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第一章电场电流一、电荷库仑定律学习目标知识脉络1.知道两种电荷及其相互作用，电荷量的概念，了解三种带电方式．(重点)2．知道元电荷、点电荷的概念，理解电荷守恒定律．(重点)3．理解库仑定律的含义及其表达式、适用条件．(重点)4．学会应用库仑定律进行简单的计算．(重点、难点)自主探新知预习一、电荷及电荷守恒定律1．人类对电现象的初步探究(1)各种____现象引起学者们的关注和研究．(2)________证明了天电和摩擦产生的电是相同的．静电富兰克林2．两种电荷及相互作用(1)两种电荷：自然界中只存在两种电荷，即__电荷和__电荷．毛皮摩擦过的橡胶棒带__电荷；丝绸摩擦过的玻璃棒带__电荷．(2)电荷间的作用规律：同种电荷相互____，异种电荷相互____．正负负正排斥吸引3．使物体带电的方式(1)摩擦起电：用摩擦的方法使物体带电．两个不同物质种类的物体相互摩擦，其中一个物体____电子而带正电，另一个物体____电子而带等量的负电．(2)感应起电：把电荷移近不带电的导体，可以使导体____的现象．失去获得带电(3)接触带电：用一个不带电的物体去接触另一个带电的物体，带电物体的净电荷的一部分就会____到原来不带电的物体上，使原来不带电的物体带电．4．起电的实质(1)物质的微观电结构．物质的原子是由带____的原子核和带____的电子组成，整个原子对外表现为电中性．(2)起电的实质：原子核外____的转移形成的．转移正电负电电子5．电荷量(1)定义：电荷的____叫做电荷量，符号：Q(或q)．(2)单位：在国际单位制中单位为____，简称__，符号是__．6．元电荷电子或质子所带电荷量为e＝____________________C．实验表明：任何带电体所带的电荷量要么____e，要么是e的____倍．多少库仑库C1.60×10－19等于整数7．电荷守恒定律电荷既不能____，也不能____，只能从一个物体____到另一个物体，或者从物体的一部分____到另一部分．在转移的过程中，电荷的总量____．创生消灭转移转移不变二、库仑定律1．内容真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，跟它们______的乘积成正比，跟它们距离的______成反比，作用力的方向在它们的____上．电荷量二次方连线2．公式F＝____．式中的k叫做静电力常量，k＝9.0×109N·m2/C2.3．适用条件(1)____．(2)______．kQ1Q2r2真空点电荷4．静电力电荷间的__________叫做静电力或库仑力．5．点电荷是一种没有____的带电体，是一种理想化的模型．相互作用力大小1．思考判断(1)同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．()(2)一个带电体所带的电荷量为5.0×10－19C.()(3)摩擦起电的两物体带等量异种电荷．()(4)库仑定律适用于真空中的点电荷．()(5)点电荷是理想化模型，实际并不存在．()(6)只有很小的电荷才能看成点电荷．()√×√√√×2．(多选)关于元电荷的理解，下列说法正确的是()A．元电荷就是电子B．元电荷是表示跟电子所带电荷量数值相等的电荷量C．元电荷就是原子D．物体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍[元电荷是物体带电的基本单位，任何物体的电量都是元电荷的整数倍，元电荷的电荷量指的是电子、质子所带的电荷量，而不是电子、质子本身，所以A、C错误．]BD3．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F＝kQ1Q2r2可知，当r→0时F→∞D．静电力常量的数值是由实验得出的[点电荷是带电体的理想模型，实际带电体在体积和形状上对问题的研究没有影响或影响不大时，都可以当成点电荷，A、B错误．库仑定律仅适用于真空中的点电荷，当r→0时，库仑定律不成立，C错误．