版块15 电荷与电路 专题15-1 电荷及电荷守恒定律 （教师版） 初中物理尖子生自主招生培优讲义83讲

专题15-1 电荷及电荷守恒定律 知识·解读 一、电荷 1、两种电荷：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同种电荷相 互排斥，异种电荷相互吸引 2、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，简称库用表示 3、元电荷：最小的电荷量叫做元电荷，用e 表示所有带电体的电荷量或者等于e ，或者 是e 的整数倍 元电荷e 的数值最早是由美国物理学家密立根测得的，在我们的计算中， 可取e＝160×10 － 19 注意： ①元电荷是最小的电荷量，而不是实物粒子，元电荷无正、负之分 ②虽然质子、电子的电荷量等于元电荷，但不能说质子、电子是元电荷 ③电子的比荷：电子的电荷量e 与电子的质量me之比，叫做电子的比荷 二、三种起电方式的比较 摩擦起电 感应起电 接触起电 现象 两绝缘体带上等量异 种电荷 导体两端出现等量异种电荷 导体带上与带电体相 同的电荷 原因 不同物质对电子的束 缚能力不同束缚 能力强的得电 子，带负电；束 缚能力弱的失电 子，带正电 导体中的电子在电荷间相互作 用下发生转移，使靠近带 电体一端所带的电荷电性 与带电体相反；远离带电 体一端与带电体所带电荷 电性相同 在电荷间相互作用 下，电子从一个物 体转移到另一个物 体上 实质 电荷在物体之间或物体内部的转移 三、对电荷守恒定律的理解 1、使物体带电的实质不是创造了电荷，而是物体所带的电荷发生了转移，也就是物体 间或物体内部电荷的重新分布 2、电荷的中和是指带等量异号电荷的两物体接触时，经过电子的转移，物体达到电中 性的过程 3、导体接触带电时电荷量的分配与导体的材料、形状、大小有关，当两个完全相同的 第 1 页 / 共 12 页 金属球接触后，电荷将平均分配，即最后两个球一定带等量的同种电荷 四、验电器的原理和使用 验电器的两种应用方式及原理： 1、带电体接触验电器：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，物体 所带电荷量越多，电荷转移的越多，斥力越大，张开的角度也越大 2、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，而金属箔片上会感应出同种电荷(感应起电)，两箔片在斥力作用下张 开 典例·解读 类型一、 三种起电方式判断 例1、如图所示，放在绝缘支架上带正电的导体球，靠近放在绝缘支架上不带电的导体 B，导体B 用导线经开关接地，现把S 先合上再断开，再移走，则导体 B( ) 不带电 B 带正电 带负电 D 不能确定 【答】 【解析】根据静电感应现象和电荷间的相互作用，可判断导体B 带负电，故选 感应起电的判断方法 1 当带电体靠近导体时，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，如 图甲所示 2 导体接地时，该导体与地球可视为一个导体，而且该导体可视为近端导体，带异种电荷，地球 就成为远端导体，带同种电荷，如图乙、丙所示 例2、把一个轻质的小球靠近用毛皮摩擦过的橡胶棒时，它们相互吸引，则这个小球( ) 、一定不带电 B、一定带负电 、一定带正电 D、可能不带电 第 2 页 / 共 12 页 【答】D 【解析】本题考查电荷间的相互作用规律。用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，把一个轻质的小球靠近 用毛皮摩擦过的橡胶棒时，它们相互吸引，则这个小球可能带正电或不带电。 类型二、电荷守恒定律及其分配规律 例3、完全相同的两金属小球、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，先后与、B 接触后移开 (1)若、B 两球带同种电荷，接触后两球的电荷量大小之比为多大？ (2)若、B 两球带异种电荷，接触后两球的电荷量大小之比为多大？ 【答】(1)2∶3；(2)2∶1 (1)设、B 带电荷量均为q，则、接触后，、带电荷量为q＝q＝q 与B 球接触后，B、所带电荷量为：qB＝q′＝＝q 故、B 带电荷量大小之比为＝＝ (2)设带正电，B 带负电，且所带电荷量大小均为q 则与接触后，、带电荷量为q＝q＝＋q 与B 接触后，B、带电荷量为qB＝q″＝＝－q， 故、B 带电荷量大小之比为＝＝ 两金属导体接触后电荷量的分配规律 1 当两个导体材料、形状不同时，接触后再分开，只能使两者均带电，但无法确定电荷量的多少 2 若使两个完全相同的金属球带电荷量大小分别为q1、q2，则有 (1)⇒⇒⇒ (2)⇒⇒⇒ 第 3 页 / 共 12 页 类型三、验电器原理及使用 例4、取两个相同的验电器和B，使带电，B 不带电，可以看到的 金属锡箔张开，B 的金属锡箔闭合(如图)。