第六章1电荷守恒定律库仑定律(上课)..ppt

1 1电荷守恒定律库仑定律 第六章 电场 2 3 4 本章一直是历届高考关注和考查的重点和热点 涉及电场的性质和电场对物质 带电体或导体 的作用 特别是带电粒子在电场中的运动 更是力 电综合命题的核心内容 纵观近几年高考试题 电场 或包括电场在内的复合场 对物质的作用是100 命题热点 试题一般会以选择题和计算题各一道组合形式出现 本章或与本章内容密切相关的试题在全国高考中分值约占总分的19 5 选择题单独命题考查基本概念 基本规律的综合运用 属基础题 主要考查电场 点电荷 电场强度及叠加 匀强电场中电势差跟电场强度的关系 电场线 电势 电势差 电势能 电功 等势面 静电屏蔽 电容等基本概念及电荷守恒定律 电荷量平分原理 库仑定律等基本规律 6 计算题涉及电场力 电势 电势差 电势能 电功等概念与力学综合 要求综合运用运动与力的关系 功和能量的关系 动量和冲量的关系 能量守恒定律和动量守恒定律等重要力学规律 知识覆盖面广 考题题材新颖丰富 注重与生活 生产实际及科技背景的结合 常以计算题形式为主 综合性强 对学生的空间想象能力 分析综合能力 应用数学知识处理物理问题的能力有较高的要求 是考查考生多项能力的极好载体 有较高的难度和区分度 甚至是压轴题 7 本章是大纲要求掌握的重点之一 它和磁场是电磁学的两大基石 与电路共同构建出完整的电磁学知识框架 是建立力 电综合试题的切入点 对本章的复习备考主要从两个方面入手 一是电场的性质 即从电场的力和能两个角度去把握 电场强度描述电场的力的性质 电势则是从电场能的角度引入的物理量 8 二是电场对物质的作用 电场对放入其中的电荷有力的作用 由此产生大量的有关电荷在电场中运动的问题 电场对放入其中的导体的作用 产生静电感应现象 在准确掌握本章的基本知识的同时应该着重明确以下问题 9 一是几个特点 常见电场的电场线 点电荷电场 等量同种电荷电场 等量异种电荷电场 点电荷与带电金属板间的电场 匀强电场 形状 等量同种 异种 电荷连线及中垂线上的场强和电势的分布特点 等势面的特点 匀强电场的特点 处于静电平衡状态的导体的特点 二是几个关系 10 电场力F和场强E的关系 场强E和电场线的关系 电场线和等势面的关系 电场力做功W和电势能的变化 Ep的关系 三是相关公式的计算原则 一般情况下 计算矢量 F和E 时 各量用绝对值代入 计算标量 W U Ep 时 各量用正 负值代入 11 从方法层面而言 解决本章试题可以完全按力学方法 只是在粒子所受的各种机械力之外加上电场力而已 主要从产生加速度和做功两个方面来展开思路 思路之一是力和运动的关系 根据带电粒子所受的力 运用牛顿第二定律并结合运动学规律求解 几乎所有力学规律和运动状态都可能在电场问题中得到体现 思路之二是功能关系 12 根据电场力及其他外力对带电粒子做功引起的能量变化或全过程中的功能关系 从而可确定带电粒子的运动情况 这条线索不但适用于匀强电场 也适用于非匀强电场 因此要熟悉各种力做功的特点 而对于电场中导体的问题要掌握两个有效的方法 画电场线和判断电势 同时本章试题多涉及类比 等效 对称及比值定义物理量能反映出物质或物体属性的思想 复习时要注意总结和归纳 13 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 用正号表示 用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷称为 用负号表示 同种电荷互相 异种电荷互相 2 电荷的多少叫 简称电量 符号为Q或q 单位 库仑 符号为C 电荷量 正电荷 负电荷 排斥 吸引 14 3 点电荷点电荷是一种理想化的模型 当带电体间的距离带电体大小 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 远大于 15 4 元电荷 1 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的倍 2 比荷 电子的和电子的之比 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 电荷量e 整数 电荷量e 质量me 16 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 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 感应起电 17 2 实质 是使正负电荷分开 电荷发生重新分布 即出现 某个物体带电是由于本身的正 负电荷量 三 电荷守恒定律1 电荷既不能 也不能 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 电子的得失与转移 不相等 创造 消灭 总量 18 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 中和 先中和后均分 19 四 库仑定律1 内容 真空中两个点电荷间相互作用力 跟它们的的乘积成正比 跟它们成反比 作用力方向在它们的 2 公式 k 9 0 109N m2 C2 叫静电力恒量 3 适用条件 真空中的 点电荷 电荷量 距离的二次方 