静电力常量是库仑通过扭秤实验测得，D正确．]D合作攻重难探究对感应起电的理解1.过程及现象(1)取一对用绝缘支柱支持的金属导体A、B，使它们彼此接触．起初它们不带电，贴在它们下面的金属箔是闭合的，如图甲所示．(2)带正电荷的球C移近导体A，可以看到A、B上的金属箔都张开了，这表示A、B上都带了电荷，如图乙所示．(3)如果把A、B分开，然后移去C，可以看到A和B仍带有电荷，如图丙所示．(4)让A、B接触，金属箔就不再张开，表明它们不再带电了．这说明A、B所带的电荷是等量的，互相接触时，等量的正、负电荷发生了中和．甲乙丙感应起电2．感应起电的本质在导体C上的电荷作用下，导体A、B上的自由电荷发生定向移动，由B端移至A端，而引起A端带负电，B端带正电，此时若将A、B分离，则成为带等量异种电荷的带电体．【例1】如图所示，左边是一个原先不带电的导体，右边C是后来靠近导体的带正电的金属球．若用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开，将导体分为A、B两部分，这两部分所带电荷量的数值分别为QA、QB，则下列结论正确的有()A．沿虚线d切开，A带负电，B带正电，且QBQAB．只有沿虚线b切开，才有A带正电，B带负电，且QB＝QAC．沿虚线a切开，A带正电，B带负电，且QBQAD．沿任意一条虚线切开，都有A带正电，B带负电，且QB＝QA，而QA、QB的值与所切的位置有关[静电感应使得A部分带正电，B部分带负电．导体原来不带电，只是在C的电荷的作用下，导体中的自由电子向B部分移动，使B部分有了多余的电子而带负电，A部分缺少了电子而带正电．A部分失去的电子数目和B部分多余电子的数目是相等的，因此无论从哪一条虚线切开，两部分的电荷量总是相等的．但由于电荷之间D的作用力与距离有关，自由电子在不同位置所受C的作用力的强弱是不同的，这样导致电子在导体上的分布不均匀．越靠近右端，负电荷密度越大；越靠近左端，正电荷密度越大．所以从不同位置切开时，导体的带电荷量的值是不同的．故只有D正确．]利用感应起电方式使物体带电的基本操作步骤可总结为：导体接触→带电体靠近→导体分离→带电体移走．1．如图所示，在感应起电现象中，带负电物体靠近带绝缘底座的导体N处时，M处将()A．带正电B．带负电C．不带电D．以上答案均有可能[由同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引可知，导体中的负电荷被排斥到M处，所以选项B正确．]B元电荷与电荷守恒定律1.对元电荷的认识(1)一个电子、一个质子或一个正电子所带的电荷量都是e，所有带电体的电荷量等于e或者是e的整数倍．(2)元电荷既不是电子，也不是质子，只是一个电荷量．因为物体的带电荷量通常较小，因此可用元电荷的整数倍方便地表示，如电子的带电荷量为－e，即表示电子的带电荷量为－1.60×10－19C.2．对电荷守恒定律的理解(1)电荷守恒定律的另一种表达：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是保持不变．如接触带电时不带电物体与带电物体接触后，电荷在两物体上重新分配，但总电荷量不变．摩擦起电实质上是电子在不同物体间的转移．(2)接触带电时，两个完全相同的导体球相互接触，则电荷量平分．若两导体球带同种电荷，会把总电荷量平分；若带异种电荷，则先中和然后再把剩余电荷量平分．【例2】甲、乙两个原来不带电荷的物体相互摩擦(没有第三者参与)，结果发现甲物体带了1.6×10－15C的电荷量(正电荷)，下列说法正确的是()A．乙物体也带了1.6×10－15C的正电荷B．甲物体失去了104个电子C．乙物体失去了104个电子D．甲、乙两物体共失去了2×104个电子[甲、乙两个物体相互摩擦，甲带1.6×10－15C的正电荷，那么由电荷守恒定律可知，乙应带1.6×10－15C的负电荷，即甲失去了104个电子，乙得到了104个电子，所以正确的选项是B.]B(1)同一物质与不同物质摩擦是失去电子还是得到电子，取决于相互摩擦的两物体的原子核对电子束缚能力的相对强弱．