高中物理第一章静电场第一节电荷及其守恒定律学案新人教选修

第一节电荷及其守恒定律
【学习目标】
1.知道电荷的种类和电荷相互作用的规律。

2.了解摩擦起电、感应起电等现象，知道摩擦起电和感应起电的本质是电子的转移。

3.理解电荷守恒定律。

并能运用电荷守恒定律分析摩擦起电和感应起电现象。

4.知道电荷量概念及其单位，知道元电荷的值。

【新知预习】
1．自然界存在两种电荷：、
2．电荷间的作用：同种电荷，异种电荷。

3．使不带电的物体通过某种方式转化为带电状态的过程叫。

常见的起电方式
有、和等。

例如：一个带电的金属球跟另一个与它完全相同的不带电的金属球接触后，两者必定带上等量同种电荷；用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带电荷，用丝绸摩擦过的玻璃棒带电；不带电的导体在靠近带电体时，导体中的自由电荷受到带电体的作用而重新分布，使导体的两端出现电荷。

3．电荷守恒定律：
电荷守恒定律是自然界重要的基本定律之一。

在发生正负电荷湮没的过程中，电荷的代数和仍然不变，所以电荷守恒定律现在的表述为：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的保持。

4．电子和质子带有等量的异种电荷，电荷量e＝ C。

实验指出，所有带电体的电荷量都是电荷量e的。

所以，电荷量e称为。

电荷量e的数值最早是由美国物理学家
测得的。

5．原子核的正电荷数量与核外电子的负电荷的数量一样多，所以整个原子对表现为电中性。

6．自由电子：在金属中，离原子核的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中
，这种电子叫自由电子。

失去自由电子的原子便成为带的离子，离子都在自己的平衡位置上振动而不移动，只有自由电子穿梭其中。

所以金属导电时只有在移动。

【导析探究】
导析一: 感应起电的判断方法
①当一个带电体靠近导体时，产生静电感应现象，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；
②凡是遇到接地问题时，该导体与地球可视为一个导体，而且该导体可视为近端物体，带异种电荷，地球就成为远端导体，带同种电荷；
③绝缘体不能被感应起电。

感应起电的实质是导体中的正负电荷在带电体的作用下，发生了分离。

只有导体中的电子才能自由移动，而绝缘体上的电子不能自由移动，所以导体能发生感应起电，而绝缘体不能。

例1 如图所示，A 、B 、C 是三个安装在绝缘支架上的金属体，其中C 球带正电，A 、B 两个完全相同的枕形导体不带电。

试问：
（1）如何使A 、B 都带等量正电？
（2）如何使A 、B 都带等量负电？
（3）如何使A 带负电B 带等量的正电？
例2 绝缘细线上端固定，下端挂一轻质小球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1-2所示，现使b 带正电，则 ( ) A.b 将吸引a ，吸住后不放开 B.b 先吸引a ，接触后又把a 排斥开
C.a 、b 之间不发生相互作用
D.b 立即把a 排斥开
导析二: 电荷守恒问题
①电荷守恒定律和能量守恒定律一样，也是自然界中最基本的守恒定律
②两个完全相同的导体球相互接触后的电荷分配规律：
若为带电导体球和不带电导体球接触，则电荷平分；
若两个带电导体球带同种电荷，则总电荷平分；
若两个带电导体球带异种电荷，则先中和再平分。

