選修3-1《靜電場》學案
第一章靜電場
一、電荷及其守恆定律
［學習目的］
1.知道各種起電方法及實質；
2.認識元電荷；
3.掌握電荷守恆定律的內容．
［要點導學］
本節重點講述了電荷守恆定律和起電方法．
1．自然界中只存在兩種電荷：同種電荷互相__________，異種電荷互相_________．
2．電子和質子帶有等量的異種電荷，電荷量e＝_____________C．實驗指出，所有帶電體的電荷量都是電荷量e的_________．所以，電荷量e稱為_________．電荷量e的數值最早是由美國物理學家______________測得的．
3．使不帶電的物體通過某種方式轉化為帶電狀態的過程叫_________．常見的起電方式有_______________、________________和________________等．例如：一個帶電的金屬球跟另一個與它完全相同的不帶電的金屬球接觸後，兩者必定帶上等量同種電荷；用毛皮摩擦過的硬橡膠棒帶______電荷，用絲綢摩擦過的玻璃棒帶_______電；不帶電的導體在靠近帶電體時，導體中的自由電荷受到帶電體的作用而重新分布，使導體的兩端出現___________電荷．
4．電荷守恆定律：電荷既不能_________，也不會__________，只能從一個物體轉移到另一個物體，或者從物體的一部分轉移到另一部分；在轉移的過程中，電荷量的總量保持不變．「電荷的總量」是指_____________．電荷守恆定律是自然界重要的基本定律之一．也常常表述為：_______________________________________，電荷的代數和保持不變．
5．原子核的正電荷數量與核外電子的負電荷的數量一樣多，所以整個原子對______________表現為電中性．電中性物體中是有電荷存在的，只是______________．
6．不同物質的微觀結構不同，核外電子的多少和運動情況也不同．在金屬中離原子核最遠的電子往往會脫離原子核的束縛而在金屬中自由活動，這種電子叫做_________．失去這種電子的原子便成為________的離子，離子都在自己的平衡位置上振動而不移動，只有自由電子穿梭其中．所以金屬導電時只有___________在移動．
［範例精析］
例1圖1-1-1所示，A、B、C是三個安裝在絕緣支架上的金屬體，其中C球帶正電，A、B兩個完全相同的枕形導體不帶電．試問：
（1）如何使A、B都帶等量正電？
（2）如何使A、B都帶等量負電？
（3）如何使A帶負電B帶等量的正電？
圖1-1-1
例2絕緣細線上端固定，下端掛一輕質小球a，a的表面鍍有鋁膜．在a的近旁有一絕緣金屬球b，開始時，a、b都不帶電，如圖1-1-2所示，現使b帶正電，則
A.b將吸引a，吸住後不放開
B.b先吸引a，接觸後又把a排斥開
C.a、b之間不發生相互作用
D.b立即把a排斥開
圖1-1-2
例3請你歸納一下，我們學習了哪些起電的方法？這些起電方法的共同特點是什麼？
例4兩個完全相同的金屬球，一個帶+6×10-8C的電量，另一個帶-2×10-8C的電量．把兩球接觸後再分開，兩球分別帶電多少？
［能力訓練］
1.關於元電荷的理解，下列說法正確的是( )
A．元電荷就是電子
B．元電荷是表示跟一個電子所帶電荷量數值相等的電荷量
C．元電荷就是質子
D．物體所帶電量只能是元電荷的整數倍
2.關於摩擦起電和感應起電的實質，下列說法中正確的是( )
A.摩擦起電現象說明機械能可以轉化為電能，也說明通過做功可以創造出電荷
B.摩擦起電說明電荷可以從一個物體轉移到另一個物體
C.感應起電說明電荷可以從物體的一部分轉移到另一個部分
D.感應起電說明電荷可以從帶電的物體轉移到原來不帶電的物體
3.如圖1-1-3所示，原來不帶電的絕緣金屬導體MN，在其兩端下面都懸掛著金屬驗電箔．若使帶負電的絕緣金屬球A靠近導體的M端，可能看到的現象是（）
