高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电荷导学案

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电荷导学案，共14页。学案主要包含了电荷，静电感应，电荷守恒定律，元电荷等内容，欢迎下载使用。

一、电荷
1．自然界中有两种电荷：________电荷和________电荷．
2．电荷间的相互作用：同种电荷相互________，异种电荷相互________．
3．电荷量：电荷的多少，用Q或q表示．在国际单位制中的单位是________，符号是________．正电荷的电荷量为________值，负电荷的电荷量为________值．
4．摩擦起电及其原因
(1)摩擦起电：由于________而使物体带电的方式．用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电．
(2)原因：当两种物质组成的物体互相摩擦时，一些受束缚较弱的电子会转移到另一个物体上，于是，原来电中性的物体由于得到电子而带________，失去电子的物体则带________．
二、静电感应
1．静电感应现象：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________带电体，使导体靠近带电体的一端带________电荷，远离带电体的一端带________电荷，这种现象叫作静电感应．
2．感应起电：利用________使金属导体带电的过程．
三、电荷守恒定律
1．电荷守恒定律：电荷既不会________，也不会________，它只能从一个物体转移到________，或者从物体的一部分转移到________；在转移过程中，电荷的________保持不变．
2．电荷守恒定律的更普遍表述是：一个与外界没有电荷交换的系统，____________保持不变．
四、元电荷
元电荷不是实物粒子，无正、负之分．
1．元电荷：最小的电荷量，e＝________C，由________测得．
所有带电体的电荷量都是e的________．
2．电子的比荷：电子的________与其________之比．
【情境思考】
如图所示，均不带电的橡胶棒与毛皮摩擦后，橡胶棒带负电，毛皮带正电，判断以下问题．
(1)橡胶棒上的电子转移到了毛皮上．( )
(2)毛皮上的电子转移到了橡胶棒上．( )
(3)毛皮与橡胶棒摩擦创造了电荷． ( )
拓展 1 生活实例
拓展 2 1 C的含义
将1 A恒定电流在1 s时间间隔内所传送的电荷量定义为1 C．
拓展3 使金属球感应起电的操作步骤
拓展4 金属的微观结构模型
关于金属中原子核、电子所处的状态及其运动，这里的情景是一种简化描述，但它可以有效地解释与金属导电有关的现象，所以也是一个物理模型．
目标一 电荷及三种起电方式
【导思】——————————————————○
最早的起电方式是用手摩擦琥珀起电，后来发展到用丝绸、法兰绒摩擦琥珀起电，再后来制造出了起电机(如下图)．图甲是摩擦起电机，图乙是感应起电机．
请思考以下问题．
(1)两个绝缘体发生摩擦为什么会带上电荷？
(2)感应起电能发生在绝缘体上吗？原因是什么？


【归纳】——————————————————○
1．三种起电方式的比较
2.感应起电的方法
(1)靠近：带电体C(假设带正电)靠近相互接触的两导体A、B，A为近端，如图甲所示．
(2)分开：保持C不动，用绝缘工具分开A、B，如图乙所示．
(3)移走：移走C，则A带负电，B带正电，如图丙所示．
提醒：感应起电的关键在于带电体没移开之前将导体分成两部分(或先断开接地线)，然后再移走带电体．
【典例】——————————————————○
例1. (多选)关于摩擦起电现象，下列说法正确的是( )
