2017-2018学年高中物理第一章电场第二节探究静电力教学案粤教版选修3-1
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[目标定位] 1.知道自然界中有两种电荷及其相互作用的性质.2.知道使物体带电的三种方式.3.掌握电荷守恒定律及元电荷的概念.一、起电方法的实验探究1.带电:物体具有吸引轻小物体的性质,我们称其为带电.2.两种电荷:用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电,用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电.同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引.3.三种起电方法(1)摩擦起电:两个物体互相摩擦时,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,原来呈电中性的物体由于得到电子而带负电,失去电子的物体则带正电.(2)接触起电:带电体接触导体时,电荷转移到导体上,使导体带上与带电体相同(填“相同”或“相反”)性质的电荷.(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,使导体靠近带电体的一端带异号电荷,远离带电体的一端带同号电荷,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.深度思考(1)带正电的物体A与不带电的物体B接触,使物体B带上了什么电荷?在这个过程中电荷是如何转移的?(2)如图1所示,当将带正电荷的球C移近不带电的枕形金属导体时,由于电荷间的吸引,枕形金属导体中的自由电子向A端移动,而正电荷不移动,所以A端(近端)带________电,B 端带________电.(填“正”或“负”)图1答案(1)正电荷在这个过程中,有电子从物体B转移到物体A,物体B的电子减少,使物体B带正电.(2)负正例1如图2所示,A、B为相互接触的用绝缘支柱支撑的金属导体,起初它们不带电,在它们的下部贴有金属箔片,C是带正电的小球,下列说法正确的是()图2A.把C移近导体A时,A、B上的金属箔片都张开B.把C移近导体A,先把A、B分开,然后移去C,A、B上的金属箔片仍张开C.先把C移走,再把A、B分开,A、B上的金属箔片仍张开D.先把A、B分开,再把C移走,然后重新让A、B接触,A上的金属箔片张开,而B上的金属箔片闭合解析虽然A、B起初都不带电,但带正电的导体C对A、B内的电荷有力的作用,使A、B 中的自由电子向左移动,使得A端积累了负电荷,B端带正电荷,其下部贴有的金属箔片分别带上了与A、B同种的电荷,所以金属箔片都张开,A正确.C只要一直在A、B附近,先把A、B分开,A、B上的电荷因受C的作用力不可能中和,因而A、B仍带等量异种的感应电荷,此时即使再移走C,A、B所带电荷量也不变,金属箔片仍张开,B正确.但如果先移走C,A、B上的感应电荷会马上中和,不再带电,所以箔片都不会张开,C错.先把A、B 分开,再移走C,A、B仍然带电,但重新让A、B接触后,A、B上的感应电荷会完全中和,金属箔片都不会张开,D错.故选A、B.答案AB(1)静电感应中,电中性导体在两侧同时感应等量异种电荷,感应的过程,就是导体内电荷重新分布的过程.(2)接触起电是由于电荷间作用使导体间的电荷发生转移.二、电荷守恒定律1.电荷量:电荷的多少叫电荷量.在国际单位制中,它的单位是库仑,简称库,用C表示.2.元电荷:质子的电荷量为1.60×10-19库仑,用e表示,任何带电体的电荷量都是e的整数倍.因此,电荷量e被称为元电荷.3.电荷守恒定律:电荷既不能创造,也不能消灭,它们只能从一个物体转移到另一个物体,或者从物体的一个部分转移到另一个部分.在转移过程中,电荷的代数和不变.三种起电方式的本质都是电子的转移,在转移的过程中电荷的总量不变.注意(1)电中性的物体内部也有电荷的存在,只是正、负电荷量的代数和为零,对外不显电性;(2)电荷的中和是指带等量异种电荷的两物体接触时,经过电子的转移,最终达到电中性的过程. 深度思考(1)质子和电子就是元电荷吗?(2)带等量异种电荷的两小球接触后都不带电了,是电荷消失了吗?此过程中电荷还守恒吗? 答案 (1)不是.元电荷是最小的带电单位,不是带电粒子,没有电性之说.(2)没有消失,这是电荷的中和,是指两个带等量异种电荷的物体相互接触时,由于正、负电荷间的相互吸引作用,电荷发生转移,最后都达到电中性状态的一个过程.电荷仍然守恒.例2 关于元电荷,下列说法中正确的是( )A .元电荷实质上是指电子和质子本身B .所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍C .元电荷的值通常取e =1.60×10-19CD .电荷量e 的数值最早是由美国物理学家密立根用实验测得的解析 所有带电体的电荷量或者等于e ,或者是e 的整数倍,这就是说,电荷是不能连续变化的物理量,电荷量e 的数值最早是由美国物理学家密立根用实验测得的.由以上分析可知选项B 、C 、D 正确.答案 BCD元电荷是自然界最小的电荷量,是跟电子或质子所带电荷量数值相等的电荷量,不是带电粒子.例3 完全相同的两金属小球A 、B 带有相同的电荷量,相隔一定的距离,今让第三个完全相同的不带电金属小球C ,先后与A 、B 接触后移开.(1)若A 、B 两球带同种电荷,接触后两球的电荷量大小之比为多大?(2)若A 、B 两球带异种电荷,接触后两球的电荷量大小之比为多大?解析 (1)设A 、B 带同种电荷,且带电荷量均为q ,则A 、C 接触后,A 、C 带电荷量为q A =q C =12q . C 与B 球接触后,B 、C 所带电荷量为q B =q C ′=q +12q 2=34q .故A 、B 带电荷量大小之比为q A q B =12q 34q =23. (2)设q A ′=+q ,q B ′=-q .