高中物理《电荷 电荷间的相互作用》 教科版选修1-1
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高中物理选修1-1知识点选修1-1知识点一、电磁现象与规律46.电荷电荷守恒定律1) 自然界中只存在正电荷和负电荷两种电荷。
例如,当玻璃棒与丝绸摩擦时,玻璃棒带正电;橡胶棒与毛皮摩擦时,橡胶棒带负电。
2) 自然界中两种电荷的总量是守恒的。
使物质带电的过程,就是使电荷从一个物体转移到另一个物体(如摩擦起电和接触带电),或者是从物体的一部分转移到另一部分(静电感应)。
不管何种方式,电荷既不能创造,也不能消失,这就是电荷守恒定律。
3) 自然界任何物体的带电荷量都是元电荷(e=1.6×10^-19C)的整数倍。
电子、质子的电荷量都等于元电荷,但电性不同,前者为负,后者为正。
元电荷是指“电荷量”,不是电子或质子等实物粒子。
4) 使物体带电的方法有三种:接触起电、摩擦起电、感应起电。
47.库仑定律1) 库仑定律的成立条件是真空中静止的点电荷。
2) 如果带电体间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,这样的带电体可以看成点电荷。
3) 库仑定律的内容是:真空中两个静止的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。
4) 库仑定律的公式为:F=kQ1Q2/r^2,其中k=9.0×10^9N·m^2/C^2.48.电场、电场强度和电场线1) 电场是电荷之间的相互作用通过特殊形式的物质——电场发生的。
电荷的周围都存在电场,它看不见、摸不着,但客观存在。
电场对放入其中的电荷有力的作用。
2) 电场强度是反映电场力的性质的物理量。
它的大小由定义式E=F/q(与F、q无关)决定,其中q为检验电荷,E与q、F无关;方向与正电荷受力方向相同。
3) 电场线的特点是假想的(不存在)、不相交、不闭合。
电场线从正电荷或无穷远出发,终止于无限远或负电荷。
各点的切线方向反映场强的方向,疏密程度反映场强的大小。
2. 点电荷之间的相互作用-教科版选修1-1教案一、教学目标1.了解点电荷之间的Coulomb力,能正确计算出系统中各个电荷之间的相互作用力;2.掌握电场概念,能够计算电场强度与电势差;3.能够判断电荷的正负性并应用基本电荷量进行实际计算。
二、教学内容与方法1. 教学内容1.点电荷之间的Coulomb力2.电场、电场强度、电势差2. 教学方法理论课教学内容:1.讲解点电荷之间的Coulomb力;2.讲解电场、电场强度、电势差的概念及计算方法;3.利用多种教学手段(如PPT、小视频等)进行理论讲解。
实验课教学内容:1.制作点电荷;2.通过实验模拟点电荷之间的Coulomb力;3.通过实验探究电场、电场强度、电势差的概念。
三、教学重点与难点1. 教学重点1.掌握点电荷之间的Coulomb力的计算方法;2.掌握电场、电场强度、电势差的计算方法。
2. 教学难点1.点电荷之间的Coulomb力的概念理解;2.电场强度的计算方法。
四、教学时间安排•理论课:4课时•实验课:3课时五、教学评估1. 教学评估内容1.知识点的掌握情况;2.实验操作能力;3.实验报告书写能力。
2. 教学评估方法1.课堂讨论;2.实验观察;3.实验报告。
六、教学资源1.数字化资源:PPT、小视频、在线作业;2.实验用具:点电荷实验装置。
七、教学后记本次教学我认为,通过理论结合实验的方式,可以让学生更加深入地理解电荷之间的相互作用,掌握计算方法,提高实验操作能力,并在实验报告中进行思路清晰的表达和总结。
我们需要在教学中注意加强学生的思辨能力和分析能力,让学生更加主动地去探究科学规律,提高学习效果,提高教学质量和效益。
《电荷、电荷间的相互作用》教学目标:1. 知道两种电荷及其相互作用,知道电荷守恒定律;2. 了解静电感应现象,知道静电感应不是创造了电荷,而是使物体中的正负电荷分开;3. 掌握库仑定律,并会用库仑定律的公式进行计算;能力培养:1. 通过观察实验,培养学生观察、分析、总结的能力;2. 通过阅读培养学生发现问题能力、解决问题能力;重 点:1. 两种电荷及其相互作用,电荷守恒定律;2. 掌握库仑定律,并会用库仑定律的公式进行计算;难 点:1.两种电荷及其相互作用,电荷守恒定律;2.掌握库仑定律,并会用库仑定律的公式进行计算;关 键:1.教师进行恰当的举例来让学生实际感受;2.讲清摩擦起电、静电感应的实质,使学生了解二者的实质;※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※ 教学过程:◆复习提问:1. 能量守恒与转化定律的内容?2. 万有引力定律的内容?◆引入新课:我们已经研究了热学,下面我们研究一下电学。
◆新授课:一.电荷的基本知识:1. 起电方式:(1)摩擦带电:电子的转移——电子从一个物体转移到另外一个物体。
(2)感应带电:电子的转移——电子从物体的一个部分转移到物体的另外一个部分。
