3-1静电场教案讲义 (2)
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精心整理高二物理选修3-1第一章静电场1、电荷及其守恒定律a、摩擦起电:b、静电感应:本质都是微观带电粒子在在物体之间和物体内部的转移。
c、电荷守恒定律:大量事实表明,电荷既不会创生,也不会消灭,它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;在转移过程中,电荷的总量保持不变。
d、元电荷:电荷的多少叫电荷量;迄今为止,科学家发现的最小电荷量就是电子所带的电荷量。
人们把这个最小的电荷量叫做元电荷,用e表示,所有带电体的电荷量都是e 的整数倍,电荷量是不能连续变化的物理量。
e可取1.60×10-19C;电子的电荷量e与电子的质量m e之比,叫做电子的比荷。
2、库仑定律a、库仑定律:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成正比,与它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上。
F=kq1q2/r2其中,静电力常量k=9.0×109Nm2/C2b、电荷间这种相互作用力叫做静电力或库仑力。
点电荷的理解。
与万有引力的区别。
c、带电金属球接触后等分电量;3、电场强度a、法拉第提出的观点:电荷的周围存在着由它产生的电场,处在电场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场给予的;b、电场和磁场是一种客观存在,并且是互相联系的,统称为电磁场;变化的电磁场以光速在空间传播,它和实物一样具有能量和动量,因而场和实物是物质存在的两种不同形式。
只有在研究运动的电荷,特别是运动状态迅速变化的电荷时,电磁场的实在性才凸显出来。
c、静止电荷产生的电场,称为静电场。
d、试探电荷在电场中某点受到的力F与试探电荷的电荷量q成正比,F=Eq,E是比例常数,也即电场强度,反映电场在这点的性质,与q无关。
e、点电荷的电场强度计算与电场强度的叠加(电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和)f、电场线可以形象地描述电场强度的大小和方向。
电场线有以下几个特点:①电场线从正电荷或无限远出发,终止于无限远或负电荷;②电场线在电场中不相交;③在同一幅图中,电场强度较大的地方电场线较密,电场强度较小的地方较疏。
选修3-1第一章 静电场第二节 库仑定律 导学案一、 要点知识:1、 探究影响电荷间相互作用力的因素:控制变量法。
可有定性的认识:电荷间距离一定时,电荷间的相互作用力随电荷量的增大而增大;电荷量一定时,电 荷间的相互作用力随电荷间的距离的增大而减小。
2、库仑定律:(1)内容:真空中两个点电荷之间相互作用的电力跟它们的电荷量的乘积成正比,跟它们之间的距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上。
(2)表达式: 221rQ Q k F = 式中:r 为两个带电体中心之间距离, k :静电力恒量,k =×109Nm 2/C 2(库仑扭秤)(3)注意几点:① 点电荷:“点电荷”是一种理想化的物理模型,它是模仿力学的“质点”概念而建立的。
严格理想化的点电荷应是一个带电的“几何点”,这是不存在的。
当带电体间的距离比它们自身形体大得多,以致带电体的形状和大小相互作用力的影响可以忽略不计时,这样的带电体就可以看成是“点电荷”。
② 库仑定律是实验定律,k 值的大小是用实验方法确定的。
其单位是由公式中的F 、Q 、r 的单位确定的,使用库仑定律计算时,各物理量的单位必须是:F :N ;Q :C ;r :m 。
③ 库仑力的特点:F 是Q 1与Q 2之间的相互作用力,F 是Q 1对Q 2的作用力,也是Q 2对Q 1的作用力的大小,是一对作用力和反作用力,即大小相等方向相反。
(4)应用库仑定律解题注意事项:① 适用条件:真空中,两个点电荷之间的相互作用。
② 各量均用绝对值代入公式进行计算,然后根据同性电荷相斥、异性电荷相吸判断方向。
③ 库仑力也称为静电力,它具有力的共性。
它与高一时学过的重力,弹力,摩擦力是并列的。
它具有力的一切性质,它是矢量,合成分解时遵从平行四边形法则,与其它的力平衡,使物体发生形变,产生加速度。
3、库仑定律与万有引力定律的比较:221r M M GF = (1)相同之处:① 都是距离平方反比律。
