1、 第九章 静电场及其应用第一节 电 荷 核心素养明目标核心素养学习目标物理观念1.知道自然界只存在正、负两种电荷；知道同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引；知道电荷量的概念及其国际单位。2.经历摩擦起电和感应起电的实验过程，了解使物体带电的方法，能从物质微观结构的角度认识物体带电的本质。3.理解电荷守恒定律。科学思维运用原子结构模型和电荷守恒的知识分析静电现象，并通过元电荷的学习开解电荷的不连续性。科学探究通过观察和动手实验感受起电现象，理解电荷守恒定律。科学态度与责任通过学习电荷守恒定律，体会自然界中无处不在的守恒，感悟科学的美，体验学习的乐趣。知识点一电荷1物体带电物体具有吸引轻小物体的性质
2、，我们就说它带了电，或有了电荷。2两种电荷(1)自然界中只存在两种电荷：正电荷和负电荷。(2)电荷间的相互作用规律：同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引。注意：两个物体带异种电荷相互吸引，但相互吸引的物体不一定是带异种电荷，因为带电体还具有吸引轻小物体的特性。3电荷量及其单位(1)定义：电荷的多少叫作电荷量，常用符号Q或 q表示。(2)单位：在国际单位制中，电荷量的单位是库仑，简称库，用C表示。(3)正负：电荷有正负之分，正电荷的电荷量为正值，负电荷的电荷量为负值。4物质的微观结构(1)原子结构：原子(2)原子电性：原子核的正电荷数量与电子的负电荷数量一样多，整个原子对外界较远位置表现为电中性。
3、(3)自由电子：金属中原子的外层电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由运动，这种电子叫作自由电子。注意：同一物体分别与不同种类的物体摩擦，该物体所带电荷的种类取决于两种物质的原子核束缚电子的能力的大小，故同一物体与不同种类的物体摩擦时，可能带上不同种类的电荷。5三种起电方式(1)摩擦起电：由于摩擦而使物体带电的方式。原因：当两种物质组成的物体相互摩擦时，一些受原子核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负电，失去电子的物体则带正电。摩擦起电的实质：两个不同物质组成的物体相互摩擦，由于摩擦力做功，一个物体中的电子获得能量，挣脱原子核的束缚转移到另一个物体上。
4、(2)感应起电静电感应：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种电荷，远离带电体的一端带同种电荷的现象。感应起电：利用静电感应使金属导体带电的过程。感应起电的实质：在附近带电体所带电荷的作用下，导体中的自由电子从导体的一部分转移到了另一部分。(3)接触起电：带电体与导体接触时，会使这个导体带电的现象。知识点二 电荷守恒定律1.电荷守恒定律的两种表述表述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；在转移过程中，电荷的总量保持不变。表述2.一个与外界没有电荷交换的系统
5、，电荷的代数和保持不变。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。知识点三元电荷1.定义：实验发现的最小电荷量就是电子所带的电荷量，这个最小的电荷量叫作元电荷，用符号e表示。2.所有带电体的电荷量都是e的整数倍，电荷量是不能连续变化的物理量。3.元电荷的大小：e1.602 176 634
6、1019 C在计算中通常取e1.601019 C。4.电子的比荷：电子的电荷量e与电子的质量me之比。其值1.761011 C/kg。注意：元电荷不是实际的粒子，它表示最小的电荷量，没有正负。5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，e1.601019 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)。易错易混点1.三种起电方式易错易混点辨析：(1)两个不同物体