(3)接触带电:电量平分规律——两个完全相同的金属球,接触后电量平分C Q 91109-⨯=与C Q 92105-⨯=接触后各自带有C Q Q 1921107-⨯==;C Q 91109-⨯=与C Q 92105-⨯-=接触后各自带有C Q Q 1921102-⨯==;2.元电荷:C e 19106.1-⨯=;3.电荷守恒定律:电荷既不能被创生,也不能被消灭,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外一部分。
二.库仑定律:1. 内容:真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力跟它们所带电荷量的乘积成正比,跟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。
2. 公式:221rQ Q k F =,229/109C m N k ⋅⨯=;3. 公式适用条件: (1)真空、静止(2)点电荷(3)匀质带电球体:4. 物理意义:使电学的发展进入了定量计算的阶段。
2 点电荷之间的相互作用1.知道点电荷的概念,知道点电荷是一种理想化的模型,认识理想化模型,了解理想化方法在物理学研究中所起的作用.2.了解电荷间的相互作用规律.知道库仑定律,能利用库仑定律计算真空中静止的两点电荷间的相互作用力. 3.了解类比方法,知道类比方法在物理学发展中所起的作用.[学生用书P4]一、探究影响电荷间作用力大小的因素课本P 6~7的实验说明了决定电荷间相互作用的因素有:1.两电荷间的距离:电荷间相互作用力随电荷间距离的增大而减小. 2.电荷量:电荷间相互作用力随电荷量的增大而增大. 二、库仑定律 1.点电荷当带电体间的距离远大于它们的大小,以至带电体的形状、大小可以忽略不计时,可以认为带电体所带的电荷量集中在一个“点”上,这样的带电体称为点电荷.2.库仑定律(1)内容:真空中,两个静止的点电荷之间的相互作用力,跟它们电荷量的乘积成正比,跟它们距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上.这就是库仑定律.(2)适用条件:库仑定律适用于真空中的两个点电荷.对可以视为点电荷的两个带电体间也可用库仑定律.(3)公式:F =k Q 1Q 2r2. (4)静电力常量k :在国际单位制中,k =9.0×109 N ·m 2/C 2.k 的物理意义是当两个电荷量为1 C 的点电荷在真空中相距1 m 时,相互作用力是9.0×109 N.对点电荷的认识[学生用书P4]1.带电体能看做点电荷的条件:带电体间的距离远大于带电体本身的线度.2.对点电荷的理解:点电荷跟运动的描述中学过的质点一样,是理想化的物理模型,实际上并不存在.但实际的带电体满足一定的条件即可看做点电荷.3.点电荷具有相对意义,带电体的尺寸不一定很小,一个带电体能否看做点电荷,不取决于带电体的大小,而取决于该带电体的线度与它到与它发生作用的其他带电体间的距离的关系.另外,一般情况下对电荷量不作限制,电性也有正负之分.关于点电荷,以下说法正确的是( )A .足够小的电荷,就是点电荷B .一个电子,不论在何种情况下均可视为点电荷C .点电荷是一种理想化的模型D .一个带电体能否看成点电荷,不是看它尺寸的大小,而是看它的形状和尺寸对相互作用力的影响能否忽略不计[解析] 一个带电体能否看成点电荷,不是依据其大小和形状,而是看在研究问题时,其大小和形状对研究的问题影响程度是否能够忽略,因此实际的点电荷是不存在的,点电荷是一种理想化模型,是为了研究问题的方便而引入的一个概念.故选项C 、D 正确.[答案] CD库仑定律的应用[学生用书P5]1.库仑定律的适用条件:真空中两个点电荷间的相互作用,但两个均匀带电球体相距较远时也可视为点电荷,r 为两个球体的球心距离.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,但可以用一组点电荷来代替实际的带电体,从而完成问题的求解.2.库仑力是一种性质力,具有力的一切性质:矢量性、相互性等.相互作用的两个点电荷间的库仑力满足牛顿第三定律,即两个点电荷(不论其电荷量是否相等)所受库仑力大小相等、方向相反.当多个点电荷同时存在时,任意两个点电荷间的作用仍遵守库仑定律,任一点电荷所受的库仑力可利用求力的合成的平行四边形定则求出.3.在使用公式F =k Q 1Q 2r2时,Q 1、Q 2可只代入绝对值计算库仑力的大小,库仑力的方向根据同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引来判断.4.不能单纯从数学意义上理解F =k Q 1Q 2r2,以为r 趋于零时,便可得到F 为无穷大,事实上,当r 趋于零时,带电体便不能看成点电荷了,此公式也不再适用了.如图所示,两个半径均为r 的金属球放在绝缘支架上,两球面最近距离为r ,带等量异种电荷,电荷量均为Q ,两球间的静电力为下列选项中的( )A .等于k Q 29r2 B .大于k Q 29r 2 C .小于k Q 29r 2 D .等于k Q 2r2[解析] 两球间距和球本身大小差不多,不符合简化成点电荷的条件,因为库仑定律的公式仅适用于点电荷,所以不能用该公式计算.