例3 两个完全相同的金属球，一个带8106-⨯+C 的电量，另一个带8102-⨯-C 的电量。

把两球接触后再分开，两球分别带电多少？
【当堂检测】
1．关于元电荷的理解，下列说法中正确的是（ ）
A ．元电荷就是电子
B ．元电荷就是质子
C ．元电荷是表示跟电子所带电荷量的数值相等的电荷量
D ．自然界中带电体所带电荷量的数值都是元电荷的整数倍
2．关于摩擦起电和感应起电说法正确的是（ ）
A.摩擦起电是因为电荷的转移，感应起电是因为产生电荷
B.摩擦起电是因为产生电荷，感应起电是因为电荷的转移
C.摩擦起电的两摩擦物体必定是绝缘体，而感应起电的物体必定是导体
D.不论是摩擦起电还是感应起电，都是电荷的转移 B A
C a b
3.如图所示，将带电棒移近两个不带电的导体球，两个导体球开始时互相接触且对地绝缘，下述哪种方法能使两球都带电？（）
A.先把两球分开，再移走棒
B.先移走棒，再把两球分开
C.先将棒接触一下其中的一个球，再把两球分开
D.若保持棒的带电荷量不变，则两导体球不能带电
4．两个完全相同的金属球，一个带q3
-的电量。

把两球接触后再分开，两球分别
+的电量，另一个带q9
带电多少？
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题
1．如图所示，两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为l，在两导线中通有方向垂直于纸面向里的电流。

在纸面内与两导线距离均为l的a点，每根通电直线产生的磁场磁感应强度大小均为B。

若在a点平行于P、Q放入一段长为L的通电直导线，其电流大小为I，方向垂直纸面向外，则关于它受到的安培力说法正确的是
A．大小等于BIL，方向水平向左
B．大小等于BIL，方向水平向右
C．大小等于，方向竖直向下
D．大小等于，方向竖直向上
2．如图所示，置于粗糙水平面上的物块A和B用轻质弹簧连接，在水平恒力F的作用下，A、B以相同的加速度向右运动．A、B的质量关系为m A>m B，它们与地面间的动摩擦因数相同．为使弹簧稳定时的伸长量增大，下列操作可行的是( )
A．仅减小B的质量
B．仅增大A的质量
C．仅将A、B的位置对调
D．仅减小水平面的粗糙程度
3．2013年6月，我国成功发射了搭载3名宇航员(其中一名女士)的“神州十号”飞船，在飞船进入圆形轨道环绕地球飞行时，它的线速度大小( )
A．等于7.9 km/s B．介于7.9 km/s和11.2 km/s之间
C．小于7.9 km/s D．介于7.9 km/s和16.7 km/s之间
4．以下说法中正确的是:（）
A．体积、质量都极小的物体都能看成质点
B．2012年厦门国际马拉松比赛中肯尼亚黑马卡麦斯•皮特以2小时07分37秒获得冠军，这里2小时07分37秒表示时刻
C．在某一段时间内物体运动的路程为零，则该物体一定是静止的
D．速度大小不变的运动就是匀速直线运动
5．如图所示，光滑水平面上放着一长为l质量为M的木块，、一质量为m的子弹从左边以初速度v水平射入木块，恰好没有射穿，则（）
A．最终子弹与木块的速度为零
B．在子弹与木块相互作用的过程中，子弹的位移为l
C．在子弹与木块相互作用的过程中，木块的位移一定为l
D．在子弹与木块相互作用的过程中，因摩擦产生的热量为
6．斜面ABC固定在水平面上，AB面光滑，BC面粗糙，AB长度是BC长度的两倍。

三个相同木块a、b、c 通过轻质光滑定滑轮用细线相连，细线平行于斜面，如图所示。

用手按住c，使其静止在BC上；现撤去c 所受手的作用力，则下列关于木块c的判断，正确的是（）
A．沿BC面下滑
B．沿BC面上滑
C．仍静止，所受摩擦力为零
D．仍静止，所受摩擦力不为零
二、多项选择题
7．如图所示,方盒A静止在光滑的水平面上,盒内有一小滑块B,盒的质量是滑块的2倍,滑块与盒内水平面间的动摩擦因数为μ。

若滑块以速度v开始向左运动,与盒的左、右壁发生无机械能损失的碰撞,滑块在盒中来回运动多次,最终相对于盒静止,则此时盒的速度大小为__________；滑块相对于盒运动的路程为__________。

