高中物理第1章電荷的相互作用1.3靜電與生活教案4滬科版選修

1、1.3 靜電與生活【本講教育信息】一. 教學(xué)內(nèi)容：1. 認(rèn)識(shí)靜電2. 探究靜電力【要點(diǎn)掃描】第一節(jié) 認(rèn)識(shí)靜電一、靜電的產(chǎn)生1. 摩擦起電：摩擦使電荷發(fā)生移動(dòng)，從而使兩物體帶上相異的電荷 。 2. 感應(yīng)起電：利用靜電感應(yīng)使導(dǎo)體帶電叫做感應(yīng)起電。 3. 靜電感應(yīng)：導(dǎo)體由于受附近帶電體的影響而出現(xiàn)帶電的現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng)。 4. 兩種電荷：用絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒帶正電，絲綢帶負(fù)電，用毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒帶負(fù)電，毛皮帶正電。二、原子結(jié)構(gòu)與電荷守恒1. 原子結(jié)構(gòu)：原子由電子和原子核組成而原子核又由中子和質(zhì)子組成，其中中子呈電中性，質(zhì)子帶正電，電子帶負(fù)電。原子所含的電子數(shù)和質(zhì)子數(shù)相等，因此不顯電性。 2. 電荷

2、守恒定律：電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅，只能從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，電荷的總量不變。 3. 起電的原因：物體失去電子則帶正電，得到電子則帶負(fù)電。物體帶電的實(shí)質(zhì)就是電子的得失。三、靜電的應(yīng)用與防護(hù) l. 靜電的應(yīng)用：激光打印機(jī)，靜電噴霧、靜電除塵、靜電殺菌等2. 靜電的防護(hù)：印刷廠里的空氣要保持適當(dāng)?shù)臐穸取⒂凸捃囓囄灿幸粭l拖在地上的鐵鏈等第二節(jié)：探究靜電力一、靜電力和點(diǎn)電荷1. 兩帶電體之間存在著靜電力2. 點(diǎn)電荷：本身的線度比相互之間的距離小得多的帶電體。與質(zhì)點(diǎn)類似，這是一種理想模型二、庫(kù)侖定律1. 內(nèi)容：真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用的電力

3、，跟它們的電荷量的乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上2. 公式：庫(kù)侖力（靜電力）的大小，其中。方向：在兩點(diǎn)電荷的連線上，同種電荷相斥，異種電荷相吸定律的適用范圍：真空中的點(diǎn)電荷三、靜電力疊加原理對(duì)于兩個(gè)以上的點(diǎn)電荷，其中每一個(gè)點(diǎn)電荷所受的總的靜電力等于其他點(diǎn)電荷分別單獨(dú)存在時(shí)對(duì)該點(diǎn)電荷的作用力的矢量和四、靜電力與萬(wàn)有引力的比較它們分別遵從庫(kù)侖定律與萬(wàn)有引力定律1. 相同點(diǎn)：（1）兩種力都是平方反比定律。（2）兩種力都有與作用力有關(guān)的物理量（電荷量或質(zhì)量）的乘積，且都與乘積成正比。（3）兩種力的方向都在兩物體的連線上。2. 不同點(diǎn)（1）描述了兩種作用，一種是由于物

4、體帶電引起的作用，另一種是由于物體具有質(zhì)量引起的作用（2）力的大小與相關(guān)的物理量不全相同：一是電荷量，另一是質(zhì)量（3）靜電力可以是引力也可以是斥力而萬(wàn)有引力只能是引力（4）常量不相同：【重點(diǎn)突破】l. 如何確認(rèn)感應(yīng)起電使物體帶電有不同的方式，在初中階段我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到摩擦起電，現(xiàn)在再確認(rèn)另一種起電方式感應(yīng)起電用一根與絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒靠近驗(yàn)電器的金屬球，（注意：不要接觸）會(huì)看到驗(yàn)電器的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這說(shuō)明驗(yàn)電器的指針帶上了電。保持玻璃棒的位置不變，用手接觸驗(yàn)電器的金屬球，發(fā)現(xiàn)指針偏角為零，先把手移開(kāi)，再把玻璃棒移開(kāi)，會(huì)發(fā)現(xiàn)指針又發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。這種把一帶電物體靠近導(dǎo)體也可以使導(dǎo)體帶電的方式叫感應(yīng)起電