7、摩擦，分别带等量异种电荷，是摩擦起电。(2)导体与带电导体接触，带同种电荷，是接触起电。(3)导体靠近带电体，导体两端带异种电荷，是感应起电。三种起电方式的比较方式内容摩擦起电感应起电接触起电产生条件两个不同的绝缘体摩擦带电体靠近导体带电体接触导体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”导体带上与带电体电性相同的电荷微观解释不同物质的原子核对核外电子的束缚能力不同，摩擦时会出现电子从一个物体转移到另一个物体的现象导体中的自由电荷受到带电体对它的排斥(或者吸引)，而移向导体的远端(或者近端)电荷间的相互作用使得自由电荷在带电体和导体上转移，且重新分布实质均
8、为电荷在物体之间或物体内部的转移规律及注意事项原子核不能自由移动，相互摩擦的两个物体转移的不可能是正电荷，只能是电子，即带正电的物体一定失去了电子，带负电的物体一定得到了电子感应起电成功的关键是在带电体没移开之前先将导体分成两部分(或先断开接地线)，然后再移去带电体无论是带电体与中性物体接触还是两个带电体接触，转移的一定是带负电的电子例1.如图所示是伏打起电盘的起电示意图，其起电原理是()甲乙丙丁A.摩擦起电 B.感应起电C.接触起电 D.以上三种都不是解析：选B。图中绝缘板带正电，将接地的导电平板靠近带正电的绝缘板，因静电感应，导电平板靠近绝缘板的一侧带负电，另一侧的正电因接地而被中和掉；断
9、开导电平板的接地线，手握绝缘柄将导电平板移开，导电平板上便带上了负电，其起电原理是感应起电。例2. (2022云南玉龙一中高二期末)关于摩擦起电，下列说法中正确的是()A.两个物体相互摩擦时一定会发生带电现象B.摩擦起电的两个物体一定带有等量同种电荷C.在摩擦起电现象中负电荷从一个物体转移到另一个物体D.在摩擦起电现象中正、负电荷同时发生转移解析：选C。两个物体摩擦不一定会发生带电现象，与物质的种类有关，A错误；摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到了另一个物体，并没有创造电荷，也没有电荷消失。所以摩擦起电的两个物体一定带有等量异种电荷，C正确，B、D错误。例3. (2022云南玉龙一中高二期末
10、)关于摩擦起电，下列说法中正确的是()A.两个物体相互摩擦时一定会发生带电现象B.摩擦起电的两个物体一定带有等量同种电荷C.在摩擦起电现象中负电荷从一个物体转移到另一个物体D.在摩擦起电现象中正、负电荷同时发生转移解析：选C。两个物体摩擦不一定会发生带电现象，与物质的种类有关，A错误；摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到了另一个物体，并没有创造电荷，也没有电荷消失。所以摩擦起电的两个物体一定带有等量异种电荷，C正确，B、D错误。易错易混点2.电荷守恒定律及产生静电的微观解释易错易混点辨析：(1).电荷守恒定律适用于任何情况，电荷的减少或者增加都是电荷在两个物体之间或同一物体不同部分之间的转移。
11、(2).物体带电的实质：使物体带电不是创造了电荷，使物体不带电也不是消灭了电荷。物体带电的实质是电荷发生了转移，也就是物体间电荷的重新分配。摩擦起电、感应起电和接触起电，均遵守电荷守恒定律。(3).电子转移规律(a)带正电荷的导体与带负电荷的导体接触，电子由带负电荷的导体转移到带正电荷的导体上。(b)带正电荷的导体与不带电的中性导体接触，电子由不带电的中性导体转移到带正电荷的导体上。(c)带负电荷的导体与不带电的中性导体接触，电子由带负电荷的导体转移到不带电的中性导体上。(4).完全相同的金属球电荷分配规律(a)带同种电荷，总电荷量平分，电荷量分别为Q1和Q2，接触后各自的电荷量相等。Q1Q2
