一、电荷库仑定律

第一节电荷库仑定律 人教版高中物理选修1 1 第一章电场电流 接引雷电下九天 在研究过程中 人们发现雷电和静电有很多相似之处 如 发声 发光 瞬间即逝等 电极间放电的火花 闪电 富兰克林 1706 1790 美国科学家 发明家 政治家 美利坚合众国的创始人之一 雷电 摩擦起电 借助一只普通的风筝就进入带雷的云区 在风筝的上端固定了一根尖头的金属丝 在风筝的末端绑上一把金属钥匙 电闪雷鸣时 风筝线尾端的麻绳纤维相互排斥地耸立起来 伸手摸向钥匙 结果受到了强烈的电震 用莱顿瓶收集 雷电也是放电现象 富兰克林实验的意义 富兰克林成功地将天电引入莱顿瓶 还用引下的电做了实验 证明了天电和摩擦产生的电是相同的 你也可以制造电 防雷知识措施 你们知道吗 男孩遭雷击概率超过女孩 人体都有静电场 静电场所产生的电压越高 越容易遭到雷击 男孩和女孩生理结构存在不同 导致其静电压存在一定差异 一般来说男孩静电压1000 高于女孩的800 因此男孩遭雷击概率超过女孩 问题 1 自然界中有几种电荷 它们间的相互作用如何 电荷的多少用什么表示 2 一般情况下物体不带电 不带电的物体内部是否存在电荷 3 如何使物体带电 起电的实质是什么 4 检验物体是否带电的装置 二 电荷1 概念 经过摩擦的物体 能够吸引轻小物体 我们就说这些摩擦过的物体带了电 这些电荷静止在物体上 这类现象叫做静电现象 电荷间的相互作用规律 同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引 2 物体带电的三种方式 1 摩擦起电 互相摩擦的物体因束缚电子的本领不同而发生了电子的转移 一些束缚力差的电子往往从一个物体转移到另一个物体 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正电 如 毛皮摩擦橡胶棒 橡胶棒得到电子从而带负电 则毛皮带电 丝绸摩擦玻璃棒 玻璃棒失去电子从而带正电 则丝绸带电 负 正 例1 毛皮与橡胶棒摩擦后 毛皮带什么电荷 为什么 A 毛皮带正电 因为毛皮上的一些电子转移到橡胶棒上 B 毛皮带负电 因为毛皮上的一些负电荷转移到了橡胶棒上 C 毛皮带正电 因为橡胶棒上的一些电子转移到毛皮上 D 毛皮带负电 因为橡胶棒上的一些负电荷转移到了毛皮上 2 物体带电的三种方式 2 感应起电 当一个带电体靠近导体时 由于电荷间的相互吸引或排斥 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异号电荷 远离的一端带同种电荷 这种现象叫做静电感应 利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电 12 2 物体带电的三种方式 2 感应起电 如图所示 将带正电荷的球C移近导体A时 A B上的金属箔将张开 感应起电有严格的操作步骤 1 使带电体C靠近相互接触的两导体A B 2 保持C不动 用绝缘工具分开A B 3 移走C 则A带负电 B带正电 2 物体带电的三种方式 思考 若先移开C 再分开A B 那么后来A B带电情况如何 A B上感应出的异种电荷会立即中和 不会使A B带电 规律 近端感应异种电荷 远端感应同种电荷 近异远同 2 物体带电的三种方式 3 接触带电 一个物体带电时 电荷之间会相互排斥 如果接触另一个导体 电荷会转移到这个导体上 使这个导体也带电 这种方式称为接触带电 注意 接触带电时 两个完全相同的导体球相互接触后把剩余电荷量平分 例2 导体A带5Q的正电荷 另一完全相同的导体B带Q的负电荷 将两导体接触后再分开 则B导体的带电量为 A QB QC 2QD 4Q C 2 物体带电的三种方式 4 物体带电的实质 无论是哪种起电方式 其本质都是将正 负电荷分开 使电荷发生转移 并不是创造电荷 四 电荷守恒定律 物理学的基本定律之一 电荷既不能创造 也不能消灭 