选修3-1第一章《静电场》解说教材一、课程标准的要求1.了解静电现象及其在生活和生产中的应用,用原子结构和电荷守恒的知识分析静电现象。
2.知道点电荷,体会科学研究中的理想模型方法。
知道两个点电荷间相互作用的规律。
通过静电力与万有引力的对比,体会自然规律的多样性与同一性。
3.了解静电场,初步了解场是物质存在的形式之一。
理解电场强度。
会用电场线描述电场。
4.知道电势能、电势,理解电势差。
了解电势差与电场强度的关系。
5.观察常见电容器的构造,了解电容器的电容。
举例说明电容器在技术中的应用。
二、课时安排建议:•第一节:电荷及其守恒定律一课时•第二节:库仑定律一课时•第三节:电场强度二课时•第四节:电势能和电势三课时•第五节:电势差一课时•第六节:电势差和电场强度的关系一课时•第七节:静电现象的应用一课时•第八节:电容器的电容二课时•第九节:带电粒子在电场中的运动二课时三、教材分析1.基本线索电荷在电场中受力-电场强度-电场力做功-电势能-电势-电势差-静电感应-电容器-带电粒子在电场中的运动2.核心内容——六组“两个”•两个概念: 电场强度和电势•两种电场:点电荷电场和匀强电场•两个基本规律:电荷守恒定律和库仑定律•两种图线:电场线和等势线•两个具体问题:静电感应和电容器•两种运动:带电粒子在电场中加速和偏转3.编写特点a.强调对概念的的基本研究方法的学习假设法、类比法、对称性原则b.加强与生活、技术、社会的联系静电喷漆、静电植绒、静电复印、雷火炼殿、传感器、示波器、静电加速器、直线加速器c.注意渗透电磁学与力学的紧密联系对几个相关问题解读为什么把电荷守恒定律单列一节?•各种守恒定律都是物理学的基本定律,它是物理学家追求的目标。
新教科书突出了守恒的思想,例如,力学中学习功和能的时候就是从“追寻守恒量”开始的。
这里把电荷守恒定律作为一节,目的就在于此。
•过去常把摩擦起电和感应起电作为单独的两个知识点来处理,新书中它们从属于电荷守恒定律。
高二物理(选修3-1)第一章 静电场1.1 库仑定律1.电荷:自然界中只存在两种电荷,即正电荷和负电荷.用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷为正电荷,用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷为负电荷.同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引.2.电荷量:电荷量是指物体所带电荷的多少.单位是库仑,字母为“C”.物体不带电的实质是物体带有等量的异种电荷.3.元电荷:电子所带电荷量e =1.6⨯10-19C ,全部带电体的电荷量都是e 的整数倍,因此电荷量e 称为元电荷.4.点电荷:点电荷是一种志向化的模型,当带电体的尺寸比它们之间的距离小得许多,以致带电体的大小、形态对相互作用力影响不大时,这样的带电体就可以看做点电荷.5.物体带电方法:(1)摩擦起电;(2)感应起电;(3)接触起电.6.电荷守恒定律:电荷既不能创建,也不能歼灭,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,在转移过程中电荷总量保持不变.7.库仑定律:(1)适用条件:① 真空中,②点电荷(2)公式:221rQ Q k F = 说明:①两个点电荷间的相互作用力是一对作用力与反作用力,不论两个带电体的电量是否相等,甚至相差悬殊,但它们间的作用力肯定大小相等、方向相反,并与它们的质量无关.②匀称带电的圆球、圆板、圆环,等效为电荷都集中在球心、圆心.③微观粒子(如电子、质子)间的万有引力比它们之间的库仑力小得多,万有引力通常忽视不计,电荷在电场中受力分析时,一般状况下物体的重力不计.1.2 电场强度 电场力的性质1.电场:(1)电场:带电体四周存在的一种物质,是电荷间相互作用的媒体.它是一种看不见的客观存在的物质.它具有力的特性和能的特性.(2)电场最基本的性质:对放入电场中的电荷由电场力的作用.(3)电场力:放入电场中的电荷受到电场的力的作用,此力叫电场力.2.电场强度E :描述电场力的性质的物理量(1)定义:放入电场中某点的电荷所受电场力与此电荷所带电荷量的比值,叫电场强度.(2)定义式:q F E /=.(3)物质性:电场是电荷四周客观存在的物质,电荷之间的相互作用力通过电场而发生.(4)客观性:场强是描述电场力的性质的物理量,只由电场本身确定.电场中某点的场强与检验电荷的电性和电量q 无关,与检验电荷所受的电场力F 无关,即使无检验电荷存在,该点的场强依旧是原有的值.