物理新設(shè)計(jì)人教版選修11講義電場(chǎng)電流第1講

10/1009/10/第1講電荷庫(kù)侖定律[目標(biāo)定位]1.了解人類對(duì)電現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)過(guò)程，體會(huì)人類探索自然規(guī)律的科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神.2.了解元電荷的大??；了解電荷守恒定律.3.理解庫(kù)侖定律的含義和表達(dá)式，知道靜電力常量；了解庫(kù)侖定律的適用條件，學(xué)習(xí)用庫(kù)侖定律解決簡(jiǎn)單的問(wèn)題.一、接引雷電下九天美國(guó)科學(xué)家富蘭克林通過(guò)著名的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)成功地將天電引入萊頓瓶，并證明閃電是一種放電現(xiàn)象.二、電荷1.電荷的電性及相互作用(1)兩種電荷：用絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒帶正電荷，用毛皮摩擦過(guò)的硬橡膠棒帶負(fù)電荷.(2)作用：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引.2.電荷的多少叫電荷量，用Q(或q)表示，在國(guó)際單位制中，電荷量的單位是庫(kù)侖，簡(jiǎn)稱庫(kù)，用符號(hào)C表示.3.摩擦起電和感應(yīng)起電(1)摩擦起電：在摩擦起電過(guò)程中，失去電子的物體帶正電，得到電子的物體帶負(fù)電.(2)感應(yīng)起電：把電荷移近不帶電的導(dǎo)體，導(dǎo)體中的正負(fù)電荷分開(kāi)，使電荷從導(dǎo)體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分.想一想原來(lái)物體不帶電，通過(guò)摩擦或感應(yīng)等方式使物體帶上了電，那么摩擦或感應(yīng)起電是創(chuàng)造了電荷嗎？答案不是.因?yàn)闊o(wú)論哪種起電方式，都沒(méi)有創(chuàng)造出電荷，起電的本質(zhì)是電荷在導(dǎo)體間或?qū)w內(nèi)部發(fā)生了轉(zhuǎn)移.三、電荷守恒1.電荷守恒定律：電荷既不能創(chuàng)生，也不能消滅，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，在轉(zhuǎn)移過(guò)程中，電荷的總量不變.2.元電荷：電子、質(zhì)子所帶的電荷量是最小電荷量，人們把這個(gè)最小電荷量叫做元電荷，用e表示，e＝1.60×10－19C.實(shí)驗(yàn)表明：所有帶電物體的電荷量或者等于e，或者是e的整數(shù)倍.想一想一個(gè)帶電體可以帶2.5×10－19C的電荷嗎？答案不可以.元電荷是最小的電荷量，所有帶電物體的電荷量或者等于e，或者是e的整數(shù)倍.所以帶電體不可能帶2.5×10－19C的電荷.四、庫(kù)侖定律1.內(nèi)容：真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力，跟它們電荷量的乘積成正比，跟它們距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上.2.表達(dá)式：F＝keq\f(Q1Q2,r2)，其中k是一個(gè)常量，叫靜電力常量，k＝9.0×109N·m2/C2.3.適用條件：(1)真空中；(2)靜止的點(diǎn)電荷.4.點(diǎn)電荷如果帶電體間的距離比它們自身線度的大小大得多，以至帶電體的形狀和大小對(duì)相互作用力的影響可以忽略不計(jì)，這樣的帶電體就可以看做點(diǎn)電荷.想一想有一位同學(xué)，由庫(kù)侖定律的表達(dá)式F＝keq\f(Q1Q2,r2)得到：當(dāng)r→0時(shí)，靜電力F→∞.這種說(shuō)法正確嗎？為什么？答案不正確.從數(shù)學(xué)角度分析這是必然的結(jié)論，但從物理的角度分析，這一結(jié)論是錯(cuò)誤的，其原因是：當(dāng)r→0時(shí)，兩電荷已失去了點(diǎn)電荷的前提條件，何況實(shí)際的電荷都有一定的大小和形狀，根本不會(huì)出現(xiàn)r＝0的情況，也就是說(shuō)，在r→0時(shí)不能再用庫(kù)侖定律計(jì)算兩電荷間的相互作用力.