1、1.1 电荷 库仑定律一、要 点：摩擦起电不是创造了电荷，只是使正负电荷分开，电荷守恒定律, 知道元电荷、点电荷、静电力常量，掌握库仑定律含义、公式表达能用库仑定律的公式进行有关的计算考试要求：高考（两种电荷，电荷守恒） ，（真空中的库仑定律，电荷量）二、电荷 电荷守恒【问】自然界存在的两种电荷？它们之间存在的相互作用力是怎样的？什么是电荷量？摩擦起电的实质？分析：自然界存在的两种电荷：正电荷和负电荷；同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引；电荷的多少叫做电荷量；丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷，毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷。摩擦起电的实质：不是创造了电荷，而是电子转移。使物体中的正负电荷分开，并使电子从
2、一个物体转移到另一个物体。感应起电的实质：是使物体中的正负电荷分开，电荷从物体的一部分转移到另一部分。分析：根据同种电荷互相排斥，异种电荷相互吸引，我们也可以知道 A 带正电，B 带负电，实验发现 A、B 所带电量相等。因为重新接触后，A、B 又不带电了。 结论：把电荷移近不带电的导体，可以使导体带电，这种现象叫做静电感应。【问】比较摩擦起电和静电感应的区别？分析：不同点：摩擦起电是电子从一个物体转移到另一个物体感应起电是电子从物体的一部分转移到另一部分。共同点：都使物体带等量的异种电荷。结论：电荷守恒定律（可转移但电量不变）上述起电的中和过程；物质（电子）不灭。 。2元电荷元电荷是电荷量最小
3、的单位，即一个电子或一个质子所带的电量元电荷量： e1.610 -19C 任何一个物体所带电量只能是它的整数倍；1 库6.2510 18 个电子电子的电荷量和电子质量 m 的比叫荷质比： kgCe/1076.109.63三、库仑定律分析：定性地表明：相互之间地作用力与两电荷间的距离和电荷量有关首先定量研究电荷之间的相互作用力地是法国的科学家库仑，阅读材料中介绍他用精确（扭秤）实验发现了这种规律。库仑定律 FkQ 1Q2/r2 条件：真空，点电荷1.静电力：两个带电体之间的作用力通常叫做静电力或库仑力（遵守牛顿第三定律）2.体会什么是点电荷？只关心电荷的电量，不考虑带电体的体积大小类似质点（理想
4、模型）3静电力恒量 k910 9 牛米 2/库 2 库仑定律和万有引力定律都遵从二次方反比规律，人 们 至今还不能说明这两个定律为什么如此相似。它们有没有内在的 联系，会不会是某一种力的不同的表现形式呢？物理学家还在致力于这方面的研究。单 位：国际单位制电荷量：计算时取绝对值，、用来判断方向相互性：作用力和反作用力适用性：真空中、点电荷、静止电荷间、静止和运动电荷间例：课本 P119 例，比较电子质子间的静电力和万有引力 39273119921 10.6.0.67. )(GMmkQqF【问】这个巨大的数值说明：在计算带电粒子间的相互作用力时，万有引力时可以不计的。【问】为什么地月之间计算万有引
5、力而不计算静电力呢？地球、月球几乎为中性的小结：通过本节课的学习。主要了解了以下几个方面：1. 使物体带电的实质：不是创造了电荷，而是使物体的正、负电荷分开2.电荷守恒定律3. 库仑定律：a.使用条件：真空，点电荷b.大小：FkQ 1Q2/r2c.方向：同种相斥，异种相吸练习题1.小球带的电量大小可能是下列数值吗？A.3.210-20c B.1.610-19c C. 2.410-19c D.1.1210-18c E. 8.0102c2.判断下列说法是否正确A只有体积很小的带电体，才能作为点电荷B体积很大的带电体一定不能看作点电荷C点电荷一定是电量很小的电荷3.关于库仑定律公式说法正确的是: A
6、.当两电荷的距离无穷远时, 库仑力为零B.当两电荷的距离趋于零时,库仑力为无穷大C.当两电荷的电量均增大为原来的 2 倍,距离不变,库仑力为原来的 2 倍D.当两电荷的电量均增大为原来的 2 倍,距离变为原来的 2 倍,库仑力不变1.4 电容器一、电容器1、作用：电容器就是容纳电荷的容器。展示各种电容器，虽然各种电容器形态各异，但是基本结构都是：2、构造：由两个相互靠近、彼此绝缘的导体组成这两个导体称为电容器的两极中间彼此绝缘的物质叫电介质（空气也是电介质）例：平行板电容器（两块正对而又相距很近的金属板）充电：使电容器的两个极板带上等量异种电荷的过程叫充电。充电过程是建立电场、储存电场能的过程
