搜索
本章是高中阶段电学内容的开始，在整个高中物理知识体系中具有承上(力学)启下(电磁学)的重要位置．本章的核心内容是电场的概念及描述电场特性的物理量，突出体现了电场的两个基本性质：一是电场的力的性质——从电荷在电场中受力的角度研究；二是电场的能的性质——从电场力做功使能量变化的角度研究．对应学生用书P1教材从电荷在电场中受力入手，引入电场强度的概念，明确它是表示电场强弱的物理量．然后，通过将静电力做功与路径无关和重力做功与路径无关类比，得出电荷在电场中具有由位置决定的能量——电势能．在此基础上，同引入电场强度的方法相同(比值定义法)，引入电场的另一种描述，即电势的概念．这样，通过几个相关物理概念的讨论，完成对静电场性质的初步认识．本章知识在结构上可以分为三个单元：1～3节为第一单元，主要学习电学中两个最基本的定律——电荷守恒定律和库仑定律，学习描述电场力的性质的物理量——电场强度；4～6节为第二单元，学习描述电场能的性质的物理量——电势、电势差，电势差与电场强度的关系；7～8节为第三单元，主要学习电场知识的应用——电容器、电容，带电粒子在电场中的加速运动和偏转所做的类平抛运动，还要了解静电现象在生产和生活中的应用．本章重点：电荷守恒定律、库仑定律两个基本定律及电场强度、电势和电势能、电容等基本概念的掌握．本章难点：电场的概念及其特性的描述、带电粒子在电场中的综合运动分析及应用.本章内容总体来说比较抽象，概念、规律、方法多，学习时要注意以下几点：1．要重视对基本概念、基本规律的理解理解概念是掌握概念的前提，对比较抽象的概念，要注意理解它们的内涵和外延，要理解这些概念的相互关系，并且要适时地与力学中学生熟悉的概念比较，通过做适量的练习题，可以很好地理解、掌握这些抽象概念，这是学好本章知识的基础和关键．即便是立意比较新颖、能力要求也比较高的试题也是以这些基本概念、基本规律为基础的．对应学生用书P12．要重视科学研究方法的学习本章用到的科学研究方法比较多，研究方法主要有理想化模型法、比值定义法、类比法、合成分解法等，要在学习和做练习题时注意体会这些方法的具体运用场合．本章内容是力学知识的迁移、巩固和拓展，力学中的基本规律和方法同样适用于在电场中运动的粒子，如带电粒子在电场中的运动，可以与力学中的匀变速直线运动、平抛运动类比，加深对这些运动规律的理解．3．理清本章分析问题的两个角度(1)力的角度：侧重于利用牛顿运动定律分析处理问题．(2)能的角度：侧重于利用功能关系、能量守恒分析处理问题．第1节电荷及其守恒定律1．两种电荷(1)两种电荷：自然界中只存在两种电荷．①正电荷：用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷称为正电荷．②负电荷：用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷称为负电荷．(2)相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．教材要点解读对应学生用书P12．物质的电结构原子由带正电的原子核和带负电的电子组成，电子绕原子核高速旋转．原子核正电荷的数量跟核外电子负电荷的数量相等，所以整个原子对外界较远位置表现为电中性．金属原子中离原子核较远的电子，往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动，这种能自由活动的电子叫做自由电子，失去电子的原子便成了带正电的离子．3．物体带电物体有了吸引轻小物体的性质，我们就说它带了电，或有了电荷．当物体内的正电荷数量多于负电荷数量时，物体带正电，反之，带负电．正电荷数量与负电荷数量相等时，物体不带电．有的同学误认为相互吸引的两物体一定带异种电荷．辨析：除了带异种电荷的物体相互吸引之外，带电体有吸引轻小物体的性质，这里的“轻小物体”可以不带电．1．摩擦起电(1)摩擦起电的过程由于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，于是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．