高中物理人教版选修3-1精品学案(全册整理)§1 电荷及其守恒定律学习目标1.知道两种电荷及其相互作用,知道电荷量的概念.2.知道摩擦起电和接触带电的实质.3.知道静电感应现象及其本质.4.知道电荷守恒定律及元电荷,了解比荷的概念.自主探究1.自然界中只存在两种电荷:和.(1)丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷是.(2)毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷是.2.同号电荷相互,异号电荷相互.合作探究一、起电的三种方式【提出问题】1.摩擦起电:当两个物体互相摩擦时,一些束缚的不紧的从一个物体转移到,使得原来呈电中性的物体由于得到而带负电,失去的物体带正电.【例题1】毛皮与硬橡胶棒摩擦后,毛皮带正电,这是因为()A.毛皮上的一些电子转移到橡胶棒上了B.毛皮上的一些正电荷转移到了硬橡胶棒上了C.硬橡胶棒上的一些电子转移到了毛皮上了D.硬橡胶棒上的一些正电荷转移到毛皮上了【归纳总结】(1)相互摩擦的物体一定是同时带上了量的号电荷.(2)摩擦起电的本质是.2.接触带电:指一个的金属导体跟另一个的金属导体后分开,而使不带电的导体带上电荷的方式.【例题2】两个完全一样的金属小球A、B,其中A带电为Q,B不带电,将A 与B接触后再分开,则A、B的带电情况怎样?【归纳总结】(1)接触带电的本质:.(2)电荷量分配:两个完全相同的导体球相互接触后,总电荷量.3.感应起电(1)当一个带电体导体时,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,远离带电体的一端带.这种现象叫静电感应.(2)感应起电:利用而使金属导体带电的过程.(3)感应起电的本质:.二、电荷守恒定律1.表述一:电荷既不会,也不会,它只能从一个物体转移到,或者从物体的一部分转移到.在转移过程中,电荷的总量.2.表述二:一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和.三、元电荷1.电荷量:电荷的多少.其国际制单位是,简称,用表示.2.元电荷:最小的,即所带的电荷量,用表示,等于C,最早由美国物理学家测得.3.电子的比荷:电子的与电子的之比.【例题3】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.元电荷是表示跟电子所带电量数值相等的电荷量C.元电荷就是质子D.物体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍课堂检测一、选择题1.如图所示,挂在绝缘细线下的轻质带电小球,由于电荷的相互作用而靠近或远离,所以()A.甲图中两球一定带异号电荷B.乙图中两球一定带同号电荷C.甲图中两球至少有一个带电D.乙图中两球至少有一个带电2.如图所示,用起电机使金属球A带正电,靠近验电器B,则()A.验电器金属箔不张开,因为球A没有和B接触B.验电器金属箔张开,因为整个验电器都带上了正电C.验电器金属箔张开,因为整个验电器都带上了负电D.验电器金属箔张开,因为验电器下部箔片都带上了正电3.一带负电绝缘金属小球被放在潮湿的空气中,经过一段时间后,发现该小球上净电荷几乎不存在,这说明()A.小球上原有的负电荷逐渐消失了B.在此现象中,电荷不守恒C.小球上负电荷减少的主要原因是潮湿的空气将电荷导走了D.该现象是由于电子的转移引起,仍然遵循电荷守恒定律4.下列说法正确的是()A.电子和质子都是元电荷B.一个带电体的电荷量为元电荷的205.5倍C.元电荷是最小的电荷量单位D.元电荷没有正、负之分5.关于摩擦起电现象,下列说法中正确的是()A.