(5)矢量性:电场中某点的电场强度方向规定为正电荷在该点所受电场力的方向.与放在该点的负电荷受的电场力的方向相反.(6)场强大小推断:a .依据电场力推断:q F E /=b .依据电场线推断:只与电场线疏密有关,与电场线方向无关.c .依据匀强电场中电势差推断:E=U/d(7)电场强度的计算:q F E /=(定义式,普遍适用)2rQ kE =(用于真空中点电荷形成的电场) U/d E =(用于匀强电场) 3.电场线:在电场中画出一系列从正电荷动身到负电荷终止的曲线,使曲线上每一点的切线方向跟该点的场强方向一样,这些曲线就叫做电场线.(1)电场线是为了形象地表示电场的方向和强弱引入的假想线,它不是电场中实际存在的线.电场线也不是电荷在电场中运动的轨迹.(2)电场线的疏密表示场强的大小,电场线越密的地方,其场强就越大.(3)电场线上某点的切线方向即该点的场强力向,也就是正电荷在该点所受电场力的方向.(4)静电场的电场线是不闭合的曲线,总是从正电荷(或无穷远处)发出,终止于负电荷(或无穷远处).在没有电荷的地方电场线不会中断,也不会相交.正电荷肯定要发出电场线,负电荷肯定要接收电场线.(5)电场线不会相交或相切.4.电场的叠加:同时存在几个产生电场的场源时,电场中某点的合场强是各场源单独在该点产生场强的矢量和.1.3 电势 电场能的性质1.电势差U AB :(1)定义:电荷在电场中,由一点A 移动到另一点B 时,电场力所做的功与移动电荷电荷量的比值W AB /q ,叫做A 、B 两点间的电势差,用U AB 表示.(2)定义式:U AB =W AB /q .(3)电势差是标量,但有正负,正负表示电势的凹凸.2.电势φ:描述电场能的性质的物理量(1)定义:电势实质上是和标准位置的电势差.即电场中某点的电势,在数值上等于把单位正电荷从某点移到标准位置(零电势点)时电场力所做的功.(2)定义式:φA =U A∞= W A∞/q .(3)电势是标量,但有正负,正负表示该点电势比零电势点高还是低.(4)电势凹凸推断:a .依据移动检验电荷做功推断:移动正电荷电场力做正功(负功)时,电势着陆(上升);移动负电荷电场力做正功(负功)时,电势上升(着陆).b .依据电场线推断:沿着电场线方向,电势越来越低,逆着电场线方向电势越来越高.c .依据场源电荷推断:离正电荷越近,电势越高,离场源负电荷越近,电势越低.d .依据电势差推断:AB U >0,则A 点电势比B 点高;AB U <0,则A 点电势比B 点低.3.电势能E P :(1)电荷在电场中具有的与电荷位置有关的能量叫电荷的电势能.(2)电势能是标量.(3)电场力做功与电势能的变更的关系:电场力对电荷做正功,电荷的电势能削减,做功量等于电势能的削减量;电场力对电荷做负功,电荷的电势能增加,做功量等于电势能的增加量,即W电=-△E P (类比于W G =-△E P ).4.电场力做功的计算:(1)依据电势能的变更与电场力做功的关系计算:即W 电=-△E P .(2)应用公式W AB =qU AB 计算:①正负号运算法:依据符号规约把电量q 和移动过程的始、终两点的电势差U AB 的值代入公式W AB =qU AB .②肯定值运算法:公式中的q 和U AB 都取肯定值代入计算,功的正负再另推断:当正(或负)电荷从电势较高的点移动到电势较低的点时,是电场力做正功(或电场力做负功);当正(或负)电荷从电势较低的点移动到电势较高的点时,是电场力做负功(或电场力做正功).5.等势面:(1)定义:电场中电势相同的点构成的面叫做等势面.(2)等势面的特点:①等势面是为了形象描述电场中各点电势凹凸分布而引入的假想图,不是电场中实际存在的面.②同一等势面上各点间的电势差为零,电荷在等势面上移动时电场力不做功.③电场线垂直于等势面,并指向电势降低最快的方向.④等势面不相交.⑤电场强度较大的地方,等差的等势面较密.⑥电场线的描绘:利用电场线和等势面的垂直关系,先描绘出电场中的等势面,再画出电场线.6.匀强电场中场强和等势面的关系:在匀强电场中,沿着场强方向的两点间的电势差等于电场强度跟这两点间距离的乘积,即U =Ed ,也可理解为:在匀强电场中,电场强度在数值上等于沿场强方向上单位长度的电势着陆,即E =U/d .1.4 电容器 带电粒子在电场中的运动1.电容器、电容(1)电容器:两个彼此绝缘又相互靠近的导体可构成一个电容器.(2)电容:描述电容器容纳电荷本事的物理量.①定义:电容器所带的电荷量Q (一个极板所带电荷量的肯定值)与两个极板间电势差U 的比值,叫做电容器的电容. ②定义式:U Q U Q C ∆∆==.电容C 由电容器本身的构造因素确定,与电容器所带电量Q 和充电电压U 无关.