则C 与A 接触后,A 、C 带电荷量为q A ′=q C ″=+12q . C 与B 接触后,B 、C 带电荷量为q B ′=q C=12q -q 2=-14q , 故A 、B 带电荷量大小之比为q A ′q B ′=12q 14q =21. 答案 (1)2∶3 (2)2∶1(1)导体接触带电时电荷量的分配与导体的形状、大小有关,当两个完全相同的金属球接触后,电荷将平均分配,即最后两个球一定带等量的同种电荷.(2)若两个相同的金属球带同种电荷,接触后电荷量相加后均分;若带异种电荷,接触后电荷先中和再均分.三、验电器的使用1.验电器(或静电计)(如图3)的金属球、金属杆和下面的两个金属箔片连成同一导体.图32.当带电的物体与验电器上面的金属球接触时,有一部分电荷转移到验电器上,与金属球相连的两个金属箔片带上同种电荷,因相互排斥而张开,物体所带电荷量越多,电荷转移的越多,斥力越大,张开的角度也越大.3.当带电体靠近验电器的金属球时,金属箔片也会张开.因为带电体会使验电器的上端感应出异种电荷,而金属箔片上会感应出同种电荷(感应起电),两箔片在斥力作用下张开.例4 使带电的金属球靠近不带电的验电器,验电器的箔片张开.下列各图表示验电器上感应电荷的分布情况,正确的是()解析把带电金属球靠近不带电的验电器,若金属球带正电荷,则将导体上的自由电子吸引上来,这样验电器的上部将带负电荷,箔片带正电荷;若金属球带负电荷,则将导体上的自由电子排斥到验电器的箔片上,这样验电器的上部将带正电荷,箔片带负电荷.选项B正确.答案 B验电器中金属球、金属杆和金属箔片为一个整体.验电器带电后,金属箔片上也会带电,两金属箔片相互排斥而张开角度,张角的大小取决于两金属箔片带电荷量的大小.1.(对三种起电方式的理解)(多选)关于摩擦起电和感应起电的实质,下列说法中正确的是()A.摩擦起电现象说明机械能可以转化为电能,也说明通过做功创造出电荷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.感应起电说明电荷可以从物体的一部分转移到另一部分D.感应起电说明电荷可以从带电的物体转移到原来不带电的物体答案BC解析摩擦起电的实质是电子在相互摩擦的物体间发生转移,失电子的带正电,得电子的带负电,此过程并非创造了电荷,而是总电荷量守恒,A错,B对;感应起电的实质是电荷从导体的一部分转移到另一部分,是电荷在同一导体内部发生了转移,C对,D错.2.(对元电荷的理解)保护知识产权,抵制盗版是我们每个公民的责任与义务.盗版书籍影响我们的学习效率,甚至会给我们的学习带来隐患.小华同学有一次不小心购买了盗版的物理参考书,做练习时,他发现有一个带电质点的电荷量数字看不清,他只能看清是6._×10-18C,拿去问老师,如果你是老师,你认为该带电质点的电荷量可能是下列哪一个()A.6.2×10-18C B.6.4×10-18CC.6.6×10-18C D.6.8×10-18C答案 B解析任何带电体的电荷量是元电荷的整数倍,即是1.6×10-19C的整数倍,由计算可知,只有B选项是1.6×10-19C的整数倍,故B正确.3.(电荷守恒定律的理解和应用)有两个完全相同的带电绝缘金属小球A、B,分别带有电荷量Q A =6.4×10-9C ,Q B =-3.2×10-9C ,让两绝缘金属小球接触,在接触过程中,电子如何转移并转移了多少?答案 电子由B 球转移到了A 球,转移了3.0×1010个电子解析 当两小球接触时,带电荷量少的负电荷先被中和,剩余的正电荷再重新分配.由于两小球完全相同,剩余正电荷必均分,即接触后两小球带电荷量Q A ′=Q B ′=Q A +Q B 2=6.4×10-9-3.2×10-92C =1.6×10-9C. 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Q B ′的正电,这样,共转移的电子电荷量为ΔQ B =Q B ′-Q B =[1.6×10-9-(-3.2×10-9)]C =4.8×10-9C. 转移的电子数n =ΔQ B e =4.8×10-9C 1.6×10-19C =3.0×1010个. 4.(验电器及其原理)如图4所示,用丝绸摩擦过的玻璃棒和验电器的金属球接触,使验电器的金属箔片张开,关于这一现象下列说法正确的是( )图4A .两片金属箔片上带异种电荷B .两片金属箔片上均带负电荷C .箔片上有电子转移到玻璃棒上D .将玻璃棒移走,则金属箔片立即合在一起答案 C解析 自然界只存在两种电荷,正电荷和负电荷.丝绸摩擦过的玻璃棒带正电,即缺少电子,若将其接触验电器的金属球,此时两个箔片带同种电荷,正电;在此过程中,一部分电子会从验电器转移到玻璃棒;移走玻璃棒时,箔片仍带电,不会立即合在一起.选项C 正确.题组一 对元电荷的理解1.关于对元电荷的理解,下列说法正确的是( )A .元电荷就是电子B.元电荷就是质子C.元电荷是表示跟电子所带电荷量数值相等的电荷量D.元电荷是带电荷量最小的带电粒子答案 C解析元电荷是自然界最小的电荷量,是跟电子所带电荷量数值相等的电荷量,不是电子,不是质子,也不是带电荷量最小的带电粒子,选项C正确.2.(多选)下列说法正确的是()A.物体所带的电荷量可以为任意实数B.电子带有最小的负电荷,其电荷量的绝对值叫元电荷C.物体所带的电荷量只能是一些不连续的特定值D.物体带电荷量的最小值为1.6×10-19C答案BCD解析元电荷是自然界最小的电荷量,其数值e=1.6×10-19C,所有带电体的电荷量均为e 的整数倍,只能是一些特定值,选项A错误,B、C、D正确.题组二对三种起电方式的理解及应用3.关于摩擦起电和感应起电,下列说法正确的是()A.摩擦起电是电荷的转移,感应起电是创造了电荷B.摩擦起电是创造了电荷,感应起电是电荷的转移C.不论摩擦起电还是感应起电,都是电荷的转移D.以上说法均不正确答案 C解析无论哪种起电方式,都不是创造了电荷,而是电荷的转移,所以选项A、B、D错误,选项C正确.4.