1、新课标高中物理选修31,第一章 静电场,本节课的学习目标,1.知道自然界只有两种电荷.,2.知道事实表明电荷守恒.(1)知道使物体带电就是使物体中的正负电荷分离.(1)知道一个电子或质子的电荷量e叫做元电荷.,3.掌握真空中的库仑定律.(1)知道点电荷的概念.(2)知道库仑定律的文字表述.(3)会用库仑定律求解和判断点电荷间静电力的大小和方向.,初中的知识,1.初中学过自然界中有几种电荷,它们间的相互作用如何?电荷的多少用什么表示?,1.自然界只存在两种电荷,同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引.电荷的多少用电荷量来表示.,2.一般情况下物体不带电，不带电的物体内是否存在电荷?如何使物体带电?,
2、2. 不带电的物体内存在电荷,且存在等量正、负电荷,在物体内中和,对外不显电性. 用摩擦的方法可以使物体带电,用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电,用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电.,3.摩擦起电的实质是什么？,3.摩擦起电的实质是:一个物体失去一些电子而带正电,另一个物体得到这些电子而带负电.,演示,演示,一、电荷,自然界中有两种电荷（富兰克林命名）（1）正电荷： 丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷 （2）负电荷： 毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷,同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。,原子的构成,原子（中性）,原子核,核外电子,质子,中子,（正电）,（不带电）,原子核为什么稳定？,质子和中子之间有强相互作用,核力
3、,核外电子,离原子核较远的电子容易受到外界的作用而脱离原子,1、摩擦起电,演示,微观解释：电子从一个物体转移到另一个物体上。得到电子：带负电失去电子：带正电,使物体带电的方法,金属导电机理：,每个正离子都在自己的平衡位置附近振动而不移动。,2、感应起电,演示,（1）静电感应：把电荷移近不带电的导 体，可以使导体带电的现象，叫做静电感应,（2）感应起电：利用静电感应使物体带电，叫做感应起电,规律： 近端感应异种电荷， 远端感应同种电荷,使物体带电的方法,（3）静电感应微观解释：把带正电的球移近金属导体A和B时，导体上的自由电子被吸引过来，因此导体A和B带上了等量的异种电荷感应起电没有创造电荷，而
4、是使物体中的正负电荷分开，将电荷从物体的一部分转移到另一部分,3、接触带电,微观解释：电荷从一个物体转移到另一个物体,使物体带电的方法,4验电器1.swf,是否只有当带电体与导体棒的上端直接接触时，金属箔片才开始张开？解释下面将要看到的现象。,5验电器2.swf,当带电导体棒靠近验电器上端的金属球时，由于静电感应，金属球带与导体棒相反的电荷，金属箔带与导体棒相同的电荷,1、起电的本质 无论是哪种起电方式,其本质都是将正、负电荷分开,使电荷发生转移，并不是创造电荷.,二、电荷守恒定律：,2、电荷守恒定律 （物理学的基本定律之一） 表述一： 电荷既不能创造,也不能消灭,它只能从一个物体转移到另一个
5、物体,或从物体的一部分转移到另一部分,在转移的过程中，系统的电荷总数保持不变. 表述二： 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。,三、元电荷,1、电荷量：电荷的多少，简称电量。单位:库仑 C,元电荷的数值最早是由美国科学家密立根用实验测得到的 比较电荷带电的多少，要比较的是其电荷量的绝对值，绝对值大的带电多尽管电荷量有正负值（正号一般省略），要知道这里的“”、“”号不表示电荷量的大小，只代表电荷的性质（种类）一般，正电荷的电量用正值表示，负电荷的电量用负值表示,三库仑定律,例题,例1. 把两个完全相同的小球接触后分开,两球相互排斥,则两球原来的带电情况可能是( ),A,B,C