A．摩擦起电使本来没有电子和质子的物体中产生电子和质子
B．两种不同材料的不带电的绝缘体互相摩擦后，同时带上等量异种电荷
C．摩擦起电，可能是因为摩擦导致质子从一个物体转移到了另一个物体而形成的
D．丝绸摩擦玻璃棒时，电子从玻璃棒上转移到丝绸上，玻璃棒因质子数多于电子数而显正电
例2. 如图所示，不带电的金属导体A和B放在绝缘支柱上并相互接触，带正电的小球C靠近A.以下说法中正确的是( )
A．若先将A、B分开，再移走C，A带正电，B带负电
B．若先将A、B分开，再移走C，B带正电，A带负电
C．若先将C移走，再把A、B分开，A带正电，B带负电
D．若先将C移走，再把A、B分开，B带正电，A带负电
思维提升
(1)只有导体中的电子才能自由移动，绝缘体中可以移动的电荷量很少，所以导体能够发生感应起电，而绝缘体不能．
(2)凡是遇到接地问题时，该导体与地球可视为一个更大的导体．该导体可视为近端，带异种电荷，地球可视为远端，带同种电荷，如图．
[训练1] (多选)下列说法中正确的是( )
A．静电感应没有创造电荷，只是电荷从物体的一部分转移到另一部分
B．摩擦起电和感应起电都能使电子转移，只不过前者使电子从一个物体转移到另一个物体上，而后者使电子从物体的一部分转移到另一部分
C．摩擦起电时，一个电中性物体失去一些电子而带正电，另一个电中性物体得到这些电子而带负电
D．一个带电导体接触一个不带电的导体，两个物体可能带上异种电荷
[训练2] 如图所示，第一次用带正电的金属球A靠近不带电的验电器的金属球B时，发现验电器的金属箔片C张开一定的角度；第二次用带正电的金属球A与验电器的金属球B接触一下，同样金属箔片C张开一定角度．关于这两次过程的分析，正确的是( )
A.第一次金属球B带正电荷，金属箔片C带负电荷
B．第一次金属球B带负电荷，金属箔片C带正电荷
C．第二次金属球B带正电荷，金属箔片C带负电荷
D．第二次金属球B带负电荷，金属箔片C带正电荷
目标二 电荷守恒定律 元电荷
【导思】——————————————————○
根据如图所示情景，回答下列问题．
(1)在摩擦起电过程中，一个物体带上了正电荷，另一个物体带上了负电荷，该过程是否创造了电荷？在一个封闭的系统中，电荷的总量会增多或减少吗？
(2)物体所带的电荷量可以是任意的吗？物体所带的电荷量可以是4×10－19 C吗？
(3)电子和质子就是元电荷吗？




【归纳】——————————————————○
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．元电荷作为最小的电荷量，是物理学的基本常量之一，e＝1.60×10－19 C.
(2)元电荷只是一个单位电荷量，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)电荷量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.
【典例】——————————————————○
例3. 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
思维提升
(1)不同物体摩擦时失去电子还是得到电子，取决于相互摩擦的两物体的原子核对电子束缚能力的相对强弱．
(2)任何起电方式都是电荷的转移，在同一隔离系统中正、负电荷的代数和不变．
例4. (多选)关于元电荷，下列说法正确的是( )
A．元电荷实质上是指电子或质子本身
B．所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍
C．元电荷的数值通常取作e＝1.6×10－19 C
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
