适用第一章 静电场导学案(教科版选修3-1).doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流适用第一章 静电场导学案(教科版选修3-1).精品文档.教科版高中物理选修3-1 第一章 静电场第一节电荷 电荷守恒定律1自然界中存在两种电荷,即 电荷和 电荷 2 静电感应现象:导体接近(不接触)带电体,使导体靠近带电体一端带上与带电体相 的电荷,而另一端带上与带电体相 的电荷 3电荷守恒定律:电荷既不能 ,也不能 ,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 4元电荷(基本电荷):电子和质子所带等量的异种电荷,电荷量e= C.实验指出,所有带电体的电荷量或者等于电荷量e,或者是电荷量e的整数
2、倍因此,电荷量e称为 电荷量e的数值最早由美国科学家 密立根 用实验测得的 5.一切静电现象都是由于物体上的 引起的,人在地毯上行走时会带上电,梳头时会带上电,脱外衣时也会带上电等等,这些几乎都是由 引起的.1. 静电的产生(1)摩擦起电 (2)接触起电 (3)感应起电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,这种现象叫做静电感应。利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电。如图111所示,带正电荷的球C移近导体A时,A、B上的金属箔都张开。图111【例1】关于摩擦起电和感应起电的实质,下列说法正确的是:( ) A、 A摩擦起电现象说明了机械能可
3、以转化为电能,也说明通过做功可以创造电荷B、 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、 C感应起电说明电荷可以从物体的一个部分转移到物体另一个部分D、 D感应起电说明电荷从带电的物体转移到原来不带电的物体上去了【解析】摩擦起电的实质是:当两个物体相互摩擦时,一些束缚得不紧的电子往往从一个物体转移到另一个物体,于是原来电中性的物体由于得到电子而带上负电,失去电子的物体带上正电。即电荷在物体之间转移。感应起电的实质是:当一个带电体靠近导体时,由于电荷之间的相互吸引或排斥,导致导体中的自由电荷趋向或远离带电体,使导体上靠近带电体的一端带异种电荷,远离的一端带同种电荷。即电荷在物体的不同部
4、分之间转移。由电荷守恒定律可知:电荷不可能被创造。【答案】B、C【变式训练1】用丝绸摩擦过的玻璃棒和用毛皮摩擦过的橡胶棒,都能吸引轻小物体,这是因为:( )A、被摩擦过的玻璃棒和橡胶棒一定带上了电荷B、被摩擦过的玻璃棒和橡胶棒一定带上了同种电荷C、被吸引的轻小物体一定是带电体D、被吸引的轻小物体一定不是带电体图112【例2】 如图112所示的是一个带正电的验电器,当一个金属球A靠近验电器上的金属小球B时,验电器中金属箔片的张角减小,则( )A. 金属球A可能不带电 B. 金属球A定带正电C. 金属球A可能带负电D. 金属球A一定带负电【解析】当验电器金属箔片的张角减小时,说明箔片上的正电荷一定
5、比原来减少了,由于金属球A只是靠近验电器而没有与验电器上的金属球B发生接触,要考虑感应起电的影响。当金属球A靠近时,验电器的金属球B、金属杆包括金属箔片整体相当于一个导体,金属球A离金属球B较近,而离金属箔片较远。如果金属球A带正电,验电器上的正电一定向远处移动,则金属箔片上的电荷量不会减少,所以选项B是错误的。如果金属球A带负电,验电器上的正电荷会由于引力作用向近端移动,造成金属箔片上的电荷量减少,所以选项C是正确的。如果金属球A不带电,由于受到金属球B上正电荷的影响,金属球A上靠近B的部分也会由于静电力的作用出现负电荷,而这些负电荷反过来会使得验电器上的正电荷向金属球B移动,效果与金属球A
6、带负电荷一样。所以选项A也是正确的,选项D是错误的。【答案】A、C图113【例3】绝缘细线上端固定,下端悬挂一个轻质小球a,a的表面镀有铝膜,在a的附近,有一个绝缘金属球b,开始a、b都不带电,如图113所示,现在使a带电,则:( )A、a、b之间不发生相互作用B、b将吸引a,吸住后不放C、b立即把a排斥开D、b先吸引a,接触后又把a排斥开 【解析】当a带上电荷后,由于带电体要吸引轻小物体,故a将吸引b。这种吸引是相互的,故可以观察到a被b吸引过来。当它们相互接触后,电荷从a转移到b,它们就带上了同种电荷,根据电荷间相互作用的规律,它们又将互相排斥。【答案】D图114【变式训练2】如图114所