(多选)如图1用棉布分别与丙烯塑料板和乙烯塑料板摩擦,实验结果如图所示,由此对摩擦起电说法正确的是()图1A.两个物体摩擦时,表面粗糙的易失去电子B.两个物体摩擦起电时,一定同时带上种类及数量不同的电荷C.两个物体摩擦起电时,带上电荷的种类不同但数量相等D.同一物体与不同种类的物体摩擦,该物体所带电荷种类可能不同答案CD解析两物体摩擦时是否得失电子取决于原子核对电子的束缚力大小,A错.由于摩擦起电的实质是电子的转移,所以两物体带电种类一定不同,数量相等,B错,C对.由题中例子不难看出,同一物体与不同种类的物体摩擦,带电种类可能不同,D对.5.把两个完全相同的小球接触后分开,两球相互排斥,则两球原来的带电情况不可能是() A.一个小球原来带电,另一个小球原来不带电B.两个小球原来分别带等量异种电荷C.两个小球原来分别带同种电荷D.两个小球原来分别带不等量异种电荷答案 B解析两个完全相同的小球接触后分开,两球互相排斥,说明原来两球所带电荷量的代数和不等于零.若原来两小球分别带有等量的异种电荷,则接触后将发生中和,两球均不带电,不会发生排斥现象,故选项B正确.6.(多选)用金属箔做成一个不带电的圆环,放在干燥的绝缘桌面上.小明同学用绝缘材料做的笔套与头发摩擦后,将笔套自上向下慢慢靠近圆环,当距离约为0.5cm时圆环被吸引到笔套上,如图2所示.对上述现象的判断与分析,下列说法正确的是()图2A.摩擦使笔套带电B.笔套靠近圆环时,圆环上、下部感应出异号电荷C.圆环被吸引到笔套的过程中,圆环所受静电力的合力大于圆环的重力D.笔套碰到圆环后,笔套所带的电荷立刻被全部中和答案ABC解析笔套与头发摩擦后,能够吸引圆环,说明笔套上带了电荷,即摩擦使笔套带电,选项A正确;笔套靠近圆环时,由于静电感应,会使圆环上、下部感应出异号电荷,选项B正确;圆环被吸引到笔套的过程中,有向上的加速度,故圆环所受静电力的合力大于圆环所受的重力,故选项C正确;笔套碰到圆环后,笔套上的部分电荷转移到圆环上,使圆环带上性质相同的电荷,选项D错误.7.(多选)如图3所示,将带电棒移近两个不带电的导体球,甲、乙两个导体球开始时互相接触且对地绝缘.下述几种方法中能使两球都带电的是()图3A.先把两球分开,再移走棒B.先移走棒,再把两球分开C.先将棒接触一下其中的一球,再把两球分开D.移走棒,两导体球不分开答案AC解析感应起电应遵从以下几个步骤:(1)两导体彼此接触;(2)带电体移近两导体;(3)先分开两导体,再移走带电体.由此可知,A项可以使两球都带电;带电体与非带电体接触,电荷发生转移,使物体带电,C项可以使两球都带电.故正确选项为A、C.题组三验电器及其原理8.(多选)如图4所示,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()图4A.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一定带负电答案AC解析验电器上的金属箔片和金属球都带有正电荷,金属箔片之所以张开,是由于箔片上的正电荷互相排斥造成的.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,验电器上的正电荷一定向远处移动,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 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带负电荷一样.所以选项A也是正确的,选项D是错误的.9.如图5所示,用带正电的绝缘棒A去靠近原来不带电的验电器B,B的金属箔张开,这时金属箔带①电;若在带电棒A移开前,用手摸一下验电器的小球后离开,然后移开A,这时B的金属箔也能张开,它带②电.下列选项中正确的是()图5A.①正②负B.①负②负C.①负②正D.①正②正答案 A解析(1)用带正电的绝缘棒A靠近原来不带电的验电器B,由于静电感应验电器(导体)两端出现等量正、负感应电荷,近端的金属球的电荷的电性与A的电性相反,带负电;远端的金属箔片电荷与A的电性相同,带正电;(2)由于人和地球都是导体,用手瞬间接触金属球B时,人、地球和验电器构成一个整体,在带正电荷的棒A的影响下发生静电感应,近端带负电,金属箔片不带电;移开手后,验电器上的负电荷不变,故验电器带负电,再移开棒A后,验电器上的负电荷仍不变,金属箔片上此时也带负电.故A项正确.题组四对电荷守恒定律及电荷量的理解10.如图6所示,导体A带电荷量为5q的正电荷,另一完全相同的导体B带电荷量为q的负电荷,将两导体接触一会儿后再分开,则B导体带的电荷量为()图6A.-q B.qC.2q D.4q答案 C解析相同带电体接触后,电荷量先中和,后平分.故选项C正确.11.(多选)A和B都是不带电的物体,它们互相摩擦后A带负电荷1.6×10-10C,下列判断中正确的是( )A .在摩擦前A 和B 的内部电荷量为零B .摩擦的过程中电子从A 转移到了BC .A 在摩擦过程中一定得到了1×109个电子D .A 在摩擦过程中一定失去了1.6×10-19C 电子 答案 AC12.多少个电子的电荷量等于-32.0μC ?干燥的天气中,一个人脱了鞋在地毯上行走,身上聚集的电荷量为-48.0μC.求共转移到此人身上多少个电子?(电子电荷量e =-1.6×10-19C,1μC =10-6C) 答案 2.0×1014个 3.0×1014个解析 n 1=Q 1e =-32.0×10-6-1.6×10-19个=2.0×1014个. 人身上聚集的电子个数n 2=Q 2e =-48.0×10-6-1.6×10-19个=3.0×1014个. 13.如图7所示,通过调节控制电子枪产生的电子束,使其每秒有104个电子到达收集电子的金属瓶,经过一段时间,金属瓶上带有-8×10-12C 的电荷量,求:图7(1)金属瓶上收集到多少个电子?(2)实验的时间为多长?答案 (1)5×107个 (2)5000s解析 (1)金属瓶上收集的电子数目为:N =Q e =-8×10-12C -1.6×10-19C =5×107个. (2)实验的时间:t =5×107104s =5000s.。
