高中物理 1.1 电荷 库仑定律同步辅导与检测课件 新人教版选修11.ppt

第一节电荷库仑定律 电场电流 我国较早记载的摩擦起电在我国 摩擦起电现象的记述颇丰 其常用材料早期多为琥珀及玳瑁 早在西汉 春秋纬 中就载有 瑇瑁 玳瑁 吸偌 细小物体 论衡 中也有 顿牟掇芥 这里的顿牟也是指玳瑁 三国时的虞翻 少年时曾说 虎魄不取腐芥 腐芥因含水分 已成为导体 所以不被带电琥珀吸引 琥珀价格昂贵 常有人鱼目混珠 南朝陶弘景则知道 惟以手心摩热拾芥为真 以此作为识别真假琥珀的标准 南北朝时的雷敩在 炮炙论 中有 琥珀如血色 以布拭热 吸得芥子者真也 他一改别人以手摩擦为用布摩擦 静电吸引力大大增加 西晋张华 232 300 记述了梳子与丝绸摩擦起电引起的放电及发声现象 今人梳头 脱著衣时 有随梳 解结有光者 亦有咤声 唐代段成式描述了黑暗中摩擦黑猫皮起电 猫黑者 暗中逆循其毛 即若火星 摩擦起电也有具体应用 据宋代的张邦基 墨庄漫录 记载 孔雀毛扎成的翠羽帚可以吸引龙脑 皇宫中每幸诸阁 掷龙脑以降 避 秽 过则以翠羽扫之 皆聚 无有遗者 一 电荷1 两种电荷 自然界存在两种电荷 和 用丝绸摩擦过的玻璃棒带 用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带 同种电荷相互 异种电荷相互 2 电荷量 电荷的多少叫电荷量 用 或 表示 国际单位制中电荷量的单位 符号 通常正电荷用 数表示 负电荷用 数表示 一 1 正电荷负电荷正电荷负电荷排斥吸引2 qq库仑c正负 3 摩擦起电 物质的原子是由带 电的原子核和带 电的电子组成的 原子核的正电荷数量与周围电子的负电荷数量一样多 所以整个原子对外表现出电中性 在摩擦起电过程中 一些被原子核束缚得不紧的电子转移到另一个物体上 于是失去电子的物体带 电 得到电子的物体带 电 在用丝绸摩擦玻璃棒时 玻璃棒上的电子跑到丝绸上去了 玻璃棒因缺少电子而带 电 丝绸因有多余的电子而带 电 4 感应起电 把电荷移近 的导体 可以使导体 的现象 叫做 起电 3 正负正负正负4 不带电带电感应 二 电荷守恒定律1 内容 电荷既不能被创造 也不能被消灭 它们只能从一个物体 到另一个物体 或者从物体的一部分 到另一部分 在转移过程中 电荷的总量 2 元电荷 到目前为止 科学实验发现的最小电荷量是 所带的电荷量 质子 正电子带有跟电子电荷量 的电荷量 实验指出 所有带电物体的电荷量或者等于e 或者是e的整数倍 因此 电荷量e叫做 e 3 电荷的量子性 带电物体所带电荷量为e的整数倍 是不连续的 这称之为电荷的 二 1 转移转移不变2 电子相同元电荷1 60 10 19c3 量子性 三 库仑定律1 内容 中两个 的 间的相互作用力跟它们所带电荷量的乘积成 比 跟它们之间距离的二次方成 比 作用力的方向在它们的连线上 2 公式 如果用q1 q2表示两个点电荷的电荷量 用r表示它们之间的距离 用f表示它们之间的相互作用力 库仑定律可以表示为 式中的k是一个常量 叫做静电力常量 由实验可以得出k 三 1 真空静止点电荷正反2 f 9 0 109n m2 c2 使物体带电的三种方法 摩擦起电 感应起电和接触带电 1 摩擦起电是由于相互摩擦的物体间的电子的得失而使物体分别带上等量的异种电荷 玻璃棒与丝绸摩擦时 由于玻璃棒容易失去电子而带正电 硬橡胶棒与毛皮摩擦时 由于硬橡胶棒容易得到电子而带负电 2 感应起电是指把电荷移近不带电的导体 使导体带电的方法 如下图所示 将导体a b接触后去靠近带电体c 由于带电体c的作用 导体a b分别带上了等量异种电荷 这时先把导体a b分开 然后移去带电体c 则a和b两导体分别带上了等量的异种电荷 3 接触带电是指用一个不带电的金属导体跟另一个带电的金属导体接触后分开 不带电的金属导体便带上了电荷 例如 将一个带电的金属小球跟另一个外形相同的不带电的金属小球接触后分开 则它们平分了原来小球所带的电荷量而带上等量同种电荷 如右图所示 放在绝缘支架上带正电的小球a 靠近放在绝缘支架上不带电的导体球b 导体球b用导线经开关s接地 把s合上的瞬间 有电流从 流向 再断开s 则导体球b带 电 解析 接通开关s 导体球b接地 导体球b和地球组成一个大导体 导体内有大量的自由电子 自由电子受到a的正电荷的吸引 都向a侧移动 这样就在离a近的一端的b导体上聚集了大量的自由电子 远端地球失去了大量的自由电子 带正电 故有电流从b球流向大地 实际为自由电子从大地流向b球 这就是电荷守恒定律中的 电荷从物体的一部分转移到物体的另一部分 断开s后 