③单位:1F=106μF=1012pF④几种电容器(a )平行板电容器:平行板电容器的电容跟介电常数ε成正比,跟正对面积S 成正比,跟两板间的距离d 成反比,即kdS C πε4=. 带电平行板电容器两极板间的电场可认为是匀强电场,板间场强为U/d E =.(b )固定电容器、可变电容器、电解电容器.电解电容器接入电路时应留意其极性.2. 带电体在电场中的运动(1)平衡(静止或匀速):仅在电场力和重力作用下满意mg qE =(2)加速(1)能量:在任何电场中,若只有电场力做功,有21222121mv mv qU -=. (2)动力学:在匀强电场中,若只有电场力作用,带电体做匀变速运动,其加速度为mEq a =. (3)偏转当不计重力的带电粒子以肯定初速垂直电场方向进入匀强电场时,粒子的运动为类平抛运动,其轨迹是抛物线.当带电粒子的质量为m ,电量为q ,两平行金属板板长为l ,距离为d ,板间电压为U ,当带电粒子以初速v 0平行于两板进入电场时,两板间的场强为dU E =. 在垂直于场强方向上,粒子做匀速直线运动:t v x v v 0x ==,0.在平行于场强方向上粒子做初速度为零的匀加速直线运动:m qE a =,221,t mqE y t m qE v y ==. 离开电场时,粒子在板间的运动时间为0v l t =﹔ 沿电场力方向上的位移为;2212022mdv qUl at y == 速度方向上的偏转角为φ,200tan mdv qUl v v y==φ.(4)圆周运动带电粒子在点电荷形成的径向辐射状分布的静电场中,可做匀速圆周运动.如氢原子核外电子的绕核运动.此时有rv m r Qqk 22=. 3.示波器:(1)构造:示波器的核心部件是示波管,它由电子枪、偏转电极、荧光屏组成.(2)示波管的基本工作原理:利用两组正交的偏转极板,可以限制电子打在荧光屏上的位置.示意图如右:两组偏转电极分别限制电子在水平、竖直方向的偏转.一般在水平偏转电极上加扫描电压(从左向右周期性扫描),在竖直偏转电极上加须要探讨的信号.(3)示波器面板开关与旋钮的作用:如图2-1-1所示为J2459型示波器的面板.①是辉度调整旋钮,标以“☼”符号,用来调整光点和图像的亮度. 顺时针旋转旋钮时,亮度增加.②是聚焦调整旋钮“⊙”,③是协助聚焦调整旋钮“○”,这两个旋钮协作着运用,能使电子射线会聚,在荧光屏上产生一个小的亮斑,得到清楚的图像.往下是电源开关和指示灯,用后盖板上的电源插座接通电源后,把开关扳向“开”的位置,指示灯亮,经过一两分钟的预热,示波器就可以运用了.荧光屏下边第一行中,④是竖直位移旋钮,⑤是水平位移旋钮,分别用来调整图像在竖直方向和水平方向的位置. 它们中间的两个旋钮是“Y 增益”和“X 增益”旋钮,分别用来调整图像在竖直方向和水平方向的幅度,顺时针旋转时,幅度增大.中间一行左边的大旋钮是衰减调整旋钮,它有1、10、100、1000四挡,最左边的“1”挡不衰减,其余各挡分别可使输入的电压衰减为原来的1/10、1/100、1/1000.运用它可以使图像在竖直方向的幅度减小为前一挡的1/10,最右边的正弦符号“~”挡不是衰减,而是由示波器内部供应竖直方向的沟通信号电压,可用来视察正弦波形或检查示波器是否正常工作.中间一行右边的大旋钮是扫描范围旋钮,也有四挡,可以变更加在水平方向的扫描电压的频率范围,左边第一挡是10~100Hz,向右旋转每上升一挡,扫描频率都增大10倍,最右边的是“外X”挡,运用这一挡时,机内没有加扫描电压,水平方向的电压可以从外部输入.中间的小旋钮是扫描微调旋钮,它可以在初定的频率范围内,进行连续微调,得到一确定的频率.顺时针转动时频率连续增加.底下一行中间的旋钮“Y输入”、“X输入”和“地”分别是竖直方向、水平方向和公共接地的输入接线柱.左边的“DC、AC”是竖直方向输入信号的直流、沟通选择开关,置于“DC”位置时,所加的信号电压是干脆输入的;置于“AC”位置时,所加信号电压是通过一个电容器输入的,它可以让沟通信号通过而隔断直流成分.右边的“同步”也是一个选择开关,置于“+”位置时,扫描由被测信号正半周起同步,置于“-”位置时,扫描由负半周起同步.这个开关主要在测量较窄的脉冲信号时起作用,对于正弦波、方波等,无论扳到“+”或“-”,都能很好地同步.对测量没有影响.。
