电荷库伦定律

第一章电场电流一、电荷库仑定律一、电荷库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习导引学习目标1.了解人类对电现象认识的过程.2.能记住元电荷的大小,能说出电荷守恒定律的内容.3.知道静电力常量及库仑定律的适用条件.4.认识科学家在了解自然的过程中常用的科学方法.重点难点重点:库仑定律及其应用.难点:对点电荷的认识.一、电荷库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习导引一、电荷1.自然界中有两种电荷,即正电荷和负电荷;同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引.物体带正电是由于物体失去电子;带负电是由于物体得到电子.2.摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体上,失去电子的物体带正电,得到电子的物体带负电.3.把电荷移近不带电的导体,可以使导体带电的现象,叫作感应起电;在这个过程中,导体中的电子从导体的一部分转移到另一部分;导体上靠近电荷的一端带的电荷与此电荷的电性相反,远端带的电荷与此电荷的电性相同.一、电荷库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习导引预习交流1如图所示,将玻璃板两边垫起,下面撒一些纸屑,再用干燥的纸团摩擦玻璃板的上表面,你就会看到下面的纸屑被吸起.你知道这是为什么吗?答案:纸团跟玻璃的摩擦会使玻璃板带上静电,带电体会吸引轻小的物体,所以纸屑被吸起.一、电荷库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习导引二、电荷守恒定律1.元电荷:在物理学中,常用元电荷作为电荷量的单位,元电荷的大小为1.60×10-19库仑;一个电子的电荷量为-1.60×10-19库仑,一个质子的电荷量为1.60×10-19库仑;任何带电粒子,所带电荷量或者等于电子(或质子)的电荷量,或者是它们电荷量的整数倍.2.电荷守恒定律:电荷既不能创生,也不能消灭,只能从一个物体转移到另一个物体,或从物体的一部分转移到另一部分.在转移的过程中,电荷的总量不变.一、电荷库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习导引预习交流2元电荷e=1.60×10-19C,而质子和电子的带电荷量均为1.60×10-19C,甲同学据此认为质子和电子就是元电荷,而乙同学认为电子带电荷量为-1.60×10-19C,所以元电荷应该是质子,你认为这两位同学的认识正确吗?你是怎样认识的?答案:这两位同学的认识均不正确,元电荷是带电体最小的带电单位,而不是带电体本身.质子和电子均为实物粒子,只能说它们的带电荷量刚好等于一个元电荷,但不能说它们就是元电荷.一、电荷库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习导引三、库仑定律1.库仑定律的数学表达式是F=kQ1Q2r2,式中k叫静电力常量,其数值为9.0×109,其单位是N·m2/C2.2.库仑定律的适用条件:(1)真空中;(2)点电荷.预习交流3A、B两点电荷间的距离恒定,当其他电荷移到A、B附近时,A、B间相互作用的库仑力发生变化吗?答案:不变.两点电荷间相互作用的库仑力大小只与两点电荷的带电荷量的乘积和两点电荷间的距离有关,与是否存在其他电荷无关.一、电荷库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测一、电荷与电荷守恒定律活动与探究公元前6世纪,希腊哲学家泰勒斯用琥珀和布料摩擦后,发现琥珀能吸引轻小的物体,他半开玩笑地说:“看,琥珀都有灵魂哩!”这是人们对静电吸引现象的最早发现.实际上,在日常生活中,我们经常接触静电现象:雷雨季节的电闪雷鸣;干燥的冬天,睡觉前脱毛衣时,常听到“啪、啪”的响声,同时还会看到有闪光;梳头时,头发会随塑料梳子飘起……你知道有哪些方式可以使物体带电吗?一、电荷库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测答案:有摩擦起电、接触带电和感应起电.(1)摩擦起电:两物体相互摩擦,因为不同物质原子核对电子束缚能力的强弱不同,则对电子束缚能力相对较弱的失去电子而带正电,而对电子束缚能力相对较强的得到电子而带负电.(2)接触带电:不带电的物体与带电的物体接触,两者相当于一个物体,电荷在相互斥力作用下重新分布,使不带电的物体带上电.(3)感应起电:如图所示,在导体C上的电荷作用下,导体A、B上的自由电荷发生定向移动,使导体中的电子由导体的B端移至A端,而引起A端带负电,B端带正电,此时若将A、B分离,则A、B成为带等量异种电荷的带电体,但只有先将A、B分开,再移走C,才能使A、B带上等量异种电荷.一、电荷库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU迁移与应用例1如图所示,将带有负电的绝缘棒移近两个不带电的导体球,两个导体球开始时互相接触且对地绝缘,下列方法中能使两球都带电的是()A.先把两球分开,再移走棒B.先移走棒,再把两球分开C.使棒与甲球瞬时接触,再移走棒D.先使乙球瞬时接地,再移走棒问题导学当堂检测一、电荷库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU[思路点拨]只要甲、乙之间或甲、乙与外界其他物体之间有电子转移或传递,就可能使甲、乙导体球带电.解析:由于静电感应,甲球感应出正电荷,乙球感应出负电荷,把两球分开后,它们带上了等量异种电荷,所以A正确;若先将棒移走,则两球由于静电感应现象感应出的电荷会中和,所以两球分开后不会带上电荷,B错误;使棒与甲球接触,则两球会因接触而带上负电荷,所以C正确;若使乙球瞬时接地,则乙球上感应出的负电荷因受斥力而被导走,再将棒移走,由于甲、乙是接触的,所以甲球上的电荷会重新分布在甲、乙两球上,结果是两球都带上了正电荷,所以D正确.