12、。(b)带异种电荷，先中和再平分。电荷量分别为Q1和Q2，接触后各自的电荷量相等。Q1Q2。例4.(2022浙江富阳中学期中)下列关于起电现象的描述，正确的是()A.摩擦起电的本质是创造了新的电荷B.一带正电物体靠近不带电的导体时，不带电的导体将带负电荷C.无论通过何种方式使物体带电，本质都是电荷在物体之间或者内部转移，并没有创造新电荷D.两个完全一样的金属球，一球带电荷量0.4 C，另一球带电荷量0.2 C，两球接触后再分开，则每球带电荷量是0.3 C解析：选C。摩擦起电实质是由于两个物体的原子核对核外电子的约束能力不相同，因而电子可以在物体间转移。若一个物体失去电子，其质子数比电子数多，则
13、带正电荷。若一个物体得到电子，其质子数比电子数少，则带负电荷。使物体带电并不是创造出电荷，故A错误； 带正电的物体靠近不带电的金属导体，由于电子被吸引，导体上靠近带正电物体的部分带负电，远离带正电物体的部分带正电，导体整体不带电，故B错误； 无论通过何种方式使物体带电，本质都是电荷在物体之间或者内部转移，并没有创造新电荷，故C正确； 两个完全一样的金属球，一球带电荷量0.4 C，另一球带电荷量0.2 C，两球接触后再分开，电荷先中和再均分，每球带电荷量是0.1 C，故D错误。例5.完全相同的两金属小球A、B带有相同的电荷量，相隔一定的距离，今让第三个完全相同的不带电金属小球C，先后与A、B接触
14、后移开。(1)若A、B两球带同种电荷，接触后两球的电荷量大小之比为多少？(2)若A、B两球带异种电荷，接触后两球的电荷量大小之比为多少？解析(1)设A、B带同种电荷，带电荷量均为q，则A、C接触后，A、C带电荷量为qAqCqC与B球接触后，B、C所带电荷量为qBqCq故A、B带电荷量大小之比为。(2)设qAq，qBq则C与A接触后，A、C带电荷量为qAqCqC与B接触后，B、C带电荷量为qBqCq故A、B带电荷量大小之比为。易错易混点3.验电器的原理及使用易错易混点辨析：(1).验电器的结构及工作原理如图所示，验电器主要由金属球、金属杆、金属箔、绝缘外壳等构成。其工作原理是当金属球、金属杆及金
15、属箔带电后，根据同种电荷相互排斥，两片金属箔将在斥力作用下张开。(2).验电器的常见用途及使用方法(a)常见用途检验物体是否带电；粗略检验带电荷量的多少；检验电荷的电性(借助于一定的手段)。(b)常见的两种使用方法带电体接触验电器：当带电体与验电器的金属球接触时，金属球带上电荷，与金属球相连的两片金属箔带上同种电荷，因相互排斥而张开。带电体所带电荷量越多，两片金属箔所带电荷量越多，斥力越大，张开的角度也越大。带电体靠近验电器：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感应出异种电荷，而金属箔上会感应出同种电荷，两片金属箔在斥力的作用下张开。例6. (2022贵定中学高二期末)吉尔伯
16、特制作了第一只验电器，后来，英国人格雷改进了验电器，其结构如图所示。验电器原来带正电，如果用一根带大量负电荷的金属棒接触验电器的金属球，金属箔的张角将()A.先变小后变大 B.变大C.变小 D.先变大后变小解析:选A。带大量负电的金属棒接触验电器的金属球使验电器上所带的正电荷先与负电荷中和，验电器带电减少，金属箔张角变小；中和完后，多余的负电荷又会转移到验电器上，使金属箔的张角再次变大，故A正确。例7.(2022浙江嘉兴市第五高级中学高一期中)某同学在研究静电感应时，用带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的金属箔片张开。验电器上感应电荷的分布情况正确的是()解析：选B。由于同种电荷相互排斥，
