高中物理 第1章 电荷的相互作用 1.1 静电现象与电荷守恒学案 沪科版选修31

1.1 静电现象与电荷守恒
1．物体起电的原因
(1)用丝绸摩擦过的玻璃棒和用毛皮摩擦过的橡胶棒能吸引轻小物体，我们就说它们带了电或带了电荷。

(2)物理学规定：用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电。

更多试验结果表明：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

(3)物体是否带电，我们可以用验电器进行检验。

验电器如下图所示，金属球通过金属杆跟可转动的金属指针相连，当带电的玻璃棒接触金属球时，指针就会转过一定角度。

(4)使物体带电的方式有摩擦起电、接触起电和感应起电。

(5)一个带电物体靠近另一个绝缘导体时，导体的电荷分布发生明显的变化，物理学中把这种现象叫做静电感应。

预习交流1
在我国北方天气干燥的季节，脱掉外衣后再去摸金属门把手时，常常会被电击，这是为什么？
答案：在天气干燥的时候，脱掉外衣时，由于摩擦，外衣和身体都带了电，用手去摸金属门把手，身体放电，于是产生电击的感觉。

2．电荷守恒
(1)物体内部存在带负电的电子和带正电的原子核是物体带电的内在原因，如下图所示。

使物体带电的过程实际上是物体得失电子的过程，原来不带电的物体得到电子带负电，失去电子带正电。

(2)电荷守恒定律：电荷既不能被创造，也不能被消灭，只能从物体的一部分转移到另一部分，或者从一个物体转移到另一个物体。

在任何转移的过程中，电荷的总量不变。

(3)元电荷：自然界中最小的电荷单元。

元电荷值e ＝1.6×10－19C ；C 是量度电荷的单位
——库仑，简称库。

预习交流2
有三个完全一样的绝缘金属球，A 球带的电荷量为q ，B 、C 均不带电。

现要使B 球带的
电荷量为3q 8
，应该怎么办？ 答案：A 球与B 球接触，此时各带电荷量为12
q 。

然后B 球与C 球接触，于是各带电荷量为14q 。

再使A 球与B 球接触，各自带电荷量为(12q ＋14q )/2＝38
q 。

一、产生静电的原因
1．一绝缘球A 带正电，用绝缘丝线悬挂的一个轻小物体B 被A 吸引，如图所示。

试分析B 的带电情况。

答案：A 、B 相互吸引，有两种情况：一种情况是A 、B 带异种电荷，另一种情况是A 带电而B 不带电，因为带电体有吸引轻小物体的性质，所以B 可能带负电，也可能不带电。

2. 如图所示，金属导体A 不带电，与外界绝缘，将另一带正电且与外界绝缘的物体B 靠近A ，用手轻轻触摸一下A ，然后，移走B ，试分析导体A 带什么电荷。

答案：当带正电的物体B 靠近金属导体A 时，由于电荷之间的作用力，A 左端感应出负电荷，右端感应出正电荷。

手触摸A 时，A 右端的正电荷因为受到B 球正电荷的排斥力而通过人体转移，A 左端的负电荷因受B 球的正电荷吸引而保留，最终A 带负电。

如图所示，有一带正电的验电器，当一金属球A 靠近验电器的小球B 时，验电器金属箔张角减小，则( )。

A ．金属球可能不带电
B ．金属球可能带负电
C ．金属球可能带正电
D ．金属球一定带负电
答案：AB
解析：验电器的金属箔张开，是因为它们都带有正电荷，而同种电荷相排斥，张开角度的大小决定于两金属箔带电荷量的多少。

若A 球带负电，则它靠近B 球时，异种电荷相互吸引，使金属箔上的正电荷逐渐“上移”(实质是金属导体内的自由电子下移与金属箔上的正电荷中和，使金属箔带的正电减少)，从而使两金属箔夹角减少，B 正确，同时否定C 。

若A 不带电，在靠近B 时，发生静电感应使A 球电荷发生极性分布，靠近B 的一端出现负的感应电荷，而背向B 的一端出现正的感应电荷。

A 球上的感应电荷与验电器上的正电荷发生相互作用，从而使张角减小，选项A 正确，同时否定D 。

(1)无论摩擦起电还是感应起电，本质上都是电子在物体之间或物体内
部转移。

(2)所有带电体的电荷量或者等于e ，或者是e 的整数倍。

(3)感应起电必须注意操作步骤，即保持带电体在附近时，把原来接触的带电体分开，才能使两个导体带电。

二、电荷守恒定律
两个完全相同的金属球接触后，电荷量是怎样分配的？
答案：(1)若初始状态两个小球中仅有一个带电(假设q 1≠0，q 2＝0)，则两球接触后平分电荷量的总量，即q 1′＝q 2′＝q 12
，电性不变。

