2018-2019版高中物理 第一章 電場電流 第1講 電荷 庫侖定律學(xué)案 新人教版選修1-1

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1、 第1講　電荷　庫侖定律 [目標(biāo)定位]　1.了解人類對電現(xiàn)象的認(rèn)識過程，體會人類探索自然規(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?。涣私怆姾墒睾愣?3.理解庫侖定律的含義和表達式，知道靜電力常量；了解庫侖定律的適用條件，學(xué)習(xí)用庫侖定律解決簡單的問題. 一、接引雷電下九天 美國科學(xué)家富蘭克林通過著名的風(fēng)箏實驗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：用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電荷，用毛皮摩擦過的硬橡膠棒帶負電荷. (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)

2、表示，在國際單位制中，電荷量的單位是庫侖，簡稱庫，用符號C表示. 3.摩擦起電和感應(yīng)起電 (1)摩擦起電：在摩擦起電過程中，失去電子的物體帶正電，得到電子的物體帶負電. (2)感應(yīng)起電：把電荷移近不帶電的導(dǎo)體，導(dǎo)體中的正負電荷分開，使電荷從導(dǎo)體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分. 想一想　原來物體不帶電，通過摩擦或感應(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.因為無論哪種起電方式，都沒有創(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，只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一

3、部分，在轉(zhuǎn)移過程中，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，人們把這個最小電荷量叫做元電荷，用e表示，e＝1.60×10－19 C.實驗表明：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　一個帶電體可以帶2.5×10－19 C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2.5×10－19 C的電荷. 四、庫侖定律 1.內(nèi)容：真空中兩個靜止點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.表達式：F＝k，其中k是一

4、個常量，叫靜電力常量，k＝9.0×109 N·m2/C2. 3.適用條件： (1)真空中； (2)靜止的點電荷. 4.點電荷 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相互作用力的影響可以忽略不計，這樣的帶電體就可以看做點電荷. 想一想　有一位同學(xué)，由庫侖定律的表達式F＝k得到：當(dāng)r→0時，靜電力F→∞.這種說法正確嗎？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)論是錯誤的，其原因是：當(dāng)r→0時，兩電荷已失去了點電荷的前提條件，何況實際的電荷都有一定的大小和形狀，根本不會出現(xiàn)r＝0的情況，也就是說，在r→0時不能再用

5、庫侖定律計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 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“近異遠同” 原　因 不同物質(zhì)的原子核對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)電物體吸引(排斥)而靠近(遠離) 舉　例 毛皮與橡膠棒摩擦后分別帶正電和負電 放于電場中的導(dǎo)體兩端帶有等量異種電荷 實　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

6、打結(jié)，另一端撕成細條后，用手迅速捊細條，觀察到細條散開了，則產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是(　　) 圖1－1－1 A.細條之間相互感應(yīng)起電，相互排斥散開 B.撕成細條后，所受重力減小，細條自然松散 C.撕成細條后，由于空氣浮力作用，細條散開 D.由于摩擦起電，細條帶同種電荷，相互排斥散開 答案　D 解析　產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是由于摩擦，使細條上帶了同種電荷，由于同種電荷的相互排斥，所以細條散開，故D正確，A、B、C錯誤. 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.起電過程的本質(zhì)：電子發(fā)生了轉(zhuǎn)移，也就是說物體所帶電荷的重新分配. 3.兩個完全相同的金屬球接觸

7、后將平分電荷，即Q1′＝Q2′＝，Q1和Q2可以是同種電荷，也可以是異種電荷. 例2　A、B兩物體均不帶電，相互摩擦后A帶負電荷，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Q B.帶正電荷，電荷量等于Q C.帶負電荷，電荷量大于Q D.帶負電荷，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錯誤. 三、庫侖定律的理解和應(yīng)用 1.庫侖定律的適用條件：適用于真空中靜止的點電荷.真空中的電荷若不是點電荷，如圖所示.同種電荷時，實際距離會增大，如圖1－1－2(a)所示；異種電荷時，實際距離會減小，如

8、圖1－1－2(b)所示. 圖1－1－2 2.用公式計算庫侖力的大小時，只將電荷量的絕對值代入公式中計算出力的大小，力的方向根據(jù)同種電荷相斥、異種電荷相吸加以判斷. 3.如果一個點電荷同時受到另外的兩個或更多的點電荷的作用力，則它實際受到的庫侖力為各個電荷對它的庫侖力的矢量和. 4.兩個點電荷間的庫侖力遵從牛頓第三定律，不管兩帶電體帶電荷量大小如何，它們之間的庫侖力大小總是相等的. 例3　真空中有甲、乙兩個點電荷，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)樵瓉淼? 倍 B.使甲、乙電荷量都變?yōu)樵瓉淼? C.使甲、乙之間

9、距離變?yōu)樵瓉淼?倍 D.使甲、乙之間距離變?yōu)樵瓉淼? 答案　AD 解析　根據(jù)庫侖定律F＝k分析可得，通過改變電荷量和電荷之間的距離即可改變庫侖力的大小，故A、D項正確. 針對訓(xùn)練1　真空中兩點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.k B.k C.k D.k 答案　A 解析　根據(jù)F＝k，可得F＝k＝k，故A正確，B、C、D錯誤. 電荷及其作用 1.關(guān)于電荷及相互作用，下列說法中正確的是(　　) 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

10、些正電荷轉(zhuǎn)移到絲綢上 C.真空中兩個點電荷電荷量均增加為原來的2倍，距離不變，則它們之間的作用力變?yōu)樵瓉淼?倍 D.真空中兩個點電荷間距離增為原來的2倍，電荷量均不變，則它們之間的作用力變?yōu)樵瓉淼囊话? 答案　C 解析　能夠移動的是負電荷電子，A、B項錯誤；由庫侖定律F＝，C項正確，D項錯誤. 電荷守恒定律的理解和應(yīng)用 2.兩個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.＋2Q C.＋Q D.－Q 答案　C 解析　小球接觸過程中電荷要先中和后平分，Q1′＝Q2′＝＝＝Q，選項C正確.