17、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B正确。针对训练1.下列关于电荷量的说法正确的是()A.物体所带的电荷量可以为任何值B.物体所带的电荷量只能为正值C.物体带电荷量为Q1.6109C，这是因为得到了1.01010个电子D.物体所带电荷量的最小值是1.61018C解析：选C。元电荷是最小的电荷量，物体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍，选项A错误；正电荷所带的电荷量为正值，负电荷所带的电荷量为负值，选项B错误；元电荷e1.601019C，物体所带的电荷量为Q1.6109C，这是因为得到了1.01010个电子，选项C正确；元电荷是最小的
18、电荷量，其值为e1.601019C，物体所带电荷量的最小值为1.601019C，选项D错误。2.(2022上海浦东高二期末)现有a、b、c、d四个带电球，已知d带正电，a和c相互排斥，c和d相互吸引，而b和d相互排斥，则()A.a、c带负电，b带正电B.a带负电，b、c带正电C.b带负电，a、c带正电D.a所带电性不能确定解析：选A。由于a、b、c、d是四个带电球，d带正电，a、c排斥，即a、c带同种电荷，c、d相互吸引，故a、c带负电，同时由于b和d相互排斥，故b带正电。综上所述，a、c带负电，b带正电。故A正确，B、C、D错误。3.(2022广西柳州市高二学业考试)将带正电荷的小球靠近绝缘
19、柱上不带电的导体，导体表面感应电荷分布大致为()解析：选A。带正电荷的小球靠近绝缘柱上不带电的导体，由于电荷间的相互作用，导体内部负电荷向左移动，导致导体左端聚集负电荷而带负电，右端因失去负电荷而带正电，故A正确，B、C、D错误。4.如图所示，不带电的枕形导体的A、B两端各贴有一对金属箔片。当枕形导体的A端靠近一带正电小球C时，下列现象不可能出现的是()A.A端金属箔片张开，B端金属箔片闭合B.用手触摸枕形导体后，A端金属箔片仍张开，B端金属箔片闭合C.用手触摸枕形导体后，再将手和C都移走，两对金属箔片均张开D.开始两对金属箔片都张开且带异种电荷；用手触摸枕形导体后，再将手和C都移走，此时两对
20、金属箔片都张开且带同种电荷解析：选A。根据静电感应现象，带正电的小球C放在枕形导体A端附近，在A端出现了负电荷，在B端出现了正电荷。A端金属箔片因同带负电荷相斥而张开，B端金属箔片因同带正电荷相斥而张开，A不可能；用手触摸枕形导体后，A端是最近端，而B端不再是最远端，人是导体，人的脚部连接的地球是最远端，这样A端带负电荷，B端不再有电荷，A端金属箔片仍张开，B端金属箔片闭合，B可能；用手触摸枕形导体后，只有A端带负电荷，再将手和C移走，A端所带负电荷便分布在枕形导体上，A、B端均带有负电荷，两对金属箔片均张开，C、D可能。5.M和N是两个原来都不带电的物体，它们互相摩擦后M带1.61019C的
21、正电荷，对此，下列说法正确的是()A.在摩擦前M和N的内部没有任何电荷B.摩擦的过程中电子从N转移到MC.N在摩擦后一定带1.61019C的负电荷D.M在摩擦过程中失去1.61019个电子解析：选C。摩擦前M和N的内部都带电荷，且正电荷和负电荷数目相等，故对外不显电性，故A错误；互相摩擦后M带1.61019C的正电荷，说明失去了负电荷，故电子从M转移到了N，由电荷守恒定律可知，N带1.61019C的负电荷，故C正确，B错误；M在摩擦过程中失去n1个电子，故D错误。6.(2022广西柳州市高二学业考试)放在两个绝缘座上完全相同的金属球M和N，所带电量分别为2q和4q，将两球接触后再分开，M、N的
22、电荷量分别为()A.2q，4q B.6q，6qC.3q，3q D.4q，2q解析：选C。两球完全相同，则接触后电荷均分，则M、N的电荷量均为3q。故C正确。7.金属小球A所带电荷量q13108C，金属小球B所带电荷量q21108C，两小球接触后再分开，若小球A所带电荷量q31.2108C，则小球B所带电荷量q4为()A.0.8108C B.1.2108CC.2108C D.3.8108C解析：选A。由电荷守恒定律可得，接触前后两小球所带总电荷量不变，故q1q2q3q4，则总电荷量为qq1q23108C1108C2108C，已知q31.2108C，则q4qq32108C1.2108C0.8108