我们可以根据电荷间的相互作用规律做一个定性分析.由于两带电体带等量异种电荷,电荷间相互吸引,因此电荷在导体球上的分布不均匀,会向正对的一面集中,电荷间的距离就要比3r 小.由库仑定律,静电力一定大于k Q 29r 2,电荷间的吸引不会使电荷全部集中在相距为r 的两点上,所以静电力不等于k Q 2r2.正确选项为B. [答案] B(1)保持两个点电荷的距离不变,若把每个点电荷的电荷量都增加为原来的2倍,那么它们之间的相互作用力变为原来的________倍;(2)保持两个点电荷的电荷量不变,将距离增为原来的3倍,那么它们之间的相互作用力变为原来的________;(3)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:该题用库仑定律进行比例计算即可.(1)设两个点电荷间的距离为r ,电荷量分别为Q 1、Q 2,原来的作用力为F 1,后来的作用力为F 2,则F 1=k Q 1Q 2r 2,F 2=k 2Q 1·2Q 2r 2,则F 2F 1=4. (2)F 1=k Q 1Q 2r 2,F 2=k Q 1Q 2(3r )2,则F 2F 1=19. (3)F 1=k Q 1Q 2r 2,F 2=k ·4Q 1·Q 2R2 由F 2=F 1得R r=2. 答案:(1)4 (2)1/9 (3)2[随堂检测][学生用书P5]1.关于点电荷的概念,下列说法正确的是( )A .当两个带电体的形状对它们之间相互作用力的影响可忽略时,这两个带电体可看做点电荷B .只有体积很小的带电体才能看做点电荷C .体积很大的带电体一定不能看做点电荷D .对于任何带电球体,总可以把它看做电荷全部集中在球心的点电荷解析:选A.带电体是否能看做点电荷应根据实际研究的问题而定,不能认为带电体很小就一定可以视为点电荷.由此分析B 、C 错.D 选项中,带电体很近时,由于电荷间的相互作用,将电荷看做集中在球心不合理.故选A.2.对于库仑定律,下列说法正确的是( )A .凡计算两个点电荷间的作用力,就可以使用公式F =k Q 1Q 2r 2B .两个带电小球即使距离非常近,也能用库仑定律C .相互作用的两个点电荷,不论它们的电荷量是否相同,它们之间的库仑力大小一定相等D .由公式F =kQ 1Q 2r 2知r →0时,F →∞ 解析:选C.库仑定律只适用于真空中的点电荷,A 错误;B 、D 中距离太近时,带电体不能看成点电荷,故B 、D 都错误;两点电荷间的库仑力遵守牛顿第三定律,故C 正确.3.A 、B 两个点电荷之间的距离恒定,当其他电荷移到A 、B 附近时,A 、B 之间的库仑力将( )A .可能变大B .可能变小C .一定不变D .不能确定解析:选C.根据库仑定律知,两个点电荷之间的库仑力只由两个电荷的电量和它们间的距离来确定,因此它们之间的库仑力不会受到外界的影响.选项C 正确.4.半径相同的金属球A 、B 带有等量电荷,相距一定距离时,两球之间相互作用的库仑力为F .今让第三个与A 、B 相同的不带电的金属球C 先后与A 、B 接触后再移开,此时A 、B 间的相互作用力大小可能是( )A.F 8B .3F 8 C.3F 4 D .F 4解析:选AB.若两球所带电荷为同种电荷时,C 分别与A 、B 相接触后,电荷量直接平均分配,最后A 、B 的带电荷量分别为原来的12和34.故此时两个金属球之间的相互作用力变为原来的38,即3F 8.若两球所带电荷为异种电荷时,C 分别与A 、B 相接触,电荷量先中和,再平均分配,最后A 、B 的带电荷量分别为原来的12和14,故此时两个金属球之间的相互作用力变为原来的18,即18F .故选项A 、B 正确.5.两个很小的带同种电荷的小球A 和B ,用绝缘细线连在一起,如图所示,A 球质量m A =1.0×10-3 kg ,电荷量为q A =2.0×10-8 C ,B 球质量m B =2.0×10-3 kg ,电荷量为q B =3.0×10-8 C ,两球心相距r =3.0×10-2 m ,两条细线上的拉力分别为多少?(g 取10 m/s 2)解析:把AB 看成一个整体,则上端细线拉力F 上=(m A +m B )g =3.0×10-2 N ,再以B 为研究对象,则对B 有:m B g +k q A q B r2=F 下, 代入数据可得F 下=2.6×10-2 N.答案:F 上=3.0×10-2N F 下=2.6×10-2 N[课时作业][学生用书P63(单独成册)]一、选择题1.下列说法正确的是( )A .电子和质子在任何情况下都可视为点电荷B .均匀带电的绝缘球体在计算库仑力时可视为点电荷C .带电的细杆在一定条件下可以视为点电荷D .带电的金属球一定不能视为点电荷解析:选BC.带电体能否视为点电荷,决定于其大小、形状及电荷量分布对所研究问题的影响是否可以忽略不计.同一个带电体可能有的问题里面可视为点电荷,但在其他问题里面则不可以,故选项A 、D 错,选项C 对.均匀带电的绝缘球带电荷量的分布不受其他带电体的影响,可等效为一个带等量电荷、位于球心的点电荷,故选项B 对.2.关于库仑定律,下列说法正确的是( )A .库仑定律适用于点电荷,点电荷其实就是体积最小的带电体B .