5、。感應(yīng)起電和摩擦起電的不同是前者沒(méi)有接觸只是靠近，后者必須直接接觸2. 起電的原因（1）摩擦起電不同的物質(zhì)對(duì)電子的束縛、吸引能力不相同，兩種不同的物質(zhì)組成的物體相互摩擦?xí)r，由于摩擦做功，使得束縛電子能力弱的物質(zhì)上的電子轉(zhuǎn)移到了另一吸引電子能力強(qiáng)的物質(zhì)上根據(jù)電荷守恒定律，從整體上看，一個(gè)物體失去了電子，帶正電；另一個(gè)物體就得到了電子，帶負(fù)電例如用毛皮摩擦橡膠棒時(shí)，毛皮對(duì)電子束縛能力差，失去電子，電子轉(zhuǎn)移到了橡膠棒上，橡膠棒從而帶上了負(fù)電（2）感應(yīng)起電當(dāng)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子會(huì)靠近或遠(yuǎn)離帶電體例如當(dāng)帶正電的玻璃棒靠近金屬體時(shí)，金屬體靠近玻璃棒的一端會(huì)帶上負(fù)電，遠(yuǎn)離玻璃棒的一端會(huì)帶上正電

6、，如圖 （a）所示如果把金屬體接地，那么電子會(huì)從大地“跑”到金屬體上而中和掉金屬體一端的正電荷，從而使金屬體帶上了負(fù)電荷，如圖 （b）和（c）所示再移開(kāi)玻璃棒，金屬體就帶上了凈電荷如圖 （d）所示所以，感應(yīng)起電的實(shí)質(zhì)是在帶電體上電荷的作用下，導(dǎo)體上的正負(fù)電荷發(fā)生了分離，使電荷從導(dǎo)體的一部分轉(zhuǎn)移到了另一部分3. 為什么能發(fā)生感應(yīng)起電的是導(dǎo)體？感應(yīng)起電的實(shí)質(zhì)是在帶電體上電荷的作用下，導(dǎo)體上的正負(fù)電荷發(fā)生了分離，使電荷從導(dǎo)體的一部分轉(zhuǎn)移到了另一部分只有導(dǎo)體上的電子才能自由移動(dòng)，絕緣體上的電子不能那么自由地移動(dòng)，所以導(dǎo)體能發(fā)生感應(yīng)起電，而絕緣體不能4. 摩擦起電與感應(yīng)起電的異同點(diǎn)是什么？（1）相同點(diǎn)：

7、實(shí)質(zhì)相同，都是電子轉(zhuǎn)移。（2）不同點(diǎn)：材料不同：前者是絕緣體，后者是導(dǎo)體；方式不同：前者必須接觸，后者只需靠近。5. 應(yīng)怎樣理解“點(diǎn)電荷”點(diǎn)電荷是只有電荷量，沒(méi)有大小、形狀的理想化的模型，類似于力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)，實(shí)際中并不存在。如果帶電體間的距離比它們自身的大小大得多，以至于帶電體的形狀和大小對(duì)相互作用力的影響很小，就可以忽略形狀、大小等次要因素，只保留對(duì)問(wèn)題有關(guān)鍵作用的電荷量，這樣的處理會(huì)使問(wèn)題大為簡(jiǎn)化，對(duì)結(jié)果又沒(méi)有太大的影響，因此是物理學(xué)上經(jīng)常用到的方法一個(gè)帶電體能否看作點(diǎn)電荷，是相對(duì)于具體問(wèn)題而言的，不能單憑其大小和形狀確定例如，一個(gè)半徑10 cm的帶電圓盤(pán)，如果考慮它和10 m處某個(gè)電子的

