人教版高中物理选修3-1教案-全册

人教版高中物理选修3-1教案全册2人教版高中物理选修3-1精品教案库仑定律、电场强度(一)电荷守恒定律1、电荷既不能创造，也不能消灭，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、电荷的多少叫电荷量，单位库伦，用C表示。最小的电荷叫元电荷，用e表示，e=1.60×10－19C。3、带电粒子的电荷量与粒子的的质量之比，111.7106eemC/kg.叫做该粒子的比荷。4、库仑定律真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。（1）公式221rqqkF（2）k=9.0×109N·m2/c2电荷量的单位是库仑（C）、力的单位是牛顿（N）、距离单位米（m）K是静电力常量（3）适用条件：真空中，点电荷（注意：看作点电荷的前提是带电体间的距离远大于带电体的尺寸）（4）微观粒子之间的万有引力远小于库仑力。（5）两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而改变。5、点电荷：任何带电体都有形状和大小，其上的电荷也不会集中在一点上。当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，带电体的大小和形状忽略不计。这样的带电体可看作点电荷，点电荷类似于力学中的质点，它是一种理想化的物理模型。（二）电场电场强度1、电场的基本性质：就是对放入其中的电荷有力的作用，这种力叫做电场力。2、电场强度放入电场中某点的电荷受到的电场力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度，简称场强。（1）公式FEq（2）单位V/m1V/m=1N/C但E与F和q无关，E由场源和位置决定。（3）矢量性：规定正电荷在该点受电场力的方向为该点场强的方向。3、点电荷电场的场强2QEkr4、电场的叠加原理：如果有几个点电荷同时存在，它们的电场就互相叠加，形成合电场。这时某点的场强等于各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。这叫做电场的叠加原理。5、匀强电场(1)定义：电场中各点场强的大小相等、方向相同的电场就叫匀强电场.典型例题：例1、有三个完全相同的金属小球A、B、C，其中A、B分别带＋14Q和－Q的电量，C不带电，A、B球心间的距离为r（远大于球的直径），相互吸引力为F。现让C球先接触A球后，再与B球接触，当把C球移开后，A、B两球的作用力的大小将变为__________F。3精析：A、B可看成点电荷，2214FQKr，C球与A球接触后，由电荷守恒定律知：A、C两球各带＋7Q的电量；C球再与B球接触后，B、C两球各带＋3Q的电量，此时A、B两球间的相互作用为斥力21221FQKr13:2FF答案：32例2、真空中的两个点电荷A、B相距20cm，A带正电QA=4.0×10－10C，已知A对B的吸引力F=5.4×10－8N，则B在A处产生的场强大小为______V/m，方向_________；A在B处产生的场强大小是______V/m，方向是_________.精析：A对B的作用力是A的电场对B的作用力，B对A的作用力是B的电场对A的作用力，由牛顿第三定律知FBA=5.4×10－8N，则BABAAE135/FVmQ，方向由A指向B，又由2ABQQFkr106.010BQC，ABABE90/BFVmQ方向由B指向A.例4、如图所示：q1、q2、q3分别表示在一条直线上的三个点电荷，已知q1与q2之间的距为l1，q2与q3之间的距为l2，且每个电荷都处于平衡状态。(1)如q2为正电荷，则q1为______电荷，q3为______电荷。(2)q1、q2、q3三者电荷量大小之比是：______︰______︰______解析：就q2而言，q1和q3只要带同种电荷便可能使其处于平衡状态，而对q1和q3，若都带正电荷，各自均受制另外两个电荷的斥力而不能保持平衡，只有同带负电荷，q2对其为吸引力，另外一个电荷对其为斥力，当两力大小相等时才能处于平衡状态。