答案:ACD问题导学当堂检测一、电荷库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU迁移训练1下列叙述正确的是()A.摩擦起电是创造电荷的过程B.接触带电是电荷转移的过程C.玻璃棒无论和什么物体摩擦都会带正电D.通过摩擦起电的两个原来不带电的物体,一定带有等量异种电荷答案:BD解析:电荷是不能创造的,摩擦起电的实质是电子的转移,但摩擦起电时电子应从对电子束缚能力弱的物体转移到对电子束缚能力强的物体上,所以玻璃棒并不是和任何物体摩擦都带正电.摩擦起电过程中电子从一个物体转移到另一个物体,失去电子的物体带正电,得到电子的物体带负电,两物体带等量的正、负电荷,所以选项B、D正确.问题导学当堂检测一、电荷库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU1.元电荷:所有带电体的电荷量或者等于e,或者是e的整数倍,这个电荷量e=1.60×10-19C叫作元电荷.元电荷既不是电子,也不是质子,只是一个电荷量,因为物体的带电荷量通常较小,因此可用元电荷的整数倍方便地表示,如电子的带电荷量为-e,即表示电子的带电荷量为-1.60×10-19C.问题导学当堂检测一、电荷库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU2.使物体带电的实质使物体带电的三种方式的实质都是电子的转移.(1)摩擦起电实质上是电子在不同物体间的转移.(2)感应起电是在电荷的相互作用下,导体中的自由电荷由导体的一端转移到另一端,使导体两端分别带上等量的异种电荷.(3)接触带电是在电荷的相互作用下,电子从一个物体转移到另一个物体上.3.接触带电时,两个完全相同的导体球相互接触,则电荷量平分.若两导体球带同种电荷,会把总电荷量平分;若带异种电荷,则先中和再平分.问题导学当堂检测一、电荷库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU二、库仑定律活动与探究类比是一种重要的研究方法.德国哲学家康德说过:“每当缺乏可靠的论证思路时,类比这个方法往往指导我们前进.”在研究电荷间相互作用力的大小跟电荷量的多少以及相互间距离的关系时可与万有引力定律类比:问题导学当堂检测一、电荷库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU两个质点相互吸引,吸引力的大小跟两个质点的质量和间距有关:F∝m1m2r2类比⇒两个异种电荷相互吸引,吸引力的大小F跟两个电荷量的多少Q1、Q2及间距r有关从这个类比中,你得到什么启发?答案:可能有F∝Q1Q2r2.问题导学当堂检测一、电荷库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU迁移与应用例2库仑定律告诉我们:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,跟它们电荷量的乘积成正比,跟它们距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上.现假设在真空中有两个带正电的点电荷,电荷量均为Q=1C,它们之间的距离r=1m.静电力常量k=9×109N·m2/C2.(1)这两个点电荷之间的静电力是引力还是斥力?(2)求这两个点电荷之间的静电力F的大小.问题导学当堂检测一、电荷库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU[思路点拨]本题是库仑定律的直接应用,只要符合库仑定律的适用条件,代入F=kQ1Q2r2即可.解析:(1)同种电荷相互排斥,所以这两个正电荷之间存在斥力.(2)根据库仑定律F=kQ1Q2r2得两电荷之间的静电力F=9×109×1×112N=9×109N.答案:(1)斥力(2)9×109N问题导学当堂检测一、电荷库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU迁移训练2要使真空中的两个点电荷间的库仑力增大到原来的4倍,下列方法可行的是()A.每个点电荷的带电荷量都增大到原来的2倍,点电荷间的距离不变B.保持点电荷的带电荷量不变,使两个点电荷间的距离增大到原来的2倍C.使一个点电荷的带电荷量加倍,另一个点电荷带电荷量保持不变,同时使两点电荷间的距离减小为原来的12D.保持点电荷的带电荷量不变,将两点电荷间的距离减小为原来的12问题导学当堂检测一、电荷库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU答案:AD解析:据库仑定律F=kQ1Q2r2知FA=k·2q·2qr2=4F,A项正确.FB=kq2(2r)2=F4,B项错误.FC=k·2q·q(r2)2=8F,C项错误.FD=kq2(r2)2=4F,D项正确.问题导学当堂检测一、电荷库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU1.库仑定律适用于真空中两点电荷间相互作用力的计算.2.库仑力的大小F=kQ1Q2r2,计算时电荷量Q1、Q2只代入绝对值.对静电力常量k,只有各量用国际单位制时才有k=9.0×109N·m2/C2.3.库仑力的方向总是沿两点电荷连线方向,同种电荷因相互排斥而向外,异种电荷因相互吸引而向里.问题导学当堂检测一、电荷库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU4.库仑力具有一切力的性质,相互作用的两个点电荷间的作用力满足牛顿第三定律,即两点电荷(不论电荷量是否相同、电性是否相同)所受库仑力大小相等、方向相反,作用在同一条直线上.5.当多个带电体同时存在时,任两个点电荷间的作用都遵循库仑定律.6.点电荷与我们在必修1中所学的质点相似,都是理想化模型,带电体能否看成点电荷是相对于具体研究的问题而言的,与带电体的实际大小没有直接关系.问题导学