第二节 探究静电力定律进行简单计算.一、点电荷本身的______比相互之间的______小得多的带电体,它是一个理想化的模型. 预习交流1现有一个半径为20 cm 的带电圆盘,问能否把它看做点电荷? 二、库仑定律1.探究方法:控制变量法(1)探究电荷间的作用力的大小跟距离的关系:电荷量不变时,电荷间的距离增大,作用力______;距离减小时,作用力______. (2)探究电荷间作用力的大小跟电荷量的关系:电荷间距离不变时,电荷量增大,作用力______;电荷量减小,作用力______. 2.库仑定律(1)内容:在________两个________之间的作用力,跟它们的电荷量的______成正比,跟它们的距离的______成反比;作用力的方向在它们的________.同种电荷______,异种电荷______.(2)公式:____________________. (3)静电力常量k =________________.(4)电荷之间的作用力称为________,又叫做________. 预习交流2有同学认为,公式F =kQ 1Q 2r 2中,当r →0时,两者的库仑力F 趋向无穷大,你认为可能吗?为什么?答案:一、大小 距离预习交流1:答案:能否把带电圆盘看做点电荷,不能只看大小,要视具体情况而定.若考虑它与10 m 远处的一个电子的作用力时,完全可以把它看做点电荷;若电子距圆盘只有1 mm 时,这一带电圆盘又相当于一个无限大的带电平面,而不能看做点电荷.二、1.(1)减小 增大(2)增大 减小 2.(1)真空中 点电荷 乘积 平方 连线上 相斥 相吸(2)F =k q 1·q 2r2(3)9.0×109 N·m 2/C 2(4)静电力 库仑力预习交流2:答案:不可能.因为库仑定律仅适用于真空中的点电荷,当两带电体无限靠近,即r →0时,带电体不能看成点电荷,当然就不能应用库仑定律来计算,应用库仑定律前切记其适用范围.库仑定律应用库仑定律时,电荷的正负号有无必要代入公式?如图所示,两个质量均为m 的完全相同的金属球壳a 和b ,其壳层的厚度和质量分布均匀,将它们固定于绝缘支座上,两球心间的距离l 是球半径的3倍.若使它们带上等量异种电荷,使其电荷量的绝对值均为Q ,那么关于a 、b 两球之间的万有引力F 引和库仑力F 库的表达式正确的是( ).A .F 引=G m 2l 2,F 库=k Q2l 2B .F 引≠G m 2l 2,F 库≠k Q 2l 2C .F 引≠G m 2l 2,F 库=k Q 2l 2D .F 引=G m 2l 2,F 库≠k Q 2l21.在中学物理中,库仑定律的表达式只适用于真空中的点电荷.2.两个点电荷之间的静电力作用是相互的,它们遵循牛顿第三定律.3.两个点电荷之间的相互作用力都独力地满足库仑定律的表达式,不因其他电荷的存在而受影响;任何一个电荷所受的静电力等于周围其他各个点电荷对它的作用力的合力.4.两个带电金属球间的库仑力当两个相距较近的金属小球带同种电荷时,F <kQ 1Q 2r 2;反之当两球带异种电荷时,F >kQ 1Q 2r 2. 5条件两质点之间1.关于点电荷的说法中正确的是( ). A .只有体积很小的带电体才能被看做点电荷B .当两个带电体的大小及形状对它们的相互作用力的影响可忽略时,这两个带电体可看做点电荷C .电子和质子在任何情况下都可视为点电荷D .均匀带电的绝缘球体在计算库仑力时可视为点电荷 2.(2011·上海徐汇区高二检测)对于库仑定律,下列说法正确的是( ).A .凡计算真空中两个静止的点电荷间的相互作用力,就可以使用公式F =kQ 1Q 2r 2B .两个带电小球即使相距非常近,也能用库仑定律C .相互作用的两个点电荷,不论它们所带的电荷量是否相同,它们之间的库仑力大小一定相等D .当两个半径为r 的带电金属球中心相距为4r 时,它们之间的静电作用力大小,只取决于它们各自所带的电荷量3.两点电荷相距为d ,相互作用力为F ;保持两点电荷电荷量不变,改变它们之间的距离,使之相互作用力的大小变为4F ,则两电荷之间的距离应变为( ).A .4dB .2dC .d /2D .d /44.有半径均为r 的两个金属球,彼此相距距离为L ,其中L 远远大于球的半径r .它们的带电荷量分别为Q 1、Q 2.如图所示,则它们之间的静电力为( ).A .kQ 1Q 2L +2r B .kQ 1Q 2(L +2r )2 C .kQ 1Q 2L 2 D .kQ 1Q 2r25.带电荷量分别为4q 和-6q 的两个相同的金属小球保持一定的距离(比小球的直径大得多),相互作用的静电力为F ;若将它们接触后分开,并再放回原处,它们的相互作用力为( ).A .24FB .25FC .F /24D .25F /24答案:活动与探究:答案: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q 1、q 2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、异种电荷相互吸引判断.迁移与应用:D 解析:由于a 、b 两球所带异种电荷相互吸引,使它们各自的电荷分布不均匀,即相互靠近的一侧电荷分布较密集,又l =3r ,不满足l ≥r 的要求,故不能将带电球壳看成点电荷,所以不能应用库仑定律,故F 库≠k Q 2l2.万有引力定律适用于两个可看成质点的物体,虽然不满足l ≥r ,但由于其壳层的厚度和质量分布均匀,两球壳可看做质量集中于球心的质点,可以应用万有引力定律,故F 引=G m 2l2.当堂检测1.BD 解析:带电体能否被视为点电荷的关键是带电体的形状和大小对它们之间库仑力的影响情况,若影响可以忽略,则可视为点电荷,否则不能.