摩擦起电是用摩擦的方法将其他物质变成了电荷B.摩擦起电是通过摩擦将一个物体中的电子转移到另一个物体C.通过摩擦起电的两个原来不带电的物体,一定带有等量异号电荷D.通过摩擦起电的两个原来不带电的物体,可能带有同号电荷6.如图所示,将带正电的球C移近不带电的枕形金属导体时,枕形导体上电荷的移动情况是()A.枕形导体中的正电荷向B端移动,负电荷不移动B.枕形导体中电子向A端移动,正电荷不移动C.枕形导体中的正、负电荷同时分别向B端和A端移动D.枕形导体中的正、负电荷同时分别向A端和B端移动二、非选择题7.在如图所示的实验中,最终A带上了-10-8 C的电荷.实验过程中,是电子由A转移到B还是由B转移到A?A、B得到或失去的电子数各是多少?8.A为带正电的小球,B为原来不带电的导体.把B放在A附近,A、B之间存在吸引力还是排斥力?§2 库仑定律学习目标1.通过演示实验,定性了解电荷之间的作用力大小与电荷量的多少以及电荷之间距离大小的关系.2.明确点电荷是个理想模型,知道带电体简化为点电荷的条件.3.了解库仑扭秤实验.4.掌握库仑定律的文字表达及公式表达.自主探究1.自然界中存在、两种电荷,同号电荷,异号电荷.2.万有引力定律的公式,其中引力常量为.合作探究一、实验演示:探究影响电荷间相互作用力的因素提示:悬挂的小球受重力、拉力和电荷间相互作用力,电荷间作用力F=mg tan α,偏角α越大,表明电荷间作用力越大.演示一:让带电物体A靠近悬挂在丝线上的带正电小球,观察在不同距离时小球的偏转角度.演示二:使小球处于同一位置,增大或减少小球所带的电荷量,观察小球偏角的变化关系.结论:.二、库仑定律1.库仑定律的内容: .2.库仑定律的适用条件: .3.什么是点电荷?.点电荷类似力学中的,它也是一种 .三、库仑的实验1.结构简介如图A是带电小球,B是不带电的小球,B与A的重力平衡,另一带电小球C 靠近A时,A与C的作用力使悬丝扭转,通过悬丝扭转的角度比较力的大小.2.研究方法——(1)控制电荷量Q不变,验证静电力F与r2的关系(2)控制带电小球之间的距离r不变,验证静电力F和电荷量Q的关系3.思想方法(1)小量放大思想;(2)电荷均分原理.【提问】库仑的那个年代还不能测量物体所带的电荷量,他是怎样解决这个问题的?4.库仑定律的表达式:,其中k是,叫做,k的数值为.【例题1】氢原子核(即质子)的质量是1.67×10-27 kg,电子的质量是9.1×10-31 kg,在氢原子内它们之间的最短距离为5.3×10-11 m.试比较氢核与核外电子之间的库仑力和万有引力.【例题2】真空中有三个点电荷,它们固定在边长为50 cm的等边三角形的三个顶点上,每个点电荷都是+2×10-6 C,求它们各自所受的库仑力.课堂检测1.下列说法中正确的是()A.点电荷是一种理想模型,真正的点电荷是不存在的B.点电荷就是体积和带电量都很小的带电体C.根据F=k可知,当r趋近于0时,F趋近于∞D.一个带电体能否看成点电荷,不是看它的尺寸大小,而是看它的形状和大小对所研究的问题的影响是否可以忽略不计2.有两个半径为r的带电金属球中心相距为L(L=4r),对于它们之间的静电作用力(设每次各球带电量绝对值相同)()A.带同号电荷时大于带异号电荷时B.带异号电荷时大于带同号电荷时C.带等量负电荷时大于带等量正电荷时D.大小与带电性质无关,只取决于电荷量3.三个相同的金属小球a、b和c,原来c不带电,而a和b带等量异号电荷,相隔一定距离放置,a、b之间的静电力为F.现将c球分别与a、b接触后拿开,则a、b之间的静电力将变为()A. B. C. D.F/164.如图所示,两个带电小球A、B分别用细丝线悬吊在同一点O,静止后两小球在同一水平线上,丝线与竖直方向的夹角分别为α、β(α>β),关于两小球的质量m1、m2和带电荷量q1、q2,下列说法中正确的是()A.