例5. 完全相同的两金属小球A、B带有相同大小的电荷量，相隔一定的距离．让第三个完全相同的不带电金属小球C，先后与A、B接触后移开．
(1)若A、B两球带同种电荷，求接触后两球带电荷量大小之比；
(2)若A、B两球带异种电荷，求接触后两球带电荷量大小之比．
思维提升
两个完全相同的导体的电荷分布规律
(1)两个完全相同的导体，一个带电，另一个不带电．当两个导体接触后再分开时，两导体所带的电荷量相等，都等于原来电荷量的一半．
(2)两个完全相同的导体，都带有一定量的电荷，若两带电体的电荷量分别为Q1、Q2，则它们接触后再分开都带有的电荷量，式中电荷量Q1、Q2均包含它们的正负号．
(3)两个完全相同的导体的电荷分布规律如图所示．
[训练3] 小华有一次不小心购买了盗版的物理参考书，做练习时，他发现有一个带电体所带的电荷量出现四个关键数字但看不清，便拿来问老师．如果你是老师，你认为可能是下列假设几个数字中的哪一个( )
A．6.2×10－19 C
B．1.28×10－18 C
C．6.6×10－19 C
D．6.8×10－19 C
[训练4] 关于电荷守恒定律，下列叙述不正确的是( )
A.一个物体所带的电荷量总是守恒的
B．在与外界没有电荷交换的情况下，一个系统所带的电荷量总是守恒的
C．在一定的条件下，一个系统内的等量的正、负电荷即使同时消失，也并不违背电荷守恒定律
D．电荷守恒定律并不意味着带电系统一定和外界没有电荷交换
目标三 验电器的原理和使用
【归纳】——————————————————○
验电器的两种应用方式及原理
(1)当带电的物体与验电器上面的金属球接触时，有一部分电荷转移到验电器上，与金属球相连的两个金属箔片带上同种电荷，因相互排斥而张开，如图甲所示．
(2)当带电体靠近验电器的金属球时，带电体会使验电器的金属球带异种电荷，而金属箔片上会带同种电荷(感应起电)，两个金属箔片在斥力作用下张开，如图乙所示．
例6. 用带正电荷的小球靠近不带电的验电器的金属球，结果验电器的金属箔张开，如图甲所示；用带正电荷的小球接触不带电的验电器的金属球，结果验电器的金属箔张开，如图乙所示．关于甲、乙两验电器金属箔带电情况，下列说法正确的是( )
A．甲带正电荷、乙带负电荷
B．甲带负电荷、乙带正电荷
C．都带正电荷
D．都带负电荷
[训练5] (多选)某同学将一根橡胶棒用毛皮摩擦后，先后进行了如下操作：①将橡胶棒靠近(不接触)验电器的金属球(如图甲)；②保持橡胶棒的位置不动，用手接触验电器的金属球(如图乙)；③先把手移开，再把橡胶棒移开(如图丙)．关于验电器的金属箔张开的情况及分析正确的是( )
A．操作①中，验电器金属箔不张开，因为棒与金属球没有接触
B．操作①中，随着棒靠近验电器金属球的过程，金属箔张开的角度越来越大，因为产生的感应电荷越来越多，金属箔上聚集的负电荷也越来越多
C．操作②中，手接触验电器，金属箔闭合，金属球上的电荷通过手导入到大地中
D．操作③中，金属箔从闭合到又张开一定的角度，是因为金属球上的电荷重新分布

1．不带电的玻璃棒与丝绸相互摩擦后都带上了电，如图所示．其原因是( )
A．丝绸创造了负电荷
B．玻璃棒创造了正电荷
C．玻璃棒上有些电子转移到丝绸上
D．丝绸上有些电子转移到了玻璃棒上
2．如图所示是一幅科普漫画，漫画中的英文意思是“(电子)不能被分成两半”．这幅科普漫画要向读者传达的主要物理知识应该是( )
A．电子带负电荷
B．电子是构成原子的粒子
C．电荷既不会创生，也不会消失
D．所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍
3．(多选)如图所示，一把塑料尺与毛巾摩擦过程中，有大量电子从塑料尺转移到了毛巾上．那么根据上述信息，若塑料尺和毛巾都和人体没有电荷交换，下列说法正确的是( )
A.毛巾呈中性
B．毛巾带正电
C．毛巾带负电
D．塑料尺和毛巾带等量异种电荷