6、,D,原来的其中一个带电,两个小球原来分别带等量异种电荷,两个小球原来分别带同种电荷,两个小球原来分别带不等量异种电荷,ACD,例2.关于点电荷的概念,下列说法正确的是( ),A,B,C,D,对于任何带电球体,总可把它看作电荷全部集中在球心的点电荷,只有体积很小的带电体才能看作点电荷,体积很大的带电体一定不能看作点电荷,当两个带电体的形状对它们之间相互作用力的影响可忽略时,这两个带电体可看作点电荷,C,例题,例3. 试比较电子和质子间的静电引力和万有引力.已知电子的质量m1=9.110-31kg,质子的质量m2=1.6710-27kg,电子和质子的电荷量都是1.6010-19C.,解：电子和质
7、子的静电引力F1和万有引力F2分别是,F1=k,Q1Q2,r2,F2=G,m1m2,r2,F1,F2,=,kQ1Q2,Gm1m2,=,9.01091.6010-191.6010-19,6.6710-119.110-311.6710-27,=,2.31039,从例题可以看出：电子和质子的静电力F1是它们间万有引力F2的2.31039倍.正因如此,以后在研究带电微粒间相互作用时,经常忽略万有引力.,库仑定律和万有引力定律都遵从二次平方反比规律,人们至今还不能说明它们的这种相似性,物理学家还在继续研究.希望同学们能学有所成,以后在这方面的研究有所突破.,例题,例4. 真空中有两个点电荷，其中q1=5
8、10-3C,q2=510-2C,它们相距15cm,现引入第三个点电荷,各自放在何处才能使三个点电荷都处于平衡状态.,分析：两大夹小，两同夹异，则第3个应该带负电q并且放在q1、q2连线上的q1外侧与q1距离r。q1平衡:kqq1/r2=kq1q2/l2q2平衡:kqq2/(r+l)2=kq1q2/l2两式联解r和q,下一例题,三带电小球只在库仑力作用下都平衡的条件,1.定性分析,A,A（或C）平衡：B、C一吸一斥（能够性质中间与两端不同性质）B平衡：A、C同吸或同斥（两端同性质）,两同夹异,A（或C）合力为零：B近则B电荷小，C远则C电荷多（电荷中间小两端大）,两大夹小,2.定量分析,A平衡:
9、KQAQB/r12=KQAQC/(r1+r2)2=KQBQC/r22 C平衡消K后开方再倒数有：r1/（QAQB） 1/2 =（r1+r2）/（QAQC ）1/2 =r2/（QBQC ）1/2用比例式性质得：（r1+r2）/（QAQC ）1/2= （r1+r2）/ （QAQB） 1/2 +（QBQC ）1/2）所以： （QAQC ）1/2=（QAQB） 1/2 +（QBQC ）1/2,电荷满足（QAQC ）1/2=（QAQB） 1/2 +（QBQC ）1/2,例题,1、使一个物体带电的方式有三种，它们是 、 和 ，在这三种方式中，电荷既没有被创造，也没有被消灭，只是从一个物体转移到另一个物体，
10、或者从物体的一部分移到另一部分，而且电荷的总量不变，这个结论也被称之为 定律。2、将不带电的导体A和带有负电荷的导体B接触后，在导体A中的质子数 （ ）A增加 B减少 C不变 D先增加后减少3、在原子物理中，常用元电荷作为电量的单位，元电荷的电量为_ ；一个电子的电量为_ _ ，一个质子的电量为_ ；任何带电粒子，所带电量或者等于电子或质子的电量，或者是它们电量的_最早测出元电荷的数值的是美国物理学家 ，这位科学家还测出了电子电量和质量的比值，叫做电子的 。4、把两个完全相同的金属球A和B接触一下，再分开一段距离，发现两球之间相互排斥，则A、B两球原来的带电情况可能是 （ ） A带有等量异种电
11、荷 B带有等量同种电荷 C带有不等量异种电荷 D一个带电，另一个不带电,课堂练习,C,BCD,摩擦起电,感应起电,接触带电,电荷守恒定律,1.61019 C,1.61019 C,1.61019 C,整数倍,密立根,比荷,【例一】挂在绝缘细线下的两轻质通草球，由于电 荷的相互作用靠近或远离，如图所示，则：（ ） A 甲图中两球一定带异种电荷； B甲图中至少有一个带电； C乙图中两球一定带同种电荷； D乙图中两球可能只有一个带电。,【例二】把两个完全相同的金属球A和B接触一 下，再分开一段距离，发现两球之间相 互排斥则A、B两球原来的带电情况可能是 （） A带有等量异种电荷 B带有不等量异种电荷