一定有m1<m2,q1<q2B.可能有m1<m2,q1>q2C.可能有m1=m2,q1=q2D.可能有m1>m2,q1=q25.两个完全相同的带电小球,质量均为m且带有等量同号电荷,用两根长度相同的绝缘细线悬挂于同一点,如图所示,静止后两条细线张角为2θ,若细线长度为L,两个小球所带电荷量大小均为,悬线张力大小为.6.如图所示,把质量为0.2 g的带电小球A用丝线吊起,若将带电荷量为4×10-8 C的小球B靠近它,当两小球在同一高度且相距3 cm时,丝线与竖直方向夹角为45°,此时小球B受到库仑力F= .小球A带的电荷量= .qA7.如图所示,等边三角形ABC,边长为L,在顶点A、B处有等量异号点电荷Q,Q B,Q A=+Q,Q B=-Q,求在顶点C处的点电荷+Q C所受的静电力.A§3 电场强度学习目标1.了解静电场,初步了解场是物质存在的形式之一.2.理解电场强度的概念及定义式,会用电场强度、电场线描述电场.3.掌握点电荷的电场、电场线,理解电场强度的叠加.4.加深比值定义的理解.自主探究1.19世纪30年代,第一个提出了场的观点.物质存在的两种形式为、.2. 产生的电场为静电场.电场具有的性质.3. 称为试探电荷或检验电荷;称为场源电荷或源电荷.4.叫做电场强度,其公式为,单位.点电荷的电场强度公式为.5.形象地描述电场的方法是.合作探究一、电场1.什么是电场?电荷间的相互作用是怎样发生的?2.什么是静电场?二、电场强度1.试探电荷和场源电荷试探电荷必须具备的条件:.2.电场强度(1)定义:(比值定义).(2)公式:.(3)单位:.(4)电场强度是,它的方向是.说明:(1)E=为定义式,适用于一切电场.(2)某点的电场强度的大小及方向取决于电场本身,与检验电荷的正负、电荷量的大小及受到的电场力无关.三、点电荷的电场、电场强度的叠加1.点电荷电场强度公式:.2.以点电荷Q为圆心的球面上各点的电场强度的特点:.当Q为正电荷时,E的方向:.当Q为负电荷时,E的方向:.3.如果场源电荷有多个点电荷,则如何求电场中某点的电场强度?.【例题】真空中两个正点电荷A、B所带电荷量皆为+Q,且相距为r,则A、B 之间连线上距离A为处的P点的电场强度为多少?思考:能否在P点处放入一个带负电的点电荷-q,通过求出-q在P处受合电场力,然后根据E=求出P处的电场强度大小和方向?拓展:如果带电体是半径为R的均匀球体(或球壳),它外部空间某点的电场强度该怎样计算?四、电场线1.电场线:如果在电场中画出一些曲线,使曲线上每一点的,这样的曲线就叫做电场线(如图所示)2.特点(1). (2). (3).3.画出几种特殊的电场线五、匀强电场电场中各点电场强度的、方向的电场就叫匀强电场.课堂检测1.电场中有一点P,下列说法中正确的有()A.若放在P点的电荷的电荷量减半,则P点的电场强度减半B.若P点没有检验电荷,则P点电场强度为零C.P点的电场强度越大,则同一电荷在P点受到的电场力越大D.P点的电场强度方向为放在该点的电荷的受力方向2.在一个电场中a、b、c、d四点分别引入检验电荷时,测得的检验电荷所受电场力跟其电荷量的函数关系图象,如图所示.下列叙述正确的是()A.这个电场是匀强电场B.四点电场强度大小关系是E d>E a>E b>E cC.四点电场强度大小关系是E a>E b>E d>E cD.无法确定四个点的电场强度大小关系3.如图所示,A、B为两个等量的正点电荷,在其连线中垂线上的P点放一个负点电荷q(不计重力),由静止释放后,下列说法中正确的是()A.点电荷在从P点到O点运动的过程中,加速度越来越大,速度越来越大B.点电荷在从P点到O点运动的过程中,加速度越来越小,速度越来越大C.点电荷运动到O点时加速度为零,速度达最大值D.点电荷越过O点后,速度越来越小,加速度越来越大,直到粒子速度为零4.