A．只有M端驗電箔張開，且M端帶正電
B．只有N端驗電箔張開，且N端帶負電
C．兩端的驗電箔都張開，且左端帶負電，右端帶正電
D．兩端的驗電箔都張開，且左端帶正電，右端帶負電
４．M和N是原來都不帶電的物體，它們互相摩擦後M帶正電荷1.6×10-10C，下列判斷中正確的是（）
A．在摩擦前M和N的內部沒有任何電荷
B．摩擦的過程中電子從N轉移到了M
C．N在摩擦後一定帶負電荷1.6×10-10C
D．M在摩擦過程中失去了1.6×10-10個電子
５．如圖1-1-4，有一帶正電的驗電器，當一金屬球A靠近驗電器的小球B(不接觸)時，驗電器的金箔張角減小，則（）
A．金屬球A可能不帶電
B．金屬球A可能帶負電
C．金屬球A可能帶正電
D．金屬球A一定帶正電
6.如圖1-1-5所示，當將帶正電荷的球C移近不帶電的枕形金屬導體時，枕形導體上電荷的移動情況是()
A.枕形金屬導體上的正電荷向B端移動，負電荷不移動
B.枕形金屬導體中的負電荷向A端移動，正電荷不移動
C.枕形金屬導體中的正、負電荷同時分別向B端和A端移動
D.枕形金屬導體中的正、負電荷同時分別向A端和B端移動
7．多少個電子的電荷量等於-32.0 μC？（1μC=10-6C）
8.物理實驗室有兩個完全相同的金屬球，一個帶+3q的電量，另一個帶-9q的電量．把兩球接觸後再分開，兩球分別帶電多少？
二、庫侖定律（上）
［學習目的］
1.知道點電荷的概念;
2.掌握庫侖定律，並理解真空中的庫侖定律．
［要點導學］
對應課本例1完
1．電荷間的相互作用力大小與兩個因素有關： 一是與____________有關， 二是與__________有關．
2．當帶電體之間的__________比它們自身的大小大得多時，帶電體的形狀和體積對相互作用力的影響可以忽略不計，這時的帶電體可以看作_________．
3．庫侖定律：真空中兩個________________間相互作用的靜電力跟它們的_____________成正比，跟它們的______________成反比，作用力的方向在____________上．公式：F= _______，式中k叫做__________．如果公式中的各個物理量都採用國際單位，即電量的單位用_______，力的單位用_______，距離的單位用_______，則由實驗得出k=9×109_______．使用上述公式時，電荷量Q1、Q2一般用絕對值代入計算．如果其它條件不變，讓兩點電荷在介質中，其作用力將比它們在真空中的作用力小．
4．庫侖做實驗用的裝置叫做_______________．
5．庫侖定律雖然只給出了點電荷之間的靜電力公式，但是任一帶電體都有可以看作是由許許多多點電荷組成的．只要知道了帶電體上的電荷分布情況，根據___________和_______________，就可以求出任意帶電體之間的靜電力．
［範例精析］
例1兩個完全相同的金屬小球A、B，A球帶電量為＋5.0×10－9C，B球帶電量為－7.0×10－9C，兩球相距1ｍ．問：它們之間的庫侖力有多大？若把它們接觸後放回原處，它們之間的相互作用力為多大？
例2從庫侖定律的公式F=KQ1Q2/r2看出，當兩個電荷間的距離趨近於零時，兩電荷間的作用力將變為無限大，這種說法正確嗎？為什麼？
［能力訓練］
1．關於點電荷的說法，正確的是（）
A．只有體積很小的帶電體才能看作點電荷
B．體積很大的帶電體一定不能看成點電荷
C．當兩個帶電體的大小及形狀對它們之間的相互作用力的影響可忽略時，這兩個帶電體可看作點電荷
D．一切帶電體都可以看成是點電荷
2、真空中有兩個點電荷，它們之間的靜電力為F，如果保持它們所帶的電量不變，將它們之間的距離增大到原來的3倍，它們之間作用力的大小等於（）
A.F
B.3F
C.F/3
D.F/9
