最新人教版高中物理选修1-1第一章《电荷库仑定律》(1)

一、电荷 库仑定律

1．了解人类对电现象的认识过程。

2．了解科学家在认识自然过程中常用的科学方法。

3．知道元电荷的大小，理解电荷守恒定律。

4．理解并掌握库仑定律的含义和表达式，知道静电力常量。了解库仑定律的适用条件，并能运用它解决简单问题。

笑容灿烂的女生为什么又“怒发冲冠”？是得意于自己的新发型吗？

提示：图中女生手扶静电起电机，身体带上了静电，头发因带相同电荷而相互排斥，所以头发呈辐射状。

1．电荷

(1)经过摩擦的物体，如玻璃棒，能够吸引轻小物体，我们说这些摩擦过的物体带了____。这些电荷静止在物体上，这类现象叫做________。

思考：如图所示，将玻璃板两边垫起，下面撒一些纸屑，再用干燥的纸团摩擦玻璃板的上表面，你就会看到下面的纸屑上下飞舞。你知道这是为什么吗？

(2)①自然界中有两种电荷：即______和______。②同种电荷互相____，异种电荷互相____。③物体带正电，是由于物体____电子；带负电是由于物体有____电子。

(3)摩擦起电的实质：____从一个物体____到另一个物体上，失去电子的物体带____电，得到电子的物体带____电。

(4)把电荷移近不带电的导体，可以使导体带电的现象，叫做________。在这个过程中，导体中的____从导体的一部分____到另一部分。

2．电荷守恒

(1)电荷守恒：电荷既不能____，也不能____，它只能从一个物体____到另一个物体，或从物体的一部分____到另一部分。在转移的过程中，电荷的总量____。

思考：制作两块装有玻璃柄的相同玻璃圆板，其中一块贴上丝绸，如图所示，将两块圆板相互摩擦，然后分开。当它们分别接近轻小物体时，轻小物体均被吸引，这说明它们都带上了电荷。如果把两块带电圆板紧密接触，然后合在一起去靠近轻小物体，这时轻小物体能否被吸引？这说明了什么？ (2)在物理学中，常用元电荷作为电荷量的单位，元电荷的电荷量为________C；一个电子的电荷量为________C，一个质子的电荷量为________C；所有带电物体，所带电荷量或者等于电子或质子的电荷量，或者是它们电荷量的________。

3．库仑定律

(1)真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，跟________________________成正比，跟________________成反比，作用力的方向在它们的连线上。这个规律是库仑在1785年发现的，人们把它叫做库仑定律。

(2)库仑定律的数学表达式是__________________，式中k叫做____________，其数值为________，其单位是________。

(3)库仑定律的适用条件：①____；②______。

(4)点电荷：是指没有____的带电体，是一种理想化的模型，实际上并不存在。

答案：1．(1)电荷 静电现象

思考

提示：纸团跟玻璃板的摩擦会使玻璃板带上静电，静电会吸引轻小的物体，纸屑吸到玻璃板上后会发生接触起电，使纸屑带上与玻璃板同性质的电荷，于是迅速排斥开，所以纸屑会上下飞舞。

(2)正电荷 负电荷 排斥 吸引 缺少 多余

(3)电子 转移 正 负

(4)感应起电 电荷 转移

2．(1)创生 消灭 转移 转移 不变

思考

提示：两块圆板相互摩擦，分开后分别带上了等量异种电荷，再次合在一起，正负电荷中和，整体不显电性，对轻小物体没有吸引力。

(2)1.6×10－19 －1.6×10－19 1.6×10－19 整数倍

3．(1)它们电荷量的乘积 它们距离的二次方

(2)F＝kQ1Q2r2 静电力常量 9.0×109 N·m2/C2

(3)真空 点电荷

(4)大小

1．摩擦起电、感应起电、接触起电的区别与联系

(1)摩擦起电，是两种不同的物质组成的物体相互摩擦时，由于摩擦力做功，使一个物体中一些原子的电子获得了能量，挣脱了原子核的束缚，转移到了另一个物体上。根据电荷守恒定律，从整体上看：一个物体失去电子，带正电；另一个物体得到电子，带负电。

(2)感应起电，是由于带电体靠近导体时，导体内的自由电荷发生移动，向靠近带电体一端移动的电荷与带电体电性相反，而向远离带电体的一端移动的电荷与带电体电性相同，正电荷与负电荷电荷量相等，实际上是导体中电荷发生了重新分布，这说明电荷从导体的一部分转移到另一部分。

(3)接触起电，是指带电体与导体接触时，电荷转移到这个导体上，实际上是发生了电荷的传递。

(4)无论哪种方式起电，实质都是电荷发生了转移。

(1)感应起电成功的关键在于先分开两物体(或先断开接地线)，然后再移去带电体。

(2)两个完全相同的带同种电荷的金属球，接触后再分开时各自的带电荷量，可用公式QA′＝QB′＝QA＋QB2计算。若带异种电荷，则先中和再平分，QA、QB含有表示电性的正负号。

2．对点电荷的理解和库仑定律的应用

(1)库仑定律是本节课的重点，对点电荷的理解是本节课的难点。当带电体间的距离比它们自身线度的大小大得多时，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，这样的带电体就可以看做点电荷，只有电荷量没有大小的一个带电的几何点即点电荷。