关于电场线,下列说法正确的是()A.电场线是客观存在的B.电场线与电荷运动的轨迹是一致的C.电场线上某点的切线方向与电荷在该点的受力方向可以不相同D.沿电场线方向,电场强度一定越来越大5.如图所示,四个电场线图,一正电荷在电场中由P到Q做加速运动且加速度越来越大,那么它所在的电场是()6.如图所示,A、B、C、D、E是半径为r的圆周上等间距的五个点,在这些点上各固定一个点电荷,除A点处的电荷量为-q外,其余各点处的电荷量均为+q,则圆心O处()A.电场强度大小为,方向沿OA方向B.电场强度大小为,方向沿AO方向C.电场强度大小为,方向沿OA方向D.电场强度大小为,方向沿AO方向7.如图所示,一带电粒子只受电场力从A飞到B,径迹如图中虚线所示,下列说法正确的是()A.粒子带负电B.粒子加速度不断变小C.粒子在A点时动能较大D.B点电场强度大于A点电场强度8.如图所示,有一水平方向的匀强电场,电场强度为9×103N/C,在电场内的竖直平面内作半径为1 m的圆,圆心处放置电荷量为1×10-6 C的正点电荷.则圆周上C点处的电场强度大小为.9.如图所示,把一个倾角为θ的绝缘斜面固定在匀强电场中,电场方向水平向右,电场强度大小为E.有一质量为m、带电量为+q的物体以初速度v0,从A端滑上斜面恰好能沿斜面匀速运动,求物体与斜面间的动摩擦因数.§4 电势能和电势学习目标1.明确静电力做功的特点.2.理解电势能的概念.3.弄清静电力做功与电势能变化之间的关系.4.理解电势的概念、等势面的特点.自主探究一、静电力做功的特点是.二、电势能1.电势能的定义:.用表示.2.静电力做功与电势能变化的关系:.3.如何求电荷在某点处具有的电势能?.4.零势能面的选择:.三、电势1.定义:.2.电势是,它只有,没有方向,但有正负.3.电场线指向电势的方向.顺着电场线方向,电势越来越.4.零电势位置的规定:.四、等势面1.等势面:.2.等势面与电场线的关系:.合作探究一、静电力做功的特点【思考讨论1】如图所示,质量为m的物体在重力场中,分别:(1)沿折线从A运动到B;(2)沿直线从A运动到B;(3)沿曲线从A运动到B.重力分别做多少功?重力做功的特点是什么?重力做功与重力势能的关系是什么?【自主尝试】结合教材图1.4-1,分析如图所示的试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中沿不同路径从A运动到B电场力做功的情况.(1)q沿直线从A到B;(2)q沿折线从A到M、再从M到B;(3)q沿任意曲线从A到B.二、静电力做功与电势能的关系【思考讨论2】在重力场中由静止释放质点,质点一定加速运动,动能增加,势能减少;如图所示,在静电场中,静电力做功使试探电荷获得动能,是什么转化为试探电荷的动能的?【思考讨论3】重力做的正功等于减少的重力势能,克服重力做的功等于增加的重力势能,用公式表示为W AB=E p A-E p B=-ΔE p.那么,静电力做功与电势能的关系呢?【案例分析】分析对不同的电荷从A运动到B的过程中电势能的变化情况.【思考讨论4】如何确定电荷在某点处具有的电势能?(类比分析:如何求出A点的重力势能呢?进而总结出电势能的求法.)【拓展】零势能面的选择:通常把电荷离场源电荷无限远处的电势能规定为零,或把电荷在大地表面上的电势能规定为零.【思考讨论5】重力势能是物体和地球组成的系统所共有的,那么电势能是否也是电荷和电场所共有的呢?(1)若被移动电荷的极性、电荷量不同,对其电势能有何影响?(2)若电荷所处电场发生变化,对位于其中的电荷的电势能有何影响?(3)若电场中没有电荷或者空间不存在电场,还有电势能吗?【巩固训练】1.关于在电场中移动电荷与电势能的关系,下列说法中正确的是()A.电荷沿电场线方向移动,电势能一定增加B.