3-1静电场教案讲义 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN静电场一、静电现象与产生1.静电产生(1)使物体带电的三种方式微观解释①摩擦起电:通过两种不同的物体相互摩擦是物体带电得失电子②接触带电:通过与带电导体接触时物体带电方式电荷转移③感应起电:通过静电感应使物体带电的方式电荷间相互作用(2)带电体的电性①丝绸摩擦过的玻璃棒带正电②毛皮摩擦过的橡胶棒带负电(3)三种起电方式比较2.电荷守恒定律①内容:电荷既不能创造也不能消失,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,在转移过程中电荷总量保持不变。
②理解:a.电荷守恒定律是自然界最基本的定律之一b.两物体之间或物体各部分之间转移的是电子c.起电过程的实质是物体中正、负电荷的分离和转移的过程,电荷发生转移或分离后由于剩余的正负电荷的代数和不为零,从而对外显电性,那种电荷量多,显哪种电性d.电荷中和,实质是等量的正电荷和负电荷代数和为零从而不显电性,而不是电荷消失3.几个小球电量分配问题①两个完全相同的带电金属球接触后再分开,电荷量Q A’’=Q B ’=2QQ BA,代入电荷量数值时将电性符号一起带入进行代数运算②三个完全相同的带电金属球接触后在分开,先用公式计算两个,结果再和第三个小球用公式计算二、静电力、库仑定律1.静电力与点电荷模型(1)静电力:静止的带电体之间的相互作用(2)点电荷:把本身的大小比相互之间的距离小得多的带电体称为点电荷①理解a.点电荷是物理模型,只有电荷量,没有大小和形状的理想化模型,类比质点b.把带电体看成点电荷的条件:带电体间的距离比它们自身大小大得多;c.点电荷只具有相对意义,一个物体能否看成是点电荷要看其具体问题,不能凭带电体自身的大小和形状2.库仑定律(1)内容:真空中两个点电荷之间的相互作用力F 的大小,跟它们的电荷量Q 的乘积成正比,跟他们的距离r的平方成反比,作用力的方向沿着它们的连线。
第二章恒定电流全章教学内容分析本章介绍电路的基本概念和规律,在物理学发展史上,从静电到电流(动电)有一个辩证的发展过程,从内容上来说,本章和上一章有着必然的内在联系。
首先,电路中的电压概念就是静电学中的电势差,导体中的电场也是在静电场基础上引入的电流场(动态的恒定电场),而自由电荷在导体中的定向移动,则简化为带电粒子在电场力作用下的定向移动。
其次,无论电场还是电路,都共同遵守能量守恒这一物理学的基本规律。
从电源、电动势、部分电路的电功和电热,到闭合电路欧姆定律、电源的总功率、输出功率和内电路消耗的功率,都是能量守恒的具体体现。
本章是电学实验的核心,教材提供了大量的探究性学习素材,为学生的自主学习和理解科学探究的基本方法创造了条件。
本章设计了四个学生分组实验,即“测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)”“描绘小电珠的伏安特性曲线”“测定电源的电动势和内阻”和“练习使用多用电表”,除此以外,还设计了若干演示实验及课内外做一做、设计与探究、调查与分析等内容,供课堂内外灵活使用。
课标要求1.内容标准(1)观察并尝试识别常见的电路元器件,初步了解它们在电路中的作用。
(2)初步了解多用电表的原理。
通过实际操作学会使用多用电表。
例1:以多用电表代替学生用电表进行各种电学实验。
例2:以多用电表为测量工具,判断二极管的正负极,判断大容量电容器是否断路或者漏电。
(3)通过实验探究决定导线电阻的因素,知道电阻定律。
(4)知道电源的电动势和内阻,理解闭合电路的欧姆定律。
(5)测量电源的电动势和内阻。
(6)知道焦耳定律,了解焦耳定律在生活和生产中的应用。
例3:观察常见电热器的结构,知道其使用要点。
(7)通过实验观察门电路的基本作用。
初步了解逻辑电路的基本原理及其在自动控制中的应用。
(8)初步了解集成电路的作用。
关注我国集成电路等元器件研究的发展情况。
2.活动建议(1)分别描绘电炉丝、小灯泡、半导体二极管的IU特性曲线,对比它们导电性能的特点。
人教板一新课标物理选修3 —1教案-----第一章、静电场第一节、电荷及其守恒定律(1课时)教学目标(一)知识与技能1知道两种电荷及其相互作用.知道电量的概念.2•知道摩擦起电,知道摩擦起电不是创造了电荷,而是使物体中的正负电荷分开.3•知道静电感应现象,知道静电感应起电不是创造了电荷,而是使物体中的电荷分开.4•知道电荷守恒定律.5.知道什么是元电荷.(二)过程与方法1、通过对初中知识的复习使学生进一步认识自然界中的两种电荷2、通过对原子核式结构的学习使学生明确摩擦起电和感应起电不是创造了电荷,而是使物体中的电荷分开. 但对一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和不变。