8．一定质量的理想气体从状态M经历过程1或者过程2到达状态N，其P—V图像如图所示。

对于这两个过程，下列说法正确的是。

A．气体经历过程1，其温度先升高后降低
B．气体在过程1中一直对外做功
C．气体经历过程2，其内能先增大后减小
D．气体在过程2中一直对外放热
E. 气体在过程1中吸收的热量大于过程2中吸收的热量
9．如图，x轴在水平地面内，y轴沿竖直方向。

图中画出了从y轴上沿x轴正向抛出的三个小球a、b和c的运动轨迹，其中b和c是从同一点抛出的，不计空气阻力，则
A．a的飞行时间比b的长
B．b和c的飞行时间相同
C．a的水平速度比b的小
D．b的初速度比c的大
10．下列说法正确的是（）
A．火车过桥要慢行是要避免发生共振损坏桥梁
B．不是所有的波都具有干涉、衍射现象
C．所有的波都具有多普勒效应
D．声波振动的方向与声音传播的方向一致
E. 纵波也能发生偏振现象
三、实验题
11．如图，半径R=0.5m的光滑半圆弧轨道固定在竖直平面内，AB是轨道的竖直直径，轨道下端点B上静止着质量m=2kg的小物块，轨道在B点与倾角θ=30°的传送带(轮子半径很小)上端点相切：电动机带动传送带以v=8m/s的速度逆时针匀速运动，传送带下端点C与水平面CDO平滑连接，B、C间距L=4m；一轻质弹簧的右端固定在O处的挡板上，质量M=10kg的物体靠在弹簧的左端D处。

现将M压缩弹簧一定距离后由静止释放，M在传送带上一直做匀加速直线运动，在轨道上B点M与m正碰(碰撞时间不计)，碰后两物体粘在一起且恰好能沿圆轨道通过A点。

上述过程中，M经C点滑上和经B点离开传送带时，速度大小不变，方向分别变为沿传送带向上和水平向左。

已知M与传送带间的动摩擦因数为
μ=，且m、M均可视为质点，重力加速度大小g=10m/s2，
则：
(1)在圆弧轨道的B点，m、M碰后粘在一起的瞬间对轨道的压力大小；
(2)M在传送带上运动的过程中，求系统由于摩擦产生的热量Q及带动传送带的电动机由于运送M多输出的电能E。

12．在倾角为θ的光滑斜面上，放置一段电流为I、长度为L、质量为m的导体棒（通电电流方向垂直纸面向里），如图所示，问：
(1)若整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，且导体棒静止在斜面上，求导体棒受到的安培力大小和方向；
(2)如果要求导体棒静止在斜面上且对斜面无压力，则所加匀强磁场磁感应强度的大小及方向又如何？
四、解答题
13．在多年前，一辆值勤的警车停在公路边，当警员发现从他旁边以v0＝8m/s的速度匀速行驶的货车有违章行为时，决定前去追赶。

经2.5s，警车发动起来，以加速度a＝2m/s2做匀加速直线运动．试问：
(1)警车发动完成后要多长时间才能追上违章的货车？
(2)在警车追上货车之前，两车间的最大距离是多大？
14．如图，粗糙斜面与光滑水平面通过光滑小圆弧平滑连接，斜面倾角θ=37°。

小滑块(可看作质点)A 的质量为m A=1kg，小滑块B的质量为m B=0.5kg，其左端连接一轻质弹簧。

若滑块A在斜面上受到F=2N，方向垂直斜面向下的恒力作用时，恰能沿斜面匀速下滑。

现撤去F，让滑块A从距斜面底端L=2.4m处，由静止开始下滑。

取g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。

求：
(1)滑块A与斜面间的动摩擦因数；
(2)撤去F后，滑块A到达斜面底端时的速度大小；
(3)滑块A与弹簧接触后的运动过程中弹簧最大弹性势能。

【参考答案】
一、单项选择题
二、多项选择题
7．；
；8．ABE
9．BD
10．AC
三、实验题
11．(1)720N (2)180J 480J
12．(1)mgtanθ 方向水平向右 (2)方向水平
向左
四、解答题
13．（1）10s（2）36m
14．（1）；（2）
；（3）
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题
1．一质点做曲线运动，速率逐渐减小，虚线为运动轨迹，其运动轨迹上某点P、P点速度v的方向、P点加速度a的方向如图所示，其中描述准确的图是
A．B．
C．
D．
2．某交变电路如图甲所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为5：1，R l=30Ω，R2=20Ω。