3.A、B兩點電荷間的距離恆定，當其他電荷移到A、B附近時，A、B間相互作用的庫侖力將()
A.可能變大
B.可能變小
C.一定不變
D.無法確定
4. 真空中兩個相同的金屬小球A和B，帶電荷量分別為QA=2×10-8C和QB=4×10-8C，相互作用力為F.若將兩球接觸後再放回原處，則它們之間的作用力將變為()
A.9F/8
B.F
C.7F/8
D.2F/3
5.在涑北中學高二年級組辦公室有A、B、C三個塑料小球，A和B、B和C、C和A之間都是相互吸引的，如果A帶正電，則()
A.B和C兩球均帶負電
B.B球帶負電，C球帶正電
C.B和C兩球中必有一個帶負電，而另一個不帶電
D.B和C兩球都不帶電
6.關於庫侖定律的公式F=KQ1Q2/r2，下列說法中正確的是()
A.當真空中兩個電荷間距離r∞時，它們間的靜電力F
B.當真空中兩個電荷間距離r時，它們間的靜電力F∞
C.當兩個電荷間的距離r∞時，庫侖定律的公式就不適用了
D.當兩個電荷間的距離r時，電荷不能看成是點電荷，庫侖定律的公式就不適用了
7.要使真空中的兩個點電荷間的庫侖力增大到原來的4倍，下列方法中可行的是
A.每個點電荷的帶電荷量都增大到原來的2倍，電荷間的距離不變
B.保持點電荷的帶電荷量不變，使兩個點電荷間的距離增大到原來的2倍
C.使一個點電荷的帶電荷量加倍，另一個點電荷電荷量保持不變，同時將兩點電荷間的距離減小為原來的1/2
D.保持點電荷的帶電荷量不變，將兩點電荷間的距離減小為原來的1/2
8.兩個大小相同、可看成是點電荷的金屬小球a和b，分別帶有等量異種電荷，被固定在絕緣水平面上，這時兩球間靜電引力的大小為F.現用一個不帶電、同樣大小的絕緣金屬小球C先與a球接觸，再與b球接觸後移去，則a、b兩球間靜電力大小變為()
A.F/2
B.3F/8
C.F/4
D.F/8
9.物理教研組有三個完全相同的金屬小球A、B、C，其中，A球帶電荷量為7Q，B球帶電荷量為-Q，C球不帶電.將A和B固定起來，然後讓C球反覆與A球和B球接觸，最後移去C球，求A和B間的相互作用力將變為原來的多少倍．
二、庫侖定律（下）
［學習目的］
會用庫侖定律進行有關的計算．
［要點導學］
1、應用庫侖定律時應注意的問題
首先應注意庫侖定律的適用條件．公式F=KQ1Q2/r2僅適用於________中（空氣中近似成立）的兩個______________間的相互作用．
其次，應注意將計算庫侖力的大小與判斷庫侖力的方向二者分別進行，即應用公式計算庫侖力的大小時，不必將表示電荷Q1、Q2帶電性質的______、_____號代入公式中，只將其電量的絕對值代入，先計算出力的大小，再根據同種電荷相互排斥、異種電荷相互吸引來判斷庫侖力的方向，這樣可以避免將表示帶電性質的符號代入公式中一起運算，根據運算結果是正或負號來判定方向而帶來的麻煩和可能出現的錯誤．
最後，應注意統一單位，因為靜電力常量k=9.0×109N·m2/c2是國際單位制中的單位．
2、靜電力也是一種「性質力」，同樣具有力的共性．不能認為兩個電量不同的點電荷相互作用時，一定是電量大的受靜電力大（或小）．實際上，兩個點電荷之間的相互作用力遵守牛頓__________定律——大小相等、方向相反，並且一條直線上；如果一點電荷同時受到另外兩個點電荷的作用力，這兩個力遵循力的合成法則，根據__________定則，可求出這個點電荷受到的合力．
［範例精析］
例1相距L的點電荷A、B的帶電量分別為+4Q和-Q，要引入第三個點電荷C，使三個點電荷都處於平衡狀態，求電荷C的電量和放置的位置．
例2如圖1-2-2所示，一個掛在絲線下端的帶正電的小球B，靜止在圖示位置；若固定的帶正電的小球A電荷量為Q，B球的質量為m，帶電荷量q，θ=30°，A和B在同一水平線上，整個裝置處於真空中，求A、B兩球之間的距離為多少?