用带绝缘柄的金属 棒将和B 上的金属球连接起来，则、B 金属箔张角的变化情况 是( ) 、和B 都不变 B、变小，B 张开 、变大，B 不变 D、闭合，B 张开 【答】B 【解析】本题考查验电器的原理和使用。带电，B 不带电，用带绝缘手柄的金属棒将、B 连接起来， 连接的瞬间，电荷从转移到B，使B 带上电荷，B 的金属箔因带同种电荷相互排斥而张开； 带的电荷减少，金属箔片张角变小。 例5、使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，如图所示表示验电 器上感应电荷的分布情况，正确的是( ) 【答】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 子被排斥到最远端，这样验电器的上部将带正电荷，箔片带负电荷故选项B 正确 培优·训练 一、判断题 (1)丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒带正电，证明正电荷从丝绸转移到玻璃棒上( ) (2)摩擦起电的过程是电子从一个物体转移到另一个物体的过程( ) (3)带正电的物体与不带电的物体B 接触后，电子由B 转移到上，B 将带正电( ) 第 4 页 / 共 12 页 (4)带正电的物体靠近不带电的枕形导体B，如图所示，端将带正电，B 端带负电( ) (5)电子的电荷量e 的数值最早是由库仑通过实验测出的( ) (6)元电荷是最小的带电体( ) (7)元电荷就是质子或电子( ) (8)所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍( ) (9)元电荷是表示跟电子所带电荷量数值相等的电荷量( ) 二、选择题 1、把餐巾纸摩擦过的塑料吸管放在支架上，吸管能在水平面自由转动。 如图所示，手持带负电的橡胶棒，靠近吸管端，端会远离橡胶棒。 实验中( ) 、吸管不带电 B、吸管带正电 、摩擦时，吸管得到电子 D、与吸管摩擦的餐巾纸一直不带电 2、如图所示，用毛皮摩擦过的橡胶棒接触验电器的金属球，发现验电器的 两片金属箔张开，以下说法正确的是( ) 、金属球带负电，金属箔带正电 B、金属球和金属箔都带正电 、两片金属箔都带负电，由于互相排斥而张开 D、两片金属箔都带正电，由于互相排斥而张开 3、如图所示，通草球甲、乙相互排斥，甲、丙相互吸引，如果已知甲带正电，那么乙、 丙的带电情况是( ) 、乙带负电、丙带正电 B、乙带正电、丙带正电 、乙带负电、丙带负电或不带电 D、乙带正电、丙带负电或不带电 4、用丝绸摩擦两根玻璃棒，手持一根玻璃棒，靠近另一根被吊起的玻璃棒时，现象如图5 甲箭头所示远离而手持用毛皮摩擦过的橡胶棒，靠近被吊起的用丝绸摩擦过的玻璃棒时， 现象如图乙箭头所示靠近那么( ) 、图甲中两玻璃棒互相吸引 B、图乙中橡胶棒与玻璃棒互相排斥 、图甲、乙中的玻璃棒带异种电荷 D、图乙表明异种电荷互相吸引 5、如图所示，用丝绸摩擦过的玻璃棒和验电器的金属球接 第 5 页 / 共 12 页 触，使验电器的金属箔片张开，关于这一现象下列说法正确的是( ) 、两片金属箔片上带异种电荷 B、两片金属箔片上均带负电荷 、金属箔片上有电子转移到玻璃棒上 D、将玻璃棒移走，则金属箔片立即合在一起 6、如图所示，某次实验老师用丝绸摩擦过的玻璃棒(带正电)去吸引细碎的锡箔屑，发现锡 箔屑被吸引到玻璃棒上后又迅速的向空中散开，下列说法正确的是( ) 、锡箔屑被吸引过程会因为获得电子而带负电 B、锡箔屑被吸引过程是减速过程 、最后锡箔屑散开主要是因为碰撞导致 D、散开时锡箔屑带正电 7、下列说法正确的是( ) 、物体所带的电荷量可以为2×10－19 B、不带电的物体上，既没有正电荷也没有负电荷 、摩擦起电的过程，是靠摩擦产生了电荷 D、利用静电感应使金属导体带电，实质上是导体中的自由电子趋向或远离带电体 8、如图所示，Q 带负电荷，导体P 在处接地，下列说法中正确的是( ) 、导体P 的端不带电荷，b 端带负电荷 B、导体P 的端带正电荷，b 端不带电 、导体P 的端带正电荷，b 端带负电荷，且正、负电荷的电荷量相等 D、导体P 的端带正电荷，b 端带负电荷，正电荷的电荷量大于负电荷的电荷量 9、如图所示，、B 