电荷沿电场力方向移动,电势能一定增加C.电荷逆电场力方向移动,电势能一定增加D.电荷沿垂直于电场线方向移动,电势能一定不变2.有一电荷量q=-3×10-6C的电荷,从电场中的A点移到B点时,克服静电力做功6×10-4J.求:(1)电荷的电势能怎样变化?变化了多少?(2)以B为零势能点,电荷在A点的电势能E p A是多少?(3)如果把这一电荷从B点移到C点时静电力做功9×10-4J,电荷的电势能怎样变化?变化了多少?(4)如果选取C点为零势能点,则电荷在A点的电势能E p A'又是多少?(5)通过这一例题你有什么收获?三、电势【思考讨论6】如何判断电势的高低呢?四、等势面【思考讨论7】在地理课上常用等高线来表示地势的高低.今天学习了电势的知识后,那我们可以用什么来表示电势的高低呢?【体验性实践】寻找等势面:找正点电荷和带电平行金属板中的等势面.【思考讨论8】什么情况下会出现力做功为零的情况?电场线跟等势面有什么关系?课堂检测1.关于等势面的说法,正确的是()A.不同等势面上各点的电势也可能相等B.各等势面永不相交C.等势面总是和电场线垂直D.等势面都是封闭的曲面2.如图展示了等量异号点电荷的电场线和等势面.关于场中的A、B、C、D 四点,下列说法正确的是()A.A、B两点的电势和电场强度都相同B.A、B两点的电场强度相同,电势不同C.C、D两点的电势和电场强度都不同D.C、D两点的电势相同,电场强度不同3.关于等势面、电场力做功和电场的关系,下列说法正确的是()A.在等势面上移动电荷,电场力总是不做功B.电荷从A点移到B点,电场力做功为零,则电荷一定是沿等势面移动的C.在同一个等势面上的各点,电场强度的大小必然是相等的D.电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面4.如图所示,展示了不规则形状的带电导体周围的电场线和等势面.从图中可以看出,越靠近导体,等势面的形状就越趋近导体表面的形状,这是因为,导体的表面本身就是一个,而且导体内部的电势也处处相等,所以导体是一个;而越是远离导体,等势面的形状就越趋近球面,这是因为,从足够远的地方看导体,它就是一个点电荷,而点电荷的就是球面.5.电场线和等势面都可以形象、直观地描述电场.由于电场线和等势面有着固定的空间位置关系,我们只要知道了其中之一,就可以根据相互关系描绘出另一个.而且,从测量方便性的角度看,我们一般是描绘更容易(选填“电场线”或“等势面”).6.如图展示了等量同号点电荷的电场线和等势面.从图中可以看出,这三点的电势关系是φaφbφc(均填“>”“<”或“=”)§5 电势差学习目标1.掌握电势差的概念.2.会应用电势差的概念求解静电力对电荷所做的功.自主探究1.电荷、电场强度、电势、电势能是怎样定义的?电荷:.电场强度:.电势:.电势能:.2.电场中两点间电势的叫做电势差.电场中的各点电势的大小与电势零点的选取,但电场中两点的电势差与电势零点的选取.电势与电势差都是反映电场中的物理量.合作探究(一)电势差【情景引入,展示目标】某电场的等势面如图所示,试画出电场线的大致分布.若以C点为电势零点,则A点的电势为多少?D点的电势为多少?A、D两点的电势相差多少?若以B点为电势零点,则A点的电势为多少?D点的电势为多少?A、D两点的电势相差多少?小结:电势是描述电场能性质的物理量,并且在电场中的不同位置,电势不同,那么不同点的电势的差值就叫做电势差.【推导】根据教材第20页的电势差的定义和前面电势能与电场力关系的变化关系,试着推导电势差的定义式.推导一:推导二:【思考讨论】如图所示,如果B板接地(取大地的电势为0,则与大地相连的导体的电势也为0),则A点电势为8 V,M点的电势为6 V,N点电势为2 V,M、N两点间的电势差是多少?