拓展如果本題的小球B帶負電荷q,絲線與豎直方向的夾角還是30°嗎？
［能力訓練］
1、關於點電荷的說法中正確的是（）
A、真正的點電荷是不存在
B、點電荷是一種理想化的物理模型
C、小的帶電體就是點電荷
D、形狀和大小對所研究的問題的影響可以忽略不計的帶電體
2．物理實驗室有兩個放在絕緣架上的相同金屬球，相距為d，的兩球的半徑比d小得多，分別帶q和3q的電荷，相互斥力為3F，現將這兩個金屬球接觸，然後分開，仍放回原處，則它們的相互斥力將變為（）
A．
B．F
C．3F
D．4F
3．如圖1-2-4所示，質量分別是m1和m2帶電量分別為q1和q2的小球，用長度不等的輕絲線懸掛起來，兩絲線與豎直方向的夾角分別是α和β（α＞β），兩小球恰在同一水平線上，那麼（）
A．兩球一定帶異種電荷
B．q1一定大於q2
C．m1一定小於m2
D．m1所受庫侖力一定大於m2所受的庫侖力
4．兩點電荷A、B帶電量qA＞qB，在真空中相距為L，現將檢驗電荷q置於某一位置時所受庫侖力恰好為零，則此位置當A、B為：
A．同種電荷時，在A、B連線上靠近B一側
B．同種電荷時，在A、B連線上靠近A一側
C．異種電荷時，在BA連線的延長線上靠近A一側
D．異種電荷時，在AB連線的延長線上靠近B一側
5．真空中有甲、乙兩個點電荷相距為r，它們間的靜電引力為F.若甲的電荷量變為原來的2倍，乙的電荷量變為原來的1/3，它們間的距離變為2r，則它們之間的靜電引力將變為()
A.3F/8
B.F/6
C.8F/3
D.2F/3
6. 兩個相同的金屬小球，帶電荷量之比為1:7，相距為r，兩者相互接觸後再放回原來的位置上，則它們間的庫侖力可能為原來的()
A.4/7
B.3/7
C.9/7
D.16/7
7.如圖1-2-5，兩根細線拴著兩個質量相同的小球A、B，上、下兩根細線中的拉力分別是TA、TB，現在使A、B帶同種電荷，此時上、下細線受力分別為TA′、TB′，則()
A.TA′=TA，TB′>TB
B.TA′=TA，TB′
C.TA′TB
D.TA′>TA，TB′
8.真空中兩個同種點電荷Q1和Q2，它們相距較近，使它們保持靜止狀態今釋放Q2，且Q2隻在Q1的庫侖力作用下運動，則在Q2運動過程中速度和加速度的變化情況是( )
A.速度不斷變大，加速度不斷變大B.速度不斷變大，加速度不斷變小
C.速度不斷變小，加速度不斷變大D.速度不斷變小，加速度不斷變小
9.如圖1-2-6所示，A、B是帶等量同種電荷的小球，A固定在豎直放置的10cm長的絕緣支杆上，B平衡於絕緣的傾角為30°的光滑斜面上時，恰與A等高，若B的質量為30g，則B帶電荷量是多少?(g取10m/s2)
TAG:中學物理同步學習 |