11、庫侖定律的理解及應(yīng)用 3.要使真空中的兩個點電荷間的庫侖力增大到原來的4倍，下列方法可行的是(　　) A.每個點電荷的帶電荷量都增大到原來的2倍，電荷間的距離不變 B.保持點電荷的帶電荷量不變，使兩個點電荷間的距離增大到原來的2倍 C.使一個點電荷的帶電荷量加倍，另一個點電荷的帶電荷量保持不變，同時使兩點電荷間的距離減小為原來的 D.保持點電荷的帶電荷量不變，將兩個點電荷間的距離減小為原來的 答案　AD 解析　根據(jù)庫侖定律F＝k，知FA＝＝4F，A項正確；FB＝＝，B項錯誤；FC＝＝8F，C項錯誤；FD＝＝4F，D項正確. 4.如圖1－1－3所示，小球A固定在絕緣支架上，小球B

12、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1－1－3 A.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A正確. (時間：60分鐘) 題組一、電荷及其作用 1.電荷量的國際單位是(　　) A.千克 B.庫侖 C.伏特 D.牛頓 答案　B 2.科學(xué)家在

13、研究原子、原子核及基本粒子時，為了方便，常常用元電荷作為電荷量的單位。關(guān)于元電荷，下列說法中不正確的是(　　) A.把質(zhì)子或電子叫元電荷 B.1.60×10－19 C的電荷量叫元電荷 C.電子帶有最小的負電荷，其電荷量的絕對值叫元電荷 D.質(zhì)子帶有最小的正電荷，其電荷量的絕對值叫元電荷 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B正確；質(zhì)子和電子所帶的電荷量的絕對值叫元電荷，但它們本身并不是元電荷，選項A錯誤，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，下列說法正確的是(　　) A.氣球

14、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)摩擦后會帶有同種電荷，同種電荷相互排斥，故B正確，A、C、D錯誤.. 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.2.4×10－19 C B.－6.4×10－19 C C.－1.6×10－18 C D.4.0×10－17 C 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＝1.60×10－19 C，選項A中電荷量為倍，B中電荷量為4倍，C中電荷量為

15、10倍，D中電荷量為250倍.B、C、D選項中的電荷量數(shù)值均是元電荷的整數(shù)倍，所以只有選項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的負電荷，將兩導(dǎo)體接觸后再分開，則導(dǎo)體B的帶電荷量是(　　) A.－q B.q C.2q D.4q 答案　C 解析　導(dǎo)體接觸過程中電荷要先中和后平分，Q1′＝Q2′＝＝＝2q，選項C正確. 6.如圖1－1－4所示，將帶正電的金屬小球接觸原來不帶電的驗電器A端之后拿走，關(guān)于驗電器的帶電情況正確的是(　　) 圖1－1－4 A.A端帶正電，B端帶正電 B.A端帶負電，B端帶負電 C.A端帶負電，B端帶正電

16、 D.A端帶正電，B端帶負電 答案　A 解析　根據(jù)電荷守恒定律可知，驗電器的A端、B端都帶了正電，故A正確，B、C、D錯誤. 題組三、庫侖定律的理解及應(yīng)用 7.關(guān)于點電荷，以下說法正確的是(　　) A.足夠小的電荷，就是點電荷 B.一個電子，不論在何種情況下均可視為點電荷 C.點電荷是一種理想化的模型 D.一個帶電體能否看成點電荷，不是看它尺寸的絕對值，而是看它的形狀和尺寸對相互作用力的影響能否忽略不計 答案　CD 解析　點電荷是一個抽象的物理模型，類似于質(zhì)點模型，帶電體的形狀和大小對電學(xué)特征影響很小，以至于可以忽略時，該帶電體可以看作點電荷，故C、D選項正確. 8.在

17、真空中有兩個點電荷，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的一半，那么它們之間靜電力的大小等于(　　) A.2F B. C.4F D. 答案　C 解析　由庫侖定律F＝k知，電荷量不變，r減小到原來的一半，則F′＝＝4k＝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.小球在不同位置時受到帶電體A的庫侖力(　　) 圖1－1－5 A.方向不同，離A越遠庫侖力越小 B.方向相同，離A越遠庫侖力越小 C.方向相同，離A越遠庫侖力越大

18、 D.方向不同，離A越遠庫侖力越大 答案　A 解析　小球在不同位置時受到帶電體A的庫侖斥力方向不同，大小與距離有關(guān)，也不同，根據(jù)F＝，判斷離A越遠庫侖力越小. 題組四、電荷守恒定律和庫侖定律的綜合應(yīng)用 10.如圖1－1－6所示 ，點電荷＋Q固定，點電荷＋q沿直線從A運動到B.此過程中，兩電荷間的庫侖力是(　　) 圖1－1－6 A.吸引力，先變小后變大 B.吸引力，先變大后變小 C.排斥力，先變小后變大 D.排斥力，先變大后變小 答案　D 解析　因兩點電荷是同種電荷，所以它們之間的庫侖力為斥力，又因兩點電荷之間的距離先減小后增大，根據(jù)F＝k可知庫侖力先變大后變小，故D正確，A、B、C錯誤. 10