带电体能否视为点电荷不是看其本身的实际具体大小,电子和质子尽管比较小,但是如果它们的形状对它们之间的库仑力有显著影响时,就不能视为点电荷.2.AC 解析:库仑定律适用于真空中的点电荷,当两小球相距非常近时,不能当成点电荷.库仑定律不再适用,A 对,B 错;库仑力遵循牛顿第三定律,C 对;球心距离l =4r ,不满足l ≥r ,两金属球不满足库仑定律适用条件,二者之间的库仑力除与电荷量有关外,还与所带电荷的电性有关,D 错.3.C 解析:由库仑定律F =kq 1q 2r 2可知,要使带电荷量保持不变而作用力增大4倍,应该使距离变为原来的一半.4.B 解析:由于两球之间距离远大于球的半径,故可以将两球看成点电荷.两点电荷之间距离也就为L +2r ,根据库仑定律可解之.5.C 解析:两球接触后,正负电荷部分发生中和,其净电荷为-2q .两球分别分配得到的电荷量为-q .根据库仑定律可得:两球接触前:F =k 4q ·6qr2两球接触后:F ′=k q2r2可知接触后再放回原位置时,它们间静电力为原来的1/24。
第二节探究静电力问题探究中学阶段学习的库仑定律公式有哪些适用条件?与万有引力定律有哪些异同之处答案:应用中学阶段学习的库仑定律公式时,要注意它只适用于静止于真空中的两个点电荷之间的静电力作用.除要求适用于两个点电荷间作用力之外,这里还强调了两个点电荷之间不能充满电介质或其他材料.而应用万有引力定律计算万有引力时,两个质点间就不一定要求只能是真空.自学导引1.库仑定律是电学发展史上的第一个定量规律,它使电学的研究从定性进入定量阶段,是电学史上的一块重要的里程碑.它指出,在真空中两个静止__________之间的__________作用力与__________的平方成__________,与__________乘积成__________,作用力的方向沿连线,同种电荷相斥,异种电荷相吸答案:点电荷相互距离反比电荷量正比2.在中学物理中应用的库仑定律的适用条件是在__________中的__________.答案:真空点电荷疑难剖析电荷模型的建立【例1】下面关于点电荷说法正确的是A.只有体积很小的带电体才可看作点电荷B.只有做平动的带电体才看作点电荷C.只有带电荷量很少的带电体才看作点电荷D.点电荷所带电荷量可多可少解析:能否将一个带电体看成点电荷,关键在于我们分析时是否无须考虑它的体积大小和形状.即它的体积大小和形状可不予以考虑时就可以将其看成点电荷.至于它的电荷量就可多可少答案:温馨提示:(1)在领会建立点电荷这个物理模型的思维时,可以将其与力学中的质点进行类比,体会它们之间的异同点(2)避免点电荷与元电荷之间的混淆库仑定律的应用【例2】在A、B两点分别固定正电荷q1和负电荷q2,且q1>|q2|,若引入第三个电荷q3,且使该点电荷处于平衡状态,则()A.q3仅有一个平衡位置B.q3有两个平衡位置C.q3只能带负电荷D.q3可能带正电荷,也可带负电荷解析:要使第三个电荷所受到的两个静电力方向相反,则它一定在A、B两点连线所在直线上而不能在连线之内;由于A所带电荷量比B所带电荷量多,要使第三个电荷所受到的A、B两个电荷的静电力大小相等,则它离电荷A的距离应较大,即第三个电荷应放置在AB连线所在直线上B的外侧处.第三个电荷可带正电也可带负电答案:A温馨提示:库仑定律往往应用于动力学问题之中,在处理时要全面地考虑影响静电力大小、方向的多种因素.如:由于第三个电荷带电性质不确定,应全面考虑其他电荷对它的静电力的方向;由于静电力大小与电荷之间间距有关,还有考虑到怎样才能使其他两个电荷对它的静电力大小也相等库仑定律与电荷守恒定律的综合应用【例3】 真空中两个相同的带等量异种电荷的小球A 和B (A 、B 可看作点电荷)分别固定在两处,两球间静电力为F .用一个不带电的相同小球C 先与A 接触,再与B 接触,然后移去C ,则A 、B 球间的静电力应为F若再使A 、B 球间的距离增大一倍,则它们的静电力为F解析:当C 球先与A 球接触时,它们遵循电荷守恒定律,平均分配它们的总电荷量;然后C 球已带上电,它再与B 球接触,这仍遵循电荷守恒定律,只是先中和后平分设A 、B 两球带电荷量分别为Q 、-Q ,相距为r ,那么它们之间的库仑力22rQ k F =,且为引力用C 球接触A 球时,A 、C 球带的电荷量均为2Q .再用C 球接触B 球时,C 、B 两球的电荷部分中和后系统剩余2Q -的电荷量,由于C 、B 两球完全一样,它们均分2Q -后,C 、B 球都带4Q -电荷量.移去C 球后,A 、B 球间的库仑力F rkQ r Q Q k F 818)4/()2/(222==∙=',为引力当A 、B 球间距变为2r 时的库仑力: F r kQ r Q Q k F 32132)2()4/()2/(222==∙=',为引力温馨提示:两个带电体相接触过程中,无论发生电荷的分离还是电荷的中和,正负电荷的代 数和总是保持不变.电荷量的分配规律为:如接触前为同种电荷,则接触后其总量平均分配到 两球;若接触前为异种电荷,则接触后先中和再平均分配到两球.在处理库仑定律与电荷守 恒定律相联系的综合问题时,应把握好这个关键拓展迁移半径为R 的绝缘圆环上均匀地带有电荷量为+Q 的电荷,另一带电荷量为+q 的点电荷放在圆环圆心O 处,由于对称性,点电荷受力为零.现在圆环上截去一小段AB ,AB =L (L R).如图1-2-1所示,则此时置于圆心处的点电荷所受到静电力大小为___________(已知静电力常量为k),方向为图1-2-1 答案:32R LQq kπ 沿AB 中点与O 点连线的延长线向下。