7、示,当带正电的球C移近不带电的枕形金属导体时,枕形导体上的电荷移动情况是:( )A枕形金属导体上的正电荷向B端移动,负电荷不移动B、枕形金属导体上的带负电的电子向A端移动,正电荷不移动C、枕形金属导体上的正、负电荷同时分别向B端和A端移动 D、枕形金属导体上的正、负电荷同时分别向A端和B端移动1. 关于摩擦起电现象,下列说法中正确的是( )A. 摩擦起电现象使本没有电子和质子的物体中产生了电子和质子B. 两种不同材料的绝缘体互相摩擦后,同时带上等量异种电荷C. 摩擦起电,可能是摩擦中导致质子从一个物体转移到了另一个物体而形成的D. 丝绸摩擦玻璃棒时,电子从玻璃棒上转移到丝绸上,玻璃棒因质子数多
8、于电子数而显示带正电2. 下列关于验电器的有关说法正确的是( )A. 将带负电的硬橡胶棒与验电器小球接近时,金属箔上质子被吸引从而转移到小球上B. 将带负电的硬橡胶棒与验电器小球接近时,小球上电子被排斥从而转移到金属箔C. 将带负电的硬橡胶棒与原不带电的验电器小球接触,验电器的金属箔因带负电而张开D. 将带负电的硬橡胶棒与原不带电的验电器小球接近,验电器的金属箔因带负电而张开3. 有一个质量很小的小球A,用绝缘细线悬挂着,当用毛皮摩擦过的硬橡胶棒B靠近它时,看到它们互相吸引,接触后又互相排斥,则下列说法正确的是( )A. 接触前,A、B一定带异种电荷B. 接触前,A、B可能带异种电荷C. 接触
9、前,A球一定不带任何净电荷D. 接触后,A球一定带负电荷4关于物体的带电荷量,以下说法中正确的是() 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特定值 C物体带电1.6010-9C,这是因为该物体失去了1.01010个电子 D物体带电荷量的最小值为1.610-19C 5、带电微粒所带的电荷量的值不可能的是下列的:( )A、2.410-19C B、6.410-19C C、1.610-19C D、410-17C6将带电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属几种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先将棒接触
10、一下其中的一个球,再把两球分开 D棒的带电荷量不变,两导体球不能带电7关于物体的带电荷量,以下说法中正确的是() 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特定值 C物体带电1.6010-9C,这是因为该物体失去了1.010-10个电子 D物体带电荷量的最小值为1.610-19C 8一个带正电的验电器, 当一个金属球A靠近验电器上的金属球时,验电器中金属箔片的张角减小,则() A金属球A可能不带电 B金属球A一定带正电 C金属球A可能带负电 D金属球A一定带负电 第二节 库仑定律1点电荷(1)定义:当一个带电体本身的线度比它到其他带电体的距离 ,以至于在研究它与其他带电体的相
11、互作用时,该带电体的 与电荷在其上的分布状况均无关紧要, 该带电体相当于一个 ,这样的电荷成为 。它是一个 模型。2库仑定律(1) 内容:真空中两个点电荷之间的作用力大小与它们的带电量乘积成 ,与它们距离的平方成 ,方向沿着 。(2)公式:库仑力(静电力)的大小:F= ,其中静电力常量k=9109N/C。(3)方向:在两点电荷的连线上,同种电荷 ,异种电荷 。(4)适用范围:真空中的 。1点电荷(1)点电荷是只有电荷量,没有大小、形状的点。是理想化模型。类似于力学中的质点,实际中并不存在。(2)条件:如果带电体之间距离比自身的大小大得多,带电体的大小和形状对相互作用影响很小,就可以忽略形状、大
12、小等次要因素,只保留对问题有关键作用的电荷量,这样的处理会使问题大为简化,对结果又没有太大的影响,因此物理学上经常用到此方法。 (3)一个带电体能否看做点电荷,是相对于具体问题而言的,不能单凭其大小和形状确定。例如,一个半径10cm的带电圆盘,如果考虑它和10m处某个电子的作用力,就完全可以把它看做点电荷;而如果这个电子离圆盘只有1 mm,那么这一带电圆盘又相当于一个无限大的带电平面。2库仑定律的适用范围:真空中的点电荷。对于不能看成点电荷的带电体不能直接应用库仑定律求解,但我们可以用一组点电荷来替代实际的带电体,从而完成问题的求解。当两点电荷均静止或只发生一个电荷的运动时,库仑定律适用;当两