它只能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分 在转移的过程中 系统的电荷总数保持不变 1 电荷量 Q或q 表示电荷的多少 单位为库仑 库 用符号C表示 2 元电荷 1 电子所带的电荷是最小电荷量 人们把这个最小电荷量叫做元电荷 用e表示 e 1 60 10 19C 由美国的密立根通过油滴实验测得 2 对元电荷的理解 a 电荷量不能连续变化 因为最小的电荷量为e 1 60 10 19C 所有带电体的电荷量均为e的整数倍 b 质子及电子所带电荷量的绝对值与元电荷相等 但不能说它们是元电荷 问题 同种电荷相互排斥异种电荷相互吸引 既然电荷之间存在相互作用 那么电荷之间相互作用力的大小决定于那些因素呢 五 库仓定律 演示 探究影响电荷间相互作用力的因素 实验表明 电荷之间的作用力 1 随电荷量的增大而增大 2 随距离的增大而减少 库仑定律 内容 真空中两个静止点电荷之间的相互作用力 与它们的电荷量的乘积成正比 与它们的距离的二次方成反比 作用力的方向在它们的连线上 其中K叫静电力常量 k 9 0 109N m2 C2 适用范围 1 真空中 2 点电荷 电荷间相互作用力叫做静电力或库仑力 解题提醒 物理模型 即如果满足相互之间距离远大于带电体大小则带电体便可看做点电荷 库仑定律的适用是什么条件 三 静电力与万有引力的比较 相同点 公式形式相同 应用时都有条件都是不接触力 且与距离的二次方成反比 不同点 万有引力只是相互吸引 而静电力可以是引力 也可以是斥力 在求静电力时 万有引力可以忽略 两个带电小球 质量都是 带电荷量都是 相隔较远 以至于两个小球可看作点荷 试求它们之间的静电力与万有引力之比 5 4 105 小结 1 自然界存在两者电荷 1 正电荷 丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷 2 负电荷 毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷2 使物体带电的方式带电方式 1 摩擦起电 电子从一个物体转移到另一个物体 2 接触起电 电荷从一个物体转移到另一个物体 3 感应起电 电荷从物体的一部分转移到另一部分规律 近异远同3 电荷守恒定律 电荷既不能创造 也不能消灭 它只能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分 在转移的过程中 系统的电荷总数保持不变 4 元电荷e 指电子 或质子 的电荷量 称为元电荷 5 库仑定律 1 内容 真空中两个点电荷之间相互作用的电力 跟它们的电荷量的乘积成正比 跟它们的距离的二次方成反比 作用力的方向在它们的连线上 2 公式 3 适用条件 真空 点电荷 4 点电荷 是一种理想模型 当带电体的线度比起相互作用的距离小很多时 带电体可视为点电荷 k 9 0 109N m2 C2 课堂训练 1 关于点电荷的下列说法中正确的是 A 真正的点电荷是不存在的 B 点电荷是一种理想模型 C 足够小的电荷就是点电荷 D 一个带电体能否看成点电荷 不是看它的尺寸大小 而是看它的形状和大小对所研究的问题的影响是否可以忽略不计 ABD 课堂训练 2 下列说法中正确的是 A 点电荷就是体积很小的电荷 B 点电荷就是体积和带电量都很小的带电体 C 根据可知 当r0时 F D 静电力常量的数值是由实验得到的 D 课堂训练 3 三个相同的金属小球a b和c 原来c不带电 而a和b带等量异种电荷 相隔一定距离放置 a b之间的静电力为F 现将c球分别与a b接触后拿开 则a b之间的静电力将变为 A F 2B F 4C F 8D 3F 8 C 4 科学家在研究原子 原子核及基本粒子时 为了方便 常常用元电荷作为电量的单位 关于元电荷 下列论述正确的是 A 把质子或电子叫元电荷 B 1 60 10 19C的电量叫元电荷 C 电子带有