(三)情感态度与价值观通过对本节的学习培养学生从微观的角度认识物体带电的本质重点:电荷守恒定律难点:利用电荷守恒定律分析解决相关问题摩擦起电和感应起电的相关问题。
教具:丝绸,玻璃棒,毛皮,硬橡胶棒,绝缘金属球,静电感应导体,通草球。
教学过程:(一)弓I入新课:新的知识内容,新的学习起点.本章将学习静电学.将从物质的微观的角度认识物体带电的本质,电荷相互作用的基本规律,以及与静止电荷相联系的静电场的基本性质。
【板书】第一章静电场复习初中知识:【演示】摩擦过的物体具有了吸引轻小物体的性质,这种现象叫摩擦起电,这样的物体就带了电.【演示】用丝绸摩擦过的玻璃棒之间相互排斥,用毛皮摩擦过的硬橡胶棒之间也相互排斥,而玻璃棒和硬橡胶棒之间却相互吸引,所以自然界存在两种电荷•同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引.【板书】自然界中的两种电荷正电荷和负电荷:把用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷称为正电荷,用正数表示.把用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷称为负电荷,用负数表示.电荷及其相互作用:同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引.(二)进行新课:第1节、电荷及其守恒定律【板书】1、电荷(1)原子的核式结构及摩擦起电的微观解释构成物质的原子本身就是由带电微粒组成。
静电场一、静电现象与产生1.静电产生(1)使物体带电的三种方式微观解释①摩擦起电:通过两种不同的物体相互摩擦是物体带电得失电子②接触带电:通过与带电导体接触时物体带电方式电荷转移③感应起电:通过静电感应使物体带电的方式电荷间相互作用(2)带电体的电性①丝绸摩擦过的玻璃棒带正电②毛皮摩擦过的橡胶棒带负电(3)三种起电方式比较2.电荷守恒定律①内容:电荷既不能创造也不能消失,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,在转移过程中电荷总量保持不变。
②理解:a.电荷守恒定律是自然界最基本的定律之一b.两物体之间或物体各部分之间转移的是电子c.起电过程的实质是物体中正、负电荷的分离和转移的过程,电荷发生转移或分离后由于剩余的正负电荷的代数和不为零,从而对外显电性,那种电荷量多,显哪种电性d.电荷中和,实质是等量的正电荷和负电荷代数和为零从而不显电性,而不是电荷消失3.几个小球电量分配问题①两个完全相同的带电金属球接触后再分开,电荷量Q A ’’=Q B ’= 2Q Q BA ,代入电荷量数值时将电性符号一起带入进行代数运算②三个完全相同的带电金属球接触后在分开,先用公式计算两个,结果再和第三个小球用公式计算 二、静电力、库仑定律 1.静电力与点电荷模型(1)静电力:静止的带电体之间的相互作用(2)点电荷:把本身的大小比相互之间的距离小得多的带电体称为点电荷 ①理解a.点电荷是物理模型,只有电荷量,没有大小和形状的理想化模型,类比质点b.把带电体看成点电荷的条件:带电体间的距离比它们自身大小大得多;c.点电荷只具有相对意义,一个物体能否看成是点电荷要看其具体问题,不能凭带电体自身的大小和形状 2.库仑定律(1)内容:真空中两个点电荷之间的相互作用力F 的大小,跟它们的电荷量Q 的乘积成正比,跟他们的距离r 的平方成反比,作用力的方向沿着它们的连线。
(2)表达式:F=221r q q k(3)使用条件①真空中②点电荷(4)解释:K 为静电力常量 k=9.0×109N·m 2/C 2 由于只计算静电力大小所以q 取正值 方向根据同性相吸异性相斥的原理判断(5)静电力的叠加原理:对于两个以上的点电荷,其中每一个点电荷受到的库仑力的大小,都等于其他点电荷分别单独存在时对该点电荷作用力的矢量和例如:下面有三个完全相同的金属球ABC ,A 球带+q 的电量,B 球带-q 的电量,C 球带+q 的电量,如图所示分布在一个等边三角形的三个顶点上,求C 求受到的静电力F1为AC 之间的静电力,F2为BC 之间的静电力,根据静电力叠加原理,金属球C 受到的力就是F1和F2的矢量和,做矢量平行四边 形得到C 受到的合力F(6)几个带电小球求静电力的问题根据静电力叠加原理进行计算,如上例题所示,具体步骤为: ①确定研究对象②受力分析③分别列受到的静电力公式④矢量和相加(7)三个点电荷相互作用下平衡时的规律:“三点共线,两同夹一异,两大夹一小,近小远大”满足322131q q q q q q +=3.静电力与万有引力的比较 三、电场及其描述1.电场 (1电荷周围存在场,电荷的相互作用不可能超越距离,是通过场传递的,这种场称为电场,电场是一种客观存在,是物质存在的一种形式。