如玻璃棒与丝绸摩擦时，玻璃棒容易失去电子而带正电；硬橡胶棒与毛皮摩擦时，硬橡胶棒容易得到电子而带负电．(2)摩擦起电的本质摩擦起电时，电荷并没有凭空产生，其本质是发生了电子的转移，所以两个相互摩擦的物体一定是同时带上性质不同的电荷，且电荷量相等．2．感应起电(1)静电感应：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的现象．(2)感应起电：利用静电感应使导体带电的过程．(3)感应起电的操作步骤：①如图甲所示，使带电体C(如带正电)靠近相互接触的两导体A、B.②保持C不动，用绝缘工具分开A、B.③如图乙所示，移走C，则A带负电，B带正电．若先移走C，再分开A、B，则A、B原来在C的作用下感应出的异种电荷会立即中和，A、B分开后不带电．感应起电的判断方法(1)当一个带电体靠近导体时，产生静电感应现象，导体靠近带电体的一端带异种电荷，远离带电体的一端带同种电荷．(2)凡是遇到接地问题时，该导体与地球可视为一个导体，而且该导体可视为近端物体，带异种电荷，地球就成为远端导体，带同种电荷．3．接触起电(1)定义：一个物体带电时，电荷之间会相互排斥，如果接触另一个导体，电荷会转移到这个导体上，使这个导体也带电，这种带电方式称为接触起电．(2)本质：接触起电的本质是电荷的转移．接触起电过程中电子转移的规律(1)带正电荷的物体与带负电荷的物体接触，电子由带负电荷的物体转移到带正电荷的物体上．(2)带正电荷的物体与不带电的中性物体接触，电子由中性物体转移到带正电荷的物体上．(3)带负电荷的物体与不带电的中性物体接触，电子由带负电荷的物体转移到中性物体上．4．验电器的结构和工作原理(1)当带电的物体与验电器的金属球接触时，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．物体带电越多，电荷转移的越多，两金属箔片的斥力越大，张开的角度也越大．(2)当带电体靠近但不接触验电器的金属球时，金属箔片也可张开．因为带电体会使近端金属球上感应出异种电荷，而远端箔片上会感应出同种电荷(感应起电)，在斥力作用下箔片张开．5．三种起电方式的区别三种起电方式的本质都是电荷的转移．它们的主要区别是：(1)接触起电是用一个不带电的物体去接触另一个带电的物体，使电荷从带电物体转移一部分到不带电的物体上，带电总量不变．(2)摩擦起电是两个不同的物体相互摩擦，其中一个物体失去电子而带正电，另一个物体获得电子而带负电，带电总量为零(代数和为零)．(3)感应起电是将一个导体接近(但不接触)另一个带电体，使导体靠近带电体的一端带上与带电体相异的电荷，而另一端带上与带电体相同的电荷，是导体中的自由电荷在带电体电荷的作用下发生定向移动，使电荷重新分布．验证物体是否带电的两种方法(1)将物体靠近轻小物体(例如纸片、头发)，若能吸引轻小物体则带电，否则不带电．(2)将待检验物体靠近或接触验电器的金属球，若金属箔片张开则带电，否则不带电．1．内容电荷既不会创生，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．这个结论叫做电荷守恒定律．2．电荷守恒定律的另一种表述一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变．3．对电荷守恒定律的理解(1)电荷守恒定律和能量守恒定律一样，也是自然界中最基本的守恒定律．(2)两种典型的摩擦起电现象：一是用丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒带正电；二是用毛皮摩擦橡胶棒，橡胶棒带负电．玻璃棒和橡胶棒上带的电都不是凭空产生的，而是通过摩擦使物体之间发生了电子得失的现象，符合电荷守恒定律，可以推断：与玻璃棒摩擦过的丝绸要带负电，与橡胶棒摩擦过的毛皮要带正电．(3)带等量异种电荷的两金属球相接触，发生电荷中和，两球都不再带电，这个过程中两球所带电荷的总量并没有变(为零)，电荷也是守恒的．