2019-2020学年高中物理人教版选修3-1同步作业与测评：1.1 电荷及其守恒定律 Word版含解析.pdf

DI YI ZHANG | 第一章 静电场 第 1 节 电荷及其守恒定律 对应学生用书 P1 1.自然界中只存在两种电荷，即正电荷和负电荷。用丝绸摩擦过的玻璃棒 所带的电荷是正电荷；用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷是负电荷。同种 电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。 2三种起电方式 (1)摩擦起电：两个不同的物体相互摩擦，失去电子的带正电，获得电子的 带负电。 (2)感应起电： 导体接近(不接触)带电体，使导体靠近带电体的一端带上与带电 体相反的电荷，而另一端带上与带电体相同的电荷。 10 (3)接触起电：导体与带电体接触时带上与带电体电性相同的电荷。 3电荷守恒定律 电荷既不能创生，也不能消灭，它们只能从一个物体转移到另一个物 11 12 13 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 14 15 不变。 对应学生用书 P1 考点一 对感应起电的理解 1.取一对用绝缘柱支撑的导体 A 和 B，使它们彼此接触，起初它们不带电，贴 在下部的金属箔片是闭合的，如图所示。 (1)把带正电荷的球 C 移近导体 A，金属箔片将有什么变化？这时把 A 和 B 分 开， 然后移去 C， 金属箔片将又有什么变化？再让 A 和 B 接触， 又会看到什么现象？ (2)若用手摸导体的任意一处，然后将带正电荷的球 C 拿走，金属箔片有什么 变化？ (3)若用手摸导体，先将手拿走，再将带正电荷的球 C 拿走，金属箔片又有什 么变化？ 答案 见解析 解析 (1)把带正电荷的球 C 移近导体 A，导体 A、B 处在正电荷的电场中，由 于静电感应，导体 B 的右端感应出正电荷，在导体 A 的左端会感应出负电荷，所 以导体 A、B 两端的金属箔片都张开 ； 把带正电荷的球 C 移近导体 A 后，把 A 和 B 分开，然后移去 C，A 带负电，B 带正电，金属箔片还是张开；再让 A、B 接触， 由于等量异种电荷中和，A、B 都不带电，则 A、B 的金属箔片都闭合。 (2)若用手摸导体的任意一处，这时，导体 A、B 将整体带上负电荷，金属箔片 仍然张开， 然后将 C 拿走， A、 B 上的负电荷将通过手导走， A、 B 将不带电， 则 A、 B 的金属箔片都会闭合。 (3)若用手摸导体， 导体 A、 B 将整体带上负电荷， 则箔片仍张开， 先将手拿走， 再将 C 拿走，导体 A、B 仍然带负电荷，则 A、B 的金属箔片仍张开。 考点二 电荷守恒定律的理解和应用 2.有两个完全相同的带电绝缘金属小球 A、 B， 分别带有电荷量 QA6.4×109 C，QB3.2×109 C，让两绝缘金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移 并转移了多少？ 答案 电子由 B 球转移到了 A 球，转移了 3.0×1010个电子 解析 当两小球接触时，带电荷量少的负电荷先被中和，剩余的正电荷再重 新分配。 由于两小球完全相同， 剩余正电荷必均分， 即接触后两小球带电荷量 QA QB C1.6×109 C。 QAQB 2 6.4 × 1093.2 × 109 2 在接触过程中，电子由 B 球转移到 A 球，不仅将自身的 QB转移了，且继续转 移，使 B 球带 QB的正电，这样，共转移的电子电荷量为 QBQBQB 1.6×109(3.2×109) C4.8×109 C。 转移的电子数 n3.0×1010(个)。 QB e 4.8 × 109 C 1.6 × 1019 C 考点三 用验电器检验电荷的原理和方法 3如图所示，用起电机使金属球 A 带上正电荷，并靠近验电器 B，则( ) A验电器金属箔片不张开，因为球 A 没有和球 B 接触 B验电器金属箔片张开，因为整个验电器都感应出了正电荷 C验电器金属箔片张开，因为整个验电器都感应出了负电荷 D验电器金属箔片张开，因为验电器的下部金属箔片感应出了正电荷 答案 D 解析 相对于金属球来讲，金属箔片是距离带电体 A 较远的一端，根据静电 感应规律“近异远同”可知，验电器的两金属箔片都感应出了与带电体 A 相同的 正电荷，而同种电荷相互排斥，所以金属箔片张开，即 D 正确。 对应学生用书 P2 1(多选)关于元电荷，下列说法中正确的是( ) A元电荷实质上是指电子和质子本身 B所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍 C元电荷的值通常取 e1.60×1019 C D电荷量 e 的数值最早是由美国物理学家密立根用实验测得的 答案 BCD 解析 人们把最小的电荷量叫做元电荷，用 e 表示，通常取 e1.60×1019 C，所以元电荷实质上不是电子和质子本身。所有带电体的电荷量或者等于 e，或 者是 e 的整数倍，这就是说，电荷量是不能连续变化的物理量。电荷量 e 的数值最 早是由美国物理学家密立根用实验测得的。由以上分析可知选项 B、C、D 正确。 