【课堂新坐标】2016-2017学年高中物理人教版选修1-1(课件)第一章 电场 电流 1_图文

知 识 点 1

一、电荷
知 识 点 2

库仑定律

学 业 分 层 测 评

学 习 目 标 1.知道两种电荷及其相互作用,电荷量 的概念,了解三种带电方式.(重点) 2.知道元电荷、点电荷的概念,理解 电荷守恒定律.(难点) 3.理解库仑定律的含义及其表达式、 适用条件.(重点) 4.学会应用库仑定律进行简单的计 算.(重点、难点)

知 识 脉 络

对电荷的认识

电荷守恒定律

[先填空] 1.人类对电现象的初步探究 (1)各种 静电 现象引起学者们的关注和研究. (2)富兰克林证明了天电和 摩擦 产生的电是相同的.

2.两种电荷及相互作用 (1)两种电荷:自然界中只存在两种电荷,即 正 电荷和负 电荷.毛皮摩擦 过的橡胶棒带 负 电荷;丝绸摩擦过的玻璃棒带 正 电荷. (2)电荷间的作用规律:同种电荷相互 排斥 ,异种电荷相互吸引 .

3.使物体带电的方式 (1)摩擦起电:用摩擦的方法使物体带电.两个不同物质种类的物体相互摩 擦,其中一个物体失去电子而带正电,另一个物体获得电子而带等量的负电. (2)感应起电:把电荷移近不带电的导体,可以使导体 带电 的现象. (3)接触带电:用一个不带电的物体去接触另一个带电的物体,带电物体的 净电荷的一部分就会转移到原来不带电的物体上,使原来不带电的物体带电.

4.起电的实质 (1)物质的微观电结构. 物质的原子是由带 正电 的原子核和带 负电 的电子组成,整个原子对外 表现为中性. (2)起电的实质:原子核外 电子 的转移形成的. 5.电荷量 (1)定义:电荷的 多少 叫做电荷量,符号:Q(或 q). (2)单位:在国际单位制中单位为 库仑 ,简称 库 ,符号是 C.

6.元电荷 电子或质子所带电荷量为 e= 1.6×10-19 C.实验表明:任何带电体所带的 电荷量要么等于 e,要么是 e 的整数倍. 7.电荷守恒定律 电荷既不能 创生 ,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.在转移的过程中,电荷的总量 不变 .

[再判断] 1.同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引.( √ ) 2.一个带电体所带的电荷量为 5.0×10-19C.( × )? 3.摩擦起电的两物体带等量异种电荷.( √ )

[后思考] 1.有的同学说用摩擦起电的方式可以创生电荷,这样自然界中的电荷就会 越来越多,你认为这种说法对吗?电荷的存在又遵循怎样的规律呢?
【提示】 这种说法不正确.这些电荷遵循电荷守恒定律.

2.梳过干燥头发的塑料梳子( 或尺子) 能吸引轻小物体;冬春季节脱化纤衣 服时会听到“噼噼啪啪”的响声,晚上还会看到电火花;触摸带电导体球的人 头发会成爆炸式立起来?以上这些常见现象的发生都是因为物体带有电.那你 知道可以通过哪些方式使物体带电吗?
【提示】 (1)摩擦起电,即电荷 (电子)从一个物体转移到另一个物体.(2)

感应起电,即电荷(电子)从物体的一部分转移到另一部分.(3)接触带电.

1.对感应起电的理解 (1)过程及现象: 取一对用绝缘支柱支持的金属导体 A、B,使它们彼此接触.起初它们不带 电,贴在它们下面的金属箔是闭合的,如图 111 甲所示. ①带正电荷的球 C 移近导体 A,可以看到 A、B 上的金属箔都张开了,这表 示 A、B 上都带了电荷,如图 111 乙所示. ②如果把 A、B 分开,然后移去 C,可以看到 A 和 B 仍带有电荷,如图 111 丙所示.

③让 A、B 接触,金属箔就不再张开,表明它们不再带电了.这说明 A、B 所 带的电荷是等量的,互相接触时,等量的正、负电荷发生了中和.



