A带负电，B带正电，若先将A、B分开，再移走C，A上的电子不会移动到B上，故分开后，A带负电，B带正电，故A错误，B正确；带电体C会使A、B感应起电，其中A带负电，B带正电，若先将C移走，再把A、B分开，移走带电体C后，A的电子会移动到B上，达到静电平衡，故分开后，A、B均不带电，故C正确，D错误。
[答案]　BC
知识点二　电荷守恒定律、元电荷
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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4×10－19 C吗？
3．电子和质子就是元电荷吗？
[提示]　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1.60×10－19 C的整数倍，由于4×10－19 C是1.60×10－19 C的2.5倍，所以物体所带的电荷量不能是4×10－19 C。
3．元电荷是最小的电荷量，不是实物粒子；电子和质子是实物粒子，不是元电荷。
1．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。物体带电的实质是电荷发生了转移，也就是物体间电荷的重新分配。
2．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，任何电现象都不违背电荷守恒定律。
物体的起电过程，其本质都是电子发生了转移，也就是说物体所带电荷的重新分配。不论哪一种起电过程都没有创造电荷，也没有消灭电荷。
3．“中性”与“中和”
(1)中性：物体内有电荷存在，但正、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。
4．两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，其中一个带电，另一个不带电，接触后再分开，两者均带电，但无法确定电荷量的多少。
(2)若使两个完全相同的金属球所带电荷量大小分别为q1、q2，则有
① eq \x(\a\al(即均带电, ))
② eq \x(\a\al(即均带电, ))
5．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。
角度1　元电荷
INCLUDEPICTURE "例5.TIF" INCLUDEPICTURE "例5.TIF" \* MERGEFORMAT 　(2024·河南安阳期中)关于元电荷的理解，下列说法正确的是(　　)
A．元电荷就是电子或者质子
B．物体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍
C．元电荷的电荷量大小是1 C
D．只有电子所带的电荷量等于元电荷
[解析]　元电荷是最小的电荷量，不是电子或者质子，元电荷的电荷量是1.6×10－19 C，故A、C错误；物体是因为得失电子所以带电，所以物体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍，故B正确；电子、质子、正电子所带的电荷量都等于元电荷，故D错误。
[答案]　B
INCLUDEPICTURE "例6.TIF" INCLUDEPICTURE "例6.TIF" \* MERGEFORMAT 　(2024·广东深圳光明中学期中)某同学在做某物理参考书的练习时，他发现有一个关键数字看不清，拿来问老师，如果你是老师，你认为下列几个数字中可能的是(　　)
A．2.4×10－19 C　　　　 B．3.6×10－19 C
C．4.8×10－19 C D．6.0×10－19 C
[解析]　所有带电体的电荷量都是元电荷e＝1.6×10－19 C的整数倍，那么＝1.5，＝2.25，＝3，＝3.75，故A、B、D错误，C正确。
[答案]　C
角度2　电荷守恒定律的理解
INCLUDEPICTURE "例7.TIF" INCLUDEPICTURE "例7.TIF" \* MERGEFORMAT 　(2024·河南平顶山统考期末)老师在讲台上给同学们做演示摩擦起电实验：将玻璃棒反复在毛皮上摩擦，玻璃棒就带上正电荷，毛皮上就带上负电荷。老师做这个实验过程中，下面说法正确的是(　　)
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A．摩擦起电过程中会发生电荷转移
B．摩擦起电过程中不会发生电荷转移
C．摩擦起电过程中会创造新的电荷
D．摩擦起电后，玻璃棒所带电荷量大于毛皮所带电荷量
[解析]　玻璃棒反复在毛皮上摩擦，摩擦过程之中玻璃棒会失去电子，而毛皮会得到电子，失去电子后的玻璃棒带正电，而得到电子的毛皮带负电，在这个过程中电子发生了转移，而在自然界中电荷是守恒的，即电荷不可能凭空产生也不可能凭空消失，一个物体失去多少电子那么另一个物体就得到多少电子，失去电子的物体所带正电荷的电荷量一定等于得到电子的物体所带负电荷的电荷量。
[答案]　A
INCLUDEPICTURE "例8.TIF" INCLUDEPICTURE "例8.TIF" \* MERGEFORMAT 　甲、乙、丙是三个完全相同的带绝缘支架的金属小球，先让电荷量为＋1.6×10－15 C的甲球与乙球接触，再让甲球与不带电的丙球接触，接触后，丙球所带电荷量为－8×10－16 C，则(　　)
A．接触前乙球带有－3.2×10－15 C电荷
B．接触前乙球带有－4.8×10－15 C电荷
C．接触前乙球不带电
D．接触前乙球带有1.6×10－15 C电荷
[解析]　由于甲、乙、丙是三个完全相同的小球，丙球不带电，甲、丙两个小球接触时，电荷量平均分配，可得与丙接触前甲球所带电荷量Q甲′＝2Q丙＝－1.6×10－15 C，由于甲球原来带正电荷，则甲、乙两小球带异种电荷，接触时，先中和再平分，可得Q甲′＝，代入数据解得Q乙＝－4.8×10－15 C。