根据F =k Q 1Q 2r2,当两个带电体间的距离趋近于零时,库仑力将趋向无穷大 C .带电量分别为Q 和3Q 的点电荷A 、B 相互作用时,B 受到的静电力是A 受到的静电力的3倍D .库仑定律的适用条件是:真空和点电荷解析:选D.由于点电荷具有相对意义,带电体的尺寸不一定很小,一个带电体能否看做点电荷,不取决于带电体的大小,而取决于该带电体的线度与它到与它发生作用的其他带电体间的距离的关系,故A 选项错误;当两个带电体间的距离趋近于零时,两个带电体不能看做点电荷,则库仑定律不适用,故B 选项错误;由于两个点电荷之间的库仑力遵循牛顿第三定律:等大、反向,故C 选项错误;又库仑定律的适用条件是:真空和点电荷,故D 选项正确.3.设星球带负电,一电子粉尘悬浮在距星球表面1 000 km 的地方,若将同样的电子粉尘带到距星球表面2 000 km 的地方相对于该星球无初速度释放,则此电子粉尘( )A .向星球下落B .仍在原处悬浮C .推向太空D .无法推断解析:选B.原电子粉尘悬浮,意味着k Qq r 2=G Mm r 2成立,可以看出该等式成立条件与r 无关,所以同样的浮尘距星球表面较远的地方,所受库仑力与万有引力仍平衡,故选项B 正确.4.将一定量电荷Q 分给A 、B 两绝缘导体小球,要使两球相隔一定距离时有最大的作用力,则A 球电荷量q 应为( )A.Q 3B .Q 2 C.23Q D .45Q 解析:选B.F =k q (Q -q )r 2,当q =Q -q ,即q =Q 2时F 最大. 5.在真空中一直线上依次排列三个点电荷A 、B 、C ,都处于平衡状态,若三个电荷的电荷量、电性及间距都未知,则根据平衡能够判定( )A .A 、B 、C 分别带什么电B .A 、B 、C 中哪几个电荷同号、哪几个异号C .A 、B 、C 带电荷量的大小关系D .哪一个电荷的电荷量最小解析:选BD.中间所放电荷与两侧电荷电性相异,中间所放电荷的电荷量最小.6.如图所示,在光滑、绝缘的水平面上,沿一直线依次排列三个带电小球A 、B 、C (可视为质点).若它们恰能处于平衡状态.那么这三个小球所带的电荷量及电性的关系,下面的情况可能的是( )A .-9、4、-36B .4、9、36C .-3、2、8D .3、-2、6解析:选A.要使每个小球都处于平衡状态,必须使其他两个小球对它的库仑力大小相等、方向相反.对中间小球B 必须满足F AB =F CB ,故由库仑定律知Q A 和Q B 必须为异种电荷.再以A 球(C 球也可以)为研究对象知F CA =F BA (如图所示),即k Q A Q C r 23=k Q A Q B r 21.由于r 3=r 1+r 2>r 1,因此可知Q B <Q C ,同理Q B <Q A (Q A 、Q B 、Q C 分别表示电荷量大小),再由相互间库仑力大小相等得k Q A Q C r 23=k Q B Q A r 21=k Q B Q C r 22.即有Q A Q C r 3=Q B Q A r 1=Q B Q C r 2,又考虑到r 3=r 1+r 2,此式为三球平衡时所带电荷量大小关系,将选项代入上式可知选项A 正确.7.如图所示,已知带电小球A 、B 的电荷分别为Q A 、Q B ,OA =OB ,都用长L 的丝线悬挂在O 点.静止时A 、B 相距为d .为使平衡时AB 间距离减为d /2,可采用以下哪些方法( )A .将小球A 、B 的质量都增加到原来的2倍B .将小球B 的质量增加到原来的8倍C .将小球A 、B 的电荷量都减小到原来的一半D .将小球A 、B 的电荷量都减小到原来的一半,同时将小球B 的质量增加到原来的2倍解析:选BD.由B 的共点力平衡图知F m B g =d L ,而F =kQ A Q B d 2,可知d =3kQ A Q B L m B g,故选项B 、D 正确.8.在光滑绝缘的水平面上有两个带电小球A 和B ,A 带正电且固定,B 带负电由静止释放.某时刻,B 球的速度是v 0,分析此后B 球与A 球相碰前的运动,下列选项中能正确反映其速度变化情况的图像是( )解析:选C.A 、B 带异种电荷,相互吸引,运动过程中距离变小,由F =k Q 1Q 2r2知,它们之间静电引力变大,因此其加速度变大,所以C 项正确.9.如图所示,完全相同的金属小球A 和B 带有等量电荷,系在一个轻质绝缘弹簧两端,放在光滑绝缘水平面上,由于电荷间的相互作用,弹簧比原来缩短了x 0,现将不带电的与A 、B 完全相同的金属球C 先与A 球接触一下,再与B 球接触一下,然后拿走,重新平衡后的弹簧的压缩量变为( ) A.14x 0 B .18x 0 C .大于18x 0 D .小于18x 0 解析:选D.因为原来弹簧处于压缩状态,A 、B 两球带的肯定是等量异种电荷.将不带电的与A 、B 完全相同的金属球C 先与A 接触后,A 的电荷量将分一半给C ,当C 再与B 接触时,C 、B 的异种电荷先中和,然后B 、C 再平分,这样B 的带电荷量将为原来的14.此时如果仅根据库仑定律F =k q A q B r 2,得出库仑力变为原来的18,弹簧弹力也要减小为原来的18才能平衡,因而弹簧压缩量将变为原来的18,将错选B.实际上,当弹簧压缩量减小后,长度变大,综合考虑这些因素,弹簧弹力应小于原来的18才能平衡,因而正确选项为D. 二、非选择题10.三个完全一样的金属小球A 、B 、C ,A 带电荷量7Q ,B 带电荷量-Q ,C 球不带电,今将A 、B 固定起来,然后让C 反复与A 、B 球接触,最后移去C 球,求A 、B 间的相互作用力变为原来的多少倍?解析:C 与A 、B 反复接触,最后A 、B 、C 三球电荷量均分,即q A ′=q B ′=q C ′=7Q +(-Q )3=2Q A 、B 间的作用力F ′=k ·2Q ·2Q r 2=4kQ 2r 2 原来A 、B 间作用力F =k 7Q ·Q r 2=7kQ 2r 2 所以F ′F =47. 答案:47。