7、。放电：使电容器两极板上的电荷中和的过程叫放电。 放电过程是电场消失、电场能转化为其他能的过程。闪光灯闪光原理就包含这两个过程（充电和放电）问题：电容器是用来存储电荷的，而不同的电容器容纳电荷的本领是不同的，那么如何表示电容器容纳电荷的本领呢？二、电容1、 电容的物理意义：电容是表示电 容器容纳电荷本领的物理量来源:学科网 ZXXK 与水容器类比后得出。说明：对于给定电容器，相当于给定柱形水容器，C（类比于横截面积）不变。在 C 一定情况下，Q=CU， Q 正比于 U。实验发现，对于同一个电容器，给他的两极板间装上的电荷量越大，两极板间电压就越大，但是其比值是一个定值，我们就把它定义为电容器的
8、电容。2、 定义：电容器所带的电量 Q 与电容器两极板间的电势差 U 的比值，叫做电容器的电容。3、公式：4、单位： 法拉（F）还有微法（ F）和皮法（pF ） 1F=10-6 F=1 0-12pF注意：是由电容器本身的性质（由导体大小、形状、相对位置及电介质）决定的,与电容器是不是带电无关。类比 电阻、电场强度、电势差的定义例题：将一个平行板电容器的两极板分别接在电压是 6v 的电池组正负极，跟电池组负极相连的极板带电量是-910 -8C ，则电容器的带电量为？电容器的电容为？若将此电容器两极板节电压为 3V 电源，电容器的电容为？此时其带电量为多少？指出电容器所带电荷量：每个极板所带电荷量
9、的绝对值.实验探究1）改变极板间的距离 d现象：d 减小，偏角减小（U 减小） 增大UQC结论：C 与 d 有关UC2）改变平行板的正对面积 S现象：S 减小，偏角增大（U 增大） 减小UQC结论：C 与 S 有关3）两极板间插入绝缘介质（保持 Q，S ，d 不变）现象：插入电介质，偏角减小， 增大结论：C 与电介质有关2、平行板电容器电容的决定式： 其中， （1）k 静电力常量 （2）d 板间距离（3）S 两极板正对面积 （4） 介电常数（描述两导体间绝缘介质特性）例题：下列哪些措施可以使电介质为空气的平行板电容器的电容变大A使两极板靠近些B增大两极板的正对面积C把两极板的距离拉开些D在两极
10、板间放入云母四、电容器性能的主要指标:1 、电容量 2、耐压能力小结：电容器由两片导体为极板，中间隔以电介质构成。电容 C 是描述电容器容纳电荷本领的物理量。定义式 适用于任何电容器，C 与 Q，U 无关UQ决定式 只适用于平行板电容器，反映 C 的决定因素1.5 电源和电流1电源：先分析课本图 2.1-1 说明该装置只能产生瞬间电流（从电势差入手）【问题】如何使电路中有持续电流？ 类比：（把电源的作用与抽水机进行类比）如图 21，水池 A、B 的水面有一定的高度差，若在 A、B 之间用一细管连起来，则水在重力的作用下定向运动，从水池 A 运动到水池B。A、B 之间的高度差很快消失，在这种情况
11、下，水管中只可能有一个瞬时水流。图 2-1kSCkdS4A 池B 池R抽水机提问：怎拦才能使水管中有源源不断的电流呢?回答：可在 A、B 之间连接一台抽水机，将水池 B 中的水抽到水池 A 中，这样可保持A、B 之间的高度差，从而使水管中有源源不断的水流。归纳： 电源就是把自由电子从正极搬迁到负极的装置。 （从能量的角度看，电源是一种能够不断地把其他形式的能量转变为电能的装置）种类有干电池、蓄电池、发电机等。3电流（标量）（1）电流的形成概念：电荷的定向移动形成电流。（2）形成电流的必要条件： 要有能自由移动的电荷-自由电荷在导体中存在着大量的能自由移动的电荷。如金属导体中的自由电子、电解液中
12、的正负离子等。通常按物质电性能不同分为导体、半导体、绝缘体，其本质区别是它们单位体积内含有自由电荷的多少以及是否含有可自由移动的电荷。导体两端必须有电压自由电荷只有定向移动才能形成电流，要使自由电荷定向移动，需给自由电荷施加驱使它做定向移动的作用力，这个作用力可以由电场施加。将导体的两端加上一定的电压（通过电源实现） ，导体中的自由电荷在电场力的作用下定向移动，形成电流，所以形成电流还应满足导体两端存在电压。（3）电流的方向：规定为正电荷定向移动的方向。是人为规定的，和负电荷定向移动的方向相反。在外电路中，电流由高电势流向低电势；在内电路中，电流由低电势流向高电势。（4）电流的强弱的描述定义：
13、通过导体横截面的电量跟通过这些电量所用的时间的比值。它是描述电流的强弱的物理量，用 I 来表示。定义式： tq电流的微观表示：取一段粗细均匀的导体，两端加一定的电压，设导体中的自由电子沿导体定向移动的速率为 v。设想在导体中取两个横截面 B 和 C，横截面积为 S，导体中每单位体积中的自由电荷数为 n，每个自由电荷带的电量为 q，则 t 时间内通过横截面 C 的电量 Q 是多少？电流 I 为多少？归纳：Q=nV=nvtSq I=Q/t=nvqS 这就是电流的微观表示式。从微观上看，电流决定于导体中的自由电荷密度、电量定向移动速度、导体的横截面积有关。（4）单位：安培（A） ， sCA/1Am6