现再对q1列方程有：(I1＋I2)2112211322()KkqqqqIII＋可得：q2︰q3=l12︰(l1＋l2)2对q2列方程有：22123221KkqqqqII可得：q1︰q3=l12︰l22∴q1︰q2︰q3=l12(l1＋l2)2︰l12l22︰(l1＋l2)2l22总结：三点电荷都平衡规律，三个点电荷一定满足：(1)在同一直线上；(2)两同类一异；(3)两大夹一小。电势能电势和电势差1．静电力做功的特点结合（右图）分析试探电荷q在场强为E的均强电场中沿不同路径从A运动到B电场力做功的情况。q沿直线从A到Bq沿折线从A到M、再从M到Bq沿任意曲线线A到B4结果都一样即：W=qELAM=qELABcos【结论】：在任何电场中，静电力移动电荷所做的功，只与始末两点的位置有关，而与电荷的运动路径无关。2．电势能电势能：由于移动电荷时静电力做功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能叫做电势能。可用EP表示。静电力做的功等于电势能的减少量。写成式子为：PBPAEEWAB注意：①．电场力做正功，电荷的电势能减小；电场力做负功，电荷的电势能增加②在正电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为正，负电荷在任一点具有的电势能都为负。在负电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为负，负电荷在任意一点具有的电势能都为正。③求电荷在电场中某点具有的电势能电荷在电场中某一点A具有的电势能EP等于将该点电荷由A点移到电势零点电场力所做的功W的。即EP=WAB④求电荷在电场中A、B两点具有的电势能高低将电荷由A点移到B点根据电场力做功情况判断，电场力做正功，电势能减小，电荷在A点电势能大于在B点的电势能，反之电场力做负功，电势能增加，电荷在B点的电势能小于在B点的电势能。⑤电势能零点的规定:若要确定电荷在电场中的电势能，应先规定电场中电势能的零位置。⑥零势能面的选择:通常把电荷离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上的电势能规定为零。所以：电荷在电场中某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零电势能位置时电场力所有做的功。如上式若取B为电势能零点，则A点的电势能为：ABABPAqELWE3．电势（1）定义：电荷在电场中某一点的电势能PE与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势。用表示。标量，只有大小，没有方向，但有正负。（2）公式：qEp（与试探电荷无关）（3）单位：伏特（V）1V=1J/C（4）电势与电场线的关系：电势顺线降低。（电场线指向电势降低的方向）（5）零电势位置的规定：电场中某一点的电势的数值与零电势的选择有关，即电势的数值决定于零电势的选择．（大地或无穷远默认为零）54、等势面的概念及特点（1）等势面电场中电势相同的各点构成的曲面叫做等势面。（2）等势面的特点①电场线与等势面处处垂直，且总是由电势高的等势面指向电势低的等势面；②在同一等势面上各点电势相等，所以在同一等势面上移动电荷，电场力不做功③处于静电平衡的导体是一个等势体，导体表面是一个等势面；④导体表面的电场线与导体表面处处垂直。（3）熟悉匀强电场、点电荷的电场、等量异种电荷的电场、等量同种点电荷的电场的等势面的分布情况。①点电荷电场中的等势面，是以电荷为球心的一簇球面；②等量同种点电荷电场中的等势面，是两簇对称曲面③等量异种点电荷电场中的等势面，是两簇对称曲面；④匀强电场中的等势面，是垂直于电场线的一簇平面.5、电势差：1、电势差：（又叫电压）BAABU（1）定义：电荷q在电场力作用下由A点移到另一点B的过程中，电场力做的功WAB与电荷量q的比值，叫A、B两点之间的电势差UAB。（2）定义式：qWUABAB（3）单位：伏特符号：V1V=1J/C（4）物理意义：电势差的值即为电场力作用下两点间移动一库仑的正电荷电场力做的功。