9.1 电荷 讲义—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第三册（含答案）

第九章静电场及其应用
第1节电荷
【素养目标】
1．知道两种电荷及其相互作用．知道电量的概念。
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。
【必备知识】
知识点一、电荷
(1)摩擦起电
①原因:两种不同材料的物体相互摩擦时，因为不同物质原子核对电子的束缚能力不同,一些受束縛较弱的电子会从一个物体转移到另一个物体上。原来电中性的物体由于得到电子而带负电，失去电子的物体则带正电。
②实质:摩擦起电时，电荷并没有凭空产生,其本质是发生了电子转移。
(2)电荷种类
①自然界中只存在两种电荷:正电荷、负电荷。由美国科学家富兰克林命名。
②丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，毛皮摩擦过的橡胶棒带负电。
③电荷间存在着相互作用:同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
(3)电荷量:表示电荷的多少的物理量,用Q或q表示。在国际单位制中，电荷量的单位是库仑，符号是C。正电荷的电荷量为正值，负电荷的电荷量为负值。
(4)金属导电原因:金属中原子的外层电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由运动，形成自由电子和金属正离子,每个金属正离子都在自己的平衡位置附近振动而不移动,只有自由电子穿梭其中，这就使金属成为导体。
知识点二、静电感应
(1)定义:当一个带电体靠近导体时，由于电荷间的相互吸引或排斥，导体中的自由电荷就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 ，而远离带电体的一端带同种电荷，这种现象叫静电感应。
(2)感应起电:利用静电感应使金属导体带电的过程。
(3)实质:自由电子从导体的一部分转移到导体的另一部分。
知识点三、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)另一种表述:一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。
知识点四、元电荷
(1)定义:最小的电荷量叫元电荷。用符号e表示。
(2)理解
①元电荷是最小的电荷量,它不是带电体。电子、质子、正电子的电荷量与元电荷相等。
②电荷量是不能连续变化的物理量，所有带电体的电荷量都是e的整数倍。
电子的比荷：电子的电荷量e与电子的质量me之比。即eme=1.76×1011C/kg
【课堂检测】
1.带电微粒所带的电荷量不可能是下列值中的( ??)
A.?－6.4×10－19C?????????????????B.?2.4×10－19C?????????????????C.?－1.6×10－18C?????????????????D.?4.0×10－17C
【答案】 B
【解析】最小的电荷量是 1.6×10?19C ，我们把这个最小的电荷量叫做元电荷，任何物体的带电量都是元电荷或是元电荷的整数倍，由于 2.4×10?19C 不是 1.6×10?19C 的整数倍，B是不可能的．
故答案为：B．
2.关于摩擦起电和感应起电的实质，下列说法正确的是（ ??）
A.?摩擦起电说明电荷能够被创造
B.?摩擦起电现象说明了机械能可以转化为电能，也说明通过做功可以创造电荷
C.?感应起电说明电荷从带电的物体A转移到原来不带电的物体B上去了
D.?感应起电说明电荷可以从物体的一个部分转移到物体另一个部分
【答案】 D
【解析】摩擦起电和感应起电的实质是电荷的转移，即从物体的一个部分转移到物体另一个部分，电荷不能凭空创造而出。D符合题意ABC不符合题意。
故答案为：D。
【素养作业】
1.下列现象中，不属于摩擦起电的有（?? ）
A.?将被毛皮摩擦过的塑料棒靠近碎纸屑，纸屑被吸起
B.?在干燥的天气中脱毛线衣时，会听到轻微的噼啪声
C.?用干燥的毛刷刷毛料衣服时，毛刷上吸附有许多细微的脏物
D.?把钢针沿着磁铁摩擦几次，钢针就能吸引铁屑
【答案】 D
【解析】A．将被毛皮摩擦过的塑料棒靠近碎纸屑，纸屑被吸起，属于摩擦起电，A不符合题意；
B．在干燥的天气中脱毛线衣时，会听到轻微的噼啪声，属于摩擦起电，B不符合题意；
C．用干燥的毛刷刷毛料衣服时，毛刷上吸附有许多细微的脏物，属于摩擦起电，C不符合题意；
D．把钢针沿着磁铁摩擦几次，钢针就能吸引铁屑是因为被磁化了，不是摩擦起电，D符合题意；
故答案为：D。
【分析】钢针与磁铁摩擦后带上磁性属于磁化现象。
2.下列关于电荷、电荷量的说法正确的是（?? ）
A.?自然界存在三种电荷：正电荷、负电荷和元电荷
B.?物体所带的电荷量可以是任意值
C.?物体的带电量可以是2×10﹣19C
D.?物体所带的电荷量只能是某些特定的值，为元电荷的整数倍
【答案】 D
【解析】A．自然界存在两种电荷：正电荷、负电荷，A不符合题意；
BCD．物体所带的电荷量只能是某些特定的值，为元电荷1.6×10﹣19C的整数倍，即物体的带电量不可以是2×10﹣19C，BC不符合题意，D符合题意；
故答案为：D.