学 习 目 标知 识 脉 络1.知道点电荷是一种理想化模型.2.了解电荷间的相互作用规律,知道库仑定律.(重点)3.能利用库仑定律计算真空中静止的两点电荷间的相互作用力.(重点、难点)点 电 荷[先填空]点电荷:当带电体间的距离远大于它们的大小,以至带电体的形状、大小可以忽略不计时,在这种情况下,我们就可以认为带电体所带的电荷量集中在一个“点”上,这样的带电体称为点电荷.与力学中把物体看成质点的情况相似,点电荷也是一种理想化的物理模型.[再判断]1.点电荷就是体积足够小的电荷.(×)2.点电荷是电荷量和体积都很小的带电体.(×)3.体积大的带电体一定不能看成点电荷.(×)[后思考]带电体在什么情况下可以看做点电荷?【提示】研究电荷之间的相互作用力时,当带电体间的距离比它们自身的大小大得多,以至于带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略时,这样的带电体就可以看做点电荷.1.点电荷点电荷是没有大小和形状,且具有电荷量的理想化模型.实际并不存在,它只是为了研究问题方便而人为抽象出来的.2.带电体视为点电荷的条件带电体间的距离比它们自身尺度的大小大得多,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,这样的带电体就可以视为点电荷.忽略形状、大小等次要因素,只保留对问题起关键作用的电荷量,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.一个带电体能否看成点电荷,是相对于具体问题而言的,不能单凭其大小和形状确定.1.关于点电荷,下列表述正确的是( )A.任何带电体都能看作点电荷B.点电荷是实际带电体的理想化模型C.只有带电量很小的带电体才能看作点电荷D.只有质量很小的带电体才能看作点电荷【解析】带电体能否被看做点电荷,决定于带电体的大小、形状、电荷量分布等对所研究问题的影响是否可以忽略不计.并不是体积小的就可以视为点电荷,而体积大的就不能视为点电荷,在研究的问题里面,只要形状、体积等因素的影响可以忽略就可以视为点电荷.故选项B正确.【答案】B2.关于点电荷的说法,正确的是( )A.研究两颗带电星体间的相互作用力时一定不能将其视为点电荷B.点电荷一定是电荷量小的带电体C.点电荷一定是电荷量大的物体D.两带电小球,当它们的距离远大于半径,体积对作用力的影响就可忽略不计,带电体可视为点电荷【解析】尽管天体体积很大,但若其间距远大于半径时,其体积的影响可忽略,可以视为点电荷,故选项A不对,选项D正确.带电体能否被视为点电荷与所带电荷量的多少无关,故选项B、C不对.【答案】D3.关于点电荷的下列说法中正确的是( )A.点电荷就是体积足够小的电荷B.点电荷是电荷量和体积都很小的带电体C.体积大的带电体一定不能看成点电荷D.当两个带电体的形状对它们之间相互作用力的影响可忽略时,这两个带电体可看成点电荷【解析】带电体能否看成点电荷,不能以体积大小,带电荷量多少而论.只要在测量精度要求的范围内,带电体的形状、大小等因素的影响可以忽略,即可视为点电荷.故D正确.【答案】D突出主要因素,忽略次要因素,建立理想化的物理模型,来简化研究的问题,是物理学中常用的研究方法.库 仑 定 律[先填空]1.库仑定律的内容:真空中两个静止的点电荷间的相互作用力,跟它们电荷量的乘积成正比,跟它们距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上.电荷间的这种相互作用力称为静电力或库仑力.2.适用条件:库仑定律适用于真空中的静止的两点电荷.对可以视为点电荷的两个带电体间也可用库仑定律.3.公式:F电=k.4.静电力常量:k=9.0×109_N·m2/C2.5.在使用这个公式时要注意:如果Q1和Q2的符号相反,它们之间的相互作用力是吸引力;如果Q1和Q2的符号相同,则它们之间的相互作用力是排斥力.[再判断]1.两个带电小球即使相距非常近,也能用库仑定律计算库仑力的大小.(×)2.相互作用的两个点电荷,不论它们的电荷量是否相等,它们之间的库仑力大小一定相等.(√)[后思考]微观带电粒子之间既有库仑力又有万有引力且它们都与距离的二次方成反比,但我们为什么往往不计万有引力?【提示】如氮原子中电子和原子核之间,分别求其万有引力和库仑力,结果库仑力是万有引力的1039倍,万有引力远小于库仑力,所以可以忽略不计.1.