一、摩擦起電與感應(yīng)起電的比較方式內(nèi)容摩擦起電感應(yīng)起電產(chǎn)生及條件兩不同絕緣體摩擦?xí)r導(dǎo)體靠近帶電體時(shí)現(xiàn)象兩物體帶上等量異種電荷導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷，且電性與原帶電體“近異遠(yuǎn)同”原因不同物質(zhì)的原子核對(duì)核外電子的束縛能力不同而發(fā)生電子得失導(dǎo)體中的自由電子受到帶正(負(fù))電物體吸引(排斥)而靠近(遠(yuǎn)離)舉例毛皮與橡膠棒摩擦后分別帶正電和負(fù)電放于電場(chǎng)中的導(dǎo)體兩端帶有等量異種電荷實(shí)質(zhì)均為電荷在物體之間或物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移例1如圖1－1－1所示，將一束塑料包扎帶一端打結(jié)，另一端撕成細(xì)條后，用手迅速捊細(xì)條，觀察到細(xì)條散開(kāi)了，則產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是()圖1－1－1A.細(xì)條之間相互感應(yīng)起電，相互排斥散開(kāi)B.撕成細(xì)條后，所受重力減小，細(xì)條自然松散C.撕成細(xì)條后，由于空氣浮力作用，細(xì)條散開(kāi)D.由于摩擦起電，細(xì)條帶同種電荷，相互排斥散開(kāi)答案D解析產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是由于摩擦，使細(xì)條上帶了同種電荷，由于同種電荷的相互排斥，所以細(xì)條散開(kāi)，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤.二、電荷守恒定律的理解和應(yīng)用1.“總量”：指電荷的代數(shù)和.2.起電過(guò)程的本質(zhì)：電子發(fā)生了轉(zhuǎn)移，也就是說(shuō)物體所帶電荷的重新分配.3.兩個(gè)完全相同的金屬球接觸后將平分電荷，即Q1′＝Q2′＝eq\f(Q1＋Q2,2)，Q1和Q2可以是同種電荷，也可以是異種電荷.例2A、B兩物體均不帶電，相互摩擦后A帶負(fù)電荷，電荷量大小為Q，則B的帶電情況是()A.帶正電荷，電荷量大于QB.帶正電荷，電荷量等于QC.帶負(fù)電荷，電荷量大于QD.帶負(fù)電荷，電荷量等于Q答案B解析根據(jù)電荷守恒定律可知，B應(yīng)帶正電荷，電荷量的大小應(yīng)等于Q，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤.三、庫(kù)侖定律的理解和應(yīng)用1.庫(kù)侖定律的適用條件：適用于真空中靜止的點(diǎn)電荷.真空中的電荷若不是點(diǎn)電荷，如圖所示.同種電荷時(shí)，實(shí)際距離會(huì)增大，如圖1－1－2(a)所示；異種電荷時(shí)，實(shí)際距離會(huì)減小，如圖1－1－2(b)所示.圖1－1－22.用公式計(jì)算庫(kù)侖力的大小時(shí)，只將電荷量的絕對(duì)值代入公式中計(jì)算出力的大小，力的方向根據(jù)同種電荷相斥、異種電荷相吸加以判斷.3.如果一個(gè)點(diǎn)電荷同時(shí)受到另外的兩個(gè)或更多的點(diǎn)電荷的作用力，則它實(shí)際受到的庫(kù)侖力為各個(gè)電荷對(duì)它的庫(kù)侖力的矢量和.4.兩個(gè)點(diǎn)電荷間的庫(kù)侖力遵從牛頓第三定律，不管兩帶電體帶電荷量大小如何，它們之間的庫(kù)侖力大小總是相等的.例3真空中有甲、乙兩個(gè)點(diǎn)電荷，其相互作用力為F.要使它們之間的相互作用力變?yōu)?F，下列方法可行的是()A.使甲、乙電荷量都變?yōu)樵瓉?lái)的eq\r(2)倍B.使甲、乙電荷量都變?yōu)樵瓉?lái)的eq\f(1,\r(2))C.使甲、乙之間距離變?yōu)樵瓉?lái)的eq\r(2)倍D.使甲、乙之間距離變?yōu)樵瓉?lái)的eq\f(1,\r(2))答案AD解析根據(jù)庫(kù)侖定律F＝keq\f(Q1Q2,r2)分析可得，通過(guò)改變電荷量和電荷之間的距離即可改變庫(kù)侖力的大小，故A、D項(xiàng)正確.