4．如图，首先用一根丝绸摩擦过的玻璃棒，靠近不带电验电器的金属小球a，然后用手指瞬间接触一下验电器小球a，最后拿开玻璃棒．验电器小球a和金属箔b的带电情况是( )
A．手指接触验电器小球a后拿开玻璃棒前，a不带电、b带正电
B．手指接触验电器小球a后拿开玻璃棒前，a、b均带正电
C．拿开玻璃棒后a、b带负电
D．拿开玻璃棒后a带负电，b带正电
第九章 静电场及其应用
1．电荷
导学 掌握必备知识
一、
1．正 负
2．排斥 吸引
3．库仑 C 正 负
4．(1)摩擦 (2)负电 正电
二、
1．远离 异种 同种
2．静电感应
三、
1．创生 消灭 另一个物体 另一部分 总量
2．电荷的代数和
四、
1．1.60×10－19 密立根 整数倍
2．电荷量e 质量me
情境思考
答案：(1)× (2)√ (3)×
共研 突破关键能力
目标一
提示：(1)两个绝缘体摩擦时，其中一个物体失去电子，另一个物体得到电子，分别带上了正、负电荷．
(2)感应起电不会发生在绝缘体上．因为绝缘体中可以自由移动的电子很少．
[例1] 解析：摩擦起电的实质是两个物体的原子核对核外电子的束缚能力不相同，因而电子可以在物体间转移．若一个物体失去电子，其质子数就会比电子数多，我们说它带正电；若一个物体得到电子，其质子数就会比电子数少，我们说它带负电．使物体带电并不是创造出电荷．故B、D正确．
答案：BD
[例2] 解析：带正电的小球C靠近A，由于感应起电，A带负电，B带正电．若先将A、B分开，再移走C，则A整体带负电，B整体带正电，故A错误，B正确；若先将C移走，则A、B上的电荷又马上中和，不再带电，再把A、B分开，A、B都不带电，故C、D错误．
答案：B
[训练1] 解析：静电感应没有创造电荷，只是电荷从物体的一部分转移到另一部分，故A正确；摩擦起电和感应起电都能使电子转移，只不过前者使电子从一个物体转移到另一个物体上，而后者使电子从物体的一部分转移到另一部分，故B正确；摩擦起电时，一个电中性物体失去一些电子而带正电，另一个电中性物体得到这些电子而带负电，故C正确；一个带电导体接触另一个不带电的导体时，电荷发生转移，两个物体一定带同种电荷，故D错误．
答案：ABC
[训练2] 解析：第一次用带正电的金属球A靠近不带电的验电器的金属球B时，验电器的金属箔片C张开一定的角度，这种使金属箔片带电的方式称为感应起电，金属球B带负电荷，金属箔片C带正电荷，A错误，B正确；当带电的物体与验电器上面的金属球接触时，与金属球相连的两个金属箔片张开一定角度，这种使金属箔片带电的方式称为接触起(带)电，金属球B和金属箔片C都带正电荷，C、D错误．
答案：B
目标二
提示：(1)摩擦起电的过程并没有创造电荷．一个封闭的系统中，电荷的总量保持不变．
(2)物体所带的电荷量不是任意的，它只能是1.60×10－19 C的整数倍．因为4×10－19 C是1.60×10－19 C的2.5倍，所以物体所带的电荷量不能是4×10－19 C.
(3)元电荷是最小的电荷量，是一个数值，不是实物粒子；电子和质子是实物粒子，不是元电荷，带电荷量等于元电荷．
[例3] 解析：甲、乙两个物体相互摩擦，甲带1.6×10－15 C的正电荷，那么由电荷守恒定律可知，乙应带1.6×10－15 C的负电荷，即甲失去了104个电子，乙得到了104个电子，所以选项B正确．
答案：B
[例4] 解析：元电荷实际上是指电荷量，数值为1.6×10－19 C，不是指某个具体的带电粒子，如电子、质子，故A错误，C正确；元电荷是电荷量的数值，没有正、负电性的区别，宏观上所有带电体的电荷量一定是元电荷的整数倍，故B正确；元电荷的具体数值最早是由密立根用油滴实验测得的，测量精度相当高，故D正确．
答案：BCD
[例5] 解析：(1)设A、B所带电荷量均为q，则A、C接触后，A、C带电荷量为qA1＝qC1＝q.
C与B接触后，B、C带电荷量为qB1＝qC2＝＝q.
