高中物理课件：第十三章第一节《电荷》《库仑定律》（人教版选修3-1）

欢迎进入物理课堂 第一节电荷库仑定律 目标概览 学习目标 1 知道摩擦起电和感应起电不是创造了电荷而是使物体中的正 负电荷分开 2 知道什么是电荷守恒定律 知道什么是元电荷 3 掌握库仑定律 要求知道点电荷的概念 理解库仑定律的含义及公式 知道静电力常量 4 会用库仑定律公式进行计算 重点难点 1 重点 库仑定律及应用 2 难点 对点电荷的认识 学法指导 用类比质点的方法理解和识记点电荷的概念 体会点电荷这一理想化模型与质点的异同点 并能根据题设条件判断实际带电体是否可看作点电荷 课堂互动讲练 随堂达标自测 课时活页训练 第一节电荷库仑定律 基础知识梳理 核心要点突破 基础知识梳理 一 电荷 电荷守恒1 两种电荷 自然界中只存在 电荷和 电荷两种 同种电荷相互 异种电荷相互 用 摩擦过的 带 用 摩擦过的 带 2 摩擦起电的实质 在摩擦起电中 一个物体失去一些电子而 另一个物体得到这些电子而 其实质是电子从一个物体转移到另一个物体 正 负 排斥 吸引 毛皮 橡胶棒 负电 丝绸 玻璃棒 正电 带正电 带负电 思考 1 两个物体相互摩擦 会不会产生同种电荷 3 静电感应 1 静电感应 把电荷移近 的导体 可以使导体 的现象 叫做静电感应 利用静电感应使物体带电叫 2 静电感应的原因 把带正电球C移近金属导体A时 导体上的 被吸引过来 因此导体A 带上了等量的 不带电 带电 感应起电 自由电子 两端 异种电荷 4 电荷守恒定律电荷既不能 也不能 只能从一个物体 到另一个物体 或者从物体的 思考 提示 1 不会 摩擦起电是电荷的转移 两物体带异种电荷 创造 消灭 转移 一部分转移到另一部分 二 元电荷1 元电荷 电荷量e C称为元电荷 2 电子和质子带有 的 电荷 且均为 所有带电体的电荷量或者等于e 或者是e的 3 比荷 带电体的 的比值 叫做比荷 Q m 1 6 10 19 等量 异种 e 整数倍 电荷量与质量 三 库仑定律1 点电荷 没有大小的带电体 1 点电荷是一个 的 实际上是 2 带电体之间的距离比它们自身大小大得多 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时 带电体可作为点电荷 理想化 模型 不存在的 思考2 两个金属球在距离 带电量相同的情况下 带同性电和异性电 两者之间的静电力大小是否相同 为什么 9 109 N m2 C2 点电荷 真空中 思考 提示 2 不一定 如果距离远大于球直径 金属球可看作点电荷 则静电力相等 如果距离较近 两球带同种电荷时电荷相斥 带异种电荷时相吸引 所以带同种电荷时比带异种电荷时的静电力小 核心要点突破 一 关于点电荷概念的理解1 点电荷是一个带有电荷量 但没有大小 形状的理想化模型 类似于力学中的质点 实际上并不存在 2 带电体视为点电荷的条件 带电体间的距离远大于带电体自身的线度 以至于带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时 3 一个带电体能否被视为点电荷 取决于自身的几何形状的大小与带电体之间的距离的比较 与单纯带电体的大小无直接关系 即带电体之间的距离的比较 与单纯带电体的大小无直接关系 即带电体很小 不一定可视为点电荷 带电体很大 也不一定不能视为点电荷 特别提醒建立物理模型是物理中经常用的方法 利用物理模型可以忽略次要因素 抓住问题的关键 使问题大为简化 而对结果也不会产生多大的影响 1 下面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成是点电荷B 体积很大的带电体一定不能看成是点电荷C 当两个带电体的大小远小于它们间的距离时 可将这两个带电体看成是点电荷D 一切带电体都可以看成是点电荷解析 选C 带电体能否看成是点电荷 和带电体的体积大小无关 主要看带电体的大小对所研究的问题是否可以忽略 如果能够忽略 则带电体可以看成是点电荷 否则就不能 故选C 即时应用 二 对起电现象及其本质的理解1 摩擦起电的原因不同物质对电子的束缚 吸引能力不同 摩擦时束缚电子能力弱的失电子带正电 束缚电子能力强的得电子带负电 2 接触起电的原因一个物体带电时 电荷之间相互排斥 如果接触另一个导体时 电荷就会转移到这个导体上 使物体带电 3 感应起电的原因在带电体上电荷的作用下 导体中的自由电荷移动 导致正负电荷分离 特别提醒1 物体起电的过程实际上就是电子转移的过程 正电荷是不能移动的 2 导体能发生感应起电 