2019-2020学年高中物理 第一章 电场电流 一 电荷 库仑定律课件 新人教版选修1-1

一、电荷库仑定律情景导入学习目标预览手扶静电起电机笑容灿烂的女生为什么“怒发冠”？你想去体验一下吗？1.了解人类对电现象的认识过程．2.了解科学家在认识自然过程中常用的科学方法．3.知道元电荷的大小，理解电荷守恒定律．4.理解并掌握库仑定律的含义和表达式，知道静电力常量．了解库仑定律的适用条件，并能运用它解决简单问题.01课前自主梳理02课堂合作探究03课后巩固提升[课时作业]一、电荷1．两种电荷及其相互作用(1)自然界中存在着两种电荷，和．(2)同种电荷相互，异种电荷相互．2．电荷量(1)定义：电荷的叫作电荷量，用表示．(2)单位：在国际单位制中，电荷量的单位是，简称，用符号表示．正电荷负电荷排斥吸引多少Q(或q)库仑库C3．起电方式(1)摩擦起电：毛皮摩擦过的硬橡胶棒带的电荷称为电荷，用丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷称为电荷．(2)感应起电：把电荷移近不带电的导体，可以使导体的现象．负正带电[思考]冬春季节脱化纤衣服时因为带电会听到哔哔剥剥的响声，晚上还会看到电火花，你知道衣服上带电属于哪种方式吗？提示：摩擦带电．二、电荷守恒定律1．元电荷最小的叫元电荷，用e表示，数值上等于一个电子所带电荷量的绝对值，即e＝C，实验指出，任何带电体的电荷量等于e或者是e的倍．2．电荷守恒定律电荷既不能创生，也不能消灭，只能从一个物体到另一个物体，或者从物体的一部分到另一部分，在转移的过程中，不变．电荷量1.6×10－19整数转移转移电荷的总量[思考]质子和电子带电荷量和元电荷一样，质子和电子是元电荷吗？提示：不是，质子和电子是带电体．元电荷是电荷量的单位．三、库仑定律1．内容中两个静止之间的相互作用力，跟它们电荷量的乘积成，跟它们距离的二次方成，作用力的方向在它们的上．2．公式F＝，其中k＝9.0×109N·m2/C2.3．点电荷：如果带电体间的距离比它们自身线度的大小，以至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作点电荷．真空点电荷正比反比连线kQ1Q2r2大得多[判断](1)库仑力只存在于点电荷之间，非点电荷之间没有库仑力．()(2)库仑定律和万有引力定律表达式相似，故库仑力和万有引力是同种性质的力．()(3)点电荷是一种理想模型，实际上并不存在．()××√要点一对起电方式的理解三种起电方式的对比摩擦起电感应起电接触起电条件两种不同物质组成的物体相互摩擦带电体靠近不带电的导体带电体接触不带电的导体摩擦起电感应起电接触起电实质电荷得失静电感应电荷转移结果失去电子的带正电，得到电子的带负电同种电荷在排斥力的作用下远离，聚集到不带电导体的另一端；异种电荷在吸引力的作用下靠近，聚集到不带电导体的一端不带电导体与带电的物体接触，电荷转移到不带电的导体上[特别提醒]起电的本质是自由电子在物体间或物体内部的转移，而不是创造了电荷．[例1](多选)关于摩擦起电和感应起电，下列说法中正确的是()A．摩擦起电现象说明机械能可以转化为电能，也说明通过做功可以创造出电荷B．摩擦起电说明电荷可以从一个物体转移到另一个物体C．感应起电说明电荷可以从物体的一部分转移到另一部分D．感应起电可以使原来不带电的物体带上电荷[解析]起电实质是电子的得失和转移，物体因得电子而带负电，失电子而带正电，而不是创造电荷，故选项B、C、D正确，A错误．[答案]BCD(1)无论哪种方式起电，都不是创造了电荷，其实质都是电荷发生了转移，都遵循电荷守恒定律．(2)感应起电成功的关键在于先分开两物体(或先断开接地线)，然后再移走带电物体．1．(多选)当把用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近验电器的金属球后，金属箔片张开．此时，金属箔片所带的电荷的带电性质和起电方式是()A．