(2)电场力:电场对处于其中的电荷有力的作用,这种力成为电场力,静电力属于电场力 2.电场强度(1)试探电荷:电场最明显的特征就是对处在其中的电荷有力的作用,检验电场是否存在和强弱分布的电荷称为试探电荷(2)定义:把放入电场中某点的电荷受到的电场力F 与它的电荷量q 的比值用电场强度E 来表示(3)定义式:qFE =(4)单位:在国际单位中为牛/库,符号:N/C,该单位是由力的单位和电荷量的单位共同决定的(5)大小:电场强度的大小不是由力和电荷量决定的,是由场源电荷的电荷量和距离决定的,与试探电荷电性和电量没有关系(6)矢量性:电场强度是矢量,电场中某点电荷的电场强度的方向跟正电荷在该点受到的电场力方向相同 (7)物理意义:从力的角度描述电场的性质,反映了电场的强弱 3.点电荷的电场和匀强电场(1)点电荷的电场:点电荷产生的电场的电场强度表达式为:2r QkE =,Q 为点电荷的电荷量,也就是产生电场AB的电荷的电荷量,同时也可以说是场源电荷的电荷量(2)匀强电场:物理学上把大小和方向都处处相同的电场叫做匀强电场,电场强度大小处处相等,方向相同 4.电场线(1)电场线:在电场中画一些曲线,曲线上任意一点的电场强度方向就是该点的切线方向,这样的曲线叫电场线,用电场线的疏密来大致表示电场强度的大小(2)电场线模型:电场线是为了形象的描述电场而假想的线,电场中实际并不存在这些线 (3)典型电场的电场线分布①点电荷:a.电场线为直线,正点电荷电场线从正点电荷出发延伸到无穷远处,负点电荷电场线从无穷远处出发延伸到负点电荷b.点电荷的电场中没有电场强度相等的点,越靠近点电荷电场强度越大②等量异种电荷:等量异种电荷的电场线是由两个等电荷量的带不同电性的点电荷的电场合成的所以电场线为曲线 a.两点电荷的电场强度方向由正电荷指向负电荷,沿电场线放箱先变大后变小,中点处的电场强度最小b.两点电荷连线的中垂面上,电场强度的方向相同,且总与中垂面垂直指向负电荷,从中点处到无穷远处电场强度不断减小,在这条连线上中点处电场强度最大③等量同种电荷(正):等量异种电荷的电场线是由两个等电荷量的带相同电性的点电荷的电场合成的所以电场线为曲线a.两点电荷连线中点处的电场强度为零,向两侧逐渐增大,方向指向终点点电荷等量异种等量同种电荷匀强电场b.两点电荷中点处中垂面,从中点到无限远处电场线先变密后变疏,即电场强度先变大后变小④均强电场:有两个平行金属板组成,一个极板带正电,一个极板带负电组成的电场强度方向大小相同的电场a.电场中各点的电场强度大小方向都相同,其电场线是间隔相等的平行线(4)电场线总是起自正电荷(或无穷远处),止于负电荷(或无穷远处),不会在没有电荷的地方起始或终止。
(5)电场线特点:①电场线是不存在的,一种理想化的物理模型②电场线能描述电场的强弱和方向,疏密可以大致描述电场强度的大小,电场线上某点的切线方向表示这一点的电场强度的方向。
③电场线不相交,不相切,若相交就会出现两个切线,失去了电场强度的唯一性;若相切,表示电场强度无限大,而无限大强度的电厂是不存在的。
(6)电场线与带电粒子的运动轨迹重合的条件①电场线是直线②带电粒子只受电场力的作用,或受其他力,但其他力的各方向沿电场线所在直线或其他方向上合力为零。
③带电粒子的初速度为零或初速度方向沿电场线所在的方向以上三个条件必须同时满足时,带电粒子的运动轨迹才会与电场线重合四、电场中导体1.电场强度的叠加原理:如果有几个点电荷同时存在,电场中的某一点的电场强度等于这几个点电荷在该点产生的电场强度的矢量和。
可以类比静电力的叠加原理2.静电平衡(1)定义:物理学中将导体中没有电荷移动的状态称为静电平衡(2)特点:发生静电感应后的导体,两端面出现等量感应电荷,在导体内部,感应电荷产生一个电场,这个电场与原电场方向相反,当导体内电场增大到与原电场等大时,导体内合场强为零,自由电子定向移动停止,这时的导体处于静电平衡状态。
(3)电荷分布特点:①电荷只分布在导体的外表面上②受导体形状影响,电荷分布不均匀,越尖锐的地方,电荷分布密度越大,外部附近的电场强度也越强③处于静电平衡的导体,离场源电荷较近的一段感应出与场源电荷电性相反的电荷,较远一端感应出与较近端等量的与场源电荷电性相同的电荷④当两个彼此绝缘的导体用导线接触或者连接时,就可以把这两个导体看作是一个大导体,如果有的题中说用手触摸某导体,其实就是导体通过人体与大地构成一个大导体⑤由于导体在静电平衡时产生的内部电续强度是由于外部电场吸引或者排斥而产生的,所以在判断导体内场强大小的时候一定要注意方向与外场强相等,而大小与外场强相等⑥再均匀带电的金属细杆中,某点P 的电场强度是由关于P 对称的两端之外的部分提供的 如图,P 点的电场强度由右侧l/2部分的电场提供。