物理3-1粤教版1.2探究静电力学案【一】点电荷1、点电荷:本身的________比起它到其他带电体的距离__________的带电体和力学中的________模型一样,是一种科学的抽象,是一种理想化的物理模型、2、理想模型方法:是物理学常用的研究方法、当________受多个因素妨碍时,在一定条件下人们能够抓住________因素,忽略__________因素,将其抽象为理想模型、【二】库仑定律1、(1)探究电荷相互间作用力的大小跟距离的关系:保持电荷的电荷量不变,距离增大时,作用力______;距离减小时,作用力________、(2)探究电荷间相互作用力的大小跟电荷量的关系:保持两个电荷之间的距离不变,电荷量增大时,作用力________;电荷量减小时,作用力________、2、库仑定律:在真空中两个点电荷之间的作用力跟它们电荷量的乘积成________,跟它们间的距离的二次方成________,作用力的方向在它们的________,同种电荷相互______,异种电荷相互______、其表达式F =________,式中k 叫做静电力常量,k 的数值是__________、3、静电力:______间的相互作用力,也叫______、答案【一】1.大小小得多质点2.研究对象要紧次要【二】1.(1)减小增大(2)增大减小2.正比反比连线上排斥吸引k q 1q 2r 29.0×109N ·m 2/C 23.电荷库仑力【一】点电荷[问题情境]1、点电荷是不是指带电荷量特别小的带电体?是不是体积特别小的带电体都可看做点电荷?2、点电荷与元点荷一样吗?3、什么叫理想模型方法?我们学过哪些理想化物理模型?答案 1.不是:一个物体能否被看做点电荷,是相关于具体问题而言的,不能单凭其大小和形状而定、2、(1)元电荷是一个电子或一个质子所带电荷量的绝对值,是最小的电荷量、(2)点电荷是不考虑带电体的大小和形状的理想化的带电体,其带电荷量能够特别大也能够特别小,但它一定是一个元电荷电荷量的整数倍、3、当研究对象受多个因素妨碍时,在一定条件下人们能够抓住要紧因素,忽略次要因素,而将研究对象抽象为理想模型、学过的理想化模型有点电荷和质点、要点提练1.点电荷是只有电荷量,没有________和________的理想化模型、2、带电体看成点电荷的条件:当带电体间的______比它们自身的大小大得多,以至带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间相互作用力的妨碍能够忽略时,如此的带电体就能够看做点电荷、答案1.大小形状2.距离 二、库仑定律[问题情境]将两个气球充气后挂起来,让它们碰在一起(图甲)、用毛织品分别摩擦两个气球相接触的部分(图乙)、放开气球后,你观看到什么现象?你能解释那个现象吗?你能得到气球间相互作用的规律与哪些因素有关吗?图11、通过课本实验我们得到了怎么样的结论?2、实验中采纳了什么方法?3、什么是库仑力?其大小如何确定?方向又如何确定?4、库仑定律及表达式与哪个定律相似?答案1.实验说明,妨碍的因素有两电荷的电荷量及它们间的距离、(1)两电荷的电荷量:电荷间相互作用力随电荷量的增大而增大、(2)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、采纳了操纵变量法、3、电荷间的相互作用力叫做静电力,又叫库仑力;其大小由公式F =kq 1q 2r 2计算;其方向依照同种电荷相斥,异种电荷相吸的原理,在二者连线上确定、4、与万有引力定律的表达式相似、[要点提炼]1、库仑定律:在真空中两个点电荷之间的作用力,跟它们的____________成正比,跟它们间的________的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上,同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引、2、库仑定律的适用条件是:(1)__________;(2)__________、3、库仑定律的公式为F =____________.答案1.电荷量的乘积距离2.真空中点电荷3.k q 1q 2r 2[问题延伸]有人依照F=k q 1q 2r 2推出当r →0时,F →∞,正确吗?答案从数学角度分析大概正确,但从物理意义上分析却是错误的,因为当r →0时,两带电体已不能看做点电荷,库仑定律不再适用了.例1两个半径为R 的带电球所带电荷量分别为q 1和q 2,当两球心相距3R 时,相互作用的静电力大小为()A 、F =k q 1q 23R 2B 、F >k q 1q 23R 2C 、F <k q 1q 23R 2D 、无法确定 解析因为两球心距离不比球的半径大特别多,因此两带电球不能看做点电荷,必须考虑电荷在球上的实际分布、当q 1、q 2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q 1、q 2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 ,如下图、因此静电力可能小于k q 1q 23R 2,也可能大于k q 1q 23R 2,D 正确、答案D变式训练1以下关于点电荷的说法正确的选项是()A 、点电荷能够是带电荷量特别多的带电体B 、带电体体积特别大时不能看成点电荷C 、点电荷的带电荷量可能是2.56×10-20CD 、一个带电体能否看做点电荷应以具体情况而定答案AD解析一个带电体能否看做点电荷,是相关于具体问题而言的,不能单凭其大小和形状及带电荷量的多少来判断,因此A 、D 正确,B 错误、因为任何带电体的电荷量基本上元电荷的整数倍,因此C 错误、故正确选项为A 、D .例2有三个完全一样的球A 、B 、C ,A 球带电荷量为7Q ,B 球带电荷量为-Q ,C 球不带电,将A 、B 两球固定,然后让C 球先跟A 球接触,再跟B 球接触,最后移去C 球,那么A 、B 两球间的作用力变为原来的多少? 思路点拨求解此题应把握以下三点:(1)先据库仑定律写出原来A 、B 间库仑力的表达式、(2)据电荷均分原理确定接触后A 、B 的带电荷量、(3)再据库仑定律写出现在A 、B 间的库仑力、解析设A 、B 两球间的距离为r ,由库仑定律知,开始时A 、B 两球之间的作用力为F =k 7Q ×Qr 2当A 、C 两球接触时,据电荷均分原理可知,两球均带电72Q ;当B 、C 两球接触时,两球均带电12(72Q -Q)=54Q.