故A、B带电荷量大小之比为＝＝.
(2)设A带正电荷，B带负电荷，且所带电荷量大小均为Q.
则C与A接触后，A、C带电荷量为Q′A＝Q′C＝＋Q.
C与B接触后，B、C带电荷量为Q′B＝Q″C＝＝－Q，
故A、B带电荷量大小之比为＝＝.
答案：(1)2∶3 (2)2∶1
[训练3] 解析：电子的电荷量大小是最小的，人们把最小电荷量叫作元电荷，任何带电体所带电荷量都是e的整数倍．因此该带电体所带电荷量为元电荷e＝1.6×10－19 C的整数倍．n1＝＝3.875，故A错误；n2＝＝8，故B正确；n3＝＝4.125，故C错误；n4＝＝4.25，故D错误．
答案：B
[训练4] 解析：根据电荷守恒定律，单个物体所带电荷量是可以改变的，在与外界没有电荷交换的情况下，一个系统所带的电荷量总是守恒的．若一个系统内的等量的正、负电荷同时消失，并不违背电荷守恒定律，电荷守恒定律并不意味着带电系统一定和外界没有电荷交换．A错误，B、C、D正确．
答案：A
目标三
[例6] 解析：题图甲中，验电器本来不带电，由于异种电荷相互吸引，带正电荷的小球靠近验电器的金属球时，使得金属球带负电荷，从而导致金属箔带上正电荷；题图乙中，用带正电荷的小球接触不带电的验电器的金属球，这时验电器无论是金属球还是金属箔都带上了正电荷．
答案：C
[训练5] 解析：操作①中，用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，靠近验电器的金属球时，由于静电感应，验电器的金属球带正电，而金属箔带负电，从而张开；随着棒靠近验电器金属球的过程，金属箔张开的角度越来越大，是因为产生的感应电荷越来越多，金属箔上聚集的负电荷也越来越多，A错误，B正确；操作②中，手接触验电器，自由电子能够定向移动，大地中的正电荷不能定向移动，应表述为自由电子流入大地，使得金属箔闭合，C错误；操作③中，若先把手移开，再把橡胶棒移开，金属箔因带多余负电荷又张开，D正确．
答案：BD
精练 落实学科素养
1．解析：不带电的玻璃棒与丝绸相互摩擦后玻璃棒带正电，丝绸带负电，是因为玻璃棒上有些电子转移到丝绸上，玻璃棒失去电子带正电，丝绸得到电子带负电．
答案：C
2．解析：题干中说“(电子)不能被分成两半”，表达的意思是电子所带的电荷量是最小电荷量，不能再分为更小的电荷量，所有带电体的电荷量都是电子所带电荷量的整数倍．D正确，A、B、C错误．
答案：D
3．解析：摩擦过程中电子转移到了毛巾上，所以毛巾带负电，根据电荷守恒定律可知，塑料尺和毛巾带等量异种电荷，C、D正确，A、B错误．
答案：CD
4．解析：丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，手指接触验电器小球a后拿开玻璃棒前，根据感应起电，可知a带负电，b不带电，故A、B错误；拿开玻璃棒后，a、b电荷重新分布，导致a、b带负电，故C正确，D错误．
答案：C
核
心
素
养
定
位
物理观念
通过摩擦起电形成电荷理解电荷守恒定律．
科学思维
明确三种不同起电方式的本质．
科学探究·
通过静电感应实验和验电器的使用实验体会电荷间的同斥异吸．
科学态度与责任
会用原子结构模型解释摩擦起电的原因，激发对自然的好奇心．
项目
摩擦起电
接触起电
感应起电
实验
毛皮摩擦橡胶棒
带电体接触验电器
带电体靠近验电器
现象
两物体带上等量异种电荷
验电器带上与带电体相同电性的电荷
验电器两端出现等量异种电荷
实质
均为电荷在物体之间或物体内部的转移