为带异种电荷的小球，将两条不带电的导体棒、D 放在两球 之间，在用导线将棒左端点x 和D 棒右端点y 连接起来的瞬间，导线中自由 电子移动的方向是( ) 、x→y B、y→x 、没有电流 D、先是y→x，然后x→y 10、吉尔伯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的金属棒接触验电器的金属球，金属 箔片的张角将( ) 、先变小后变大 B、变大 、变小 D、先变大后变小 11、(多选)关于摩擦起电和感应起电的理解，下列说法中正确的是( ) 、摩擦起电说明电荷能够被创造 第 6 页 / 共 12 页 B、摩擦起电现象说明通过摩擦可以使电荷从一个物体转移到另一个物体上 、感应起电说明电荷从带电的物体转移到原来不带电的物体上去了 D、感应起电说明电荷可以从物体的一个部分转移到物体的另一个部分 12、(多选)原来甲、乙、丙三物体都不带电，今使甲、乙两物体相互摩擦后，乙物体再与 丙物体接触，最后，得知甲物体带正电荷16×10－15 ，丙物体带电荷量的大小为 8×10－16 则对于最后乙、丙两物体的带电情况，下列说法中正确的是( ) 、乙物体一定带有负电荷8×10－16 B、乙物体可能带有负电荷24×10－15 、丙物体一定带有正电荷8×10－16 D、丙物体一定带有负电荷8×10－16 13、保护知识产权，抑制盗版是我们每个公民的责任与义务，盗版书籍不但影响我们的学 习效率，甚至会给我们的学习带来隐患某同学有一次购买了盗版的物理参考书，做练习 时，发现有一个带电质点的电荷量数据看不清，只能看清是9 ×10－18 ，拿去问 老师如果你是老师，你认为该带电质点的电荷量可能是下列数据中的哪一个( ) 、92×10－18 B、94×10－18 、96×10－18 D、98×10－18 14、(多选)有、B、三个完全相同的金属球，带12×10－4 的正电荷，B、不带电，现用相 互接触的方法使它们都带电，则、B、所带的电荷量可能是下面哪组数据( ) 、40×10－5 ,40×10－5 ,40×10－5 B、60×10－5 ,40×10－5 ,40×10－5 、60×10－5 ,30×10－5 ,30×10－5 D、50×10－5 ,50×10－5 ,50×10－5 三、填空题 1、将塑料绳的一端扎紧，尽可能将其撕成更多的细丝，用干燥的手从上向下捋几下，观 察到如图所示的现象，这是因为塑料丝带了_ ________ 电荷(选填“同种”或“异种”)， 这种使塑料丝带电的方法称为_ ________ ，塑料丝带电的实质是_ ________ 在物体间转 移。 2、用在干燥的头发上梳过的塑料梳子靠近细细的水流，会观察到如图所示的惊奇的 现象。这是由于梳子摩擦后_ ________ ，会吸引细细的水流；当梳子靠近带负电的 小球时，小球被排斥说明梳子带_ ________ 电。 3、有三个相同的金属小球、B、，其中小球带有20×10－5 的正电荷，小球B、不 带电，现在让小球先与球接触后取走，再让小球B 与球接触后分开，最后让小球 B 与小球接触后分开，最终三球的带电荷量分别为q＝_ ________ _ _______ ， qB＝_ ________ _ ________ ，q＝_ ________ _ ________ 四、计算题 1、11 多少个电子的电荷量等于－32×10－5 ？干燥的天气一个人脱了鞋在地毯上走，身 上聚集了－48×10－5 的电荷此人身上有多少个剩余电子？他的质量因聚集电子而增加 第 7 页 / 共 12 页 了多少？(电子质量me＝91×10－31 kg，电子电荷量e＝－16×10－19 ) 2、如图所示，大球原来的电荷量为Q，小球B 原来不带电，现在让小球与大球接触，达 到静电平衡时，小球获得的电荷量为q；现给大球补充电荷，使其电荷量为Q，再次让 小球接触大球，每次都给大球补充到电荷量为Q，问：经过反复足够多次接触后，小球 的带电荷量为多少？ 第 8 页 / 共 12 页 专题15-1 电荷及电荷守恒定律 例1、【答】 【解析】根据静电感应现象和电荷间的相互作用，可判断导体B 带负电，故选 感应起电的判断方法 1 当带电体靠近导体时，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，如图甲所示 2 导体接地时，该导体与地球可视为一个导体，而且该导体可视为近端导体，带异种电 荷，地球就成为远端导体，带同种电荷，如图乙、丙所示 例2、【答】D 【解析】本题考查电荷间的相互作用规律。