连线上 20 1 元电荷 点电荷 检验电荷 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 21 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 22 2 物体带电的本质是什么 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 23 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 3 电荷守恒定律在哪些规律中体现出来 1 起电和中和 不论是起电现象还是电荷中和现象 其过程是电荷的转移 电荷本身并没有被创造或者消灭 24 2 带电粒子的产生和湮灭 由一个高能光子可以产生一个正电子和一个负电子 一对正负电子可以同时湮灭 转化为光子 在这些情况下 带电粒子总是成对产生或湮灭 两个粒子带电量是相等且正负相反 而光子又不带电 所以电荷的代数和仍然不变 25 4 根据库仑定律公式 若两个电荷之间的距离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 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 26 2 对于两个点电荷 r为两个点电荷之间的距离 对于两个均匀带电绝缘球体 可视为电荷集中于球心的点电荷 r为两球心之间的距离 对于两个带电金属球 当距离较近时 应考虑金属表面电荷的重新分布 这时带电体上的电荷由于静电力的作用 或排斥或吸引 不能看成集中在球心 若排斥 两电荷间距离大于两球心间距离 即有 若吸引 两电荷间距离小于两球心间的距离 即有 r指两球心间距离 27 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 28 1 电荷守恒定律与库仑定律的综合运用 2009 江苏 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 A B C D 12F C 29 接触前两个点电荷之间的库仑力大小为两个相同的金属球各自带电 接触后再分开 其所带电量先中和后均分 所以两球分开后各自带点为 Q 距离又变为原来的 库仑力为所以两球间库仑力的大为 C项正确 30 2 两个完全相同的导体小球 所带电量多少不同 相距一定的距离时 两个导体球之间有相互作用的库仑力 如果将两个导体球相互接触一下后 再放到原来的位置 则两球的作用力的变化情况是 A 如果相互接触前两球的库仑力是引力 则相互接触后的库仑力仍是引力B 如果相互接触前两球的库仑力是引力 则相互接触后的库仑力是斥力 BC 31 C 如果相互接触前两球的库仑力是斥力 则相互接触后的库仑力仍是斥力D 如果相互接触前两球的库仑力是斥力 则相互接触后的库仑力是引力如果相互接触前两球的库仑力是引力 说明两个导体小球带异种电荷 接触以后只能带同种电荷 所以为斥力 如果相互接触前两球的库仑力是斥力 说明两个小球带同种电荷 接触以后还是同种电荷 还是为斥力 32 2 库仑定律的应用3 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 由球心指向小孔中心 33 由于球壳上均匀带电 原来每条直径两端相等的一小块面上的电荷对球心 q的力互相平衡 现在球壳上A处挖去半径为r的小圆孔后 其他直径两端电荷对球心 q的力仍互相平衡 剩下的就是与A相对的B处 半径也等于r的一小块圆面上电荷对它的力F 如图所示 B处这一小块圆面上的电荷量为 34 由于半径r R 可以把它看成点电荷 根据库仑定律 它对中心 q的作用力大小为 其方向由球心指向小孔中心 35 如图6 1 1所示 半径为r的硬橡胶圆环单位长度带正电荷q 圆心O处放置一电荷量为 Q的点电荷 现截去顶部极小一段AB AB长度为L 静电力恒量为k 则剩余部分对 Q的静电力的大小为 36 假设将这个圆环缺口补上 并且已补缺部分的电荷分布与原有缺口的环体上的电荷分布一样 这样就形成一个电荷均匀分布的完整带电环 环上处于同一直径两端的微小部分所带电荷可视为两个相对应的点电荷 它们对圆心O处点电荷的作用力为0 至于补上的带电小段 由题给条件可视为点电荷 它对圆心O处点电荷作用力为所以 剩余部分对 Q的静电力的大小为F 方向背离缺口 37 3 带电体的平衡竖直绝缘墙壁上的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 2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 38 A B两小球所带电荷量逐渐减小的过程中 B小球在任一时刻的受力情况如图所示 小球B在重力mg 库仑斥力F1 悬线拉力F2的作用下平衡 mg和F1的合力F与F2的大小相等 A 保持不变B 先变小后变大C 逐渐变小D 逐渐变大 A 39 设悬线长为L P Q两点间的距离为H 由图可知 BQP BF1F 由相似三角形对应边成比例得由于L mg H都不是变量 所以在整个过程中悬线对P点的拉力始终不变 40 4 带电体的加速例4 如图6 1 4所示 A B两点电荷相距L 2m 质量