一示波器接在电阻R1两端，示波器上的电压变化图象如图乙所示。

电压表与电流表均为理想电表，不计示波器的电流对电路的影响，下列说法正确的是
A．电压表的示数为53.1V
B．电流表的示数为0.2A
C．原线圈的输入电压u=250sin50πt(V)
D．电阻R2消耗的电功率为15W
3．中核集团研发的“超导质子回旋加速器”，能够将质子加速至光速的
，促进了我国医疗事业的发展。

若用如图所示的回旋加速器分别加速氕、氘两种静止的原子核，不考虑加速过程中原子核质量的变化，以下判断正确的是
A．氘核射出时的向心加速度大
B．氕核获得的速度大
C．氘核获得的动能大
D．氕核动能增大，其偏转半径的增量不变
4．现代质谱仪可用来分析比质子重很多的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定。

质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的6倍。

此离子和质子的质量比约为
A．3 B．9 C．18 D．36
5．伽利略创造的把实验、假设和逻辑推理相结合的科学方法，有力地促进了人类科学认识的发展。

利用如图所示的装置做如下实验：小球从左侧斜面上的O点由静止释放后沿斜面向下运动，并沿右侧斜面上升。

斜面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐减低的材料时，小球沿右侧斜面上升到的最高位置依次为1、2、3。

根据三次实验结果的对比，可以得到的最直接的结论是
A．小球受到的力一定时，质量越大，它的加速度越小
B．如果小球不受力，它将一直保持匀速运动或静止状态
C．如果小球受到力的作用，它的运动状态将发生改变
D．如果斜面光滑，小球将上升到与O点等高的位置
6．如图所示，倾角为30°的光滑斜面底端固定一轻弹簧，
点为原长位置。

质量为的滑块从斜面上
点由静止释放，物块下滑并压缩弹簧到最短的过程中，最大动能为。

现将物块由
点上方处
的点由静止释放，弹簧被压缩过程中始终在弹性限度内，
取，则下列说法正确的是
A．点到点的距离小于
B．从点释放后滑块运动的最大动能为
C．从点释放滑块被弹簧弹回经过
点的动能小于
D．从点释放弹簧最大弹性势能比从
点释放增加了
二、多项选择题
7．如图，固定在水平桌面上的光滑金属导轨cd、eg处于方向竖直向下的匀强磁场中，金属杆ab与导轨接触良好，在两根导轨的端点d、e之间连接一电阻，其他部分电阻忽略不计，现用一水平向右的恒力F 作用在金属杆ab上，使金属杆由静止开始向右沿导轨滑动，滑动中杆ab始终垂直于导轨，金属杆受到的安培力用F安表示，则下列说法正确的是（）
A．金属杆ab做匀加速直线运动
B．金属杆ab运动过程回路中有顺时针方向的电流
C．金属杆ab所受到的F安先不断增大，后保持不变
D．金属杆ab克服安培力做功的功率与时间的平方成正比
8．下列说法正确的是_________。

A．如果振源停止振动，在介质中传播的波立即消失
B．用单色平行光照射单缝，缝宽不变，光的波长越长，衍射现象越显著
C．太阳光经过偏振片后，光强度减弱，且和医院“B超”中的超声波传播速度相同
D．麦克斯韦关于电磁场的两个基本观点是：变化的电场产生磁场和变化的磁场产生电场
E. 如果测量到来自遥远星系上某些元素发出的光波波长比地球上这些元素静止时发出的波长长，这说明该星系正在远离我们而去
9．我国发射的“神舟八号”飞船与先期发射的“天宫一号”空间站实现了完美对接。