針對(duì)訓(xùn)練1真空中兩點(diǎn)電荷所帶電量分別為＋2Q和－2q，相距為2r，它們之間的靜電力是()A.keq\f(Qq,r2) B.keq\f(2Qq,r2)C.keq\f(Qq,r) D.keq\f(2Qq,r)答案A解析根據(jù)F＝keq\f(Q1Q2,r2)，可得F＝keq\f(2Q·2q,（2r）2)＝keq\f(Qq,r2)，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤.電荷及其作用1.關(guān)于電荷及相互作用，下列說(shuō)法中正確的是()A.絲綢和玻璃棒摩擦后，玻璃棒帶正電是由于絲綢上一些正電荷轉(zhuǎn)移到玻璃棒上B.絲綢和玻璃棒摩擦后，玻璃棒帶正電是由于玻璃棒上一些正電荷轉(zhuǎn)移到絲綢上C.真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷電荷量均增加為原來(lái)的2倍，距離不變，則它們之間的作用力變?yōu)樵瓉?lái)的4倍D.真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷間距離增為原來(lái)的2倍，電荷量均不變，則它們之間的作用力變?yōu)樵瓉?lái)的一半答案C解析能夠移動(dòng)的是負(fù)電荷電子，A、B項(xiàng)錯(cuò)誤；由庫(kù)侖定律F＝eq\f(kQ1Q2,r2)，C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤.電荷守恒定律的理解和應(yīng)用2.兩個(gè)完全相同的金屬小球A、B所帶電荷量分別為＋3Q和－Q，將兩小球接觸后，小球A的帶電荷量為()A.＋3Q B.＋2QC.＋Q D.－Q答案C解析小球接觸過(guò)程中電荷要先中和后平分，Q1′＝Q2′＝eq\f(Q1＋Q2,2)＝eq\f(＋3Q＋（－Q）,2)＝Q，選項(xiàng)C正確.庫(kù)侖定律的理解及應(yīng)用3.要使真空中的兩個(gè)點(diǎn)電荷間的庫(kù)侖力增大到原來(lái)的4倍，下列方法可行的是()A.每個(gè)點(diǎn)電荷的帶電荷量都增大到原來(lái)的2倍，電荷間的距離不變B.保持點(diǎn)電荷的帶電荷量不變，使兩個(gè)點(diǎn)電荷間的距離增大到原來(lái)的2倍C.使一個(gè)點(diǎn)電荷的帶電荷量加倍，另一個(gè)點(diǎn)電荷的帶電荷量保持不變，同時(shí)使兩點(diǎn)電荷間的距離減小為原來(lái)的eq\f(1,2)D.保持點(diǎn)電荷的帶電荷量不變，將兩個(gè)點(diǎn)電荷間的距離減小為原來(lái)的eq\f(1,2)答案AD解析根據(jù)庫(kù)侖定律F＝keq\f(Q1Q2,r2)，知FA＝eq\f(k·2q·2q,r2)＝4F，A項(xiàng)正確；FB＝eq\f(kq2,（2r）2)＝eq\f(F,4)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；FC＝eq\f(k·2q·q,（\f(r,2)）2)＝8F，C項(xiàng)錯(cuò)誤；FD＝eq\f(kq2,（\f(r,2)）2)＝4F，D項(xiàng)正確.4.如圖1－1－3所示，小球A固定在絕緣支架上，小球B用絲線懸掛，兩小球均帶有正電荷.現(xiàn)將A向右移近B，觀察到絲線與豎直方向的夾角增大，這表明電荷間的作用力()圖1－1－3A.隨距離的減小而增大B.隨距離的減小而減小C.隨電荷量的減小而增大D.隨電荷量的減小而減小答案A解析絲線與豎直方向的夾角增大說(shuō)明電荷間的作用力增大。在該題中A、B的電荷量不變，隨著A、B間距離的減小電荷間的作用力增大，表明電荷間的作用力隨距離的減小而增大，選項(xiàng)A正確.(時(shí)間：60分鐘)題組一、電荷及其作用1.電荷量的國(guó)際單位是()A.千克 B.庫(kù)侖C.伏特 D.牛頓答案B2.科學(xué)家在研究原子、原子核及基本粒子時(shí)，為了方便，常常用元電荷作為電荷量的單位。關(guān)于元電荷，下列說(shuō)法中不正確的是()A.把質(zhì)子或電子叫元電荷B.1.60×10－19C的電荷量叫元電荷C.電子帶有最小的負(fù)電荷，其電荷量的絕對(duì)值叫元電荷D.