电荷及其守恒释疑解惑

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  点说知识点
  1.电荷量:电荷的多少叫做电荷量.符号:Q 或q单位:库仑符号:C.
  2.元电荷:电子所带的电荷量,用e表示,e =1.60×10-19 C.
  友情提醒:所有带电体的电荷量或者等于e,或者等于e的整数倍.电荷量是不能连续变化的物理量.最早由美国物理学家密立根测得比荷——电荷的电荷量q与其质量m的比值qm,符号:C/kg.
  3.两种电荷:正电荷和负电荷:把用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷称为正电荷,用正数表示.把用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷称为负电荷,用负数表示.
  4. 电荷及其相互作用:同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引.
  5.电荷守恒定律:①电荷既不能创造,也不能消灭,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.②一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和总是保持不变.友情提醒:第一种表述是对物体带电现象规律的总结,一个原来不带电的物体通过某种方法可以带电,原来带电的物体也可以使它失去电性(电的中和),但其实质是电荷的转移,电荷的数量并没有减少.第二种表述则更具有广泛性,涵
  盖了包括近代物理实验发现的微观粒子在变化中遵守的规律,近代物理实验发现,由一个高能光子可以产生一个正电子和一个负电子,一对正负电子可同时湮灭,转化为光子.在这种情况下,带电粒子总是成对产生或湮灭,电荷的代数和不变,即正负电子的产生和湮灭与电荷守恒定律并不矛盾.
  6.三种起电方式的区别和联系
  7.接触起电的电荷分配原则
  两个完全相同的金属球接触后电荷会重新进行分配,如图1所示. 电荷分配的原则是: 两个完全相同的金属球带同种
  电荷接触后平分原来所带电荷量的总和;带异种电荷接触后先中和再平分.
  8.中性与中和:中性和中和是两个完全不同的概念,中性是指原子或者物体所带的正电荷和负电荷在数量上相等,对外不显电性,表现为不带电的状态.可见,任何不带电的物体,实际上其中都带有等量的异种电荷;中和是指两个带等量异种电荷的物体,相互接触时,由于正负电荷间的吸引作用,电荷发生转移,最后都达到中性状态的一个过程.
  解题大秀场
  1.元电荷
  例1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.元电荷的值通常取作e=1.60×10-19 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
  解析选B、C、D.元电荷是最小电荷量单位,不是指具体的带电体,所以A错B对;由美国物理学家密立根测得电子的电量,故C、D对.
  2.电荷间的相互作用规律
  例2如图2所示,a、b、c、d为四个带电小球,两球之间的作用分别为a吸d,b斥c,c斥a,d吸b,则
  A.仅有两个小球带同种电荷
  B.仅有三个小球带同种电荷
  C.c、d小球带同种电荷
  D.c、d小球带异种电荷
  解析选B、D.由a吸d,d吸b可知a与b带同种电荷,且与d带异种电荷;c斥a,b斥c可知c与a、b带同种电荷,c与d带异种电荷.故选B、D.
  3.摩擦起电
  例3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
  解析选B、D.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,我们说它带正电.若一个物体得到电子,其质子数比电子数少,我们说它带负电.使物体带电并不是创造出电荷.
  4.感应起电
  例4如图3所示,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A可能不带电
  B.金属球A可能带负电
  C.金属球A可能带正电
  D.金属球A一定带正电
  解析由题意可知验电器是带电的(因箔片有张角),当不带电的金属球A靠近验电器的小球B时,由于感应起电,金属球A会带上异种电荷,因异种电荷相吸,所以验电器上带的电荷会更多的聚集到小球B上,箔片上聚集的电荷会减少,故张角减小,A项正确;当金属球A带负电时,同样因异种电荷相吸,使得箔片上聚集的电荷减少,张角减小,B项正确.
  答案A、B
  5.接触起电
  例5半径相同的两个金属小球A、B带有相等的电荷量,相隔一定的距离,今让第三个半径相同的不带电的金属小球先后与A、B接触后移开.(1)若A、B两球带同种电荷,求接触后两球的电荷量之比.(2)若A、B两球带异种电荷,求接触后两球的电荷量之比.
  解析(1)若A、B带同种电荷,设电荷量为Q,第三个球与A接触时,平分A的电荷量,A剩余电荷量为12Q.再与B接触,平分二者之和.B最后带电荷量为12Q Q2=34Q,则最后A、B电荷量之比为12Q∶34Q=2∶3.
  (2)若A、B带异种电荷,设A带电 Q,则最后A带电 12Q,B最后带电-Q 12Q2=-14Q,A、B最后电荷量之比为12Q∶14Q=2∶1.
  答案(1)2∶3(2)2∶1
  6.电荷守恒定律
  例6有两个完全相同的带电绝缘金属小球A、B,分别带有电荷量为QA=6.4×10-9 C,QB=-3.2×10-9 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?
  解析在接触过程中,由于B球带负电,其上多余的电子转移到A球,这样中和A球上的一部分电荷直至B球为中性不带电,同时,由于A球上有净余正电荷,B球上的电子会继续转移到A球,直至两球带上等量的正电荷.
  在接触过程中,电子由球B转移到球A.接触后两小球各自的带电荷量:
  QA′=QB′=QA QB2=6.4×10-9-3.3×10-92 C
  =1.6×10-9 C.
  共转移的电子电荷量为
  ΔQ=-QB QB′=3.2×10-9 C 1.6×10-9 C
  =4.8×10-9 C,
  转移的电子数
  n=ΔQe=4.8×10-9 C1.6×10-9 C=3.0×1010个.
  答案电子由球B转移到球A3.0×1010个.
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