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第九章 静电场及其应用
Chapter 9
1 电荷
[学习目标]
1. 知道自然界中的两种电荷及它们之间相互作用的规律，知道电荷量的概念及电荷量的单位.
2. 理解摩擦起电和感应起电
3. 掌握电荷守恒定律.
4. 知道元电荷的概念，掌握元电荷的值．
知识点一、电荷
1． 自然界中有两种电荷： 电荷和负电荷．
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，国际单位制中的单位是 ，符号是 .
知识点二、摩擦起电和感应起电（静电感应）
1． 摩擦起电：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 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 电．
2． 摩擦起点原因：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 .
3． 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远离带电体，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．
4． 感应起电：利用 使金属导体带电的过程叫作感应起电．
知识点三、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． 电荷守恒定律的另一表述是：一个与外界没有电荷交换的系统， 保持不变．
知识点四、元电荷
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． 比荷：带电粒子的 与其 的比值．
1． 丝绸摩擦玻璃棒时，电子从玻璃棒转移到丝绸上，玻璃棒因质子数多于电子数而显正电( )
2． 物体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍( )
3． 一个带电体接触一个不带电的物体，两个物体一定会带上等量的同种电荷( )
4． 摩擦可以起电，是普遍存在的现象，相互摩擦起电的两个物体总是同时带等量的异种电荷( )
5． 摩擦和感应都能使电子转移，只不过前者是电子从一个物体转移到另一个物体，后者则是电子从物体的一部分转移到另一部分( )
6． 物体带电荷量为＋1.60×10－9 C，这是因为失去了1.0×1010个电子( )
知识点一：电荷
【探究重点】
1． 元电荷：e＝1.60×10－19 C，所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍．
2． 点电荷：代表带电体的有一定电荷量的点，忽略带电体的大小、形状及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响的理想化模型．
【例题精讲】
1. （2022·上海二模）元电荷是（ ）
A．点电荷 B．质子 C．电子 D．电荷量
【巩固训练】
2. （2022·山西模拟）如图所示，A、B、C三个带电小球用柔软绝缘细线悬挂于天花板上，平衡时细线竖直，三小球处于同一水平面且间距相等，以下关于小球质量、带电情况的说法正确的是（ ）
A．A、C两球质量一定相等 B．A、C两球一定带等量同种电荷
C．A、B两球可能带等量异种电荷 D．A、B、C三球可能带同种电荷
知识点二：三种起电方式
如图所示，取一对用绝缘柱支持的导体A和B，使它们彼此接触．起初它们不带电，贴在下部的金属箔片均是闭合的．
①把带正电荷的物体C移近导体A，金属箔片有什么变化？
②这时把A和B分开，然后移去C，金属箔片是否闭合？
③再让A和B接触，又会看到什么现象？
带正电的物体A与不带电的物体B接触，使物体B带上了什么电荷？在这个过程中电荷是如何转移的？
【探究重点】
1．三种起电方式的比较
摩擦起电
感应起电
接触起电
产生条件
两个不同物体摩擦时
导体靠近带电体时
导体与带电体接触时
现象
两个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”
导体上带上与带电体相同电性的电荷
实质
均为自由电子在物体之间或物体内部的转移
说明
无论哪种起电方式，发生转移的都是电子，正电荷不会发生转移
2.感应起电的操作步骤
步骤
图示(以C带正电为例)
①使带电体C靠近接触的两导体A、B
②保持C不动，用绝缘工具分开A、B
③移走C，则A带上与C电性相反的电荷，B带上与C电性相同的电荷
① 只有导体中的电子才能自由移动.绝缘体中的电子不能自由移动，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导体，而且该导体可视为近端，带异种电荷，地球可视为远端，带同种电荷，如图.
【例题精讲】
3. （2022·江西二模）如图所示，某同学在用毛皮摩擦过的PVC管靠近一细水流，发现细水流向靠近PVC管的方向偏转，下列说法正确的是（ ）
A．摩擦可以创造更多电荷
B．下雨天，实验效果会更明显
C．PVC管所带的电荷量一定是元电荷e的整数倍
D．用丝绸摩擦过的玻璃棒代替本实验的PVC管，细水流会向远离玻璃棒的方向偏转
【巩固训练】
4. (2021·河北保定市高二期末)如图3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( )
图3
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
知识点三：电荷守恒定律及元电荷
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？
4． 两个导体带有等量的异种电荷，当两导体相互接触时发生电中和，即对外不显电性，此过程是不是说明电荷消失了？
【探究重点】
1． 起电过程的实质是物体中正、负电荷的分离或转移．在分离、转移过程中电荷的总量保持不变．也就是说，起电过程就是物体所带电荷量的重新分配．
2． 电荷守恒定律和能量守恒定律一样，都是自然界中最基本的守恒定律，任何带电现象都不能违背电荷守恒定律．
3． 电荷的中和并不是指电荷消失，而是指带等量异种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．
4． 元电荷
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、电子所带的电荷量等于元电荷，但不能说质子、电子是元电荷．
5． 接触起电时电荷量的分配规律
① 两个完全相同的金属球带电荷量分别为q1、q2，接触后再分开，两球带电荷量分别为q1′、q2′，则有q1′＝q2′＝.