正电荷B．负电荷C．感应起电D．摩擦起电解析：丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，玻璃棒靠近验电器的金属球，验电器的金属球感应出负电荷，而验电器的金属箔片感应出正电荷，两金属箔片上正电荷相互排斥而张开，选项A正确，选项B错误；这种起电方式是感应起电，选项C正确，选项D错误．答案：AC要点二对点电荷的理解1．理想化物理模型：点电荷是没有形状和大小的带电体．点电荷是为了研究问题的方便根据实际情况而引入的一种理想化物理模型．类似于力学中的质点，实际上并不存在．2．带电体看作点电荷的条件：如果两个带电体相距很远，它们之间的距离比它们每一个的线度大得多，其体积、形状对研究的问题影响很小甚至没有影响，这时可以忽略它的形状和大小，近似地认为每一个带电体的电荷都集中在一个点上，可将带电体看作点电荷．3．相对性：能否看作点电荷是相对的．同一带电体，有时可以看作点电荷，有时则不能看作点电荷．(1)通常在研究一个带电体与离它很近的电荷间的相互作用力时，该带电体不能看作点电荷．(2)当研究一个带电体与离它很远的电荷间的相互作用力时，一般可看作点电荷．[例2]下列关于点电荷的说法，正确的是()A．只有体积很小的带电体才能看作点电荷B．体积很大的带电体一定不能看作点电荷C．当两个带电体的大小及形状对它们之间的相互作用力可以忽略时，这两个带电体可以看作点电荷D．一切带电体都可以看作点电荷[思路点拨]解此题的关键是正确理解带电体看成点电荷的条件．[解析]点电荷为一理想化的模型，实际带电体能否看成点电荷不是看带电体的大小，也不是看它的形状，而是看它的大小和形状对相互作用力的影响．因此选项C正确．[答案]C当带电体的形状和大小与研究的问题无关或处于次要地位时，带电体的形状和大小就可以忽略而看成点电荷，而与带电体的大小等因素无直接的关系．2．关于点电荷，下列说法中正确的是()A．点电荷一定带正电B．点电荷是实际带电体的理想化模型C．点电荷一定带负电D．只有带电荷量很小的带电体才能看作点电荷解析：点电荷是实际带电体的理想化模型，可以带正电，也可以带负电，并不是只有带电荷量很小的带电体才可以看成点电荷，带电荷量很大的带电体，只要符合要求，同样可以看成点电荷．答案：B要点三对库仑定律的理解及应用1．库仑定律适用于求真空中两个点电荷间的相互作用力，空气中两点电荷间的相互作用力也可以近似用库仑定律计算．2．应用库仑定律解题时，将电荷量的绝对值代入公式算出力的大小，方向根据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引的原则判断．3．各物理量统一用国际制单位，只有采用国际制单位，k的值才是9.0×109N·m2/C2.4．库仑力具有力的一切性质，可以与其他力合成、分解，可以与其他力平衡，可以产生加速度，遵从牛顿第三定律，两点电荷间的库仑力是一对相互作用力，大小相等，方向相反．[例3]真空中有甲、乙两个点电荷，相距为r，它们间的静电力为F.若甲的电荷量变为原来的2倍，乙的电荷量变为原来的13，距离变为2r，则它们之间的静电力变为()A.3F8B.F6C.8F3D.2F3[思路点拨]解此题的关键有两点：(1)库仑定律的适用条件是否满足．(2)公式F＝kQ1Q2r2中各符号的物理意义．[解析]根据题目给出的条件：真空、点电荷，符合应用库仑定律的条件，由库仑定律公式F＝kQ1Q2r2得当Q甲′＝2Q甲，Q乙′＝13Q乙，r′＝2r时，F′＝k2Q甲·13Q乙4r2＝16kQ甲·Q乙r2＝16F.[答案]B在解答该类问题时，应注意哪些量是不变的，哪些量是变化的，对于变量注意与原来的关系，然后根据库仑定律公式列方程进行计算．3．