8、作用力，就完全可以把它看作點(diǎn)電荷，而如果這個(gè)電子離圓盤(pán)只有l(wèi) mm，那么這一帶電圓盤(pán)又相當(dāng)于一個(gè)無(wú)限大的帶電平面。6. 應(yīng)用庫(kù)侖定律解題應(yīng)注意的問(wèn)題（1）在理解庫(kù)侖定律時(shí)，有人根據(jù)公式，設(shè)想當(dāng)?shù)慕Y(jié)論從數(shù)學(xué)角度分析是正確的，但從物理角度分析，這一結(jié)論是錯(cuò)誤的錯(cuò)誤的原因是：當(dāng)時(shí)兩電荷已失去了作為點(diǎn)電荷的前提條件，何況實(shí)際電荷都有一定大小，也就是時(shí)，不能再利用庫(kù)侖定律計(jì)算兩電荷間的相互作用力（2）將計(jì)算庫(kù)侖力的大小與判斷庫(kù)侖力的方向分別進(jìn)行即用公式計(jì)算庫(kù)侖力大小時(shí)，不必將表示電荷Q1、Q2的帶電性質(zhì)的正、負(fù)號(hào)代入公式中，只將其電荷量的絕對(duì)值代入公式中從而算出力的大??；力的方向再根據(jù)同種電荷相互排斥，

9、異種電荷相互吸引加以判別（3）要統(tǒng)一國(guó)際單位，如 （4）如果一個(gè)點(diǎn)電荷同時(shí)受到另外兩個(gè)或更多的點(diǎn)電荷的作用力，可根據(jù)靜電力疊加的原理求出合力。7. 庫(kù)侖力也叫靜電力，它是效果力還是性質(zhì)力？庫(kù)侖力是電荷之間的一種相互作用力，是一種“性質(zhì)力”，與重力、彈力、摩擦力一樣具有自己的特性電荷間相互作用的庫(kù)侖力也同樣遵循牛頓第三定律在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，與其他力一樣，受力分析不能漏掉對(duì)物體的平衡或運(yùn)動(dòng)起著獨(dú)立的作用8. 對(duì)于“帶電氣球拉動(dòng)易拉罐”的解釋氣球帶了電，當(dāng)它靠近易拉罐時(shí)，由于靜電感應(yīng)，易拉罐靠近氣球的一側(cè)帶上了和氣球所帶電荷電性相反的電荷，遠(yuǎn)離氣球的一側(cè)帶了和氣球所帶電荷電性相同的電荷，且電荷量相同根據(jù)

10、庫(kù)侖定律知，靜電力的大小與距離的平方成反比，所以氣球上帶的電荷與易拉罐上的近氣球側(cè)的電荷的吸引力大于氣球上帶的電荷與易拉罐上的遠(yuǎn)氣球側(cè)的電荷的排斥力，由力的合成知，合力為引力，所以氣球能“拉動(dòng)”易拉罐滾動(dòng)9. 易錯(cuò)易混點(diǎn)庫(kù)侖定律的適用條件是真空中的點(diǎn)電荷，好多同學(xué)往往忽略了這些條件從而導(dǎo)致出錯(cuò)另外在對(duì)點(diǎn)電荷在電場(chǎng)中受力分析時(shí)，對(duì)初學(xué)電場(chǎng)的學(xué)生來(lái)說(shuō)最容易丟掉庫(kù)侖力，這一點(diǎn)也要注意【典型例題】例1. 一絕緣球A帶正電，用絕緣絲線懸掛的一輕小物體B被A吸引，如圖所示，試分析B的帶電情況 解答：A、B相互吸引，有兩種情況：一是A、B帶異種電荷，二是其中一個(gè)帶電，另外一個(gè)不帶電，因?yàn)閹щ婓w有吸引輕小物體