故后来A 、B 两球之间的作用力F ′=k 72Q ×54Q r 2=58F.答案58变式训练2两个分别带有电荷量-Q 和+3Q 的相同金属小球(均可视为点电荷),固定在相距为r 的两处,它们间库仑力的大小为F ,两小球相互接触后将其固定距离变为r 2,那么两球间库仑力的大小为()A .112FB .34FC .43FD 、12F答案C解析两金属球间原来的库仑力F =k Q ·3Q r 2=k 3Q 2r 2,两球接触后各带相同电荷量Q ′=-Q +3Q 2=Q ,又因它们的距离变为r 2,因此如今它们间的库仑力F ′=k Q ·Q r 22=k 4Q 2r 2=43F ,故C 项正确、例3两个正电荷q 1和q 2的电荷量基本上3C ,静止于真空中的A 、B 两点,相距r =2m .(1)在它们的连线AB 的中点O 放入正电荷Q ,求Q 受的静电力、(2)在它们连线上A 点左侧P 点,AP =1m ,放置负电荷q 3,q 3=-1C ,求q 3所受的静电力、思路点拨解答此题时,可按以下思路分析:(1)q 1对Q 的库仑力;(2)q 2对Q 的库仑力;(3)库仑力的合力、解析(1)依据库仑定律明白q 1、q 2对Q 的库仑力大小相等,方向相反,故合力为零、(2)如图,q 3受q 1的引力F 31,受q 2的引力F 32,方向向右,合力为F 3=F 31+F 32=k q 1q 3r 2PA+k q 2q 3r 2BP=3×1010N . 答案(1)零(2)3×1010N ,方向向右变式训练3如图2所示,两个点电荷,电荷量分别为q 1=4×10-9C 和q 2=-9×10-9C ,两者固定于相距20cm 的a 、b 两点上,有一个点电荷q 放在a 、b 所在直线上且静止不动,该点电荷所处的位置是()图2A 、距a 点外侧40cm 处B 、距a 点内侧8cm 处C 、距b 点外侧20cm 处D 、无法确定答案A解析此电荷电性不确定,依照平衡条件,它应在q 1点电荷的外侧,设距q 1距离为x ,由k q 1q x 2=k q 2qx +202,将数据代入,解得x =40cm ,故A 项正确、【即学即练】1、以下关于点电荷的说法中,正确的选项是()A 、体积大的带电体一定不是点电荷B 、当两个带电体的形状对它们间相互作用力的妨碍可忽略时,这两个带电体可看做点电荷C 、点电荷确实是体积足够小的电荷D 、点电荷是电荷量和体积都特别小的带电体答案B 解析带电体能否看成点电荷,不能以体积大小、电荷量多少而论,故A 、C 、D 错、一个带电体能否看成点电荷,要依具体情况而定,只要在测量精度要求的范围内,带电体的形状、大小等因素的妨碍能够忽略,即可视为点电荷、故B 正确、2、关于库仑定律,以下说法中正确的选项是()A 、库仑定律适用于点电荷,点电荷事实上确实是体积特别小的带电体B 、库仑定律是实验定律C 、库仑定律仅适用于静止电荷间的相互作用D 、依照库仑定律,当两个点电荷间的距离趋近于零时,那么库仑力趋近于无穷大 答案B解析一个带电体能否看做点电荷不以它的体积大小来确定,体积小的带电体不一定能视为点电荷,A 错、库仑定律是在大量的实验探究基础上总结出来的,B 对、库仑定律适用于真空中的点电荷,电荷间的库仑力与电荷的运动状态无关,C 错、当两带电体特别近时,它们已不能看做是点电荷,库仑定律不再适用,不能再用k q 1q 2r 2来计算电荷间的库仑力,D 错、3、相隔一段距离的两个点电荷,它们之间的静电力为F ,现使其中一个点电荷的电荷量变为原来的2倍,同时将它们间的距离也变为原来的2倍,那么它们之间的静电力变为()A .F 2B 、4FC 、2FD .F 4答案A解析F =k q 1q 2r 2,F ′=k 2q 1q 22r 2=12k q 1q 2r 2=F 2,选A .4、如图3所示,三个点电荷q 1、q 2、q 3固定在一直线上,q 2与q 3间距离为q 1与q 2间距离的2倍,每个电荷所受静电力的合力均为零,由此能够判定,三个电荷的电荷量之比为()图3A 、(-9)∶4∶(-36)B 、9∶4∶36C 、(-3)∶2∶(-6)D 、3∶2∶6答案A解析此题可运用排除法解答、分别取三个电荷为研究对象,由于三个电荷只在静电力(库仑力)作用下保持平衡,因此这三个电荷不可能是同种电荷,如此可马上排除B 、D 选项,故正确选项只可能在A 、C 中、假设选q 2为研究对象,由库仑定律知:kq 2q 1r 2=kq 2q 32r 2,因而得:q 1=14q 3,即q 3=4q 1.选项A 恰好满足此关系,显然正确选项为A .。
第二节探究静电力(第一课时)【自主学习】一、学习目标1.知识与技能(1)理解点电荷的概念(2)掌握利用控制变量法探究电荷间的作用力(3)掌握库仑定律2.过程与方法通过实验探究电荷间的作用力3.情感、态度与价值观培养学生对科学的好奇心,体验摸索自然规律的喜悦二、重点难点(1)点电荷概念(2)利用控制变量法探究电荷间的作用力(3)库仑定律三、自主学习1、点电荷:本身的________比起它到其他带电体的距离__________的带电体和力学中的________模型一样,是一种科学的抽象,是一种理想化的物理模型。
2、我们在实验中利用__________________的方法来探究静电力与距离和电荷量之间的关系。
3、库仑定律:在真空中两个点电荷之间的作用力跟它们电荷量的乘积成________,跟它们间的距离的二次方成________,作用力的方向在它们的________,同种电荷相互______,异种电荷相互______.其表达式F=________,式中k叫做静电力常量,k的数值是__________.四、要点透析1. 下列关于点电荷的说法中,正确的是( )A .体积大的带电体一定不是点电荷B .当两个带电体的形状对它们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C .点电荷就是体积足够小的电荷D .点电荷是电荷量和体积都很小的带电体问题二探究库仑定律阅读课本P6观察与思考后回答以下问题1. 实验采用了_______________方法来研究静电力与电荷量以及距离之间的关系2. 研究相互作用力F 与距离r 的关系时,必须________________________。
