2019高中物理 第一章 电流 1.1 电荷 库仑定律课件 新人教版选修1 -1.ppt

第一章电场电流 一 电荷库仑定律 读一读 辨一辨 一 电荷阅读教材第2 4页 接引雷电下九天 和 电荷 部分 知道电荷间有相互作用 初步从物质的微观结构理解物体带电的本质 1 1752年6月 富兰克林在美国费城进行了著名的风筝实验 证明了闪电是一种放电现象 跟地上的电是一样的 统一了天电和地电 使人类摆脱了对雷电现象的迷信 读一读 辨一辨 2 电荷 1 种类自然界中只存在两种电荷 分别是正电荷和负电荷 其中用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷 用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电荷 2 相互作用同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引 3 电荷量电荷的多少叫电荷量 用Q或q表示 在国际单位制中 单位为库仑 符号为C 通常 正电荷量用正数表示 负电荷量用负数表示 读一读 辨一辨 3 起电方式 1 摩擦起电 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 2 感应起电 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 读一读 辨一辨 二 电荷守恒阅读教材第4页 电荷守恒 部分 初步理解电荷守恒定律 理解元电荷的概念 1 电荷守恒定律的内容是什么 答案 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 或者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 2 什么叫元电荷 物体所带电荷量与元电荷有什么关系 答案 最小的电荷量叫元电荷 用e表示 数值上等于一个电子所带电荷量的绝对值 即e 1 60 10 19C 实验指出 任何带电体的电荷量都等于e或者是e的整数倍 读一读 辨一辨 三 库仑定律阅读教材第4 6页 库仑定律 部分 掌握库仑定律的内容 理解点电荷的概念 1 内容 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 2 表达式 F 静电力常量k 9 0 109N m2 C2 3 库仑定律的适用条件是什么 答案 1 在真空中 2 点电荷 4 什么是点电荷 实际带电体看成点电荷的条件是什么 答案 如果带电体间的距离比它们自身线度的大小大得多 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 带电体可看作点电荷 它是理想化的模型 实际上并不存在 读一读 辨一辨 1 思考辨析 1 玻璃棒和丝绸摩擦后 玻璃棒带正电说明丝绸上的正电荷移动到玻璃棒上 解析 玻璃棒和丝绸摩擦时 电子会由玻璃棒移动到丝绸上 玻璃棒因失去电子而带正电 答案 2 甲物体带有 3C电荷 乙物体带有 5C电荷 甲带的电荷量大于乙带的电荷量 解析 正负号表示物体带电荷的正负 比较电荷的多少时只能看物体带电荷的数量 与正 负无关 答案 读一读 辨一辨 3 一个物体所带的电荷量可能是1 80 10 19C 解析 带电体所带的电荷量是元电荷的整数倍 1 80 10 19不是1 60 10 19的整数倍 答案 读一读 辨一辨 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 探究一对起电方式的理解如图所示 取一对用绝缘柱支撑的导体A和B 使它们彼此接触 起初它们不带电 贴在下部的金属箔片是闭合的 1 把带正电的物体C移近导体A 金属箔片有什么变化 2 这时把A和B分开 然后移去C 金属箔片又有什么变化 3 再让A和B接触 又会看到什么现象 4 再把带正电物体C和A接触 金属箔片又有什么变化 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 要点提示 1 C移近导体A 两侧金属箔片都张开 2 金属箔片仍张开 但张角变小 3 A B接触 金属箔片都闭合 4 两侧金属箔片都张开 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 使物体带电的方法有三种 摩擦起电 感应起电和接触带电 1 摩擦起电是由于相互摩擦的物体的电子的得失 而使物体分别带上等量异种电荷 玻璃棒与丝绸摩擦时 由于玻璃棒容易失去电子而带正电 橡胶棒与毛皮摩擦时 由于橡胶棒容易得到电子而带负电 2 静电感应是当一个带电体靠近导体时 由于电荷间相互吸引或排斥 导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体 使导体靠近带电体的一端带异种电荷 远离带电体的一端带同种电荷 利用静电感应使金属导体带电的过程叫作感应起电 3 接触带电是指一个不带电的金属导体跟另一个带电的金属导体接触后分开 不带电的导体便带上了电荷 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 例题1 多选 如图所示 A B为相互接触的用绝缘柱支撑的金属导体 在它们的下部贴有金属箔片 起初它们不带电 C是带正电的小球 下列说法正确的是 A 把C移近导体A时 A B上的金属箔片都张开B 把C移近导体A后 先把A B分开 然后移去导体C A B上的金属箔片仍张开C 把C靠近A稳定后 先把C移走 再把A B分开 A B上的金属箔片仍张开D 把C靠近A稳定后 先把A B分开 再把C移走 然后重新让A B接触 A上的金属箔片张开 