23、C，故A正确。8.(多选)某一验电器的金属小球和金属箔片均带负电，金属箔片处于张开状态。现在将带有少量负电荷的硬橡胶棒向验电器的金属小球靠近，则验电器的金属箔片()A.张角增大B.张角减小C.硬橡胶棒的靠近，致使金属小球上的电子向金属箔片移动D.硬橡胶棒的靠近，致使金属箔片上的质子向金属小球移动解析：选AC。带负电的硬橡胶棒靠近验电器，验电器金属小球上的自由电子向远端(金属箔片)移动，金属箔片张角增大。故A、C正确。9.(2022广东汕头高二期末)验电器可以用来检验物体是否带电和所带电性。现将一带电物体靠近原来已带电的验电器的金属球，下列判断正确的是()A.验电器带正电时，若金箔张角变小，可知
24、物体带正电B.验电器带正电时，若金箔张角变大，可知物体带负电C.验电器带负电时，若金箔张角变大，可知物体带负电D.验电器带负电时，若金箔张角变大，可知物体带正电解析：选C。验电器上带正电荷后，验电器上的金箔张开一定角度，如果用另一个带电体靠近验电器的金属球，金箔张角变大，说明带电体带正电，吸引电子向金属球转移；如果金箔张角变小，说明带电体带负电，排斥电子，电子向金属箔转移，选项A、B错误；验电器上带负电荷后，验电器上的金箔张开一定角度，如果用另一个带电体靠近验电器的金属球，金箔张角变大，说明带电体带负电，排斥电子向金属箔转移；如果金箔张角变小，说明带电体带正电，吸引电子向金属球转移，选项C正确
25、，D错误。10.(2022北京高二期末)如图所示，将带正电的导体球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；若沿虚线2将导体分成两部分，这两部分所带电荷量分别为QA和QB。下列说法正确的是()A.QAQB，A部分带正电B.QAQB，A部分带负电C.QAQB，A部分带正电D.QAQB，A部分带负电解析：选A。根据静电感应现象可知，导体近端感应负电荷，远端感应出正电荷，即QA和QA带正电，QB和QB带负电；导体原来不带电，只是在C的电荷的作用下，导体中的自由电子向B部分移动，使B部分多了电子而带负电；A部分少了电子而带正电。根据电荷守恒可知，A部分转
26、移的电子数目和B部分多余的电子数目是相同的，因此无论从哪一条虚线切开，两部分的电荷量总是相等的，即QAQB，QAQB，故B、C、D错误，A正确。11.(2022浙江金华高一期末)某同学做静电感应实验，步骤及结论如下：把不带电的绝缘导体球甲移近带负电的绝缘导体球乙，但甲、乙两球不接触；用手触摸甲球；手指移开；移开乙球；甲球带正电；甲球不带电；甲球带负电。下列操作过程和所得结论正确的有()A.B.C.D.解析：选A。把不带电的绝缘导体球甲移近带负电的绝缘导体球乙，但甲、乙两球不接触；此时用手触摸甲球，由于静电感应，甲球带正电，当手指移开之后，甲球所带正电荷确定无法移走，此时移开乙球，从而甲球带正电
27、，A正确，D错误；把不带电的绝缘导体球甲移近带负电的绝缘导体球乙，但甲、乙两球不接触；用手触摸甲球，此时由于静电感应，甲球带正电，移开乙球后，甲球所带正电荷回到大地，使甲球不带电，在手指移开后，甲球确定不带电，B、C错误。12.有两个完全相同的带电绝缘金属球A、B，分别带有电荷量QA6.4109C，QB3.2109C，让两绝缘金属球接触。接触后，A、B带电荷量各是多少？此过程中电子如何转移？转移了多少个电子？解析：由于QA6.4109C，QB3.2109C，因两金属球完全相同，根据电荷均分规律，两球接触后带电荷量相同：QAQB1.6109C。两球接触时，电子由B向A转移，转移的个数n3.01010(个)。