【分析】自然界只存在正负两种电荷；物体所带电荷量只能是元电荷的整数倍。
3.关于电荷量的说法哪些是正确的（ ??）
A.?物体所带的电荷量可以为任何值
B.?物体所带的电荷量只能为正值
C.?物体带电荷量为 Q=?1.6×10?9C ，这是因为得到了 1.0×1010 个电子
D.?物体带电量的最小值是 1.6×10?18C
【答案】 C
【解析】A.元电荷是最小的电荷量，物体所带的电荷量只能是元电荷的电荷量的整数倍，A不符合题意；
B.正电荷所带的电荷量为正值，负电荷所带的电荷量为负值，B不符合题意；
C.元电荷 e=1.60×10?19C ，物体所带的电荷量为 Q=?1.6×10?9C ，这是得到了 1.0×1010 个电子， C符合题意；
D.元电荷是最小的电荷量，其值为 e=1.60×10?19C ，物体所带电荷量的最小值为 1.60×10?19C ，D不符合题意．
故答案为：C
【分析】元电荷是最小的带电体的电荷量，其带电体的电荷量只能是元电荷的整数倍。
4.关于物体的带电现象，下列叙述正确的是（?? ）
A.?物体所带电荷量不可能小于元电荷??????????????????????B.?电荷相互中和是电荷完全消失的现象
C.?电流都是由于电子的定向移动形成的??????????????????D.?某物体的带电荷量有可能为3.6×10-19C
【答案】 A
【解析】A．物体的带电荷量是元电荷的整数倍，且不可能小于元电荷，A符合题意；
B．电荷不可能凭空产生或消失，电荷相互中和是正电荷总数与负电荷总数相等，对外不显电性，B不符合题意；
C．电荷的定向移动形成电流，定向移动的可以是正电荷、负电荷或正电荷与负电荷同时移动，C不符合题意；
D．电子的带电荷量最小，质子的带电荷量与电子相等，电性相反，人们通常将最小的电荷量叫做元电荷，元电荷e=1.60×10?19C，物体的带电荷量是元电荷的整数倍，3.6×10?19C不是1.60×10?19C的整数倍，D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】物体的带电荷量只能是元电荷的整数倍，不会小于元电荷的大小；电荷中和是正负电荷数相等；电流的产生可以是正负电荷其中一种的定向移动。
5.如图所示，两个不带电的导体A和B，用一对绝缘柱支持使它们彼此接触。把一带正电的物体C置于A附近，贴在A、B下部的金属铝箔都张开，下列说法正确的是（?? ）
A.?此时A带正电，B带负电
B.?此时A电势低，B电势高
C.?移去C时，接触面有从B到A的电流产生
D.?先把A和B分开，然后移去C，贴在A，B下部的金属箔都闭合
【答案】 C
【解析】A．把一个带正电荷的物体C置于导体C附近，则两个接触的导体靠近C的一端会感应出负电荷，远离C的一端会感应出正电荷，此时A带负电，B带正电，A不符合题意；
B．处于静电平衡的导体是等势体，因此A、B的电势一样高，B不符合题意；
C．移去C时，导体中感应出的正、负电荷中和，A的负电荷（自由电子）向B移动，形成由B到A的电流，C符合题意；
D．先把A、B分开，这时A带负电，B带正电，再移去C后，两金属箔因导体仍带电而张开，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】当在C的作用下，其A端带负电，B端带正电；导体AB处于等势体；分开AB时，其金属箔片都打开。