而B上的金属箔片闭合 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 解析 虽然A B起初都不带电 但带正电的小球C对A B内的电荷有力的作用 使A B中的自由电子向左移动 使得A端积累了负电荷 B端积累了正电荷 其下部贴有的金属箔片分别带上了与A B同种的电荷 由于同种电荷间的斥力 所以金属箔片都张开 选项A正确 C在A B附近时 先把A B分开 则A B分别带上了等量的异种电荷 移去C后 A B上的电性和电荷量不变化 两金属箔片张开 选项B正确 如果先移走C A B上的感应电荷会在其相互之间的作用下吸引中和 不再带电 所以金属箔片都不会张开 选项C错误 先把A B分开 再移走C A B仍然带电 但重新让A B接触后 A B上的感应电荷完全中和 金属箔片都不会张开 选项D错误 答案 AB 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 归纳总结 1 静电感应中 中性导体在两侧同时感应等量异种电荷 感应的过程 就是导体内电荷重新分布的过程 2 注意静电感应现象中要放上带电体后将两物体分开 两物体带等量异种电荷 若先将物体分开再移入带电体 移去带电体后 两物体均不会带电 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 变式训练1下列说法正确的是 A 摩擦起电和静电感应都是使物体的正 负电荷分开 而总电荷量并未变化B 用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电 是摩擦过程中硬橡胶棒上的正电荷转移到了毛皮上C 用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电 是摩擦过程中玻璃棒得到了正电荷D 物体不带电 表明物体中没有电荷解析 摩擦起电和感应起电的本质都是电子发生转移 不是正电荷在运动 正电荷处在原子核上无法移动 只有得到多余的电子带负电 失去电子带正电 物体显示中性时 是正 负电荷等量 不是没有电荷 故只有选项A正确 答案 A 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究二电荷守恒定律的理解及其应用小明同学用自制的验电器进行了一些探究实验 如图所示 小明使验电器带了负电荷 经过一段时间后 他发现该验电器的金属箔片 用包装巧克力的锡箔纸制作 几乎闭合了 关于此问题 他跟学习小组讨论后形成了下列观点 你认为哪些是正确的 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 金属球上原有的负电荷逐渐消失了 在此现象中 电荷不守恒 金属球上负电荷减少的主要原因是潮湿的空气将电子导走了 该现象是由于电子的转移引起的 仍然遵循电荷守恒定律 要点提示带负电的验电器在潮湿的空气中 经过一段时间后 金属球上的负电荷 电子 被潮湿的空气导走了 但电荷在转移的过程中仍然守恒 故 正确 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 1 总量 含义 指电荷的代数和 2 起电过程中电荷变化 不论哪一种起电过程都没有创造电荷 也没有消灭电荷 本质都是电子发生了转移 也就是说物体所带电荷重新分配 3 守恒的广泛性 电荷守恒定律同能量守恒定律一样 是自然界中最基本的规律 任何电现象都不违背电荷守恒定律 4 电荷守恒定律与三种起电方式完全对应 守恒定律中所谓的 电荷从一个物体转移到另一个物体 对应的是摩擦起电与接触起电 电荷从物体的一部分转移到另一部分 对应的是感应起电 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 例题2 导学号66824001有两个完全相同的带电绝缘金属球A B 分别带有电荷量QA 6 4 10 9C QB 3 2 10 9C 问 1 让两绝缘金属球接触后 A B所带电荷量各是多少 此过程中电荷发生了怎样的转移 转移了多少 2 A B两球接触前固定好 让第三个与它们相同的小球C反复与A B接触 最终A B两球的电荷量和电性如何 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 解析 1 两小球接触时 电荷量少的负电荷先被中和 剩余的正电荷再重新分配 即接触后两小球的电荷量 在接触过程中 电子由B球转移到A球 自身的 净 电荷全部中和后 继续转移 直至其带QB 的正电荷 这样 共转移的电荷量为 Q QB QB 1 6 10 9C 3 2 10 9C 4 8 10 9C 2 由于三球完全相同 反复接触后三球最终电荷量相同 均分中和后的电荷量 故A B均带正电 电荷量为 答案 1 均为1 6 10 9C电子由B球转移到了A球 转移的电荷量为4 8 10 9C 2 均为 10 9C均为正电 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 归纳总结导体接触带电时电荷量的分配与导体的形状 大小有关 当两个完全相同的金属球接触后 电荷将平均分配 即最后两个球一定带等量的同种电荷 若两个球原先带同种电荷 电荷量相加后均分 若两个球原先带异种电荷 则电荷先中和再均分 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 变式训练2 多选 原来不带电的甲 乙两物体相互摩擦 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 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 