此规律只适用于两个相同的金属球(材料、大小都相同).
② 当两个完全相同的金属球接触后，电荷量将平均分配．1）若两个完全相同的金属球最初带同种电荷，接触后电荷量相加后均分；2）若两个完全相同的金属球最初带异种电荷，则接触后电荷先中和再均分．
③ 导体接触起电时电荷量的分配与导体的形状、大小有关．
【例题精讲】
5. （2022·江苏南通·高一期末）如图所示，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大小分别为QA、QB；若沿虚线2将导体分成两部分，这两部分所带电荷量大小分别为QA′和QB′。对于上述实验，电荷量关系正确的是（ ）
A．QA<QB，QA=QA′
B．QA=QB，QA>QA′
C．QA′<QB′，QB=QB′
D．QA′=QB′，QB<QB′
【巩固训练】
6. (2021·浙江宁波期中)一带负电的绝缘金属小球被放在潮湿的空气中，经过一段时间后，发现该小球上带有的负电荷几乎不存在了，这说明( )
A.小球上原有的负电荷逐渐消失了
B.在此现象中，电荷不守恒
C.小球上负电荷减少的主要原因是潮湿的空气将电子导走了
D.该现象不遵循电荷守恒定律
知识点四：验电器的原理和使用
【探究重点】
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，如图5甲．
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)，两个金属箔片在斥力作用下张开，如图乙．
【例题精讲】
7. （2022·北京一模）为了研究空腔导体内外表面的电荷分布情况，取两个验电器A和B，在B上装一个几乎封闭的空心金属球C（仅在上端开有小孔），D是带有绝缘柄的金属小球，如图所示．实验前他们都不带电，实验时首先将带正电的玻璃棒（图中未画出）与C接触使C带电．以下说法正确的是
A．若将带正电的玻璃棒接触C外表面，则B的箔片带负电
B．若将带正电的玻璃棒接触C内表面，则B的箔片不会带电
C．使D接触C的外表面，然后接触A，操作若干次，观察到A的箔片张角变大
D．使D接触C的内表面，然后接触A，操作若干次，观察到A的箔片张角变大
【巩固训练】
8. (2021·汕头市第一中学高二期末)验电器可以用来检验物体是否带电和所带电性.如图6，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( )
图6
A.验电器带正电时，若金箔张角变小，可知物体带正电
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
1. (2020·北京高三一模)新型冠状病毒防疫期间，医用一次性口罩是必备的呼吸防护用品，口罩的核心材料是中间一层熔喷无纺布。为了提高过滤效果必须在熔喷无纺布上进行重要的驻极处理，就是在熔喷无纺布上加入静电荷。利用电荷的静电力作用捕集尘粒，称为静电吸引沉积，静电吸附效果直接影响着口罩的使用寿命。根据这些信息，下列说法正确的是( )
A．医用一次性口罩可以进行高温蒸汽消毒再使用效果会更好
B．医用一次性口罩可以防护天然放射现象中放射出的α、β和γ射线
C．在防控期间口罩出现严重紧缺，为了节约资源刚用完的医用一次性口罩可以及时清洗晒干后使用
D．防疫期间不法分子为了谋取暴利，制造销售假冒医用一次性驻极口罩，除了从专业技术上鉴定外，还可以用口罩能否吸附轻小纸屑来判断真假
2. 关于起电，下列说法正确的是( )
A.摩擦起电是电荷的转移
B.接触起电可能是产生电荷的过程
C.感应起电时，由于带电体和被感应导体不接触，所以一定是产生了电荷
D.摩擦起电和感应起电都可能是创造了电荷
3. 如图1所示，绝缘的细线上端固定，下端悬挂一个轻质小球a，a的表面镀有铝膜，在离a很近处有一放在绝缘支架上的金属球b，开始时，a、b都不带电，现使b带电，则( )
图1
A.a、b间不发生相互作用
B.b将吸引a，吸住后不放开
C.b立即把a排斥开
D.b先吸引a，接触后又把a排斥开
4. (2020·浙江省高一月考)如图所示，用绝缘柱支持的导体A和B彼此接触，起初它们不带电，贴在两端下部的金属箔是闭合的．把带正电的物体C移近A端，然后把A和B分开较远的距离，再移去C，则
A．C移近A端时，A端的金属箔张开，B端的金属箔闭合
B．C移近A端时，A端的金属箔闭合，B端的金属箔张开
C．A和B分开，移去C后，B端的金属箔会立即闭合
D．A和B分开，移去C后，A端的金属箔仍会张开
5. 使带电的金属球靠近不一带电量为q的电荷绕带电量为Q的正电荷做椭圆运动，轨迹如图所示。已知|q|≪|Q|，M、N为椭圆轨迹上的两点。关于q的带电性质下列判断正确的是( )
A．q一定带正电
B．q一定带负电
C．q可以带正电、也可以带负电
D．无法判断q带哪一种电
6. 如图所示，当一个金属球A靠近一个带正电的验电器上的的金属小球B时，验电器中金属箔片的张角增大，下列关于A的带电情况判断正确的是( )