说明：①定义式qWUABAB中，ABW为q从初位置A移动到末位置B电场力做的功，ABW可为正值，也可为负值，q为电荷所带的电量，正电荷取正值，负电荷取负值。②电场中两点的电势差，由这两点本身的初、末位置决定。与在这两点间移动电荷的电量、电场力做功的大小无关。③公式ABABWqU适用于任何电场。2、电势与电势差的比较：（1）电势差是电场中两点间的电势的差值，BAABU（2）电场中某一点的电势的大小，与选取的参考点有关；电势差的大小，与选取的参考点无关。（3）电势和电势差都是标量，单位都是伏特，都有正负值；电势的正负表示该点比参考点的电势大或小；电势差的正负表示两点的电势的高低。；第六节、电势差与电场强度的关系6电场强度与电势差的关系：1、匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积。ABUEd注：①只适用于匀强电场②d是沿电场方向移动的距离。2、可以写做dUEAB他的意义：在匀强电场中，电场强度的大小等于两点间的电势差与两点沿电场强度方向距离的比值。E的单位为V/m，即1V/m=1N/C。第七节静电现象的应用一、静电平衡的特点1、处于静电平衡状态下的导体，内部的场强处处为零。2、处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，它的表面是个等势面。3、导体外表面处场强方向必跟该点的表面垂直。二、1、火花放电是指物体上积累了电荷，且放电时出现火花的放电现象；2、接地放电是指为了防止物体上过量积累电荷，而用导体与大地连接，把电荷接入大地进行时时放电的现象；3、尖端放电的原理：物体表面带电密集的地方—尖端，电场强度大，会把空气分子“撕裂”，变为离子，从而导电；三、静电屏蔽1、空腔导体的特点：静电荷只分布在外表面，内表面不带电，空腔内没有电场2、静电屏蔽：外部电场对内部仪器没有影响。若将源电荷置于空腔内，则外对内没有影响，但内对外有影响四、重难点知识剖析1、电势与等势面（1）电势是描述电场中单个点的电场性质，而等势面是描述电场中各点的电势分布。（2）等势面的性质①同一等势面上任意两点间的电势差为零；②不同的等势面一定不会相交或相切；③电场强度方向垂直等势面且指向电势降低的方向。2、比较电荷在电场中某两点电势能大小的方法(1)电场线法正电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大．负电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小．(2)做功判断法无论正、负电荷，电场力做正功，电荷从电势能较大的地方移向电势能较小的地方．反之，如果电荷克服电场力做功，那么电荷将从电势能较小的地方移向电势能较大的地方．(3)场源电荷判断法离场源正电荷越近，试探正电荷的电势能越大，试探负电荷的电势能越小离场源负电荷越近，试验正电荷的电势能越小，试验负电荷的电势能越大73、电场中电势高低的判断和计算方法(1)根据电场线方向判断．因沿电场线方向各点电势总是越来越低，而逆着电场线方向电势总是逐渐升高．(2)根据等势面的分布和数值，都画在同一图上，直接从图上判定电势高低．(3)根据电场力做功公式判定．当已知q和WAB时，由公式WAB=qUAB，则ABABWUq判定．4、电势能与电势的关系(1)电势是反映电场电势能的性质的物理量．还可以从能的角度定义电势：电场中某点的电荷具有的电势能EP跟它的电荷量的比值，叫做该点的电势，即qEp，某点的电势与该点是否有电荷无关．(2)电势是由电场决定，电势能是由电场和电荷共同决定的．它们都是标量、相对量．当零势点确定以后，各点电势有确定的值．由于存在两种电荷，则在某一点不同种电荷的电势能有的为正值，也有的为负值．5、电势与场强的比较(1)场强是反映电场力的性质，电势是反映电场能的性质，它们都是由比值定义的物理量，因而它们都是由电场本身确定的，与该点放不放电荷无关．(2)电场强度是矢量，电场确定后，各点的场强大小和方向都惟一地确定了．(即各点场强大小有确定的值)。电势是标量，是相对量．电场确定后，各点电势的数值还可随零电势点的不同而改变．(3)电场线都能描述它们，但又有所不同：电场线的密度表示场强的大小，电场线上各点的切线方