2020学年高中物理 专题第1节 电荷及其守恒定律

2020学年高中物理 专题第1节 电荷及其守恒定律

第1节 电荷及其守恒定律 ‎ 一、电荷 ‎1．两种电荷：用毛皮摩擦过的橡胶棒带 电；用丝绸摩擦过的玻璃棒带 电。‎ ‎2．电荷间的相互作用：同种电荷相互 ；异种电荷相互 。‎ 电荷量：电荷的多少。单位：库仑。符号：C。‎ 元电荷：最小电荷量，用e表示。e= 。所有带电体的电荷量或者等于e，或者是e的整数倍。电荷量不能连续变化。‎ 二、电荷守恒定律 电荷既不能 ，也不能消灭，它只能从一个物体 到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分，在转移的过程中，系统的电荷总数保持 。‎ 电荷守恒定律的另一种表述为：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和是保持 的。‎ 三、物体的三种带电方式 ‎1．摩擦起电 两物体相互摩擦，因为不同物质对电子的束缚能力的强弱不同，则对电子束缚能力相对 的失去电子而带 电，而对电子束缚能力相对 的得到电子而带 电。‎ 实质：电子从一个物体转移到另一个物体上，得到电子带 电，失去电子带 电。‎ ‎2．感应起电 感应起电：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 电荷，远离的一端带 电荷，这种现象叫 。利用静电感应使金属导体带电的过程，叫做 。‎ 实质：电荷从物体的一部分 到另一部分。发生感应起电的是 而不是绝缘体。‎ ‎3．接触带电 用带电的物体与不带电的物体或两个带相反电荷但所带电荷量不同的物体接触，都可以使物体 。‎ ‎4．起电的本质 无论是哪种起电方式，其本质都是将正、负电荷分开，使电荷发生 ，并不是创造电荷。‎ 负 正 排斥 吸引 1.60×10–‎‎19 C 创造 转移 不变 不变 较弱 正 较强 负 负 正 异种 同种 静电感应 感应起电 转移 导体 带电 转移 一、三种起电方式的比较 摩擦起电 感应起电 接触起电 产生条件 两种不同绝缘体摩擦 导体靠近带电体 导体与带电体接触 现象 两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能力不同而发生电子得失 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 电荷在物体之间或物体内部的转移 ‎【例题1】关于电现象，下列说法中正确的是 A．感应起电是利用静电感应，使电荷从物体的一部分转移到物体的另一部分的过程 B．带电现象的本质是电子的转移，中性物体得到多余电子就一定带负电，失去电子就一定带正电 C．摩擦起电是普遍存在的现象，相互摩擦的两个物体总是同时带等量同种电荷 D．当一种电荷出现时，必然有等量异种电荷出现，当一种电荷消失时，必然有等量异种电荷同时消失 参考答案：ABD 试题解析：感应起电是利用静电感应，使电荷从物体的一部分转移到物体的另一部分的过程，选项A正确；带电现象的本质是电子的转移，中性物体得到多余电子就一定带负电，失去电子就一定带正电，选项B正确；摩擦起电是普遍存在的现象，相互摩擦的两个物体总是同时带等量异种电荷，选项C错误；当一种电荷出现时，必然有等量异种电荷出现，当一种电荷消失时，必然有等量异种电荷同时消失，选项D正确。‎ ‎【例题2】绝缘细线上端固定，下端悬挂一个轻质小球a，a的表面镀有铝膜。在a的近旁有一绝缘金属球b，开始时a、b都不带电，如图所示。现使a、b分别带正、负电，则 A．b将吸引a，吸住后不放开 B．b将吸引a，接触后又分开 C．a、b之间不发生相互作用 D．b立即把a排斥开 参考答案：B 试题解析：因为a带正电b带负电，异种电荷相互吸引，a将向b靠拢并与b接触；当a与b接触后，将对两球所带的电荷进行重新分配，结果两球带同种电荷，因此两球将会排斥。若原来所带电荷量相等，接触后两球所带电荷中和而不带电，因此分开。‎ 规律总结：‎ 接触带电电荷分配原则 两个带有同种电荷的导体接触，电荷会重新分配，若不受外界影响，两个完全相同的带电导体，接触后再分开，二者将原来所带电荷量的总和平均分配。