已知“天宫一号”
绕地球做圆轨道运动，轨道半径为r，周期为T，引力常量为G。

假设沿椭圆轨道运动的“神舟八号”环绕地球的运动方向与“天宫一号”相同，远地点与“天宫一号”的圆轨道相切于某点P，并在这点附近实现对接，如图所示。

则下列说法正确的是( )
A．根据题设条件可以计算出地球对“天宫一号”的引力大小
B．根据题中条件可以计算出地球的质量
C．要实现在远地点P处对接，“神舟八号”需在靠近P处之前点火减速
D．“神舟八号”的运行周期比“天宫一号”的小
10．在一东西向的水平直铁轨上，停放着一列已用挂钩链接好的车厢。

当机车在东边拉着这列车厢以大小为a的加速度向东行驶时，链接某两相邻车厢的挂钩P和Q间的拉力大小为F；当机车在西边拉着这列车
厢以大小为的加速度向西行驶时，链接某两相邻车厢的挂
钩P和Q间的拉力大小仍为F。

不计车厢与铁轨间的摩擦，每节车厢质量相同，则这列车厢的节数可能为A．8 B．10 C．15 D．18
三、实验题
11．质量为1.5kg的物体做匀速圆周运动，5s内沿半径为10m的圆周运动了100m，求：
(1)物体线速度的大小；(2)物体所受向心力大小。

12．某PPP3电池，标称电压9V，内阻r约为40，最大允许电流为100mA．现设计如图甲电路图精确测量其电动势和内阻．图中V为电压表，R为电阻箱(阻值范围为0～999.9)，R0为定值电阻，
(1)电压表有以下规格，本实验应选用________.
A．10V，约1K B．10V，约10K
(2)备有的定值电阻R0的规格有以下几种，则本实验应选用_______．
A．50，1.0W
B．500，2.5W
(3)接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值读出电压表的示数U，改变电阻箱阻值R，取得多组数据，作出了如图乙的图线．由图线求得该电池的电动势E=____V，内阻
r=_____．(结果均保留三位有效数字)
四、解答题
13．如图甲所示，在空间存在范围足够大的水平匀强磁场，磁感应强度大小为B，在磁场中竖直固定两根足够长的光滑平行金属导轨，磁场方向垂直导轨平面向里，导轨间距为L，顶端接有阻值为R的电阻，导轨电阻不计。

一根长度为L、质量为m、电阻为r的水平金属棒，以初速度v0从导轨上的MN处开始竖直向上运动，且始终与导轨保持良好接触，当棒运动到MN下方h高度处刚好开始做匀速运动，重力加速度为g，不计空气阻力。

求：
⑴金属棒从开始运动到刚好做匀速运动的过程中，电阻R上消耗的电能；
⑵金属棒从开始运动到刚好做匀速运动所经历的时间；
⑶从微观角度看，金属棒中的自由电荷所受的洛伦兹力在电磁感应能量转化中起着重要作用。

请在图乙中画出金属棒在匀速运动过程中，自由电子所受洛伦兹力的示意图。

14．如图所示，用质量为m=1kg、横截面积为S=10cm2的活塞在气缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与气缸壁之间的摩擦忽略不计。

开始时活塞距气缸底的高度为h=10cm且气缸足够高，气体温度为t=27℃，外界大气压强为p0=1.0×105Pa，取g=10m／s2，绝对零度取－273℃。

求：
(1)此时封闭气体的压强；
(2)给气缸缓慢加热，当缸内气体吸收4.5J的热量时，内能的增加量为2.3J，求此时缸内气体的温度。

【参考答案】
一、单项选择题
二、多项选择题
7．BC
8．BDE
9．BD
10．BC
三、实验题
11．(1)20m/s(2)60N
12．B A 10.0 33.3
四、解答题
13．（1） (2)
(3)见解析14．（1）1.1×105pa（2）87℃。