b与地球之间无法进行电荷转移 则导体b带负电 答案 b球大地负 变式迁移 1 绝缘细线上端固定 下端悬挂一轻质小球a a的表面镀有铝膜 在a的附近有一绝缘金属球b 开始时 a b都不带电 如下图所示 现使b带电 则 a 由于a球不带电 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 解析 b球先吸引a球 b和a接触后两球带上了同种电荷 因为同种电荷排斥 所以b球又把a球排斥开 故选d 答案 d 元电荷点电荷 1 元电荷是指带电体所带电荷量的最小值e 所有带电体的电荷量是e的整数倍 元电荷e的大小等于电子 质子所带的电荷量 2 点电荷是实际带电体在一定条件下的抽象 是为了简化某些问题的讨论而引进的一个理想化的模型 在研究带电体间的相互作用时 如果带电体本身的线度远小于它们之间的距离 以至带电体的形状和大小 对我们所讨论的问题影响甚小 就可以把带电体视为一个点 并称它为点电荷 大的带电体不一定不能被看作点电荷 小的带电体不一定能被看作点电荷 点电荷本身的线度不一定很小 它所带的电荷量也可以很大 点电荷这个概念与力学中的 质点 概念类似 下列关于点电荷的说法 正确的是 a 只有体积很小的带电体才能看成点电荷b 体积很大的带电体一定不能看成点电荷c 当两个带电体的大小及形状对它们之间相互作用力的影响可忽略时 两个带电体可看成点电荷d 元电荷一定是点电荷解析 本题考查对点电荷的理解 点电荷是一个抽象的物理模型 只有当带电体的大小 形状对相互作用力的影响小到可忽略时才可以看做点电荷 元电荷是指带电荷量的最小值 其带电体能否看做点电荷 视上述情况而定 答案 c 变式迁移 2 关于元电荷的理解 下列说法正确的是 a 元电荷就是电子b 元电荷是表示跟电子所带电荷量数值相等的电荷量c 元电荷就是质子d 物体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍 解析 本题考查对元电荷的理解 元电荷是指所带电荷量的最小值 其大小和电子 质子相等 但并不是质子或电子 故a c错误 b正确 物体所带电荷量是元电荷的整数倍 故d正确 答案 bd 应用库仑定律时应注意的问题 1 首先应注意库仑定律的适用条件 公式f 仅适用于真空中的两个点电荷间的相互作用 2 应注意将计算库仑力的大小与判断库仑力的方向二者分别进行 即应用公式计算库仑力的大小时 只将其电荷量的绝对值代入公式中 计算出库仑力的大小 库仑力的方向再依据同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引加以判断 3 应注意统一单位 静电力常量k 9 0 109n m2 c2 4 如果点电荷不是两个 而是三个或多个 则某点电荷受到的库仑力的大小是各点电荷对它产生的作用力的矢量和 两个点电荷所带的电荷量分别为q1和q2 二者的距离为r 则下面的说法正确的是 a 距离不变 电荷量分别增加为原来的2倍 库仑力变为原来的4倍b 距离不变 电荷量分别增加为原来的2倍 库仑力变为原来的2倍c 电荷量不变 距离增加为原来的2倍 库仑力变为原来的4倍d 电荷量不变 距离增加为原来的2倍 库仑力变为原来的2倍 解析 由库仑定律可知 如果距离不变 电荷量分别增加为原来的2倍 则库仑力变为原来的4倍 如果电荷量不变 距离增加为原来的2倍 库仑力变为原来的倍 所以正确答案为a 答案 a 变式迁移 3 关于库仑定律 以下说法中正确的是 a 库仑定律适用于点电荷 点电荷其实就是体积很小的带电体 b 库仑定律是实验定律 c 库仑定律仅对静止的点电荷间相互作用才正确 d 根据库仑定律 当两个点电荷间的距离趋近于零时 则库仑力趋近于无穷大 解析 点电荷是指当带电体间的距离比它们自身线度的大小大得多时 可以看做点电荷 所以 a选项错误 同理 当两个点电荷间的距离趋近于零时 带电体不能看做点电荷 库仑定律不能应用 所以d选项错误 库仑定律是通过实验得出的 所以b选项正确 库仑定律适用于真空中两个静止点电荷间的相互作用 所以c选项错误 答案 b 基础巩固 1 摩擦起电和感应起电都能使物体带电 关于这两种带电过程 下列说法中正确的是 a 摩擦起电和感应起电都是电荷从一个物体转移到另一个物体的过程b 摩擦起电和感应起电都是电荷从物体的一部分转移到物体的另一部分的过程c 摩擦起电是电荷从相互摩擦的一个物体转移到另一个物体的过程d 感应起电是电荷从物体的一部分转移到物体的另一部分的过程 解析 自然界中的电荷不会凭空产生也不会凭空消失 只是从一个物体转移到另一个物体 或从物体的一部分转移到另一部