14、310（5）电流的种类 直流电：方向不随时间而改变的电流。直流电分为恒定电流和脉动直流电两类：其中大小和方向都不随时间而改变的电流叫恒定电流；方向不随时间改变而大小随时间改变的-A BL 4L质子源v1 v2电流叫脉动直流电。 交流电：方向和大小都随时间做周期变化的电流。(6)例题解析【例 1】关于电流的方向，下列叙述中正确的是_A金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向B在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，电流方向不能确定C不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向D电流的方向有时与正电荷定向移动方向相同，有时与负电荷定向移动方向相同电流是有方向的，电流的方向是人为规定的。物
15、理上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，则负电荷定向移动的方向一定与电流的方向相反。【例 2】某电解质溶液，如果在 1 s 内共有 5.01018 个二价正离子和 1.01019 个一价负离子通过某横截面，那么通过电解质溶液的电流强度是多大？【例 3】氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为 R 的圆轨道上做匀速圆周运动。已知电子的电荷量为 e，运动速率为 v，求电子绕核运动的等效电流多大？课堂练习：1在电解液中，4.0s 内沿相反方向通过某截面的正、负离子（都是一价的离子）数目均为21019 个，求电解液中的电流大小。2设氢原子中的电子在半径为 r 的轨道上作圆周运动，电子的质量为
16、 m，电子的电量为e，静电引力恒量为 k，试求等效电流的电流。3来自质子源的质子（初速度为零） ，经一加速电压为 800kV 的直线加速器加速，形成电流为 1mA 的细柱形质子流。已知质子电荷 e=1.6010-19C。这束质子流每秒打到靶上的质子数为_。如图所示,假定分布在质子源到靶之间的加速电场是均匀的，在质子束中与质子源相距 L 和 4L 的两处，各取一段极短的相等长度的质子流，其中的质子数分别为 n1 和 n2，则 n1n 2=_。例 1：C 2.解析：设在 t=1 s 内，通过某横截面的二价正离子数为 n1，一价离子数为 n2，元电荷的电荷量为 e，则 t 时间内通过该横截面的电荷量
17、为 q=（2n 1+n2）e3.解析：取电子运动轨道上任一截面，在电子运动一周的时间 T 内，通过这个截面的电量 q=e，由圆周运动的知识有：T= 根据电流的定义式得：I=vR2Revtq2电流强度为 I= = = 1.610-19A=3.2 Atqten)(2110.0.5198课堂练习答案：1. 1.6A 2. 3. 2:1.6 电流的热效应一.概念：电流流过导体时，导体就要发热，这种现象叫做电流的热效应。二电能转换的热能与哪些因素有关：I(电流) 、R (电阻) 、t (时间)1.热量与电阻的关系：在电流、通电时间相同时，阻值大的电阻产生的热量多。2.热量与电流的关系：在电阻、通电时间相
18、同时，电流大的电阻产生的热量多。3.热量与时间的关系：在电阻、电流相同时，通电时间长的电阻产生的热量多。3、焦耳定律电流流过导体时产生的热量，跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比 。1、数学表达式：Q=I 2Rt 重点一（普遍适用）单位：I 安 R欧 t秒 Q焦2、电流产生热量的其它表达式：只适用于纯电阻电路,(电能全部转化为内能) 的情况（1）Q=UIt （2）Q=U 2/R*t四、电热与电功的关系（重点二）区别：（表达式）电热： Q=I2Rt ； 电功：Q=UIt 联系：在纯电阻电路中，电功和电热在数值上相等五、热功率 概念：电热器在单位时间内产生的热能。定义式：P=Q/t=I 2R【例题 1】：某一电热器电阻丝的电阻是 2 欧，当 1 安的电流通过时，1 分钟产生的热量是多少焦？ 【例题 2】：一台电动机正常工作时线圈两端的电压为 380 伏，线圈的电阻为 2 欧,线圈中的电流为 10 安,若这台电动机正常工作 1 秒钟，求：1 ）消耗的电能 W。 2 ）产生的热量 Q。 1.解：Q= I2Rt=(1A)2 2 60s =120J2. 解：1 ） WUIt 380101J 3800J2 ） QI2Rt 10 10 2 1J 200J