(2)任何起电方式都是电荷的转移，在同一隔离系统中正、负电荷的代数和不变．2．下列关于带电现象的说法正确的是()A．玻璃棒无论与什么物体摩擦都带正电，橡胶棒无论与什么物体摩擦都带负电B．相互摩擦的两个物体一定能起电C．带电现象的本质是电子的转移，物体得到电子就一定显负电性，失去电子就一定显正电性D．自然界中的电荷总量不变[玻璃棒与丝绸摩擦后会失去电子因而带正电，但玻璃棒与其他物体摩擦后不一定总是失去电子，因而不能确定其电性，同理也无法确定橡胶棒的电性，故A错；并不是任意两个物体间摩擦时都能起电，故B错；物体如果原来带正电，得到电子后，可能带正电也可能带负电还可能不带电，故C错；根据电荷守恒定律可知D正确．]D点电荷与库仑定律1.对点电荷的理解(1)点电荷是一种理想化的物理模型．如果带电体之间的距离比它们自身线度的大小大得多，以致带电体的形状和大小对它们间相互作用力的影响可以忽略不计时，带电体就可以看成点电荷．(2)两个带电的导体球，当忽略导体上的电荷由于相互作用而重新分布的影响时(即将球看成均匀的带电体)，也可看成点电荷，电荷之间的距离等于两球心之间的距离．(3)点电荷与我们在必修一中所学的质点相似，都是理想化模型，带电体能否看成点电荷是相对于具体研究的问题而言的，与带电体的实际大小没有直接关系．2．库仑定律的理解与应用(1)在理解库仑定律时，有人根据公式F＝kQ1Q2r2设想当r→0时，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．因为当r→0时两带电体已不能视为点电荷，也就不能再利用库仑定律计算两电荷间的相互作用力．(2)将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Q1、Q2的带电性质的正、负号带入公式中，只将其电荷量的绝对值代入公式中从而算出力的大小；力的方向根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引加以判别．(3)要统一国际单位，与k＝9.0×109N·m2/C2统一．(4)库仑定律给出的虽然是点电荷的静电力，但是任一带电体所带的电荷都可以看成由许多点电荷组成的，因此，如果知道带电体上的电荷分布，根据库仑定律和力的合成法则，就可以求出带电体间的静电力大小和方向．(5)如果一个点电荷同时受到另外两个或更多的点电荷的作用力，可根据静电力叠加的原理求出合力．【例3】(多选)两个半径、材料完全相同的金属小球，所带电荷量之比为1∶7，间距为r，把两球相互接触后再放回原来的位置上，则相互作用力可能为原来的()A.716B.79C.97D.167思路点拨：因为两带电小球所带电荷的电性不明，所以要分同种、异种电荷两种情况讨论．[设两小球带电荷量分别为Q、7Q，则F＝kQ1Q2r2＝7kQ2r2.若带同种电荷，将两带电小球接触后分开，放回原来的位置上，相互作用力变为F1＝16kQ2r2＝167F，故D项正确；若带异种电荷，将两带电小球接触后分开，放回原来的位置上，相互作用力变为F2＝9kQ2r2＝97F，故C项正确．]CD相同的两个带电小球接触后，异种电荷的电荷量分配与同种电荷不同，应用q1′＝q2′＝q1＋q22，要注意代入的值有“＋”“－”号．3．对于真空中静止的两个点电荷，(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________倍；(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]设两个点电荷的距离为r，电荷量分别为Q1、Q2，原来的作用力为F1，后来的作用力为F2.(1)F1＝kQ1Q2r2，F2＝k·2Q1·2Q2r2，F2F1＝4.(2)F1＝kQ1Q2r2，F2＝kQ1Q2（3r）2，F2F1＝19.(3)F1＝kQ1Q2r2，F2＝k·4Q1Q2R2，由F2＝F1得：Rr＝2.[答案](1)4(2)19(3)2当堂固双基达标1．科学家在研究原子、原子核及基本粒子时，为了方便，常常用元电荷作为电荷量的单位，关于元电荷，下列说法中不正确