乙 感应起电 图 111



(2)感应起电的本质: 在导体 C 上的电荷作用下,导体 A、B 上的自由电荷发生定向移动,使导体 中的自由电荷由导体的 B 端移至 A 端,而引起 A 端带负电,B 端带正电,此时 若将 A、B 分离,则成为带等量异种电荷的带电体.

2.检验物体是否带电可用验电器 (1)利用接触带电:使待检验物体与验电器小球接触,若带电,验电器箔片 张开,若不带电,则不张开. (2)利用感应起电: 使待检验物体靠近验电器的金属小球,如果物体带电,则与金属小球与箔 片及连接它们的金属杆产生静电感应,验电器两箔片张开.这种检验方法最大 的优点是不会改变待检验物体上的带电荷量.

3.对元电荷的认识 (1)一个电子、一个质子或一个正电子所带的电荷量都是 e,所有带电体的电 荷量或者等于 e,或者是 e 的整数倍. (2)元电荷既不是电子,也不是质子,只是一个电荷量.因为物体的带电荷 量通常较小,因此可用元电荷的整数倍方便地表示,如电子的带电荷量为-e, 即表示电子的带电荷量为-1.60×10
-19

C.

4.对电荷守恒定律的理解 (1)电荷守恒定律的另一种表达: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. 如接触带电时不带电物体与带电物体接触后,电荷在两物体上重新分配, 但总电荷量不变. 摩擦起电实质上是电子在不同物体间的转移. (2)接触带电时,两个完全相同的导体球相互接触,则电荷量平分.若两导 体球带同种电荷,会把总电荷量平分;若带异种电荷,则先中和然后再把剩余 电荷量平分.

1.下列关于带电现象的说法正确的是(

) 【导学号:33810000】

A.玻璃棒无论与什么物体摩擦都带正电,橡胶棒无论与什么物体摩擦都带 负电 B.相互摩擦的两个物体一定能起电 C.带电现象的本质是电子的转移,物体得到电子就一定显负电性,失去电 子就一定显正电性 D.自然界中的电荷总量不变

【解析】

玻璃棒与丝绸摩擦后会失去电子因而带正电,但玻璃棒与其他

物体摩擦后不一定总是失去电子,因而不能确定其电性,同理也无法确定橡胶 棒的电性,故 A 错;并不是任意两个物体间摩擦时都能起电,故 B 错;物体如 果原来带正电,得到电子后,可能带正电也可能带负电,故 C 错;根据电荷守 恒定律可知 D 对,故正确答案为 D.
【答案】 D

2.在感应起电中带负电物体靠近带绝缘底座的导体时,如图 112 所示 M 处将( )

图 112 A.带正电 C.不带电 B.带负电 D.以上答案均有可能

【解析】

由同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引可知,导体中的负电

荷被排斥到 M 处,所以选项 B 正确.
【答案】 B

3.(多选)下列说法中正确的是(

) 【导学号:33810001】

A.静电感应不是创造电荷,只是电荷从物体的一部分转移到另一部分 B.摩擦起电时,一个物体失去一些电子带正电,另一个物体得到这些电子 带负电 C.两个带电体接触一定等分电荷量 D.一个带电物体接触另一个不带电物体,两个物体可能带上异种电荷
【答案】 AB

三种起电方式的实质均为电荷在物体之间或物体内部的转移,且都遵守电 荷守恒定律.

库仑定律

[先填空] 1.库仑定律的内容: 真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,跟它们电荷量的 乘积 比,跟它们距离的 二次方 成反比,作用力的方向在它们的连线上. Q1Q2 2.库仑定律的数学表达式是 F=k 2 ,式中 k 叫 静电力常量 ,其数值为 r 9.0×109 ,其单位是 N· m2/C2 . 成正

3.库仑定律的适用条件:① 真空 ;② 点电荷 . 4.点电荷:是指没有 大小 的带电体,是一种理想化的模型.