(4)电荷守恒定律的广泛性：任何电现象都不违背电荷守恒定律，涵盖了包括近代物理实验发现的微观粒子在变化中遵守的规律．如：由一个高能光子可以产生一个正电子和一个负电子，一对正、负电子可同时湮没、转化为光子．在这种情况下，带电粒子总是成对产生或湮没，电荷的代数和不变．有的同学误认为“中性”、“中和”的意义相同．辨析：电中性的物体是有正、负电荷存在的，只是正、负电荷量的代数和为零，对外不显电性；电荷的中和是指等量异种电荷相互抵消而不带电的过程，使得净电荷减少或为零，但正、负电荷本身依然存在，并不是正、负电荷的消失．1．电荷量：电荷的多少叫电荷量，简称电量．其国际单位为库仑，符号是C.2．元电荷：科学实验发现的最小电荷量，就是电子所带的电荷量，这个最小的电荷量叫元电荷，用e表示，这是电荷的最小单位．3．元电荷的数值：e＝1.60×10－19C.元电荷的数值最早是由美国科学家密立根用实验测得的．4．比荷：电子的电荷量e和电子的质量me之比叫电子的比荷．电子的比荷也是一个常用的物理量，电子的比荷为eme＝1.60×10－190.91×10－30C/kg＝1.76×1011C/kg.物体带的电荷量是不能连续变化的物理量，只能是元电荷的整数倍．有的同学误认为元电荷就是带电荷量足够小的带电体．辨析：元电荷是一个抽象的概念，不是指某一个带电体，它是指一个特定的电荷量．另外任何带电体所带电荷量都是1.6×10－19C的整数倍．(2013·南京建康中学期中调研)绝缘细线上端固定，下端挂一轻质小球a，a的表面镀有铝膜；在a旁有一绝缘金属球b，开始时，a、b都不带电，如图所示，现使b带电，则()A．b将吸引a，吸住后不放开B．b先吸引a，接触后又把a排斥开C．a、b之间不发生相互作用D．b立即把a排斥开解题方法指导对应学生用书P3【解析】b球带电后，使a产生静电感应，感应的结果是a靠近b的一侧出现与b异种的感应电荷，远离b的一侧出现与b同种的感应电荷．虽然a上的感应电荷等量异号，但因为异种电荷离b更近，所以b对a的静电力表现为引力．当b吸引a使两者接触后，由于接触带电，b、a便带同种电荷，有斥力作用，因而又把a排斥开，所以B正确．【答案】B【方法总结】在处理带电物体间发生相互作用时，需特别注意带电物体具有吸引不带电的轻小物体的特性，所以当两物体相互吸引时，其可能情况是一个带电，另一个不带电，也可能是两物体带异种电荷．当物体接触后，它们可能带同种电荷产生斥力．不少同学注意到了第二种情况，漏掉了第一种情况．现有a、b、c、d四个带电小球，两球之间的作用分别为：a吸d，c斥a，b斥c，d吸b，则()A．仅有两个小球带同种电荷B．有三个小球带同种电荷C．c、d小球带同种电荷D．c、d小球带异种电荷解析：设a带正电荷，根据电荷间相互作用规律，推得其余小球带电情况如图1所示．若设a带负电荷，根据电荷间相互作用规律，推得其余小球带电情况如图2所示．答案：BD如图所示，A、B为相互接触的用绝缘支架支持的金属导体，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()A．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】(1)C移近A时，带正电的小球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端积累了正电荷，其下部的金属箔片也分别带上了与A、B同种性质的电荷．由于同种电荷间的斥力，所以金属箔片都张开，A正确．(2)C靠近后保持不动，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仍带等量的异种感应电荷，此时即使再移走C，因A、B已经绝缘，所带电荷量也不会变，金属箔片仍张开，B正确．(3)若先移走C，再把A、B分开，则在移走C后，A、B上的感应电荷会马上在其相互之间的引力作用下吸引中和，不再带电，所以箔片都不会张开，C错．(4)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上的感应电荷完全中和，箔