A． 可能不带电 B．一定带正电 C．可能带正电 D．一定带负电
7. 带电微粒所带电荷量不可能是下列值中的( )
A.2.4×10－19 C B.－1.6×10－19 C
C.－1.6×10－18 C D.4.0×10－17 C
1. 关于元电荷和点电荷，下列说法中正确的是( )
A.电子就是元电荷 B.元电荷等于电子或质子所带的电荷量的绝对值
C.电子一定是点电荷 D.带电小球也可视为点电荷
2. (多选)如图3所示，把置于绝缘支架上的不带电的枕形导体放在带负电的导体C附近，导体的A端感应出正电荷，B端感应出负电荷.关于使导体带电的以下说法中正确的是( )
图3
A.如果用手摸一下导体的B端，B端自由电子将经人体流入大地，手指离开，移去带电体C，导体带正电
B.如果用手摸一下导体的A端，大地的自由电子将经人体流入导体与A端的正电荷中和，手指离开，移去带电体C，导体带负电
C.如果用手摸一下导体的中间，由于中间无电荷，手指离开，移去带电体C，导体不带电
D.无论用手摸一下导体的什么位置，导体上的自由电子都经人体流入大地，手指离开，移去带电体C，导体带正电
3. 某同学有一次不小心购买了盗版的物理参考书，做练习题时，他发现有一个关键数据（电荷量）看不清，便拿来问老师，如果你是老师，你认为可能是下列数据中的( )
A. B. C. D.
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。下列各图表示验电器上感应电荷的分布情况，其中正确的是( )
A. B.C. D.
5. 如图所示，不带电导体B在靠近带正电荷的导体A后，P端及Q端分别感应出负电荷和正电荷，则以下说法正确的是( )
A.若用导线将Q接地，然后断开，再取走A，则导体B将带负电
B.若用导线将Q接地，然后断开，再取走A，则导体B将带正电
C.若用导线将Q接地，然后断开，再取走A，则导体B将不带电
D.若用导线将P接地，然后断开，再取走A，则导体B将带正电
6. 如图所示，两个相同的空心金属球M和N，M带－Q电荷，N不带电(M、N相距很远，互不影响)，旁边各放一个不带电的金属球P和R，当将带正电Q的小球分别放入M和N的空腔中时
A．P、R上均出现感应电荷
B．P上没有，而R上有感应电荷
C．P上有，而R上没有感应电荷
D．P、R上均没有感应电荷
1. 有一质量较小的小球A，用绝缘细线悬吊着，当用毛皮摩擦过的橡胶棒B靠近它时，看到它们先相互吸引，接触后又相互排斥。则以下判断中正确的是( )
A.接触前，一定带异种电荷 B.接触前，可能带异种电荷
C.接触前，A球一定不带任何电荷 D.接触后，A球一定带有电荷
2. (多选)M和N是两个不带电的物体，它们互相摩擦后M带正电且所带电荷量为1.6×10－10 C，下列判断正确的有( )
A．摩擦前在M和N的内部没有任何电荷
B．摩擦的过程中电子从M转移到N
C．N在摩擦后一定带负电且所带电荷量为1.6×10－10 C
D．M在摩擦过程中失去1.6×10－10个电子
3. 如图所示，不带电导体B在靠近带正电荷的导体A后，P端及Q端分别感应出负电荷和正电荷，则以下说法正确的是( )
A.若用导线将Q接地，然后断开，再取走导体A，则导体B将带负电
B.若用导线将Q接地，然后断开，再取走导体A，则导体B将带正电
C.若用导线将Q接地，然后断开，再取走导体A，则导体B将不带电
D.若用导线将P接地，然后断开，再取走导体A，则导体B将带正电
4. (多选)有一带正电的验电器，当一金属球A靠近验电器的小球B(不接触)时，验电器的金箔张角减小，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
5. （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
6. 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金属球，若用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开，分导体为A、B两部分，则下列结论正确的是( )
A．沿虚线d切开，A带负电，B带正电
B．只有沿虚线b切开，才有A带正电，B带负电
C．只有沿虚线a切开，A带正电，B带负电
D．沿任意一条虚线切开，都有A带正电，B带负电
7. (多选)甲、乙、丙三个物体最初均不带电，乙、丙是完全相同的导体，今使甲、乙两个物体相互摩擦后，乙物体再与丙物体接触，最后，得知甲物体所带电荷量为＋1.6×10－15 C，则对于最后乙、丙两个物体的带电情况，下列说法中正确的是( )
A.乙物体一定带有电荷量为8×10－16 C的负电荷
B.乙物体可能带有电荷量为2.4×10－15 C的负电荷
C.丙物体一定带有电荷量为8×10－16 C的正电荷
D.丙物体一定带有电荷量为8×10－16 C的负电荷
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