注意库仑定律的适用条件:库仑定律仅适用于真空中的两个点电荷间的相互作用,在空气中可认为近似适用.2.在理解库仑定律时,有人根据公式F=,设想当r→0时可得出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r→0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r→0时,不能再利用库仑定律计算两电荷间的相互作用力.3.在应用库仑定律解决问题时注意:首先,在计算库仑力的大小时,不必将表示电性的符号代入公式计算,只将电荷量的绝对值代入即可;其次,再根据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引的规律判断力的方向;最后,计算过程中注意统一单位,各量必须都采用国际单位制.4.库仑定律只适用真空中两个点电荷的相互作用,若两个均匀带电球体被视为点电荷,r应指两球体的球心距离.5.库仑定律和万有引力定律相比较:两者都是与距离的平方成反比,适用条件分别是真空中的点电荷和质点.库仑力可能是引力也可能是斥力,而万有引力只能是引力.若两个小球带同种电荷,C分别与A、B相接触后,电荷量直接平均分配,最后A、B的带电荷量剩下原来的和.故此时两个金属球之间的相互作用力变为原来的,即.若两个小球带异种电荷,C分别与A、B相接触后,电荷量先中和,再平均分配,最后A、B的带电荷量剩下原来的和,故此时两个金属球之间的相互作用力变为原来的,即F.【答案】AB6.如图121所示,两个半径均为r的金属球放在绝缘支架上,两球面最近距离为r,带等量异种电荷,电荷量均为Q,两球间的静电力为下列选项中的哪一个( )【导学号:187920xx】图121A.等于k B.大于k Q29r2C.小于k D.等于k Q2r2【解析】两球间距和球本身大小差不多,不符合简化成点电荷的条件,因为库仑定律的公式计算仅适用于点电荷,所以不能用该公式计算.我们可以根据电荷间的相互作用规律作一个定性分析.由于两带电体带等量异种电荷,电荷间相互吸引,因此电荷在导体球上的分布不均匀,会向正对的一面集中,电荷间的距离就要比3r小.由库仑定律知,静电力一定大于k,电荷的吸引不会使电荷全部集中在相距为r的两点上,所以静电力也不等于k,正确选项为B.【答案】B本题若不考虑到库仑定律的适用条件,很容易根据库仑定律计算选择A.实际上在本题中两球不符合简化成点电荷的条件,因此不能用库仑定律计算.。
“磁场对运动电荷的作用力”一、教材分析1.教材的地位和作用本课选自《普通高中课程标准实验教科书选修3-1》第三章第五节。
本节主要讲述磁场对运动电荷的作用力—-洛伦兹力。
从物理学的角度来看,洛伦兹力公式是经典电磁学理论的基本公式,它反映了场与运动电荷的相互作用,使得电磁场理论的触角延伸到粒子物理以及电磁相互作用统一理论等现代物理的各个领域。
从课程安排上看,本节课是在学完磁感应强度、安培力等知识的基础上,进一步研究磁场对运动电荷的作用力。
因此教材安排本课在“磁场对通电导线作用”一节之后,深化学生对安培力的本质理解,同时为下章“电磁感应定律”的学习打下基础,所以本节课是本章乃至全书的重点内容。
2.教材教学内容安排本节课教材内容安排,通过对“磁场对电流有作用力”和“电流是由电荷定向运动形成的”这两个事实提出假设:磁场对运动电荷有作用力,再通过实验验证假设的正确性,强调“提出问题–猜想假设-- 实验验证”的探究过程,并由此提出洛伦兹力的物理概念。
之后,通过两个探究得出洛伦兹力大小和方向跟哪些因素有关,如何判断方向,如何求大小。
最后介绍其应用,特别强调在电视机中显像管的应用。
二、学情分析1.在学习本节课之前,学生已经具备了力学及磁场的相关知识,特别是第四节磁场对通电导线的作用为洛伦兹力的学习奠定了基础2.关于“提出问题-猜想假设-实验验证”的科学探究方法,学生在必修一、二的学习过程中多次接触,对其并不陌生,所以,本节课涉及科学探究方面的问题较容易展开。
3.在认知过程中易存在如下障碍:高二学生对于微观粒子的运动状态不清晰,导致本节课洛伦兹力大小推导的教学过程产生困难。
三、教学目标1. 知识与技能通过实验,认识洛伦兹力。
会判断洛伦兹力的方向,会计算洛伦兹力的大小。
了解电子束的磁偏转原理及其在科学技术中的应用。
2. 过程与方法经历洛伦兹力大小方向的探究过程,理解“提出问题-猜想假设-实验验证”的科学探究过程,提高探究能力。
