1.1电荷及其守恒定律 1.2库仑定律

你在黑暗中见过脱下尼龙衣物放出火花吗？在干燥的地毯上行走时，遇到门把手是否有过触电的感觉?在天气干燥时用塑料梳子梳头时，是否会发现梳子会吸引头发，有时还会听到响声？初中学过自然界有几种电荷，它们间的相互作用如何？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。现在表述为：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。电荷守恒定律【例】挂在绝缘细线下的两轻质通草球，由于电荷的相互作用靠近或远离，如图所示，则：（）A甲图中两球一定带异种电荷；B甲图中至少有一个带电；C乙图中两球一定带同种电荷；D乙图中两球可能只有一个带电。甲乙BC几个概念1、电荷量─电荷的多少叫做电荷量。符号：Q或q单位：库仑符号：C2、元电荷─电子所带的电荷量，用e表示，e=1.6×10-19C3、比荷—电子的电荷量和质量的比值注意：所有带电体的电荷量或者等于e，或者等于e的整数倍。因此，电荷量是不能连续变化的物理量。练习1．有三个完全一样的绝缘金属球，A球带的电荷量为q，B、C均不带电。现要使B球带的电荷量为3q/8，应该怎么办？2．把两个完全相同的金属球A和B接触一下，再分开一段距离，发现两球之间相互排斥，则A、B两球原来的带电情况可能是（）A．带有等量异种电荷B．带有等量同种电荷C．带有不等量异种电荷D．一个带电，另一个不带电BCD3．如图所示，A、B是被绝缘支架分别架起的金属球，并相隔一定距离，其中A带正电，B不带电，则以下说法中正确的是（）A．导体B带负电B．导体B左端出现负电荷，右端出现正电荷，并且电荷量大小相等C．若A不动，将B沿图中虚线分开，则两边的电荷量大小可能不等，与如何分有关D．只要A与B不接触，B的总电荷量总是为零BD4．先让验电器带上少量正电荷，然后拿一个带负电的带电体逐渐接近验电器的金属球，可以看到这样的现象：金属箔张开的角度先是减小，以至闭合，然后又张开了，解释这个现象。由于静电感应，验电器的箔片上的正电荷先减少至零，后负电荷增多。5、有两个完全相同的带电绝缘金属小球A、B，分别带有电量QA=6.4×10-9C，QB=-3.2×10-9C，让两绝缘金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移并转移了多少？电荷之间的作用力的大小取决于哪些因素呢？电荷之间相互作用力的大小与电量的大小、电荷间距离的大小有关，所带电量越大，距离越近，作用力就越大；反之，所带电量越小，距离越远，作用力就越小。库仑(1736-1806)通过实验确认，真空中两个静止点电荷之间的作用力，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。库仑(1736-1806)电荷之间的相互作用称为静电力或者库仑力。库仑定律【例】已知氢核质量是1.67×10-27kg,电子质量是9.1×10-31kg,求氢核和核外电子之间的库仑力和万有引力之比。【例】如图所示，A、B两点相距2a，O为中点，OC在AB连线的垂直平分线上，OC相距也为a。现在A、B分别放置q1=+Q、q2=-Q的点电荷，在C点放置q3=-q的点电荷。求：（1）q1、q2分别对q3的作用力大小、方向；（2）q3所受静电力的合力大小、方向。【例3】在真空中同一条直线上的A、B两点固定有电荷量分别为+4Q和-Q的点电荷。①将另一个点电荷放在该直线上的哪个位置，可以使它在电场力作用下保持静止？②若要求这三个点电荷都只在电场力作用下保持静止，那么引入的这个点电荷应是正电荷还是负电荷？电荷量是多大？（二）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：F=,k=.3.适用条件：（1）；（2）．