[答案]　B
知识点三　验电器
1．验电器的结构及工作原理
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如图所示，验电器主要由导体棒、金属丝、金属箔片、玻璃瓶外壳等构成。其工作原理是当导体棒、金属丝及金属箔片带电时，根据同种电荷相互排斥，两金属箔片会在斥力作用下张开。
2．常见的两种使用方法
(1)带电体接触验电器：当带电体与验电器的金属球接触时，金属球带上电荷，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，带电体所带电荷量越多，两个金属箔片所带电荷量越多，斥力越大，张开的角度也越大。
(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，两箔片在斥力作用下张开。
INCLUDEPICTURE "例9.TIF" INCLUDEPICTURE "例9.TIF" \* MERGEFORMAT 　(2024·贵州遵义联考)如图所示，将带正电的绝缘棒甲左端靠近原来不带电的验电器乙的金属球，乙的金箔片张开，则(　　)
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A．金属球带负电
B．金属球带正电
C．金属球和金箔片均带正电
D．金属球和金箔片均不带电
[解析]　用带正电的绝缘棒甲去靠近原来不带电的验电器乙，由于静电感应验电器(导体)两端出现等量正负感应电荷，近端的电荷的电性与甲相反，带负电，所以金属球带负电，远端的金属箔片电荷与甲的电性相同，带正电荷，即金属球带负电，金箔片带正电。
[答案]　A
eq \o(\s\up7( INCLUDEPICTURE "随堂巩固落实LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "随堂巩固落实LLL.TIF" \* MERGEFORMAT ),\s\do5(　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　))
1．(摩擦起电)(2024·江苏统考学业考试)如图所示，梳过头发的梳子，常能吸引轻小物体，这属于摩擦起电。关于摩擦起电现象，下列说法正确的是(　　)
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A．摩擦起电现象使本来没有电荷的物体产生了电荷
B．头发和梳子互相摩擦后，带上了等量异种电荷
C．如果梳子带正电，是因为摩擦导致头发上的正电荷转移到梳子上而形成的
D．头发和梳子互相摩擦后带的电量可以是任意数
解析：选B。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，从而使两物体分别带上等量的异种电荷，故A、C错误，B正确；头发和梳子互相摩擦后带的电量只能是元电荷的整数倍，故D错误。
2．(感应起电)(2024·北京九中期中)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(　　)
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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，因为验电器下部的箔片都带上了正电
D．验电器的金属箔张开，因为整个验电器都带上了负电
解析：选C。把一个带正电的金属球A，靠近验电器的金属小球B，验电器的金属小球由于静电感应，会带上负电荷，金属箔会带上等量正电荷，所以验电器的金箔张开，而整个验电器不带电。
3．(电荷守恒定律)(2024·天津武清统考期中)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－1.6×10－9 C，B球不带电。现将A、B接触后再分开，则(　　)
INCLUDEPICTURE "KA2.TIF" INCLUDEPICTURE "KA2.TIF" \* MERGEFORMAT
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
解析：选D。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－1.6×10－9 C，表明A上的净电荷量为－1.6×10－9 C ，其对应的电子的数目为＝1×1010，该电子数目是净电荷量对应的电子数，A球上实际上的电子数还包含净电荷之外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＝5×109，故C错误；根据上述，可知A、B接触后，B得到电荷量为－8×10－10 C，则B球得到的电子数目为＝5×109，故D正确。
4．(验电器)(2024·江西宜春期中)取两个相同的验电器A和B，用丝绸摩擦过的玻璃棒与A接触，使 A 带电， B不带电，用带绝缘柄的金属棒将A和B上的金属球连接起来后如图所示，则(　　)
INCLUDEPICTURE "KA12.TIF" INCLUDEPICTURE "KA12.TIF" \* MERGEFORMAT
A．B 中的正电荷通过金属棒流向A, A 的金属箔张角变小
B．A 中的负电荷通过金属棒流向B, B 的金属箔张角变大
C．A中的负电荷通过金属棒流向B, B中的正电荷通过金属棒流向A
D．B 中的负电荷通过金属棒流向A, B 的金属箔张角变大
解析：选D。丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，与A接触后A带正电，用带绝缘柄的金属棒将A和B上的金属球连接起来后，B中的部分负电荷通过金属棒流向A，电流的方向由A流向B，A的金属箔因所带电量减少而张角变小，B的金属箔因带同种电荷互相排斥而张角变大。