質(zhì)子帶有最小的正電荷，其電荷量的絕對(duì)值叫元電荷答案A解析最小電荷量叫做元電荷，用e表示，e＝1.60×10－19C，選項(xiàng)B正確；質(zhì)子和電子所帶的電荷量的絕對(duì)值叫元電荷，但它們本身并不是元電荷，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，C、D正確.3.將兩只充氣氣球在頭發(fā)上摩擦后放在絕緣水平桌面上，關(guān)于兩只氣球之間的靜電相互作用，下列說(shuō)法正確的是()A.氣球帶同種電荷相互吸引B.氣球帶同種電荷相互排斥C.氣球帶異種電荷相互吸引D.氣球帶異種電荷相互排斥答案B解析兩只氣球分別與頭發(fā)摩擦后會(huì)帶有同種電荷，同種電荷相互排斥，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤..題組二、電荷守恒定律的理解和應(yīng)用4.帶電微粒所帶的電荷量不可能是下列值中的()A.2.4×10－19C B.－6.4×10－19CC.－1.6×10－18C D.4.0×10－17C答案A解析任何帶電體的電荷量都只能是元電荷電荷量的整數(shù)倍，元電荷電荷量為e＝1.60×10－19C，選項(xiàng)A中電荷量為eq\f(3,2)倍，B中電荷量為4倍，C中電荷量為10倍，D中電荷量為250倍.B、C、D選項(xiàng)中的電荷量數(shù)值均是元電荷的整數(shù)倍，所以只有選項(xiàng)A是不可能的.5.導(dǎo)體A帶5q的正電荷，另一完全相同的導(dǎo)體B帶－q的負(fù)電荷，將兩導(dǎo)體接觸后再分開(kāi)，則導(dǎo)體B的帶電荷量是()A.－q B.qC.2q D.4q答案C解析導(dǎo)體接觸過(guò)程中電荷要先中和后平分，Q1′＝Q2′＝eq\f(Q1＋Q2,2)＝eq\f(＋5q＋（－q）,2)＝2q，選項(xiàng)C正確.6.如圖1－1－4所示，將帶正電的金屬小球接觸原來(lái)不帶電的驗(yàn)電器A端之后拿走，關(guān)于驗(yàn)電器的帶電情況正確的是()圖1－1－4A.A端帶正電，B端帶正電B.A端帶負(fù)電，B端帶負(fù)電C.A端帶負(fù)電，B端帶正電D.A端帶正電，B端帶負(fù)電答案A解析根據(jù)電荷守恒定律可知，驗(yàn)電器的A端、B端都帶了正電，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤.題組三、庫(kù)侖定律的理解及應(yīng)用7.關(guān)于點(diǎn)電荷，以下說(shuō)法正確的是()A.足夠小的電荷，就是點(diǎn)電荷B.一個(gè)電子，不論在何種情況下均可視為點(diǎn)電荷C.點(diǎn)電荷是一種理想化的模型D.一個(gè)帶電體能否看成點(diǎn)電荷，不是看它尺寸的絕對(duì)值，而是看它的形狀和尺寸對(duì)相互作用力的影響能否忽略不計(jì)答案CD解析點(diǎn)電荷是一個(gè)抽象的物理模型，類似于質(zhì)點(diǎn)模型，帶電體的形狀和大小對(duì)電學(xué)特征影響很小，以至于可以忽略時(shí)，該帶電體可以看作點(diǎn)電荷，故C、D選項(xiàng)正確.8.在真空中有兩個(gè)點(diǎn)電荷，它們之間的靜電力為F.如果保持它們各自所帶的電荷量不變，將它們之間的距離減小到原來(lái)的一半，那么它們之間靜電力的大小等于()A.2FB.eqB.eq\f(F,2)C.4F D.eq\f(F,4)答案C解析由庫(kù)侖定律F＝keq\f(Q1Q2,r2)知，電荷量不變，r減小到原來(lái)的一半，則F′＝eq\f(kQ1Q2,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(r,2)))\s\up12(2))＝4keq\f(Q1Q2,r2)＝4F.9.帶電體A固定在絕緣支架上，用一根絕緣絲線將帶電小球依次懸掛在1、2、3、4、5、6六個(gè)不同的位置，絲線偏轉(zhuǎn)情況如圖1－1－5所示.小球在不同位置時(shí)受到帶電體A的庫(kù)侖力()圖1－1－5A.方向不同，離A越遠(yuǎn)庫(kù)侖力越小B.方向相同，離A越遠(yuǎn)庫(kù)侖力越小C.方向相同，離A越遠(yuǎn)庫(kù)侖力越大D.方向不同，離A越遠(yuǎn)庫(kù)侖力越大答案A解析小球在不同位置時(shí)受到帶