‎ 两个带有异种电荷的导体，接触后先发生正负电荷的中和，然后剩下的电荷量再进行电荷的重新分配；如果两带电体完全相同，则剩下的电荷平均分配。‎ 二、验电器原理及其用途 ‎1．验电器的原理 当验电器指示系统带电后，由于同种电荷的排斥力使指示器发生偏转，它是从力的角度来反映导体带电的情况。当指示系统具有一定的偏转角时，其重力矩与静电力矩平衡。‎ ‎2．验电器的主要用途 检验物体是否带电，比较带电的种类以及所带电荷量的多少等。‎ ‎【例题3】（2020·浙江教育绿色评价联盟高考适应性试卷）如图所示，是某验电器的结构图。下列相关说法正确的是 A．金属箔张开过程，电势能一定减少 B．金属箔张开过程，电场力一定做负功 C．两金属箔张开，说明金属盘带正电 D．两片金属箔张开时，可能带异种电荷 参考答案：A 试题解析：验电器利用同种电荷互相排斥的原理，当用带电体接触验电器的金属球时，就有一部分电荷转移到验电器的金属箔片上，金属箔带上了同种电荷，这两片金属箔由于带同种电荷互相排斥而张开，在张开的过程中电场力做正功，电势能减少，而验电器只能判断物体是否带电，不能说明是哪种电荷，故也不能说明金属盘带哪种电荷，故A正确，BCD错误。‎ ‎1．关于元电荷，下列说法正确的有 A．元电荷就是指电子和质子 B．元电荷的值通常取e=1.60×10–‎‎19 C C．所有带电体的电荷量都等于元电荷的整数倍 D．元电荷e的数值最早是由美国科学家密立根用实验测得的 ‎2．（2020·天津市宝坻区高一联考）把一个带正电的金属球人跟不带电的同样的金属球B相碰。两球都带等量的正电荷，这是因为 A．A球的正电荷移到B球上 B．B球的正电荷移到A球上 C．A球的负电荷移到B球上 D．B球的负电荷移到A球上 ‎3．如图所示，两个互相接触的导体A和B不带电，现将带正电的导体C靠近A端放置，然后移开A、B，三者均有绝缘支架。则A、B的带电情况为 A．A带正电，B带负电 B．A带负电，B带正电 C．A、B都带正电 D．A、B都带负电 ‎4．（2020·浙江省杭州市高考预测卷）某同学在研究电容式充放电实验时。充满电荷量的平行板电容器竖直放置，同时将一个包裹有铝箔纸的乒乓球放入其中，发现乒乓小球能够在电场的作用下运动起来，你觉得小球的运动状态应该是 A．被吸到一侧的极板上不动 B．处于中间位置不动 C．一直在两极板间来回撞击 D．沿绳子方向弹回 ‎5．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，其中正确的是 A． B．‎ C． D．‎ ‎6．（2020·北京市房山区高三第二次模拟）常见的使物体带电的方法有以下几种，分别是①接触起电；②摩擦起电；③静电感应；④电介质的极化。电介质的极化原理是：一些电介质(绝缘体)的分子在受到外电场的作用时，在跟外电场垂直的两个表面上会出现等量的正、负电荷，这种电荷不能离开电介质，也不能在电介质内部自由移动，叫做束缚电荷。下列选项中正确的是 A．静电感应及电介质极化后，内部场强均处处为零 B．用带电体靠近纸屑时，纸屑会被吸引，这是因为纸屑通过静电感应方式带了电 C．用丝绸摩擦后的玻璃棒靠近验电器的金属球时，靠近金属球时和接触金属球后验电器的金属箔片都会张开一定角度，这两种情况下金属箔片所带电性不同 D．用毛皮摩擦橡胶棒，并用橡胶棒接近碎纸屑，部分纸屑被吸引后马上从橡胶棒上弹开，这一过程的起电方式包括摩擦起电、电介质的极化、接触起电 ‎7．（2020·山东省师范大学附属中学第六次学分认定考试）如图所示，在感应起电中，将带负电的物体靠近原来不带电的绝缘导体MN时，M处将 A．带正电 B．带负电 C．不带电 D．以上答案均有可能 ‎8．（2020·江苏省苏州新区一中高一下学期期末复习）下列关于起电的说法错误的是 A．不管是何种起电方式，都要遵循电荷守恒定律 B．摩擦起电时，失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电 C．摩擦和感应都能使电子转移，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 D．一个带电体接触一个不带电的物体，则两个物体带上等量异种电荷 ‎9．