AC 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究三对点电荷与库仑定律的理解现有一个半径为20cm的带电圆盘 能否把它看作点电荷 库仑定律能否用来计算任意带电体间相互作用的静电力 要点提示不一定 能否把带电圆盘看作点电荷 不能只看大小 要视具体情况而定 若考虑它与10m远处的一个电子的作用力时 完全可以把它看作点电荷 若电子距圆盘只有1mm 这一带电圆盘就相当于一个无限大的带电平面 因而不能看作点电荷 不能 库仑定律是有适用条件的 只能用来计算真空中点电荷间相互作用的静电力 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 1 能否应用库仑定律的关键是看带电体是否能看成点电荷 是否满足库仑定律的条件 2 计算静电力的大小时 只代入Q1 Q2的大小 不代入正负号 当带电体是均匀带电球体时 r应为球心距 3 判断静电力方向的关键是判断两带电体的电性 库仑力一定作用在两者连线上 同种电荷间相互排斥 异种电荷间相互吸引 4 点电荷与元电荷的区别与联系 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 5 库仑定律中的三个关键词 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 6 库仑定律与万有引力定律的比较 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 例题3 甲球带有4 8 10 16C的正电荷 乙球带有3 2 10 16C的负电荷 放在真空中相距为10cm的地方 甲 乙两球的半径远小于10cm 1 试求两球之间的库仑力 并说明是引力还是斥力 2 将两个导体球相互接触 再放回原处 能否求出两球间的库仑力是多大 是斥力还是引力 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 解析 1 因为两球的半径都远小于10cm 因此可以作为两个点电荷来处理 根据库仑定律有 两球带异种电荷 它们之间的作用力是引力 2 由于题中并没有说明两个导体球是否完全一样 因此我们无法知道两球接触再放回原处后各自电荷量的多少 也就无法求出它们之间库仑力的大小 但可以肯定两球放回原处后 它们之间的作用力变为斥力 答案 1 1 38 10 19N引力 2 力的大小无法求出斥力 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 归纳总结如果两个导体球完全相同 接触后电荷量重新分配 两球所分电荷量相同 由库仑定律可计算出两球之间的作用力 本题中两球没说明是完全相同的 就不能应用上述规律求解接触后带的电荷量的多少 在解题时应仔细分析题目所给条件 不能仅凭经验做题 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 变式训练3导学号66824002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 它们间的距离变为2r 则它们之间的静电力变为 解析 根据题目给出的条件知 符合库仑定律条件 答案 B 12345 1 三种起电方式的理解 冬天人穿毛衣时很容易产生静电 这种产生静电的方式属于 A 感应起电B 接触起电C 摩擦起电D 毛衣本身就带电解析 感应起电的实质是在其他带电体的影响下电荷从物体的一部分转移到另一部分 摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体 毛衣本身不带电 但在与皮肤摩擦时很容易产生静电 这种产生静电的方式属于摩擦起电 选项C正确 答案 C 12345 2 元电荷的理解 关于元电荷的理解 下列说法正确的是 A 元电荷就是电子B 元电荷就是质子C 1C的电荷量叫作元电荷D 物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍解析 最小的电荷量叫作元电荷 电荷量为1 60 10 19C 电子 质子的电荷量与元电荷相同 但它们是微观粒子 不是元电荷 选项A B C错误 物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍 选项D正确 答案 D 12345 3 静电感应的理解 使带电的金属球靠近不带电的验电器 验电器的金属箔片张开 如图所示表示验电器上感应电荷的分布情况 正确的是 12345 解析 把带电金属球移近不带电的验电器 若金属球带正电荷 则将导体上的自由电子吸引上来 这样验电器的上部将带负电荷 箔片带正电荷 若金属球带负电荷 则将导体上的自由电子排斥到最远端 这样验电器的上部将带正电荷 箔片带负电荷 故选项B正确 答案 B 12345 4 点电荷的理解 下列说法正确的是 A 点电荷就是体积很小的带电体B 点电荷就是体积和电荷量都很小的带电体C 根据F k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 实际带电体在体积和形状上对问题的研究没有影响或影响不大时 都可以当成点电荷 A B错误 库仑定律仅适用于真空中静止的点电荷 当r 0时 库仑定律不成立 C错误 静电力常量是库仑通过扭秤实验测得 D正确 答案 D 12345 5 多选 库仑定律和电荷守恒定律 两个半径 材料完全相同的金属小球 所带电荷量之比为1 7 间距为r 把两球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 答案 CD