左侧的电场关于P 点对称相互抵消掉了。
3.静电屏蔽①定义:中空导体达到静电平衡时,内部电场强度为零,使得内部空间不受外部电场的影响,这种现象称为静电屏蔽,接地的中空导体也可以将导体内部产生的电场屏蔽住,使其对外部不产生影响。
②静电屏蔽的两种情况a.金属壳内部空间不受外部电场的影响b.接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有影响电势能与电势差一、电场力做功与电势能 1.电场力做功(1)匀强电场电场力做功:在匀强电场中任意两点间移动电荷时,电场力做的功为:W=qEd ,d 为两点延电场方向的距离,在匀强电场中F=qE , (2)特点:①电场力做功与路径无关,只与初末位置有关 ②公式W=qEd 中d 是电荷沿电场线方向上的位移③与重力做功相似,只要初末位置确定了,移动电荷q 做的功就是确定值 (3)方向:①根据电场力和位移夹角判断,常用于匀强电场中,夹角为锐角,电场力做正功;夹角为钝角,电场力作负功。
②根据电场力和瞬时速度夹角判断,常用于曲线运动中变化电场力,夹角为锐角,电场力做正功;夹角为钝角,电场力作负功,瞬时速度方向和电场力方向垂直时,电场力不做功 2.电势能Pl/4l/2(1)概念:类比重力势能,电荷在电场中某点的电势能等于把该电荷从零势能面移动到该点克服电场力所做的功 (2)电势能的相对性:由于电荷在电场中所受的电视能与零势能面的选取有关,所以规定了零势能面,电势能才有确定的值,零势能面常选地面或者无穷远处 (3)功能关系(类比重力做功和重力势能变化)①电场力做功一定伴随着电势能的变化,与其它力做功没有关系②电场力做正功,电势能一定减小;电场力作负功,电势能一定增加。
电场力做功等于电势能的变化量即 W AB =E PA —E PB =—ΔE P (4)电势能大小判断①场源电荷:离正的场源电荷近,正电荷的电势能越大,负电荷的电势能越小;离负的场源电荷近,正电荷电势能越小,负电荷电势能越大;②电场线法:正电荷顺着电场线方向移动时电势能减小;负电荷顺着电场线移动时,电势能增大; ③电场力做功(常用):电场力做正功,电势能增大,电场力作负功,电势能减小; 二、电势与等势面 1.电势(1)定义:电荷在电场中某一点的电势能E P 与其电荷量q 的比值(2)公式:qE p =ϕ(3)单位:在国际单位制中,电视的单位是伏特,符号是V ,1V=1J/C (4)标量:电势是标量,正负代表大小不代表方向(5)相对性:电场中各点电势的高低与其所选的零势能面有关,一般选大地或者无穷远处作为零势能面(6)电势高低判断①电场线法(常用):沿着电场线方向,电势越来越低②电势能法:对于正电荷,电势能越大,电势越高;对于负电荷,电势能越小,电势越高 ③场源电荷:离场源正电荷越近的点,电势越高;离场源负电荷越近的点,电势越低 ④电场力做功(常用):a.在电场中两点间移动正电荷,电场力做正功,电势能减小,电势降低b.在电场中两点间移动负电荷,电场力做正功,电势能减小,电势升高 2.等势面(1)定义:电场中电势相等的点构成的面叫做等势面,点电荷周围的静电场的等势面组成同心球 (2)特点:①在等势面上移动电荷,电场力不做功,由公式qE p =ϕ可知,在同一等势面上,电势相等,电荷量不变,电势能也不变,电场力不做功 ②在空间中,两等势面不相交 ③等势面的选取与零势能面没有关系 ④与电场线的比较(3)几种典型电场的等势面 点电荷 等量异种电荷等量同种电荷匀强电场3.尖端放电(1)定义:带电较多的导体,在尖端部位,电场强度可以大到使周围空气发生电离而引起放电的程度,此事发生的放电现象就是尖端放电现象(2)应用:避雷针就是应用尖端放电的原理来防止雷击造成危害的 三、电势差1.电势差与电场力做功(1)电势差定义:电场中两点间电视的差值叫做电势差,在电路中也叫电压,用字母U 表示,它与零势能面的选取没有关系(2)电势差表示:电场中A 点的电势记做ϕA ,B 点电势记做ϕB ,则AB 间电势差为U AB =ϕA —ϕB(3)电势差与场力做功:电荷q 在电场中从A 移动到B ,A 、B 两点间的电势差为U AB ,静电力做功W=Uq ,由W AB =E PA —E PB ,qE p =ϕ,U AB =ϕA —ϕB ,得到W=Uq ;不仅适用于匀强电场,也适用于非匀强电场。