2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 1.6×1015 C，丙物体带电 8×1016 C，则对于最后乙、丙两物体的带电情况，下列说法中正确的是( ) A乙物体一定带有负电荷 1.6×1016 C B乙物体可能带有负电荷 2.4×1015 C C丙物体一定带有正电荷 8×1016 C D丙物体一定带有负电荷 8×1016 C 答案 D 解析 根据题意可以知道， 甲、 乙两物体相互摩擦后， 甲物体带正电 1.6×1015 C，则乙带负电 1.6×1015 C，所以乙物体再与丙物体接触，丙物体一定带负电为 8×1016 C，则乙也一定带负电，大小也为 8×1016 C，所以 D 正确，A、B、C 错误。 3(多选)关于摩擦起电现象，下列说法正确的是( ) A摩擦起电现象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 答案 BD 解析 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同， 因而电子可以在物体间转移，质子并不转移。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。故选 B、D。 4将不带电的导体 A 和带有负电荷的导体 B 接触后，在导体 A 中的质子数 ( ) A增加 B减少 C不变 D先增加后减少 答案 C 解析 物体接触带电时，电子发生转移，导致相互接触的物体之间电荷不平 衡， 从而带电， 而并非质子数目的变化， 质子数目在接触过程中是不变的， C 正确。 5. (多选)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，将笔套自上向下慢慢靠近圆环，当距离约为 0.5 cm 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 答案 ABC 解析 笔套与头发摩擦后，能够吸引圆环，说明笔套上带了电荷，即摩擦使 笔套带电，A 正确；笔套靠近圆环时，由于静电感应，会使圆环上、下部感应出 异号电荷，B 正确 ； 圆环被吸引到笔套的过程中，是由于圆环所受静电力的合力大 于圆环所受的重力，C 正确；笔套碰到圆环后，笔套上的部分电荷转移到圆环上， 使圆环带上性质相同的电荷，D 错误。 6. (多选)挂在绝缘细线下的两个轻质小球，表面镀有金属薄膜，由于电荷的相互 作用而靠近或远离，分别如图甲、乙所示，则( ) A甲图中两球一定带异种电荷 B乙图中两球一定带同种电荷 C甲图中两球至少有一个带电 D乙图中两球只有一个带电 答案 BC 解析 题目中的小球都是镀有金属薄膜的轻质小球，带电物体具有吸引轻小 物体的性质，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，所以可以判断出题图甲的 现象可能是两个带异种电荷的小球，也可能是一个小球带电而另一个小球不带电； 两个小球由于相互排斥而出现题图乙中的现象， 则必须都带电且是同种电荷， B、 C 正确。 7有三个相同的绝缘金属小球 A、B、C，其中 A 小球带有 2.0×105 C 的正 电荷，小球 B、C 不带电，现在让小球 C 先和小球 A 接触后取走，再让小球 B 与 小球 A 接触后分开，最后让小球 B 与小球 C 接触后分开，最终三小球的带电量分 别为 qA_C，qB_C，qC_C。 答案 5×106 7.5×106 7.5×106 解析 当小球C和A接触后， A、 C球带电为Q1 C1.0×105 Q 2 2 × 105 2 C， 再让小球 B 与小球 A 接触， 此时 A、 B 带电为 Q2 C5×106 Q1 2 1 × 105 2 C，再让小球 B 与小球 C 接触后，此时 B、C 带电为 Q3 1 × 1050.5 × 105 2 C7.5×106 C 所以最终 A、B、C 三小球的带电量分别是 ： 5×106 C，7.5×106 C,7.5×106 C。 8 如图所示， A、 B、 C是三个安装在绝缘支架上的金属体， 其中C球带正电， A、 B 是两个完全相同且不带电的枕形导体。试问： (1)如何使 A、B 都带等量正电？ (2)如何使 A、B 都带等量负电？ (3)如何使 A 带负电，B 带等量的正电？ 答案 见解析 解析 (1)使 A、B 都带等量正电有两种方法：将 C 先与 A(或 B)接触，然后 移走 C，将 A、B 接触后分开，则 A、B 将都带等量正电；A、B 导体彼此接触， 将带正电的 C 移近 B， 则由静电感应可知， B 端会感应出负电， 则 A 端出现正电荷， 将 A、B 分开后将 C 移走，A 带正电；然后将 B 接地，将 B 带的负电荷导走，再 断开 B 的接地，将 B 与 A 接触后分开，则 A、B 将都带等量正电。 (2)使 A、B 都带等量负电：A、B 导体彼此接触，将带正电的 C 移近 B，由静 电感应可知， B 端会感应出负电， 则 A 端感应出等量正电荷， 将 A、 B 分开后再将 C 移走，A 带正电，B 带负电；然后将 A 接地，从大地上来的负电荷将中和 A 带的 正电荷，再断开 A 的接地，然后将 A 与 B 接触后分开，则 A、B 将都带等量负电。 (3)让 A 与 B 接触，将导体 C 靠近 A 端，则由静电感应可知，A 端会感应出负 电，则 B 端感应出等量正电荷，然后将 A、B 分开即可。 9如图所示，通过调节控制电子枪产生的电子束，使其每秒有 104个电子到 达收集电子的金属瓶，经过一段时间，金属瓶上带有8×1012 C 的电荷量，求： (1)金属瓶上收集到多少个电子？ (2)实验的时间为多长？ 答案 (1)5×107个 (2)5000 s 解析 (1)金属瓶上收集的电子数目为： N 5×107(个)。 Q e 8 × 1012 C 1.6 × 1019 C (2)实验的时间：t s5000 s。 5 × 107 1 × 104