3. 研究相互作用力F 与电荷量的关系时,必须________________________。
4. 通过实验你最终得出结论:__________________________________________。
问题三理解库仑定律1. 对于库仑定律,下列说法正确的是( )A .只要是计算真空中两个点电荷间的相互作用力,就可使用公式F =k Q 1Q 2r 2B .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,它们受到的库仑力大小一定相等D .库仑定律中的静电力常量k 只是一个比例常数,只有数值,没有单位第二节 探究静电力【课堂检测】1. 下列哪些带电体一定可看作点电荷 ( )A.体积很小的带电体B.带电荷量很小的带电体C.球形带电体D.形状和大小的影响可以忽略不计的带电体2. 关于库仑定律的公式221r Q Q k F ,下列说法中正确的是:( )课 堂检测案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F →0B 、 当真空中的两个点电荷间的距离r →0时,它们之间的静电力F →∞C 、 当两个点电荷之间的距离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r →0时,电荷不能看成是点电荷,库仑定律的公式就不适用了3. 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 、 2225r q k F =B 、225r q k F =C 、2225rq k F = D 、条件不足,无法判断第二节 探究静电力●【当堂训练】1. 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 .根据公式F =k Q 1Q 2r2,当r→0时,F→∞ D .静电力常量的数值是由实验得出的2. 真空中有两个点电荷,它们间的静电力为F ,如果保持它们所带的电量不变,将它们之间的距离增大为原来的2倍,它们之间作用力的大小等于( )A.FB.2FC.F/2D.F/43. A 、B 两个点电荷间距离恒定,当其它电荷移到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 .不能确定第二节 探究静电力● 【巩固拓展】1. 对于库仑定律,下列说法正确的是 ( )A.凡计算真空中两个电荷间的相互作用力,就可以用库仑定律B.两个带电小球即使相距非常近也能用库仑定律计算之间的库仑里C.相互作用的两个点电荷,不论它们的电荷量是否相同,它们间的库仑力大小一定相等D.以上说法都不正确2.通过探究库仑定律的实验,以下说法正确的是 ( )A.静电力大小与两点电荷的距离成反比B.静电力大小与两点电荷的电荷量的乘积成正比C.静电力大小与静电力常量成正比D.以上说法都不正确3. 真空中有AB两个点电荷,相距r时相互作用力为F,欲使它们之间的作用力变为F/2,下列方法可行的是A.将它们之间的距离变为r/2B.将它们的都电量变为原来的一半C.将它们的距离变为r2D.将它们的电量和距离均变为原来的2倍选修3-1 第一章电场第二节探究静电力 (第一课时) 参考答案课前先学案 自主学习 1、大小 小得多 质点 2、控制变量法3、正比 反比 连线上 排斥 吸引 k q 1q 2r 2 9.0×109N·m 2/C 2 要点透析:问题一:B 问题二:控制变量法,保持电荷量不变,保持距离不变,在真空中两个电荷间作用力跟它们的电量的乘积成正比,跟它们间的距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上。
教案年月日总课时数:泛应用于各种新技术领域,给人们的生产和生活带来了深刻的变化。
为了正确地利用电,就必须懂得电的知识。
(二)进行新课教学过程设计(1)研究两种电荷及电荷间的相互作用实验一:用橡胶棒与毛皮摩擦后,放于碎纸片附近观察橡胶棒吸引碎纸片情况。
提问一:为什么橡胶棒会吸引碎纸片?答:橡胶棒与丝绸摩擦后就带电了,带电物体会吸引轻小物体。
提问二:注意观察带电橡胶棒吸引碎纸片情况,会发现被橡胶棒吸起的纸片中,较大的纸片先落下来,这是为什么?答:带电体在空气中不断放电,使它带电量不断减少,因而吸引轻小物体的力也相应减小,所以较大纸片先落下来。
教师总结:在初中的学习中,我们已经知道,自然界存在两种电荷,叫做正电荷与负电荷。
用毛皮摩擦橡胶棒,用丝绸摩擦有机玻璃棒后,橡胶棒带负电,毛皮带正电,有机玻璃棒带正电,丝绸带负电。
物体带电后,能吸引轻小物体,而且带电越多,吸引力就越大,电荷的多少叫电量,电量的单位是库仑。
电子带有最小的负电荷,质子带有最小的正电荷,它们电量的绝对值相等,一个电子电量e=1.6×10-19C。
任何带电物体所带电量要么等于电子(或质子)电量,要么是它们的整数倍,因此,把1.6×10-19C称为基元电荷。
提问三:若将橡胶棒摩擦过的毛皮靠近碎纸片,会出现什么现象?答:毛皮带上正电,也会吸引轻小物体。
教师用实验验证学生的判断。
实验二:用云台支起一根橡胶棒,如图1所示,再将它与另一根橡胶棒并在一起,用毛皮摩擦它们的一端,使之带上同种电荷,再观察两端相互作用的情况,发现它们相斥,而且它们的距离越小斥力越大,过一会儿,它们间的作用力会明显减弱。
提问四:被毛皮摩擦过的橡胶棒的两端为什么会相斥?斥力的大小与什么因素有关?答:因为它们带上了同种电荷,而电荷间作用的规律是同种电荷相斥,异种电荷相吸,斥力的大小与电荷间的距离有关,距离越小,斥力越大,反之,距离越大,斥力越小;斥力的大小还与电量有关,电量越大,斥力越大。