两个点电荷放在真空中保持一定距离，若其中一个点电荷的电荷量增加了12，但仍然保持它们之间的相互作用力不变，则另一个点电荷的电荷量减少了()A.15B.14C.13D.12解析：两个点电荷间的距离不变，其中一个电荷量增加了12，则电荷量变为原来的32倍，根据库仑定律的数学表达式F＝kQ1Q2r2可知，若保持相互作用力不变，则应让另一个电荷的电荷量变为原来的23，即减少了13，所以选项C正确．答案：C[随堂训练]1．(多选)关于电荷量，以下说法正确的是()A．物体所带的电荷量可以为任意实数B．物体所带的电荷量只能是某些值C．物体带正电荷1.6×10－9C，这是因为失去了1.0×10－10个电子D．物体带电荷量的最小值为1.6×10－19C解析：带电体所带的电荷量均是元电荷的整数倍而不是任意值，所以A错，B、D对；物体带正电是因为失去了等电荷量的电子，所以C错．答案：BD2．(多选)关于摩擦起电现象，下列说法中正确的是()A．摩擦起电是用摩擦的方法将其他物质变成了电荷B．摩擦起电是通过摩擦将一个物体中的电子转移到另一个物体C．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D．通过摩擦起电的两个原来不带电的物体，可能带有同种电荷解析：摩擦起电就是通过摩擦使物体带电的方法．由于相互摩擦的物体间的电子的得失而使物体分别带上等量异种电荷．所以B、C正确，A、D错误．答案：BC3．下列说法中正确的是()A．点电荷就是体积很小的带电体B．点电荷就是体积和带电荷量都很小的带电体C．根据F＝kQ1Q2r2可知，当r→0时F→∞D．静电力常量的数值是由实验得出的解析：点电荷是带电体的理想模型，当带电体本身的线度对所研究的问题没有影响或影响不大时，就可以当成点电荷，A、B选项错误；库仑定律仅适用于真空中的点电荷，当r→0时，库仑定律不成立，C选项错误．答案：D4．使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开．下图表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是()解析：使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器发生静电感应现象，若金属球带正电，靠近验电器，验电器上的小球带负电，下端金属箔带等量的正电，金属箔张开，选项A、C均错误．若金属球带负电，验电器上的小球带正电，下端金属箔带等量的负电，金属箔张开，选项B正确，选项D错误．答案：B5．(多选)甲物体与乙物体相互摩擦，没有其他物体参与电荷的交换，发现甲物体带了9.6×10－16C的正电荷．以下结论正确的是()A．甲物体失去了6×103个电子B．乙物体失去了6×103个电子C．乙物体带9.6×10－16C的负电荷D．乙物体带9.6×10－16C的正电荷解析：根据摩擦起电的特点，甲物体带了9.6×10－16C的正电荷，说明甲物体失去了9.6×10－16C的负电荷，即失去了9.6×10－16C1.60×10－19C＝6×103个电子；由电荷守恒定律可知，乙物体得到了6×103个电子，带9.6×10－16C的负电荷．答案：AC6．真空中两个完全一样的金属小球，带电荷量分别为q1＝1.6×10－19C，q2＝－8×10－19C，它们之间的球心距离为r＝2m(r远大于小球半径)，则它们之间的静电力大小为________N，是________(填“吸引”或“排斥”)力；若把两金属小球接触后，再放到原位置，则它们之间的静电力大小为________N，是________(填“吸引”或“排斥”)力．解析：据库仑定律知：F＝k|q1|·|q2|r2＝9×109×1.6×10－19×8×10－1922N＝2.88×10－28N，由于是异种电荷，故相互吸收．接触后电荷先中和后平分，则q1′＝q2′＝－3.2×10－19CF′＝k|q′1||q′2|r2＝9×109×3.2×10－19×3.2×10－1922N＝2.304×10－28N，由于是同种电荷，故相互排斥答案：2.88×10－28吸引2.304×10－28排斥