(2)点电荷是理想化的物理模型，可与力学中的质点类比，实际中并不存在。

(3)库仑定律的适用条件是真空中的点电荷，应用时一定要满足条件，不能随便代入公式中应用。

(4)注意点电荷与元电荷的区别：元电荷是电子或者质子所带电荷量的绝对值，就是1.6×10－19 C的电荷量；而点电荷是理想化模型，可与力学中的质点类比。例如：质子所带的电荷量是元电荷，但是质子不一定可以看成点电荷。

类型一 电荷守恒定律的应用

【例1】 甲物体与乙物体相互摩擦，没有其他物体参与电荷的交换，发现甲物体带了9.6×10－16 C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9.6×10－16 C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9.6×10－16 C的正电荷，说明甲物体失去了9.6×10－16 C的负电荷，即失去了9.6×10－16 C1.60×10－19 C＝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9.6×10－16 C的负电荷。

答案：AC

题后反思：摩擦起电的本质是电子的转移，失去电子后带正电，得到电子后带负电，整个过程遵循电荷守恒定律。

类型二 相同小球接触起电的电荷分配

【例2】 两个完全相同的带绝缘柄的金属小球A、B，分别带有电荷量QA＝6.4×10－9 C，QB＝－3.2×10－9 C，让两金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移且转移了多少？

点拨：两个完全相同的金属小球接触后再分开，电荷量先叠加，再平均分配电荷量。

解析：QA′＝QB′＝QA＋QB2＝1.6×10－9 C。

在接触过程中，电子由B球转移到A球，不仅将自身电荷中和，且继续转移，使B球带QB′的正电荷，这样，共转移的电荷量为ΔQ＝－QB＋QB′＝3.2×10－9 C＋1.6×10－9 C＝4.8×10－9 C

转移的电子数N＝ΔQe＝3.0×1010。

答案：电子由B球转移到A球 转移的电子数为3.0×1010

题后反思：本题考查了电荷守恒定律、元电荷的概念，涉及正负电荷中和、电荷重新分布、电子转移数量等问题。

类型三 库仑定律的基本运用

【例3】 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13，距离变为2r，则它们之间的静电力变为( )。

A.3F8 B.F6 C.8F3 D.2F3

解析：根据题目给出的条件：真空、点电荷，符合库仑定律条件，由库仑定律公式F＝kQ1Q2r2得：

当Q甲′＝2Q甲，Q乙′＝13Q乙，r′＝2r时， F′＝k2Q甲·13Q乙4r2＝16kQ甲·Q乙r2＝16F。

答案：B

题后反思：本题考查了库仑定律的基本应用。在解答该类问题时，应注意哪些量是不变的，哪些量是变化的，对于变量注意与原来的关系，然后根据库仑定律公式列方程进行计算。

触类旁通：在上述题目中，若保持其中一个点电荷的电荷量不变，另一个点电荷的电荷量变为原来的4倍，为保持相互作用力不变，则它们之间的距离应变为原来的______倍。

解析：根据题目给出的条件：真空、点电荷，符合库仑定律条件，由库仑定律公式F＝kQ1Q2r2得：当Q甲′＝4Q甲，Q乙′＝Q乙，F′＝F时，k·4Q甲·Q乙r′2＝k·Q甲·Q乙r2，r′＝2r。

答案：2

1．用轻小物体甲、乙靠近带负电的轻小物体丙，结果甲被丙吸引，乙被丙推开，由此可确定( )。

A．甲带正电 B．甲带负电 C．乙带正电 D．乙带负电

2．在晴朗干燥的冬日里，如果用塑料梳子梳干燥的头发，会发现头发越梳越蓬松，其主要原因是( )。

A．梳头时，空气进入头发

B．头发和梳子摩擦后，头发带同种电荷相互排斥

C．梳子对头发有力的作用

D．梳头时，头发的毛囊会收缩

3．下列说法中正确的是( )。

A．点电荷就是体积很小的带电体

B．点电荷就是体积和带电荷量都很小的带电体

C．根据F＝122QQkr可知，当r→0时F→∞

D．静电力常量的数值是由实验得出的

4．关于电荷量，以下说法正确的是( )。

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值

C．物体带正电荷1.6×10－9 C，这是因为失去了1.0×10－10个电子

D．物体带电荷量的最小值为1.6×10－19 C

5．(2012·广东中山一中学业水平模拟测试)关于电荷，下列说法正确的是( )。

A．毛皮和橡胶棒摩擦后，毛皮带正电

B．摩擦起电的过程就是创造电荷的过程

C．导体可以带电，绝缘体不能带电

D．库仑命名了正负电荷

答案：1．D 本题考查了电荷之间的相互作用规律：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，但不要忽略了带电体可以吸引不带电的轻小物体这一性质。对题目进行分析可知，乙一定带负电，而甲可能带正电也可能不带电，因此只有D项正确。

2．B 此题考查的重点是摩擦起电的原因，同时了解电荷相互作用规律在生活中的立体呈现。

3．D 点电荷是带电体的理想模型，当带电体本身的线度对所研究的问题没有影响或影响不大时，就可以当成点电荷，A、B选项错误；库仑定律仅适用于真空中的点电荷，当r→0时，库仑定律不成立，C选项错误。

4．BD 带电体所带的电荷量均是元电荷的整数倍而不是任意值，所以B、D选项正确；物体带正电荷是因为失去了等电荷量的电子，所以C选项错误。