11、的性質(zhì)所以B可能不帶電，也可能帶負(fù)電答案：見(jiàn)“解答”點(diǎn)評(píng)：不少同學(xué)注意到了第一種情況，漏掉了第二種情況。例2. 現(xiàn)有一個(gè)帶負(fù)電的電荷A，另有一不能拆分的導(dǎo)體B，而再也找不到其他的導(dǎo)體可供利用你如何能使導(dǎo)體B帶上正電?解答：因?yàn)锳帶負(fù)電，要使B帶正電，必須用感應(yīng)起電的方法才可以，因?yàn)榻佑|帶電只能使B帶負(fù)電根據(jù)感應(yīng)起電的原理可知，要使B帶電還需另外一塊導(dǎo)體，但現(xiàn)在這塊導(dǎo)體沒(méi)有其實(shí)人體就是一塊很好的導(dǎo)體，只要把A靠近B，用手摸一下B，再拿開(kāi)手，通過(guò)靜電感應(yīng)，B就帶上了正電荷答案：見(jiàn)“解答”點(diǎn)評(píng)：本題很明顯屬于感應(yīng)起電，解決問(wèn)題的關(guān)鍵在于怎樣找到另一塊導(dǎo)體，如果不能考慮到人體的導(dǎo)電性，思維將陷入誤區(qū)。

12、例3. 有三個(gè)完全一樣的金屬小球A、B、C，A帶電荷量為7Q，B帶電荷量為Q，C球不帶電，將A、B兩球固定，然后讓C球先跟A球接觸，再跟B球接觸，最后移去C球，則A、B球間的作用力變?yōu)樵瓉?lái)的多少倍?解答：由庫(kù)侖定律知，開(kāi)始時(shí)A、B兩球間的作用力： 當(dāng)A、C兩球接觸時(shí)，兩球均帶電當(dāng)B、C兩球接觸時(shí)，兩球均帶電故后來(lái)A、B兩球間作用力 由兩式知例4. 兩個(gè)質(zhì)量分別是m1、m2的小球，各用長(zhǎng)為L(zhǎng)的絲線懸掛在同一點(diǎn)，當(dāng)兩球分別帶同種電荷，且電荷量分別為q1、q2時(shí)，兩絲線張開(kāi)一定的角度1，2，如圖所示，則下列說(shuō)法正確的是（ ）A. 若m1m2，則12B. 若m1=m2，則12C. 若m1m2，則12D

13、. 若q1=q2，則12解答：這是一道帶電體平衡問(wèn)題，分析方法仍然與力學(xué)中物體的平衡方法一樣以m1為研究對(duì)象，對(duì)m2受力分析如圖所示由共點(diǎn)力平衡得Tsin1 = F斥 Tcos1 = m1 g 由得tan1 = ，同理tan2 = q1、q2大小如何，兩帶電小球所受庫(kù)侖斥力屬于作用力與反作用力，永遠(yuǎn)相等，故從tan = 知m大，則tan小，亦小（），m相等，亦相等，故B、C正確。答案：BC點(diǎn)評(píng)：解決帶電體平衡問(wèn)題的方法是：確定研究對(duì)象；受力分析；建坐標(biāo)軸；列方程；解方程 【模擬試題】1. 摩擦過(guò)的玻璃棒和橡膠棒均能起電，但用驗(yàn)電器檢驗(yàn)卻發(fā)現(xiàn)摩擦過(guò)的金屬棒不帶電，為什么?如何使摩擦后的金屬棒帶電?2. （上海高考題）如圖所示，半徑為R的絕緣球殼上均勻地帶有電荷量為+Q的電荷，另一電荷量為+q的點(diǎn)電荷放在球心O上，由于對(duì)稱性，點(diǎn)電荷受力為零，現(xiàn)在球殼上挖去半徑為r（rR的一個(gè)小圓孔，則此時(shí)置于球心的點(diǎn)電荷所受力的大小為多少?方向如何? （已知靜電力常量k）試題答案1. 因?yàn)榻饘侔魩系碾姾珊芸毂蝗梭w導(dǎo)走了可以把摩擦后的毛皮靠近用手拿著的金屬棒，然后用絕緣物體夾住金屬棒，這樣就可使金屬棒帶電了2. 如圖所示，由于球殼上帶電均勻，原來(lái)