01第一章 电路基础知识要点

1.1库仑定律一、教学目标1、在物理知识方面的要求：（1）定性了解两种电荷间的作用规律；（2）掌握库仑定律的内容及其应用。2、通过观察演示实验，概括出两种电荷间的作用规律。培养学生观察、概括能力。3、渗透物理学方法的教育，运用理想化模型方法，突出主要因素，忽略次要因素，抽象出物理模型——点电荷，研究真空中静止点电荷间互相作用力问题——库仑定律。二、教学重点、难点分析重点：1、重点是使学生掌握真空中点电荷间作用力大小的计算及方向的判定——库仑定律。难点：1、对于“点电荷”这一抽象物理模型的概念的建立。“点电荷”：带电体大小和他们之间的距离相比可以忽略，理解为带电体只为一点。2、库仑定律的使用范围：真空中，两个点电荷之间的相互作用。三、教具1、演示实验：两种电荷间相互作用有机玻璃棒、丝绸、碎纸片、毛皮、橡胶棒（2支）四、教学方法演示法、讲授法（主要是启发式讲解）、多媒体课件五、教学过程Ⅰ.导入人类从很早就认识了磁现象和电现象，例如我国在战国末期就发现了磁铁矿有吸引铁的现象。在东汉初年就有带电的琥珀吸引轻小物体的文字记载，但是人类对电磁现象的系统研究却是在欧洲文艺复兴之后才逐渐开展起来的，到十九世纪才建立了完整的电磁理论。电磁学及其应用对人类的影响十分巨大，在电磁学研究基础上发展起来的电能生产和利用，是历史上的一次技术革命，是人类改造世界能力的飞跃，打开了电气化时代的大门。工农业生产、交通、通讯、国防、科学研究和日常生活都离不开电。在当前出现的新技术中，起带头作用的是在电磁学研究基础上发展起来的微电子技术和电子计算机。它们被广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。在初中我们学过一些电的知识，现在再进一步较深入地学习。II.新课一、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静电力也相应减小，所以较大纸片先落下来。教师总结：在以前的学习中，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，橡胶棒带负电，有机玻璃棒带正电。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等于电子（或质子）电量或者是它们的整数倍，因此，把1.6×10－19C称为基元电荷。实验二：请一名同学上台协助，教师和同学同时用皮毛摩擦两根橡胶棒，使之都带上负电荷，再观察两根橡胶棒带电端相互作用的情况，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。提问三：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。由于放电的原因，棒上的电量不断减小，而斥力也随时间的增大而明显减小。提问四：若将用皮毛摩擦过的橡胶棒带电端与用丝绸摩擦过的有机玻璃棒带电端靠近，会出现什么现象？答：会吸引，异种电荷相吸。教师用实验验证学生的判断。提问五：若将与有机玻璃棒摩擦过的丝绸与支起的橡胶棒带电的一端靠近，会出现什么现象？答：会相斥，同种电荷相斥。通过静电力的实验演示，使同学们加深对两种电荷性质的认识；明确电荷间作用力为“同性相斥，异性相吸”。二、库仑定律我国东汉时期就发现了电荷，并已定性掌握了电荷间的相互作用的规律。而进一步将电荷间作用的规律具体化、数量化的工作，则是两千年之后的法国物理学家库仑，他用精确实验研究了静止的点电荷间的相互作用力，于1785年发现了后来用他的名字命名的库仑定律。库仑在研究电荷间的作用时引入了点电荷，点电荷的概念是电学中的一个重要的理想模型。什么是点电荷？简而言之，带电的质点就是点电荷。点电荷的电量、位置可以准确地确定下来。正像质点是理想的模型一样，点电荷也是理想化模型。真正的点电荷是不存在的，但是，如果带电体间的距离比它们的大小大得多，以致带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时，这样的带电体就可以看成点电荷。均匀带电球体或均匀带电球壳也可看成一个处于该球球心，带电量与该球相同的点电荷。库仑实验的结果是：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，这就是库仑定律。若两个点电荷q1，q2静止于真空中，距离为r，则q1受到q2的作用力F12为式中F12、q1、q2、r诸参数单位都已确定，分别为牛（N）、库（C）、库（C）、米（m），所以22112rqqkF由实验测得k=9×109N·m2／C2q2受到q1的作用力F21与F12互为作用力与反作用力，它们大小相等，方向相反，统称静电力，又叫库仑力。若点电荷不是静止的，而是存在相对运动，那么它们之间的作用力除了仍存在静电力之外，还存在相互作用的磁场力。关于磁场力的知识，今后将会学到。学习和应用库仑定律，应该特别注意：（1）库仑定律只适用于计算两个点电荷间的相互作用力，非点电荷间的相互作用力，库仑定律不适用。（2）应用库仑定律求点电荷间相互作用力时，不用把表示正、负电荷的“＋”、“－”符号带入公式中，计算过程中可用绝对值计算，其结果可根据电荷的正、负确定作用力为引力或斥力以及作用力的方向。III.例题讲解，巩固练习【例题1】两个点电荷电荷量Cq61104，Cq62102.1，在真空中的距离mr4.0，求两个点电荷间作用力的大小及方向。解：根据库仑定律NrqqkF27.04.0102.11041092669221作用力的方向在两个点电荷的连线上。