绝缘体不能发生感应起电 因为导体上的电子能自由移动而绝缘体上的电子不能自由移动 三 理解和应用库仑定律时应注意的问题1 适用条件 真空中两个点电荷间的相互作用 在空气中也近似成立 2 库仑力具有力的一切性质 矢量性 相互性等 两点电荷间的库仑力是相互的 其大小相等 方向相反 3 当多个点电荷同时存在时 任意两个点电荷间的作用仍遵守库仑定律 任一点电荷所受的库仑力可利用力的合成的平行四边形定则求出合力 4 在应用库仑定律时 q1 q2可只代入绝对值算出库仑力的大小 再由同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引来判断方向 即库仑力大小的计算与库仑力方向的判断分开进行 特别提醒1 两电荷距离很小时 它们的库仑力并不是无穷大 此时它们不能被看作点电荷 库仑定律不再成立 2 式中各量的单位要统一用国际单位 与k 9 0 109N m2 C2统一 即时应用 D 当两个半径为r的带电金属球中心相距为4r时 对于它们之间的静电力大小 只取决于它们各自所带的电荷量解析 选AC 库仑定律适用于真空中两个点电荷的相互作用 均匀带电球体相距较远时也可视作点电荷 r为两球球心距离 故A对 B D错误 库仑力是电荷之间的相互作用 故大小一定相等 C对 四 电荷守恒定律与库仑定律1 两定律中均涉及到电荷的电量 因此正确分析 确定带电体在不同状态下的电量 便成了处理两定律综合应用的关键 2 两个完全相同的带电金属球接触后总电荷平均分配 即若带同种电荷 则平分二者的电量之和 若带异种电荷 先中和再平分中和后的净电荷 课堂互动讲练 以下说法正确的是 A 元电荷就是电子B 元电荷是表示跟电子所带电荷量数值相等的电荷量C 带电体所带电荷量的数值是一些分离的数值D 在距离一定时 两个带电体之间的相互作用力只能取一些不连续的数值 解析 质子和电子所带电荷量为元电荷的电荷量 但不能说元电荷就是电子 所以A不正确 B正确 带电体的电荷量只能是元电荷e的整数倍 即Q ne n 1 2 3 不能取任意的数值 故C正确 由带电荷量的不连续性可以知道 间距确定的两带电体之间的作用力只能取一些不连续的数值 故D选项正确 答案 BCD 思维升华 最小电荷量 元电荷的存在 使得物体的带电荷量呈现不连续性 进而导致相关联的电现象也是不连续的 有两个大小完全相同的带电的绝缘金属小球A B 分别带有QA 6 4 10 10C QB 3 2 10 10C 如果让两个绝缘金属小球接触 在接触过程中 电子是如何转移的 转移了多少 答案 见解析 思维升华 无论是哪种起电方式 在起电的过程中 只存在电荷的转移 而并不能创生和消灭电荷 故应用电荷守恒定律是解此类问题的关键 摩擦起电的结果是两个物体最终带有等量异种电荷 而接触起电的结果是两物体最终带上同种电荷 图13 1 1 答案 A 两个放在绝缘架上的相同金属球 相距为d 球的半径比d小得多 分别带有q和3q的电荷 相互斥力为3F 现将这两个金属球接触 然后分开 仍放回原处 则它们的相互斥力将变为 A 0B FC 3FD 4F 答案 D 思维升华 解此类库仑定律与电荷守恒定律的综合性问题 应先确定各小球的电荷分配情况 根据库仑定律 利用比例法即可轻松解决 在本题中 应明确两个完全相同的导体小球相互接触后 电量平均分配 若两小球带有异种电荷 则应先中和而后平分 相距L的点电荷A B的带电荷量分别为 4Q和 Q 要引入第三个点电荷C 使三个点电荷都处于平衡状态 求电荷C的电荷量和放置的位置 图13 1 2 解析 求解本题的关键是确定电荷C放置的大致位置及电性 由于每个点电荷都受到其他两个点电荷的库仑力作用 要处于平衡 其库仑力必沿同一条直线 因此A B C三个点电荷必共线 A B为异种电荷 对C的作用一为斥力 一为引力 C要平衡 不能放在A B之间 由于A的电荷量大于B C应距A较远 距B较近 故C应放置在B的右侧距B为x处 并带有正电荷 如图13 1 2所示 这样才可能使三个电荷都平衡 设电荷C的带电荷量为QC 它受A B的库仑力作用而平衡 有 答案 4QA B两点的连线上B点的右侧距B点L处 思维升华 通过本题可得出要使三个点电荷都平衡的规律 1 一定在一条直线上 2 两同夹异 即两侧一定是同种电荷 中间是另一种电荷 3 两大夹小 即两侧的电荷量比中间的大 随堂达标自测 课时活页训练 本部分内容讲解结束 点此进入课件目录 按ESC键退出全屏播放 谢谢使用 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全