6.研究人员发现，蜜蜂在活动时，由于和空气摩擦，蜜蜂会带上负电荷，蜜蜂体表有一层蜡质能起到绝缘层的作用，使这些累积的电荷不易消失，蜜蜂的身体周围形成了一个电场。当蜜蜂在花朵附近盘旋时，带电的花粉粒跳向蜜蜂，花粉粒黏附在蜜蜂上。在蜜蜂飞到下一朵花期间，当蜜蜂接近那朵花的柱头时，带电的花粉粒从蜜蜂身上跳到柱头上，使花受精。不计空气阻力。下列说法正确的是（?? ）
A.?花粉粒带正电
B.?与蜜蜂摩擦的空气带负电
C.?蜜蜂身体周围的电场可能是匀强电场
D.?花粉粒向蜜蜂运动的过程中可能做匀加速直线运动
【答案】 A
【解析】A．蜜蜂带负电荷，则花粉粒带正电，A符合题意；
B．蜜蜂带负电荷，与蜜蜂摩擦的空气带正电，B不符合题意；
C．蜜蜂身体带电，则周围的电场不可能是匀强电场，C不符合题意；
D．花粉粒向蜜蜂运动的过程中，受电场力不是恒定的，不可能做匀加速直线运动，D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】由于蜜蜂带负电所以花粉带正电，其摩擦的空气带正电；蜜蜂带电其周围电场不可能是匀强电场；由于花粉受到的电场力不是恒力所以不是做匀变速直线运动。
7.金属小球A电荷量q1=3× 10?8C ，金属小球B电荷量q2=-1× 10?8 C，两小球接触后再分开，若小球A电荷量q3=1.2× 10?8 C，则小球B电荷量q4为（?? ）
A.?0.8× 10?8 C???????????????????B.?- 1.2× 10?8 C???????????????????C.?2.0× 10?8 C???????????????????D.?- 3.8× 10?8 C
【答案】 A
【解析】由电荷守恒定律可得，接触前后两小球所带总电荷量不变，则由电荷守恒定律可得 q1+q2=q3+q4
则总电荷量为 q＝q1+q2＝3×10?8C?1×10?8C＝2×10?8C
则已知 q3＝1.2×10?8C
则 q4＝q?q3＝2×10?8C?1.2×10?8C＝0.8×10?8C
故答案为：A。
【分析】利用电荷守恒定律结合接触前后小球A的电荷量可以求出接触后B球的电荷量大小。
8.用中性的丝绸摩擦中性的玻璃棒，结果玻璃棒带上1.6×10－12C的正电荷，元电荷e＝1.6×10-19C，由此可知（ ??）
A.?丝绸的原子核束缚电子的能力比玻璃的强
B.?玻璃棒中有107个质子
C.?有电子从丝绸转移给了玻璃棒
D.?用一个不带电的金属球与玻璃棒接触，金属球必定带上8.0×10－13C的正电荷
【答案】 A
【解析】AC．用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，是玻璃棒上的原子核束缚电子的能力弱，使一部分电子从玻璃棒上转移到丝绸上，玻璃棒因失去电子而带正电，A符合题意，C不符合题意；
B．玻璃棒转移电子数为 1.6×10?121.6×10?19=107 个
但不能确定玻璃棒中质子的个数，B不符合题意；
D．当电荷量平均分配时金属球带上8.0×10－13C的正电荷，两个完全相同的小球接触时电荷量才平均分配，所以金属球所带电荷量不一定为8.0×10－13C，D不符合题意。
故答案为：A。

【分析】利用丝绸摩擦玻璃棒过后的玻璃棒带正电可以判别丝绸获得了电子，其束缚能力比玻璃棒强；只能求出转移的电子数，不能求出玻璃棒中质子的数量；由于只有相同小球其电荷量才可以达到平均等分的效果，所以不能确定金属球带上的电荷量。