[再判断] (1)库仑定律适用于真空中的点电荷.( √ ) (2)点电荷是理想化模型,实际并不存在.( √ ) (3)只有很小的电荷才能看成点电荷.( × )

[后思考] 1.有的同学认为元电荷就是点电荷,你认为这种说法对吗?你是怎样认为 的? 【提示】 这种说法不对.
(1)到目前为止,科学实验发现的最小电荷量是电子所带的电荷量. 实验指出,所有带电物体的电荷量要么等于 e,要么是 e 的整数倍.因此, 电荷量 e 叫做元电荷. (2)点电荷是一种理想化的物理模型.当带电体的形状、大小及电荷分布状 况对静电力的影响可以忽略时,带电体才可看成点电荷.

kQ1Q2 2.有人认为据 F= 2 ,当 r→0 时,F→∞,你认为对吗? r
【提示】 不对,当 r→0 时,两带电体已不能视为点电荷了.不能再应用

库仑定律来计算了.

对库仑定律的理解 1.点电荷类似于力学中的质点,是一种物理模型,实际中并不存在. 2.一个带电体能否看做点电荷,是相对于具体问题而言的,不能单凭其大 小和形状确定.当带电体间的距离比它们自身的大小大得多,以至带电体的形 状、大小及电荷分布状况对它们之间相互作用力的影响可以忽略不计时,这样 的带电体就可以看做点电荷.

Q1Q2 3.静电力的计算公式 F=k 2 ,式中 k 叫静电力常量,在国际单位制中, r k=9.0×109 N· m2/C2. 4.公式的适用条件 (1)仅适用于真空中两个静止的点电荷. (2)均匀带电球体可以看成电荷量集中在球心的点电荷,应用公式计算库仑 力,这时距离 r 是从球心算起.

5.静电力具有力的共性,如遵守牛顿第三定律,遵循力的平行四边形定则. 6.研究微观带电粒子的相互作用时,经常忽略万有引力.(因其万有引力比 起静电力来非常非常小)

4.真空中有甲、乙两个点电荷,相距为 r,它们间的静电力为 F.若甲的电 1 荷量变为原来的 2 倍,乙的电荷量变为原来的3,距离变为 2r,则它们之间的静 电力变为( 3F A. 8 8F C. 3 ) F B. 6 2F D. 3

【解析】

根据题目给出的条件,真空、点电荷,符合库仑定律条件,由

Q1Q2 库仑定律公式 F=k 2 知: r 1 当 Q 甲′=2Q 甲,Q 乙′= Q 乙,r′=2r 时, 3 1 2Q甲· 3Q乙 1 Q甲Q乙 1 F′=k =6k 2 =6F. 4r2 r
【答案】 B

5.对于真空中静止的两个点电荷【导学号:33810002】 (1)保持两个点电荷的距离不变, 若把每个点电荷的电荷量都增加为原来的 2 倍,那么它们之间的相互作用力变为原来的____倍. (2)保持两个点电荷的电荷量不变,将距离增为原来的 3 倍,那么它们之间 的相互作用力变为原来的________倍. (3)保持其中一个点电荷的电荷量不变, 另一个点电荷的电荷量变为原来的 4 倍,为保持相互作用力不变,则它们之间的距离应变为原来的________倍.

【解析】 (1)设两个点电荷的距离为 r,电荷量分别为 Q1、Q2,原来的作 用力为 F1,后来的作用力为 F2,则 kQ1Q2 k· 2Q1· 2Q2 F2 F1= 2 F2= =4. r r2 F1 kQ1Q2 kQ1Q2 F2 1 (2)F1= 2 F2= = . 2 r F1 9 ?3r? kQ1Q2 4Q1Q2 (3)F1= 2 F2=k· 2 r R R 由 F2=F1 得: =2. r 【答案】 (1)4 (2)1/9 (3)2

?1?点电荷不同于元电荷:元电荷是一个电子或质子所带电荷量的绝对值, 而点电荷与力学中质点相似,是在研究复杂问题时引入的一种理想化模型.??2? 库仑力与力学中的重力一样也是按性质分类的力,在受力分析时要注意库仑力 产生的条件和大小.

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