用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，把一个轻质的 小球靠近用毛皮摩擦过的橡胶棒时，它们相互吸引，则这个小球可能带正电或不 带电。 例3、【答】(1)2∶3；(2)2∶1 (1)设、B 带电荷量均为q，则、接触后，、带电荷量为q＝q＝q 与B 球接触后，B、所带电荷量为：qB＝q′＝＝q 故、B 带电荷量大小之比为＝＝ (2)设带正电，B 带负电，且所带电荷量大小均为q 则与接触后，、带电荷量为q＝q＝＋q 与B 接触后，B、带电荷量为qB＝q″＝＝－q， 故、B 带电荷量大小之比为＝＝ 两金属导体接触后电荷量的分配规律 1 当两个导体材料、形状不同时，接触后再分开，只能使两者均带电，但无法确定电荷量 的多少 2 若使两个完全相同的金属球带电荷量大小分别为q1、q2，则有 (1)⇒⇒⇒ (2)⇒⇒⇒ 例4、【答】B 第 9 页 / 共 12 页 【解析】本题考查验电器的原理和使用。带电，B 不带电，用带绝缘手柄的金属棒将、B 连接起来，连接的瞬间，电荷从转移到B，使B 带上电荷，B 的金属箔因带同种 电荷相互排斥而张开；带的电荷减少，金属箔片张角变小。 例5、【答】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被排斥到最远端，这样验电器的上部将带正电荷，箔片带 负电荷故选项B 正确 培优·训练 一、判断题 (1) ×(2) √ (3) √(4) × (5) × (6) × (7) × (8) √ (9) √(10) 二、选择题 1、 【解析】本题考查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，该吸 管端与带负电的橡胶棒相互排斥，故吸管带负电荷，、B 错误；摩擦起电的实质是发生 了电子的转移，塑料吸管带负电荷是因为电子由餐巾纸上转移到吸管上，餐巾纸因失去 电子而带正电，正确、D 错误。 2、 【解析】本题考查验电器的原理及使用。根据正负电荷的定义可知，毛皮摩擦过的橡胶棒 带负电，将它与验电器的金属球接触后，金属箔片会带上负电，因为同种电荷相互排斥， 所以验电器中闭合着的金属箔片会张开一个角度。 3、D 【解析】本题考查电荷间的相互作用规律和带电体的性质。根据电荷间的相互作用规律， 甲带正电，甲、乙相互排斥，可判断甲、乙一定带同种电荷，即乙一定带正电。因为甲 与丙相互吸引，存在两种可能的情况：一是甲与丙带异种电荷，即丙带负电；二是丙不 带电，被甲吸引的原因是带电体具有吸引轻小物体的性质。故选D。 4、D 5、 解析 自然界只存在两种电荷，正电荷和负电荷丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，若将其接触 验电器的金属球，此时两个箔片均带正电荷；在此过程中，一部分电子会从验电器向玻 璃棒转移；移走玻璃棒时，箔片仍带电，不会立即合在一起选项正确 第 10 页 / 共 12 页 6、D 解析 带电体具有吸引轻小物体的性质，锡箔屑被吸引接触而带正电，故错误；锡箔屑被 吸引过程是加速过程，故B 错误；最后锡箔屑散开主要是因为锡箔屑带正电，同种电 荷相互排斥导致，故错误，D 正确 7、D 解析 元电荷所带电荷量160×10－19 ，物体所带电荷量是元电荷所带电荷量的整数倍， 故项错；物体不带电，是由于其内部正、负电荷的数量相等，对外不显电性，故B 项 错；电荷既不会创造，也不会消灭，摩擦起电同样不会创造电荷，是一个物体失去电子， 另一个物体得到电子的过程，故项错；自由电子是金属导体中的自由电荷，在带电体的 作用下，导体中的自由电子会趋向或远离带电体，使导体两端带等量异种电荷，选项D 正确 8、B 解析 金属导体P 接地时与大地组成一个新的导体，为靠近Q 的一端，而大地为远离Q 的 一端，由于静电感应，靠近Q 的一端会带上与Q 相反的电荷，即带上正电荷，大地端 则带上与Q 相同的电荷，b 端则不带电荷，故B 正确 9、B 解析 由于同种电荷相斥，异种电荷相吸，在、D 组成的导体中自由电子沿y 向x 运动， 在中聚集负电荷，在D 中聚集正电荷，B 正确 10、 解析 带大量负电的金属棒接触验电器的金属球时，验电器上所带的正电荷先被负电荷中 和，验电器所带电荷量减少，金属箔片张角变小；中和后，多余的负电荷又会转移到验 电器上，使金属箔片的张角再次变大 11、BD 12、D 解析 由于甲、乙、丙原来都不带电，甲、乙相互摩擦导致甲失去电子而带16×10－15 的 正电荷；乙物体得到电子而带16×10－15 的负电荷；乙物体与不带电的丙物体相接触， 从而使一部分负电荷转移到丙物体上，故可知乙、丙两