第四讲 电荷及其守恒定律-【暑假辅导班】2023年新高二物理暑假精品课程（人教版）

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【暑假辅导班】2023年新高二物理暑假精品课程（人教版） 第四讲 电荷及其守恒定律知识点一、电荷1．自然界只存在两种电荷：用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷是一种，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷是另一种．美国科学家富兰克林把前者命名为正电荷，把后者命名为负电荷．2．金属中离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动，这种电子叫自由电子．失去电子的原子便成为带正电的离子．3．使物体带电的方法有三种方式的区别和联系(1)摩擦起电：当两个物体互相摩擦时，一些束缚得不紧的电子往往从一个物体转移到另一个物体，于是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，这就是摩擦起电．(2)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异号电荷，远离的一端带同号电荷．这种现象叫做静电感应．利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电．感应起电的操作步骤：a．使带电体C(如带正电)靠近相互接触的两导体A、B(如图甲)．b．保持C不动，用绝缘工具分开A、B.c．移走C，则A带负电，B带正电(如图乙)．如果先移走C，再分开A、B，那么原来A、B上感应出的异种电荷立即中和，不会使A、B带电．(3)接触起电：用带电物体与不带电物体接触或两个带相反电荷但所带电荷量不同的物体相接触，都可以使物体带电．前一种情况是两物体带同种性质的电荷，如果两个物体相同则平分电荷量，后一种情况是两个物体先中和相同量的异种电荷，然后分配剩余电荷．4．到目前为止，科学实验发现的最小电荷量是电子所带的电荷量．质子、正电子带有跟电子等量的异种电荷．这个最小的电荷用e表示e＝1.60×10－19C知识点二、电荷守恒定理电荷守恒定律：电荷既不能创造，也不能消灭，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．电荷守恒定律也常表述为：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． (1)两种表述：①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；在转移的过程中，电荷的总量保持不变．②一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)区别：第一种表述是对物体带电现象规律的总结，一个原来不带电的物体通过某种方法可以带电，原来带电的物体也可以使它失去电性(电的中和)，但其实质是电荷的转移，电荷的数量并没有减少．第二种表述则更具有广泛性，涵盖了包括近代物理实验发现的微观粒子在变化中遵守的规律，近代物理实验发现，由一个高能光子可以产生一个正电子和一个负电子，一对正负电子可同时湮灭，转化为光子．在这种情况下，带电粒子总是成对产生或湮灭，电荷的代数和不变，即正负电子的产生和湮灭与电荷守恒定律并不矛盾.知识点三、元电荷1．通常把e＝1.60×10－19C的电荷叫做元电荷．所有带电体的电荷都是元电荷的整数倍．元电荷并非是一种电荷，而是最小电荷量值．它也是电荷量的最小单位．常用符号Q或q表示，其国际单位是库仑(C)。2．原子的组成：原子由原子核和核外电子组成，原子核由带正电的质子和不带电的中子组成，核外的电子带负电。通常原子内正、负电荷的数量相同，故整个原子对外表现为电中性。3．自由电子和离子：金属中离原子核最远的电子，往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动，这种能自由活动的电子叫做自由电子，失去这种电子的原子便成了带正电的离子。4．比荷：电子的电荷量e跟电子的质量me之比，叫做电子的比荷，其值为e/me＝1.76×1011 C/kg。5．电荷间的作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。知识点四、接触起电的电荷分配原则两个完全相同的金属球接触后电荷会重新进行分配，如图所示．电荷分配的原则是：两个完全相同的金属球带同种电荷接触后平分原来所带电荷量的总和；带异种电荷接触后先中和再平分．【模型考点剖析】考点1：对感应起电的理解1．过程及现象（1）取一对用绝缘支柱支持的导体A、B，使它们彼此接触。起初它们不带电，贴在它们下面的金属箔是闭合的，如图甲所示。（2）带正电荷的球C移近导体A，可以看到A、B上的金属箔都张开了，这表示A、B上都带了电荷，如图乙所示。（3）如果把A、B分开，然后移去C，可以看到A和B仍带有电荷，如图丙所示。（4）让A、B接触，金属箔就不再张开，表明它们不再带电了。这说明A、B所带的电荷是等量的，互相接触时，等量的正、负电荷发生了中和。甲　　　　　乙　　　　　丙感应起电2．感应起电的本质在导体C上的电荷作用下，导体A、B上的自由电子发生定向移动，由B端移至A端，从而引起A端带负电，B端带正电，此时若将A、B分离，导体A、B则成为带等量异种电荷的带电体。【例1】　如图所示，左边是一个原先不带电的导体，右边C是后来靠近导体的带正电的金属球。若用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开，将导体分为A、B两部分，这两部分所带电荷量的数值分别为QA、QB，则下列结论正确的有(　　)A．沿虚线d切开，A带负电，B带正电，且QB>QAB．只有沿虚线b切开，才有A带正电，B带负电，且QB＝QAC．沿虚线a切开，A带正电，B带负电，且QB>QAD．沿任意一条虚线切开，都有A带正电，B带负电，而QA、QB的值与所切的位置有关考点2：元电荷与电荷守恒定律1．对元电荷的理解（1）元电荷e又称“基本电荷量”，是自然界存在的最小电荷量，最早是由美国科学家密立根用实验测得的。元电荷作为电荷量的单位，是物理学的基本常量之一，e＝1.60×10－19 C。（2）元电荷只是一个电荷量的单位，不是某种电荷，也没有正负，更不是物质。不能说电子或质子是元电荷，因为电子和质子是实实在在的粒子(虽然其所带电荷量为一个元电荷)。2．对电荷守恒定律的理解（1）电荷守恒定律不仅适用于宏观过程(电子的转移)，也适用于微观过程(核反应和粒子的转化过程)。（2）起电过程的实质是物体中正、负电荷的分离或转移。摩擦起电和接触起电是电荷“从一个物体转移到另一个物体”，感应起电是电荷“从物体的一部分转移到另一部分”。（3）电荷的总量是指电荷的代数和。（4）电荷的中和是指正、负电荷的代数和为0。【例2】　甲、乙两个原来不带电荷的物体相互摩擦(没有第三者参与)，结果发现甲物体带了1.6×10－15 C的电荷量(正电荷)，下列说法正确的是(　　)A．乙物体也带了1.6×10－15 C的正电荷 B．甲物体失去了104个电子C．乙物体失去了104个电子 D．甲、乙两物体共失去了2×104个电子【真题分项演练】（2012·浙江高考真题）用金属箔做成一个不带电的圆环，放在干燥的绝缘桌面上．小明同学用绝缘材料做的笔套与头发摩擦后，将笔套自上而下慢慢靠近圆环，当距离约为0.5cm时圆环被吸引到笔套上，如图所示．对上述现象的判断与分析，下列说法正确的是A．摩擦使笔套带电B．笔套靠近圆环时，圆环上、下部感应出异号电荷C．圆环被吸引到笔套的过程中，圆环所受静电力的合力大于圆环的重力D．笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷立刻被全部中和【分类过关检测】一、单选题1．（2023·浙江湖州市·高一期末）功的单位是（　　）A．法拉F B．瓦特W C．库仑C D．焦耳J2．（2023·江苏省镇江第一中学高一月考）如图，将带正电荷Q的导体球C靠近不带电的导体。若沿虚线1将导体分成A、B两部分，这两部分所带电荷量分别为QA、QB；若虚线2将导体分成A、B两部分，这两部分所带电荷量分别为Q'A和Q'B。则（　　）A．QA>QB、Q'A