如果改为A板接地,B板电势多大?M、N两点电势各多大?M、N两点间电势差多大?【讨论后小结】1.电势差与电势的关系:.电势的数值与电势零点的选取关,电势差的数值与电势零点的选取关.2.物体在重力作用下从高处向低处移动时,重力做功,对于同一个物体,重力做功越多,高度差越大.与此类似,同一个电荷从一点移动到另一点时,电场力做功越多,就说这两点间的电势差.电势差U AB与q、W AB均关,仅与电场中A、B两点的位置关.3.电势差的物理意义:.UAB在数值上的含义:.4.单位:,符号,1 V= .(二)典型例题与尝试练习【典型例题】在电场中把电荷量为2.0×10-9 C的正电荷从A点移到B点,电场力做功1.5×10-7J,再把这个电荷从B点移到C点,克服电场力做功4.0×10-7J.(1)求A、B、C三点中哪点电势最高?哪点电势最低?(2)A、B间,B、C间,A、C间的电势差各是多大?(3)把-1.5×10-9 C的电荷从A移到C,静电力做多少功?电势能如何变化?变化多少?(4)根据以上所得结果,定性地画出电场分布的示意图,标出A、B、C三点可能的位置.【尝试练习】1.如图所示,Q是带负电的点电荷,A和B为其电场中的两点.若E1、E2为A、B两点的电场强度的大小,φ1、φ2为A、B两点的电势,则()A.E1>E2,φ1>φ 2B.E1>E2,φ1<φ 2C.E1<E2,φ1>φ 2D.E1<E2,φ1<φ22.关于电势差和电场力做功的说法中,正确的是()A.电势差的大小由电场力在两点间移动电荷做的功和电荷的电荷量决定B.电场力在两点间移动电荷做功的多少由两点间的电势差和该电荷的电荷量决定C.电势差是矢量,电场力做的功是标量D.在匀强电场中与电场线垂直方向上任意两点电势差相等课堂检测1.下列说法中正确的是( )A.重力做功与路径无关,与移动物体的初末位置的竖直高度差有关,即W AB =mgh ABB.静电场力做功与路径无关,与移动电荷的初末位置的电势差有关,即W AB =qU ABC.重力对物体做正功,其重力势能减少,做负功则重力势能增加D.静电场力对正电荷做正功,正电荷电势能增加,对负电荷做正功,负电荷电势能减少2.正电荷在电场中沿某一电场线从A 到B ,此过程中可能出现( ) A.AB 间电势差一定是正的 B.电场力的大小保持不变 C.电荷克服电场力做功D.电荷的电势能不断减小3.如图所示,电场中有A 、B 两点,则下列说法中正确的是( )A.电势φA >φB ,电场强度E A >E BB.电势φA >φB ,电场强度E A <E BC.将+q 电荷从A 点移动到B 点电场力做正功D.将-q 电荷分别放在A 、B 两点时具有的电势能E p A >E p B4.如图A 、B 为两等量异号电荷,A 带正电,B 带负电,在A 、B 连线上有a 、b 、c 三点,其中b 为ac 连线的中点,ab=bc ,则( )A.a点与c点的电场强度相同B.a点与c点的电势相同C.a、b间电势差与b、c间电势差相等D.点电荷q沿A、B连线的中垂线移动,电场力不做功5.在静电场中,一个带电量q=2.0×10-9 C的负电荷从A点移动到B点,在此过程中,除电场力外,其他力做的功为4.0×10-5 J,质点的动能增加了8.0×10-5 J,则A、B两点间的电势差为()A.2×10-4 VB.1×104 VC.4×104 VD.-2×104 V§6 电势差与电场强度的关系学习目标1.理解匀强电场中电势差与电场强度的定性、定量关系.对于公式U=Ed要知道推导过程.2.能够熟练应用U=Ed解决有关问题.3.知道电场强度另一个单位“V/m”的物理意义.自主探究【问题1】根据如图所示,分析电场强度大的地方电势是否一定高?反之又如何呢?【结论】.【问题2】根据如图所示,分析电场强度为零的点电势一定为零吗?反之又如何呢?。