已知π+介子、π—介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克或反夸克）组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷。‎ π+‎ π—‎ u d 带电量 ‎+e ‎－e ‎+‎ 下列说法正确的是 A．π+由u和组成 B．π+由d和组成 C．π—由u和组成 D．π—由d和组成 ‎10．（2020·云南省玉溪市民族中学期末考试）如图是伏打起电盘示意图，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 ‎11．（2020·湖南省郴州市高二上学期抽测）用如图所示的方式能使物体A、B带电。这种起电方式是属于 A．摩擦起电 B．接触起电 C．感应起电 D．以上都不对 ‎12．图中A、B是两个不带电的相同的绝缘金属球，它们靠近带正电荷的金球C。在下列情况中，判断A、B两球的带电情况：‎ ‎（1）A、B接触后分开，再移去C，则A________，B______；‎ ‎（2）A、B接触，先移去C后，再把A、B分开，则A_______，B_______。‎ ‎（3）A、B接触，用手指瞬间接触B后再移去C，则A________，B_______。‎ 电荷，B端感应出正电荷，所以ACD错误，B正确。‎ ‎4．C【解析】乒乓小球能够在电场的作用下运动起来,以小球向右摆动为例，当小球向右摆动与右板接触带上负电，然后根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，知小球向左运动当运动到左板后小球上带的负电荷先与左极板正电荷中和后，再带上正电荷，然后再次根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引小球向右摆动，然后周而复始，故C正确。‎ ‎5．B【解析】由于同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，故验电器的上端应带上与小球异号的电荷，而验电器的箔片上将带上与小球同号的电荷；故只有B符合条件，故选B。‎ ‎【名师点睛】根据电荷间的相互作用，应明确同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。‎ ‎7．B【解析】这是感应起电，当带负电物体靠近带绝缘底座的导体时，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，左端的负电荷受到排斥力运动到右侧，所以M处带负电，故B正确，ACD错误。‎ ‎【点睛】解决本题的关键知道同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。以及知道感应起电的实质是电荷的转移，电荷是守恒的。‎ ‎8．D【解析】不管是何种起电方式，都要遵循电荷守恒定律，故A正确；摩擦起电时，电子发生转移，失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电，故B正确；摩擦和感应起电的原因均为电荷的转移，摩擦和感应都能使电子转移，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，故C正确；接触起电时，两物体只能带上同种电荷，并且只有两物体完全相同时才能带等量电荷，故D错误。‎ ‎【名师点睛】明确电荷守恒定律的内容，知道起电的本质是电荷的转移；并且主要是电子的转移；并能正确进行解释即可求解。‎ ‎9．AD【解析】由题意可知，π+带电荷量为+e，故由u和d组成；π–带电荷量为–e，故由d和组成，所以选项AD正确，BC错误。‎ ‎【名师点睛】基本电荷又称“基本电荷量”或“元电荷”。在各种带电微粒中，电子的电荷量大小是最小的，人们把最小电荷叫做元电荷，也是物理学的基本常数之一，常用符号e表示。基本电荷e=1.6×10–‎19 C，是一个电子或一个质子所带的电荷量。任何带电体所带电荷都是e的整数倍或者等于e。（夸克除外，它是已知唯一的基本电荷非整数的粒子）。‎