(2)若初始状态两个小球均带电，则：
①若两球带同种电荷(q 1，q 2)，则两球接触后平分电荷量的总量，即q 1′＝q 2′＝q 1＋q 22，
电性不变。

②若两球带异种电荷(q 1，－q 2)，则两球接触后异种电荷先中和，再平分剩余的净电荷量，即q 1′＝q 2′＝q 1－q 22。

目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u 夸克和d 夸克的两类夸克组成。

u 夸克带电
荷量为＋23e ，d 夸克带电荷量为－13
e ，e 为元电荷。

下列论断可能正确的是( )。

A ．质子由1个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成
B ．质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成
C ．质子由1个u 夸克和2个d 夸克组成，中子由2个u 夸克和1个d 夸克组成
D ．质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和1个d 夸克组成 答案：B
解析：本题主要考查组成原子核的质子和中子的性质，对质子11H ：带电荷量为2×(＋23
e )＋(－13e )＝e ，故由2个u 夸克和1个d 夸克组成；对中子10n ：带电荷量为1×(＋23
e )＋2×(－13
e )＝0，故由1个u 夸克和2个d 夸克组成。

故B 选项正确。

(1)电荷守恒定律——自然界重要的基本规律之一
表述一：电荷既不能创造，也不能消灭，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。

表述二：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是保持不变的。

(2)元电荷
①电荷量：电荷的多少叫电荷量。

在国际单位制中，它的单位是库仑，简称库，用C 表示。

正电荷的电荷量为正值，负电荷的电荷量为负值。

②元电荷：质子和电子所带的电荷量是最小的电荷量，人们把这一最小的电荷量叫做元电荷，用e表示，则e＝1.60×10－19 C。

(3)比荷：物体的电荷量与它的质量之比，叫做比荷。

1．下列说法正确的是( )。

A．玻璃棒与任何物体摩擦都会带上正电荷
B．玻璃棒与其他物体摩擦有可能带上负电荷
C．橡胶棒与任何物体摩擦都会带上负电荷
D．橡胶棒与其他物体摩擦有可能带上正电荷
答案：BD
解析：玻璃棒与丝绸摩擦带了正电荷，说明玻璃棒与丝绸相比，很容易失去电子，所以带上正电荷；玻璃棒与另一种物体摩擦，若这种物体比玻璃棒更容易失去电子，则结果会是玻璃棒带负电荷，因此选项A错，B正确。

同理可得C错，D正确。

2．关于电荷量，以下说法正确的是( )。

A．物体所带的电荷量可以为任意实数
B．物体所带的电荷量只能是某些值
C．物体带正电荷1.6×10－9 C，这是因为失去了1.0×1010个电子
D．物体带电荷量的最小值为1.6×10－19 C
答案：BCD
解析：本题考查元电荷的意义及电荷守恒定律。

3．下列关于验电器的有关说法正确的是( )。

A．将带负电荷的硬橡胶棒与验电器小球接近时，金属箔上质子被吸引从而转移到小球上
B．将带负电荷的硬橡胶棒与验电器小球接近时，小球上电子被排斥从而转移到金属箔C．将带负电荷的硬橡胶棒与原来不带电的验电器小球接触，验电器的金属箔因带负电荷而张开
D．将带负电荷的硬橡胶棒与原来不带电的验电器小球接近，验电器的金属箔因带负电荷而张开
答案：BCD
解析：同种电荷相排斥，异种电荷相吸引。

当带负电荷的硬橡胶棒靠近验电器小球时，其中电子受到排斥力作用而向金属箔转移。

此时金属小球失去电子带正电荷，金属箔得到电子带负电荷。

由于金属箔的两片箔带同种电荷互相排斥而张开。

若金属箔带电荷量越多，则排斥力越大，其张角越大。

当带负电荷的硬橡胶棒接触验电器小球时，在接触前的靠近过程中同样会引起金属小球中的电子向金属箔转移，只是接触后硬橡胶棒上的负电子向金属小球再发生转移。

在固体的起电现象中，能转移的电荷只有电子，质子不能自由移动。

4．使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开。

下图中各图表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是( )。

答案：B
解析：把带电金属球移近不带电的验电器，若金属球带正电荷，则将导体上的自由电子吸引上来，这样验电器的上部将带负电荷，箔片带正电荷；若金属球带负电荷，则将导体上的自由电子排斥到最远端，这样验电器的上部将带正电荷，箔片带负电荷。

选项B正确。

5．有三个完全相同的金属球，球A带大量的正电荷，球B带少量的负电荷，球C不带电，现让球C先跟球A接触，再跟球B接触，再跟球A接触，再跟球B接触，一直这样反复进行下去，最终三个球的带电情况是( )。

A．球A仍带正电，球B仍带负电，球C带正电
B．三个小球带等量同种电荷
C．三个小球都带正电荷，但不等量，球A最多，球B最少
D．不能确定它们是否带等量电荷
答案：B
解析：经过无数次的反复接触，就相当于将三个球同时接触在一起，因此最终会是三个球带等量同种电荷，选项B正确。