因为同带负电荷，所以作用力为斥力。【例题2】两个点电荷分别带电荷量Aq和Bq，当它们间的距离mr31时，相互作用力NF61102，当它们间的距离mr12时，相互作用力2F是多大？解：根据库仑定率，可列出如下两个方程211rqqkFBA（1）222rqqkFBA（2）由（1）/（2）得222121rrFF则：NrrFF5226222112108.113102IV.小结（1）电荷间相互作用规律：同性相斥，异性相吸，大小用库仑定律221rqqkF来计算。（2）电荷间作用力为一对相互作用力，遵循牛顿第三定律。（3）库仑定律适用条件：真空中静止点电荷间的相互作用力（均匀带电球体间、均匀带电球壳间也可）。V.作业略1.2电场和电场强度一、教学目标1、知道电荷周围存在电场，知道电场是一种客观存在的物质。2、理解电场强度和电力线的概念。3、知道几种典型电场的电力线分布。二、教学重点、难点分析重点：1、理解电场强度的定义、单位、物理意义；2、理解电力线的功能。难点：1、用比值定义电场强度，E与F、q无关，只由电场性质决定。三、教具略。四、教学方法讲授法、多媒体课件五、教学过程Ⅰ.导入复习旧课：库仑定律。提问库仑定律的含义、使用范围等。电荷之间存在相互作用力，这种相互作用是怎么发生的呢？人们对这个问题的认识在历史上曾有过两种不同的观点。在法拉第之前，人们认为两个电荷之间的相互作用力是一种超距作用，也就是一个电荷对另一个电荷的作用力是隔着一定空间直接给予的，不需要中间什么媒介作传递，这种方式可以表示为：在19世纪30年代，法拉第提出一种观点，认为一个电荷周围存在着由它产生的电场，另外一个电荷受这个电荷的作用力就是通过这个电场给予的，这种作用方式可以表示为：近代物理学的理论和实践已经完全证明了场的观点的正确性。电场以及以后将要学习的磁场已被证明是一种客观存在的物质形态，电视台和无线电广播电台就是靠激发电磁场的方式发送各种节目信号的。虽然电磁场“看不见”“摸不着”，但是我们却可以在远离发射塔的地方，用电视机和收音机接受到它们发送的节目信号，这就是电磁场客观存在的很好例证。本节课我们就来学习描述电场的重要概念。II.新课一、电场定义：存在于电荷周围空间，对电荷有作用力的特殊物质叫电场。电荷与它周围空间的电场是一个统一的整体。电场具有两个重要特性：（1）位于电场中的任何带电体，都要受到电场力的作用。（2）带电体在电场中受到电场力的作用而移动时，电场力对带电体做功，这说明电场具有能量。二、电场强度电场是一种看不见、摸不着，不依赖于人的感觉而客观存在的一种特殊物质，人们对于电场性质的研究，一般是通过检验电荷来探测的。检验电荷的一般要求：带正电，且电荷量很小的点电荷。分析：之所以要求检验电荷所带电荷量很小，是为了使检验电荷的电场不致影响原来的电场，可以科学准确的研究原来的电场。可以通过库仑定律计算，或设计一个小实验来验证同一检验电荷在同一电场中不同位置时所受电场力（方向、大小）的不同，来分析电场中不同位置上电场的特性。针对电场中某一确定点A点，用不同的检验电荷q,2q,3q,…,nq在该点所受到的电场力分别为F，2F，3F，…，nF。很容易看出，放在A点的检验电荷所受的电场力和检验电荷的电荷量的比（F/q）,不随检验电荷的电荷量而改变，它是一个恒量。由分析得知，这个比值只与场源电荷Q及该点所在电场中的位置，与检验电荷无关。F/q反映了电场中不同位置上电场力的特性，为了表示电场的这种特性，引入电场强度这个物理量。定义：检验电荷在电场中某一点所受电场力F与检验电荷的电荷量q的比值叫做该点的电场强度，简称场强。用公式表示为qFE（定义式）式中F——检验电荷所受电场力，单位为牛[顿]，符号为N；q——检验电荷的电荷量，单位是库[仑]，符号为C；E——电场强度，单位是伏[特]每米，符号为V/m。注意：（1）电场强度单位：N／C（2）大小：电场中某点的场强在数值上等于单位电荷在该点受到的电场力。（3）方向：规定电场中某点场强的方向为正电荷在该点受到的电场力的方向。场强是矢量。一般电场中不同点，场强的大小及方向不同，场强大的地方，电场强，场强小的地方，电场弱，通常我们也把场强的大小和方向叫做电场的强弱和方向。三、电力线为了形象地描述电场中各点场强的大小和方向，采用了电力线（假想曲线）图示法，在电场中画出一系列从正电荷出发到负电荷终止的曲线，使曲线上每一点的切线方向都和该点的电场强度方向一致，这些曲线叫做电力线。几种常见电力线如图1-3（教材）所示。电力线在每一点的切线方向表示该点的场强方向，电力线的疏密表示场强的大小。问：根据我们所看到的几种电力线，谁能归纳一下电力线的方向有什么特点？教师归纳：电力线总是从正电荷出发，终止于负电荷或无穷远，如果只有负电荷，则电力线来自无穷远，终止于负电荷。问：任意两条电力线都不会相交，这是为什么？教师归纳：如果相交，则交点就会有两个切线方向，而同一点场强的大小和方向是唯一的。III.例题讲解，巩固练习例题：检验电荷的电荷量Cq9103，在电场中P点受到的电场力F=18N，求该点电场强度。若检验电荷放在P点，电荷量Cq9106'，检验电荷所受电场力是多少？解：根据电场强度的定义mVqFE/1061031899由于电场中某点场强与检验电荷无关，所以P点场强不变，'q所受电场力F’为NEqF36106106''99IV.小结电场是电荷周围客观存在的一种物质，它“看不见”、“摸不着”，我们是怎么认识它的呢？根据电场和其它物质的相互作用来认识电场的。为此我们引入了检验电荷，用检验电荷是否受到电场力来判断电场是否存在；又用检验电荷受到的电场力与它的电量的比值即电场强度来定量描述电场的性质。用电力线形象地描