12、C带有等量同种电荷 D一个带电，另一个不带电,【例三】如图所示,原来不带电的绝缘金属导体MN，在其两端下面都悬挂着金属验电箔；若使带负电的绝缘金属球A靠近导体的M端，可能看到的现象是（）,A 只有M端验电箔张开 B 只有N端验电箔张开 C 两端的验电箔都张开 D 两端的验电箔都不张开,【例四】有两个完全相同的带电绝缘金属小球 A、B，分别带有电量QA= -6.410-9C QB=-3.210-9C，让两绝缘金属小球接 触，在接触过程中，电子如何转移并转移 了多少？,【例五】有三个完全一样的绝缘金属球,A球带的电 量为q，B、C均不带电,现要使B球带的电 量为3q/8, 应该怎么办?,【例六】有
13、A、B、C三个用绝缘柱支持的 相同导体球, A带正电, B和C不带电,讨论用 什么办法能使:（1）B、C都带正电；（2）B、C带等量的异种电荷。,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量的单位，关于元电荷，下列论述正确的是：A、把质子或电子叫元电荷B、1.6010-19C的电量叫元电荷C、电子带有最小的负电荷，其电量 的绝对值叫元电荷D、质子带有最小的正电荷，其电量 的绝对值叫元电荷,B、C、D,课堂训练,2、有A、B、C三个塑料小球，A和B，B和C，C和A间都是相互吸引的，如果A带正电，则 ：AB、C球均带负电BB球带负电，C球带正电CB、C球中必有一个带负电
14、，而另 一个不带电DB、C球都不带电,C,课堂训练,3、如图所示,A、B是被绝缘支架分别架起的金属球,并相隔一定距离,其中A带正电,B不带电,则以下说法中正确的是:,A.导体B左端出现负电荷,右端出现正电荷,并且电荷量大小相等;B.若A不动,将B沿图中aa分开,则两边的电荷量 大小可能不等,与如何分有关;C.若A向B逐渐靠近,在B左端和右端的电荷量大 小始终相等并且连续变化;D.若A、B接触一下,A、B金属体所带总电荷量 保持不变.,AD,课堂训练,4、如图所示，导体棒AB靠近带正电的导体Q放置用手接触B端，移去手指再移去Q，AB带何种电荷 _ 若手的接触点改在A端，情况又如何_ 。,负电荷,
15、负电荷,5、有A、B、C三个塑料小球，A和B，B和C，C和A间都是相互吸引的，如果A带正电，则 （ ）A B、C球均带负电 B B球带负电，C球带正电C B、C球中必有一个带负电，而另一个不带电 D B、C球都不带电6、用一根跟毛皮摩擦过的硬橡胶棒，靠近不带电验电器的金属小球a（图1），然后用手指瞬间接触一下金属杆c后拿开橡胶棒，这时验电器小球A和金箔b的带电情况是 （ ）Aa带正电，b带负电Ba带负电，b带正电Ca、b均带正电Da、b均带负电Ea、b均不带电,课堂练习,C,C,7、图7中A、B是两个不带电的相同的绝缘金属球，它们靠近带正电荷的金球C在下列情况中，判断A、B两球的带电情况：（1
16、）A、B接触后分开，再移去C， 则A_，B_；（2）A、B接触，先移去C后，再把AB分开， 则A_，B_（3）A、B接触，用手指瞬间接触B后再移去C， 则A_， B_；8、某人做静电感应实验，有下列步骤及结论：把不带电的绝缘导体球甲移近带负电的绝缘导体球乙，但甲、乙两球不接触。用手指摸甲球。手指移开。移开乙球。甲球带正电。甲球不带电。下列操作过程和所得结论正确的有（ ） A. B. C. D.,课堂练习,正电,负电,不带电,不带电,负电,负电,BC,小 结,1、自然界存在两种电荷（1）正电荷：丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷 （2）负电荷：毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷2、使物体带电的方式 (1)摩擦起电：电子从一个物体转移到另一个物体(2)接触起电：电荷从一个物体转移到另一个物体(3)感应起电：电荷从物体的一部分转移到另一部分 规律：近异远同 3、电荷守恒定律：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。,小 结,1、内容：真空中两个点电荷之间相互作用的电力,跟它们的电荷量的乘积成正比,跟它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上.,2、公式：,3、适用条件： 真空 点电荷,4、点电荷：是一种理想模型.当带电体的线度比起相互作用的距离小很多时,带电体可视为点电荷.,k=9.0109Nm2/C2,