3.电场电场发生的,电场具有力的性质.一、电场1.电荷周围存在电场,电场是一种特殊物质,电荷之间的作用就是通过电场发生的.2.电场的基本性质之一是对放入其中的电荷有力的作用.二、电场强度1.定义:放入电场中某一点的检验电荷受到的电场力F 跟它的电荷量q 的比值叫作该点的电场强度.2.定义式:E =F q ,其单位是牛顿每库仑,符号为N/C .3.点电荷的场强公式:E =k Q r 2.4.方向:电场强度是矢量,其方向与正电荷在该点所受的静电力的方向相同,与负电荷在该点所受的静电力的方向相反.5.物理意义:描述电场强弱的物理量,由场源电荷及到场源的距离决定,与q 0无关.三、电场线1.概念:为了直观形象地描述电场中各点电场强度的分布,在电场中画出一系列曲线,使这些曲线上每一点的切线方向与该点的场强方向一致.2.电场线的特点(1)始于正电荷(或无穷远),终于负电荷(或无穷远).(2)任意两条电场线都不相交,电场线是不闭合的.(3)电场线越密的地方,电场强度越强;电场线越稀的地方,电场强度越弱.1.思考判断(1)电场看不见、摸不着,因此电场不是物质.( )(2)电场对放入其中的任何电荷都有力的作用.( )(3)根据E =F q ,电场强度E 与F 成正比,与q 成反比.( )(4)电场线是客观存在的物质.( )(5)电场线不是实际存在的线,而是为了形象地描述电场而假想的线.( )(6)电场线只表示电场强度的方向.( )[提示] (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)×2.下列关于电场与电场线的说法中,正确的是( )A .电场是人为规定的B .电场是客观存在的特殊物质,它对放入其中的电荷有力的作用C .电场线是客观存在的一条条的线D .电场线只能描述电场的方向,不能描述电场的强弱B [电场是真实存在的,不是人为规定的,对放入电场中的电荷有力的作用,A 错误,B 正确;电场线是为了方便研究电场而人为引入的,不是真实存在的,电场线的疏密程度可表示电场强弱,而电场线的方向可表示电场方向,故C 、D 错误.]3.由电场强度的定义式E =F q 可知,关于某静电场中同一位置的说法,正确的是( )A .电场强度E 与电场力F 成正比,与电荷量q 成反比B .电场强度E 的方向一定与电场力F 的方向相同C .无论q 如何变化,电场强度E 保持不变D .上式中的电场强度E 是由电荷q 产生的C [E =F q 是电场强度的定义式,采用比值法定义,则知E 与F 、q 无关,不能说E 与电场力F 成正比,与电荷量q 成反正,故A 错误.电场强度E 的方向一定与正电荷所受的电场力F 方向相同,而与负电荷所受的电场力方向相反,故B 错误.电场强度反映其本身的性质,与试探电荷无关,则无论q 如何变化,电场强度E 保持不变,故C 正确.公式E =F q 中q 是放入电场中的试探电荷,E 不是由电荷q 产生的,故D 错误.]4.将电量为q 的点电荷放在电场中的A 点,它受到的电场力为F ,产生该电场的场源电荷的电量为Q ,则A 点的场强大小为:( )A .F qB .FQC .F QD .FqA [根据电场强度定义得r 处的场强大小为E =F q ,根据点电荷的场强公式得E =k Q r 2,Q 为场源电荷的电量,但间距r 不知,故A 正确,B 、C 、D 错误.]1.E =Fq 是电场强度的定义式,适用于任何情况.虽然E =F q ,但E 与F 和q 都无关,电场强度是由电场本身决定的量.电场中某点的场强是确定的,其大小、方向只与建立电场的本身(或场源电荷)有关,而与放入的试探电荷无关.2.E =k Q r 2是点电荷所形成的电场的决定式.E 由场源电荷Q 和试探电荷到场源电荷的距离决定,与是否放入试探电荷无关.3.电场强度是矢量,当空间的电场是由几个电荷共同产生时,某点的场强应是每个点电荷单独存在时在该点场强的矢量和.【例1】如图所示,A为带正电Q的金属板,沿金属板的垂直平分线,在距板r处放一质量为m、电荷量为q的小球,小球受水平向右的电场力偏转θ角而静止,小球用绝缘细线悬挂于O点,试求小球所在处的电场强度.[解析]要求小球所在处的电场强度,可以采用电场强度的定义式,需要求出小球所受到的电场力,可以通过平衡条件求得电场力.分析小球受力如图所示,由平衡条件得:F电=mg tan θ,所以小球所在处的电场强度E=F电q=mg tan θq,因为A带正电,小球受水平向右的电场力,因此电场强度方向水平向右.[答案]电场强度大小为mg tan θq,电场强度方向为水平向右带电金属板A不能当成点电荷,电场强度是矢量,不仅要求出大小,还要求出方向.根据共点力的平衡条件即可求得带电体之间的作用力,从而进一步求解电场强度.1.在电场中某一点,当放入正电荷时受到的电场力方向向右,当放入负电荷时受到的电场力方向向左,下列说法正确的是()A.当放入正电荷时,该点的电场强度方向向右,当放入负电荷时,该点的电场强度方向向左B.只有在该点放入电荷时,该点才有电场强度C.该点的电场强度方向一定向右D.关于该点的电场强度,以上说法均不正确C[电场是一种客观存在的物质,一旦电场确定,则电场中任何一点的电场强度的大小和方向就被确定,与放入电场中电荷所带的电性、电荷量的多少和是否在该点放入电荷无关.电场中任何一点电场强度的方向规定为正电荷在该点受力的方向,与负电荷受力的方向相反,综上所述,正确答案为C选项.]1.(1)电场线是为了形象地描述电场而假想的,实际并不存在,因此电场线是一种理想化的模型.(2)电场线始于正电荷,止于负电荷.在正电荷形成的电场中,电场线起于正电荷,延伸到无穷远处;在负电荷形成的电场中,电场线起于无穷远处,止于负电荷.(3)电场线分布的疏密反映了电场的强弱,表示场强的大小.相对而言,电场线越密的区域,电场强度就越大.(4)电场线上任意一点的切线方向与该点场强方向一致.(5)电场线在电场中一定不相交,不中断.2.