点电荷是一个理想化的模型，在实际中，当带电体的对相互作用力的影响可以忽略不计时，就可以把带电体视为点电荷．（这一点与万有引力很相似，但又有不同：对质量均匀分布的球，无论两球相距多近，r都等于球心距；而对带电导体球，距离近了以后，电荷会重新分布，不能再用球心距代替r）。kQ1Q2/r29.0×109N·m2/C2真空中点电荷形状和大小1.直接用库仑定律求力的大小【例1】中子内有一电荷量为+2e/3上夸克和两个电荷量为-e/3下夸克，一简单模型是三个夸克都在半径为r的同一圆周上，如图所示,下面给出的四幅图中能正确表示出各夸克所受静电作用力的是()F2F3F1解:上夸克与下夸克为异种电荷,相互作用力为引力,F=2ke2/9l2(l为任意两个夸克间的距离),FF由力的合成可知上夸克所受的合力F1向下.下夸克为同种电荷,所受的作用力为斥力,F′=ke2/9l2,所以F=2F/,由力的合成知下夸克受力F2向上，B正确.2.同一条直线上的三个点电荷平衡问题的处理如果已知两个电荷的带电性质和大小，放入第三个电荷要使同一条直线上的三个点电荷都处于平衡状态，第三个电荷的方法及最后平衡的特点有如下规律：同种放中间，异种放两边，专往小边靠，正负要相间，小的夹中间。【例2】在真空中同一条直线上的A、B两点固定有电荷量分别为+4Q和-Q的点电荷。（1）将另一个点电荷放在该直线上的哪个位置，可以使它在电场力作用下保持静止？（2）若要求这三个点电荷都只在电场力作用下保持静止，那么引入的这个点电荷应是正电荷还是负电荷？电荷量是多大？解:（1）A、B两处电荷是异种电荷，第三个电荷应放在A、B的两边，专往小边靠的意思是只能放在B点的右侧，如图所示。再由库仑定律和平衡条件得224ccABkQqkQqrr所以rA:rB=2:1，即C在AB延长线上，且AB=BC。（2）A、B固定，若只要求C处的点电荷在电场力作用下平衡，则对C的带电性质和大小无要求；但要三个点电荷都只在电场力作用下保持静止，则还要满足如下条件：C必须是正电荷，且224cABBkQqkQrr又由几何关系得rA=rAB+rB联解得qC=+4Q3.与电荷守恒定律定律联合处理问题电荷的变化是电子的转移引起的；完全相同的带电金属球相接触，同种电荷总电荷量平均分配，异种电荷先中和后再平分。【例3】两个半径相同的金属小球，带电量之比为1:7，相距为r，两者相互接触后再放回原来的位置上，则相互作用力可能为原来的()A.4/7B.3/7C.9/7D.16/7√由于两球的电性未知，接触后相互作用力的计算应分两种情况解:设两小球的电量分别为q与7q，则原来相距r时的相互作用力22277qqqFkkrr√（1）若两球电性相同，相互接触时两球电量平均分布，每球带电量为74.2qqq放回原处后的相互作用力为21224416,qqqFkkrr所以1167FF（2）若两球电性不同，接触时两球电量先中和再平分，每球带电量为73.2qqq放回原处后的相互作用力为2122339,qqqFkkrr所以197FF【例4】如图所示，光滑绝缘水平面上固定着A、B、C三个带电小球，它们的质量均为m，间距均为r，A带电量QA=10q，B带电量QB=q，若小球C上加一个水平向右的恒力，欲使A、B、C始终保持r的间距运动，求：（1）C球的电性和电量QC；（2）水平力F的大小。4.与力学规律相结合处理问题FABFBA解:A、B球带同种电荷，A球受到B球库仑斥力FBA后，-要产生水平向右加速度，故C球必须带负电。FCAFACFBCFCB对A、B、C系统应用牛顿第二定律得a=F/3m,对C球222()ACBCQQQQFkkmarr对A球222()AcBAQQQQkkmarr联立可得：403CQq2270kqFr小结要深刻理解库仑定律,正确求库仑力的大小和方向;与其它力结合时注意受力分析和应用受力平衡或牛顿第二定律求解,跟求力学题是一样的,只不过多一个不同特点的库仑力而已。