2012届高考一轮复习课件：61电荷守恒定律库仑定律.ppt

第1讲 电荷守恒定律库仑定律 一 电荷及其相互作用1 自然界中只有两种电荷 用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷称为正电荷 用正号表示 用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷称为负电荷 用负号表示 同种电荷互相排斥 异种电荷互相吸引 2 电荷的多少叫电荷量 简称电量 符号为Q或q 单位 库仑 符号为C 3 点电荷点电荷是一种理想化的模型 当带电体间的距离远大于带电体大小 以至于带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时 这样的带电体可视为点电荷 4 元电荷 1 电荷量e称为元电荷 e 1 60 10 19C 电子和质子带有等量异种电荷 其电荷量e 1 60 10 19C 所有带电体的电荷量都是e的整数倍 2 比荷 电子的电荷量e和电子的质量me之比 叫做电子的比荷 是一个常用的物理常量 me 0 91 10 30kg 电子的比荷为 1 76 1011C kg 二 物体的起电方式及其实质1 三种起电方式 1 摩擦起电 不同物质的原子核束缚电子的能力不同 实质是电子的转移 结果使两个相互摩擦的物体带上了等量异种电荷 2 接触起电 3 感应起电 把电荷移近不带电的异体 可以使导体带电的现象 利用静电感应使物体带电 叫做感应起电 2 实质 是使正负电荷分开 电荷发生重新分布 即出现电子的得失与转移 某个物体带电是由于本身的正 负电荷量不相等 三 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 在转移过程中电荷的总量保持不变 另一种表述 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 2 等量异种电荷结合在一起 对外不显电性 这种现象称为中和 中和不是消灭电荷 实质是电荷发生了转移 在转移过程中电荷总量不变 3 电量平分原理 两个完全相同的导体接触后 其电荷的分配规律为同种电荷总量均分 异种电荷先中和后均分 四 库仑定律1 内容 真空中两个点电荷间相互作用力 跟它们的电荷量的乘积成正比 跟它们距离的二次方成反比 作用力方向在它们的连线上 2 公式 F k k 9 0 109N m2 C2 叫静电力恒量 3 适用条件 真空中的点电荷 一 电荷守恒定律与库仑定律的综合运用问题 什么是元电荷 点电荷 检验电荷 解答 元电荷不是一个电荷 所有带电体的电荷都是电荷量e的整数倍 电荷量e称为元电荷 点电荷是一种理想的物理模型 如果带电体间的距离比它们自身的大小大得多 以致带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计 这样的带电体就可以看做点电荷 检验电荷也叫试探电荷 试探电荷的电荷量是应当充分小 放入之后 不致影响原来要研究的电场 体积也要充分小 便于用来研究电场中各点的情况 这样的电荷称为试探电荷 问题 物体带电的本质是什么 解答 1 摩擦起电 两个不同种的物体相互摩擦 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 接触起电 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 接触起电的本质仍然是电子的转移 3 感应起电 把金属导体放在外电场中 导体内的自由电子由于受静电力作用而发生移动 使导体两端分别出现等量异种电荷 例1 两个分别带有电荷量 Q和 3Q的相同金属小球 均可视为点电荷 固定在相距为r的两处 它们间库仑力的大小为F 两小球相互接触后将其固定距离变为 则两球间库仑力的大小为 答案 C 点评 求解这类问题关键是抓住 相同的带电金属球接触后先中和 后平分 的规律 然后利用库仑定律求解 警示 1 电荷守恒是永恒的 是不需要条件的 电荷守恒定律也是自然界最基本的规律之一 在应用这个定律时 只要能够全面地考察参与电荷转移的物体 就有了正确地解决问题的基础 2 各种起电的方法都是把正 负电荷分开 而不是创造电荷 中和是等量异种电荷的作用互相抵消 而不是电荷被消灭 二 库仑定律问题 根据库仑定律公式F k若两个电荷间的距离r 0时 两个电荷间的库仑力F 这种说法对吗 库仑力有何特点 解答 1 库仑定律适用于真空中点电荷的相互作用 点电荷在空气中的相互作用也可以近似应用 当两个带电体的距离很小时 两个带电体已不能再看做点电荷 r 0时 公式失效 3 库仑力也称为静电力 它具有力的共性 两个点电荷之间相互作用的库仑力遵守牛顿第三定律 它是矢量 合成与分解时遵从平行四边形定则 它可以与其他力平衡 也可以使物体发生形变 产生加速度 4 用库仑定律求力的大小时 Q1 Q2应取绝对值 力的方向则由同斥异吸进行判断 例2 一半径为R的绝缘球壳上均匀地带有电荷量为 Q的电荷 另一电荷量为 q的点电荷放在球心O上 由于对称性 点电荷所受力的合力为零 现在球壳上挖去半径为r r R 的一个小圆孔 则此时置于球心的点电荷所受力的大小为 已知静电力恒量为k 方向 点评 在分析物理问题时 可将研究对象进行分割或者填补 从而使非理想化模型转化为理想模型 使非对称体转化为对称体 达到简化结构的目的 本题通过填补的方式使原本非完整球壳成为完整的球壳 从而使问题简化 警示 用数学公式表述的物理规律 有它的成立条件和适用范围 也可以说物理公式是对应着一定的物理模型的 应用物理公式前 一定要看一看能不能在此条件下使用该公式 三 带电体的平衡问题 怎样解决带电体的平衡问题 解答 带电体的平衡问题与纯力学平衡问题的解法实质上是一样的 但库仑力有其自身的特点 抓住库仑力的方向和大小特点 对分析解决这类问题很有帮助 1 库仑力一定沿两电荷连线 不是吸引力就是排斥力 2 库仑力的大小与两电荷的距离的平方成反比 例3 竖直绝缘墙壁上的Q处有一固定的小球A 在Q的正上方的P点用绝缘丝线悬挂另一小球B A B两小球因带电而相互排斥 致使悬线与竖直方向成 角 如图6 1 1所示 由于漏电 使A B两小球的电荷量逐渐减少 悬线与竖直方向的夹角 逐渐变小 则在电荷漏完之前悬线对悬点P的拉力的大小将 A 保持不变B 先变小后变大C 逐渐变小D 逐渐变大 答案 A 点评 处理此类点电荷的平衡问题时 可作为共点力的平衡处理 本题主要利用力的三角形和几何三角形相似求解 警示 库仑力作