电场线不是电荷的运动轨迹电场线是为了形象地描述电场而引入的假想线,规定电场线上每点的场强方向沿该点的切线方向,也就是正电荷在该点受电场力产生的加速度的方向(负电荷受力方向相反).运动轨迹是带电粒子在电场中实际通过的轨迹,径迹上每点的切线方向为带电粒子在该点的速度方向.结合力学知识我们知道,物体的速度方向不一定与加速度的方向一致,因此电场线不是带电粒子的运动轨迹.只有当电场线是直线,而带电粒子又只受电场力作用由静止开始,或初速度方向沿电场线方向运动时轨迹才有可能与电场线重合.3.几种常见电场的电场线分布.如图所示.【例2】(多选)某电场区域的电场线如图所示,a、b是其中一条电场线上的两点,下列说法中正确的是()A.a点的场强方向一定沿着过a点的电场线向右B.a点的场强一定大于b点的场强C.正电荷在a点受到的电场力一定大于它在b点受到的电场力D.负电荷在a点受到的电场力一定小于它在b点受到的电场力思路点拨:①根据电场线疏密分析电场强度的大小.②根据电场线的切向分析电场强度的方向.ABC[过a点的电场线是一条水平向右的直线,故选项A对,a点处电场线密集,电场较强,故Ea>E b,选项B对.无论电荷正负,根据F=q·E,E a>E b,所以F a>F b,只是正负电荷所受的静电力的方向相反,故选项C对,选项D错.]电场线是为了形象、直观、方便地描述电场的特性而引入的一种辅助手段.如果知道了电场线的疏密分布及电场线的形状、箭头指向,就能讨论电场中各点的场强大小关系和方向.因此了解各种常见电场的电场线分布情况,对于灵活运用电场线判断电场的性质是大有帮助的.2.如图所示的电场线可形象描述等量同种电荷形成的电场,E M 、E N 分别表示电场中同一直线上M 、N 两点的电场强度大小.关于M 、N 两点的电场强度,下列判断正确的是( )A .E M <E N ,方向不同B .E M <E N ,方向相同C .E M >E N ,方向不同D .E M >E N ,方向相同D [电场中,电场线的疏密表示场强的大小,该点的切线方向表示该点的场强方向,故E M >E N ,方向相同,故D 正确,A 、B 、C 错误.]1.电场强度的定义式为E =F q ,则( )A .定义式中,F 是置于电场中试探点电荷所受的电场力,q 是该点电荷的电荷量B .此公式只适用于点电荷形成的电场C .电场中的场强E 与点电荷所受电场力F 成正比D .场强方向与试探电荷的正、负有关A [定义式E =F q中,F 是置于电场中试探点电荷所受的电场力,q 是该点电荷的电荷量,故A 正确;电场强度的定义式E =F q ,采用比值法定义,适用于任何电场,故B 错误;根据比值法定义的共性可知,电场中某点的场强E 的大小跟放在该点的检验电荷q 所受电场力、检验电荷q 都无关,由电场本身的性质决定,故C 、D 错误.]2.下面的说法中不正确的是()A.电荷的周围存在电场B.电场是一种物质,它与其他物质一样,是不依赖我们的感觉而存在的C.电荷甲对电荷乙的电场力是电荷甲的电场对电荷乙的作用力D.电场力是不相接触的物体之间的作用力,这种相互作用不经其他物质便可直接进行D[电场是电荷周围存在的一种特殊物质,电荷间的相互作用力是通过电场进行的,故A、B、C均正确,D不正确.]3.电场中有一点P,下列哪种说法是正确的()A.若放在P点电荷的电荷量减半,则P点的场强减半B.若P点没有检验电荷,则P点场强为零C.P点场强越大,则同一电荷在P点所受电场力越大D.P点场强方向为检验电荷在该点受力方向C[为了知道电场中某点的强度,可以把一个检验电荷放入该点,其受到的可反映该点场强的大小,但该点的场强由电场电场力F与自身的电荷量q的比值Fq本身决定,与检验电荷的电荷量多少、电性无关,所以选项A、B错.由E=F得qF=Eq,当q一定时,E越大,F越大,所以选项C对.电场中某点的场强方向规定为正电荷在该点时受到的电场力方向,与负电荷受力的方向相反,选项D错.] 4.如图所示为静电场的一部分电场线分布情况,下列说法中正确的是() A.这个电场可能是负点电荷的电场B.这个电场可能是匀强电场C.点电荷q在A点时受到的电场力比在B点时受到的电场力大D.负电荷在B点受到的电场力的方向为沿B点的切线方向C[点电荷电场线为汇聚状射线,这个电场既不是匀强电场也不是负点电荷的电场,A、B错误.A点比B点电场线密,场强大,点电荷q在A点受到的电场力比在B点大,C正确.正电荷在B点受到的电场力的方向与B点切线方向相同,D错误.]5.某匀强电场的电场线如图所示,A、B是电场中的两点,电荷量q=2×10-7 C的正点电荷,放在A点时受到的电场力大小F=4×10-3 N.问:(1)该匀强电场的电场强度大小是多少?(2)若把另一个电荷量q′=4×10-7 C的负电荷,放在电场中的B点,则它受到的电场力大小是多少?方向如何?[解析](1)根据电场强度的定义公式可得匀强电场的电场强度大小为E=Fq=4×10-32×10-7N/C=2×104 N/C.(2)根据F=q′E可得电荷受到的电场力为F=q′E=4×10-7×2×104 N=8×10-3N,因为是负电荷,所以电场力方向向左.[答案](1)2×104 N/C(2)8×10-3 N水平向左。