13、点电荷均运动时,库仑定律不适用。若在电介质(由介质为绝缘体如空气、煤油等)中,两点电荷的作用力F=kQ1Q2/r2,为电介质的介质常数。当多个带电体同时存在时,每一带电体间的库仑力仍遵守库仑定律。某一带电体同时受到多个库仑力作用时,可利用力的平行四边形定则求出其合力。 库仑定律表明,库仑力与距离是平方反比律,这与万有引力十分相似,虽然目前尚不清楚两者是否存在内在联系,但利用这一相似性,借助于类比方法,人们完成了许多问题的求解。3应用库仑定律解题应注意的问题 在理解库仑定律时,有人根据公式F=,设想当r0时得出F的结论。从数学角度分析是正确的,但从物理角度分析,这一结论是错误的。错误的原因是:当
14、r0时两电荷已失去了作为点电荷的前提条件,何况实际电荷都有一定大小,根本不会出现r=0的情况。也就是r0时,不能再利用库仑定律计算两电荷间的相互作用力。 可将计算库仑力的大小与判断库仑力的方向两者分别进行。即用公式计算库仑力大小时,不必将表示电荷Q1、Q2的带电性质的正、负号代入公式中,只将其电荷量的绝对值代入公式中从而算出力的大小;力的方向再根据同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引加以判别。也可将Q1、Q2带符号运算F为“+”表示斥力,F为“”表示引力。库仑定律遵循牛顿第三定律。4库仑定律与力学综合库仑定律给出了两个点电荷作用力的大小及方向,库仑力毕竟也是一种力,同样遵从力的合成与分解法则,遵
15、从牛顿定律等力学基本规律。动能定理,动量守恒定律,共点力的平衡等力学知识和方法,在本章中一样使用,只不过多了一个库仑力,我们只要把库仑力当做一个服从库仑定律的普遍力来对待就可以了。这就是:电学问题力学方法。【例1】两个相同的带电导体小球所带电荷量的比值为13,相距为r时相互作用的库仑力的大小为F,今使两小球接触后再分开放到相距为2r处,则此时库仑力的大小为:A、F/12 B、F/6 C、F/4 D、F/3 【解析】设两个小球相互接触之前所带电荷量分别为q和3q, 由库仑定律得:F3kq2/r2 由于两个导体小球完全相同,故接触后它们的带电情况完全相同。若它们原来带相同性质的电荷,则接触后它们的
16、电荷量均为2q,于是有 F1k(2q)2/(2r)2F/3若它们原来带相异性质的电荷,则接触后的它们的电荷量均为q,于是有 F2kq2/(2r)2F/12【答案】A、D【变式训练1】两个金属小球带有等量同种电荷q(可视为点电荷),当这两个球相距为5r时,它们之间相互作用的静电力的大小为:( )A、 F=kq2/25r2 B、F=kq2/5r2 C、F=k25q2/r2 D、条件不足,无法判断【例2】关于库仑定律的公式F=kQ1Q2/r2下列说法中正确的是:( )A 当真空中的两个点电荷间的距离r时,它们之间的静电力F0B 当真空中的两个点电荷间的距离r0时,它们之间的静电力FC 当两个点电荷之
17、间的距离r时,库仑定律的公式就不适用了D当两个点电荷之间的距离r0时,电荷不能看成是点电荷,库仑定律的公式就不适用了【解析】当r0时两电荷已失去了作为点电荷的前提条件,何况实际电荷都有一定大小,根本不会出现r=0的情况。也就是r0时,不能再利用库仑定律计算两电荷间的相互作用力。【答案】A、D【例3】 如图121两个半径为R的带电球所带电荷量分别为ql和q2,当两球心相距3R时,相互作用的静电力大小为( )A. F=kq1q2/(3R)2 B. F kq1q2/(3R)2 C. Fkq1q2/(3R)2 D. 无法确定 图121【解析】:因为两球心距离不比球的半径大很多,所以不能看做点电荷,必须
18、考虑电荷在球上的实际分布。当q1、q2是同种电荷时,相互排斥,分布于最远的两侧,电荷中心距离大于3R;当q1、q2是异种电荷时,相互吸引,分布于最近的一侧,电荷中心距离小于3R,如图所示。所以静电力可能小于kq1q2/(3R)2,也可能大于kq1q2/(3R)2,D正确。【答案】:D图122【变式训练2】如图1-2-2所示,两个金属小球的半径均为a,两球心相距d,如果它们带等量同种电荷Q,则它们之间的相互作用力为:( )A、大于kQ2/d2 B、等于kQ2/d2 C、小于kQ2/d2 D、无法确一、选择题:1、把两个完全相同的金属球A和B接触一下,再分开一段距离,发现两球之间互相排斥,则A、B
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