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1、选修 3 1 第 六 章 静电场 第 1 课时 库仑定律 电场强度 考纲展示 复习目标 1. 物质的电结构、电荷守恒 .( ) 2. 静电现象的解释 .( ) 3. 点电荷 .( ) 4. 库仑定律 .( ) 5. 静电场 .( ) 6. 电场强度、点电荷的场强 .( ) 7. 电场线 .( ) 1. 理解电荷守恒定律的内容 , 掌握库仑定律并能运用该定律进行计算 2. 理解电场强度的概念 , 理解场强的三个表达式的意义并能进行相关计算 3. 了解几种常见电场的电场线分布 , 会用电场线分析问题 基础预习通关 要点探究冲关 随堂自测过关 一、电荷及电荷守恒定律 1. 电荷 (1) 种类 自然界
2、中的电荷有两种 , 分别是正电荷和负电荷 . (2) 性质 同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引 . (3) 电荷量 概念 : 电荷的多少 . 单位 : 在国际单位制中 , 电荷量的单位是库仑 , 符号是 C. 基础预习通关 自主梳理思考探究 2. 电荷守恒定律 (1) 内容 电荷既不会创生 , 也不会消灭 , 它只能从一个物体 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 . (2) 物体的带电方式 感应起电接触带电摩擦起电 循电荷守恒电子转移，电荷重新分二、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 , 与它们的
3、电荷量的乘积成正比 , 与它们的距离的 二次方 成反比 , 作用力的方向在它们的连线上 . 2. 公式 F=式子中的 k 叫做静电力常量 , 109N 2. 3. 适用条件 真空 ; 点电荷 . 三、区分几种电荷 1. 元电荷 最小的电荷量称为元电荷 , 用 e 表示 ,e =1. 6 0 10- 19C,所有带电体的电荷量都是 e 的整数倍 . 2. 点电荷 形状和大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可忽略的带电体 , 是一种理想化模型 . 3. 场源电荷 产生电场的电荷 . 4. 试探电荷 ( 检验电荷 ) 研究电场的基本方法之一是放入一带电荷量很小的点电荷 , 分析其受力情况和能量
4、情况 , 这样的电荷称为试探电荷 ( 或检验电荷 ). 四、电场、电场强度 1. 电场 (1) 定义 存在于电荷周围 , 能传递电荷间相互作用的一种特殊物质 . (2) 基本性质 对放入其中的电荷有力的作用 . 2. 电场强度 (1) 定义 电场中某点的电荷所受到的静电力 F 跟它的电荷量 (2) 定义式 E= (3) 单位符号 N/C 或 V/ m. (4) 矢量性 规定正电荷在电场中某点所受静电力的方向为该点电场强度的方向 . 3. 点电荷场强的计算式 (1) 公式 设在场源点电荷 Q 形成的电场中 , 与 Q 相距 r 点的场强 E= (2) 适用条件 真空中的点电荷形成的电场 . 4.
5、 匀强电场 各点场强的大小和方向都相同的电场 . 五、电场线 1. 电场线及其基本特点 电场线 (1) 电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线 , 曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向 , 曲线的疏密表示电场 的强弱 (2) 电场线不是实际存在的线 , 而是为了形象地描述电场假想的曲线 电场线 的特点 (1) 在静电场中 , 电场线起始于正电荷 ( 或无限远 ),终止于无限远 ( 或负电荷 ), 不形成闭合曲线 (2) 任意两条电场线不相交 (3) 电场线越密的地方 , 场强越大 ; 电场线越疏的地方 , 场强越小 2. 常见电场的电场线分布 (1) 孤立点电荷电场的电场线比较 电场 电
6、场线图样 简要描述 正点 电荷 发散状 负点 电荷 会聚状 距电荷距离相等的点的电场强度大小相等 , 方向不相同 (2) 两等量点电荷的电场线比较 比较 等量异种点电荷 等量同种 ( 正 ) 点电荷 电场线分布图 连线中点 O 处的场强 连线上最小 , 指向负电荷一方 为零 连线上的场强 沿连线先变小 , 再变大 沿连线先变小 , 再变大 沿中垂线由 O 点向外场强 O 点最大 , 向外逐渐减小 O 点最小 , 向外先变大后变小 关于 O 点对称的 A 与 A 、 的场强特点 等大同向 等大反向 (3) 匀强电场的电场线 电场线图样 简要描述 互相平行、等间距、同向的带箭头直线 思考探究 1:
7、 当计算两个带电金属球之间的静电力时 , 两个电荷之间的距离一定等于两球心之间的距离吗 ? 答案 : (1) 当两个小球之间的距离远大于小球的直径时 , 可把金属球看做点电荷 , 两电荷之间的距离等于两球心之间的距离 . (2) 当两小球之间的距离与小球的直径差别不大时 , 不能把小球当成点电荷 , 同种电荷时 , 实际距离将大于两球心之间的距离 ; 异种电荷时 , 实际距离将小于两球心之间的距离 . 思考探究 2: 在理解库仑定律时 , 有人根据公式 F =设想当r 0 时得出 F 的结论 , 请分析这个结论是否正确 . 答案 : 这一结论是错误的 . 错误的原因是 : 当 r 0 时两电荷
8、已失 去了作为点电荷的前提条件 , 何况实际电荷都有一定大小 , 根本不会出现 r=0 的情况 , 也就是说当 r 0 时 , 已不能再利用库仑定律计算两电荷间的相互作用力 . 要点一 对两个定律的理解与应用 1. 电荷守恒定律 (1) 对定律的理解 另一种表述 : 一个与外界没有电荷交换的系统 , 电荷的代数和保持不变 . 适用范围 : 电荷守恒定律是自然界的普遍规律 , 既适用于宏观系统 ,也适用于微观系统 . 电荷量的实质 : 物体得到电子带负电 , 失去电子带正电 . 物体带何种电性 , 是指物体的净电荷是正还是负 , 净 电荷的多少叫做电荷量 . 要点探究 冲关 自我解答 合作探究
9、(2) 在接触起电中的应用 两个完全相同的导体球相互接触后的电荷分配情况 : 若带电导体球和不带电导体球接触 , 则电荷平分 ; 若两个带电导体球带同种电荷 , 则总电荷平分 ; 若两个带电导体球带异种电荷 , 则先中和再平分 . 2. 库仑定律 (1) 对定律的理解 公式 F=221q 1 、 q 2 为点电荷 ,r 是指两点电荷之间的距离 , 如果两带电体不能看做点电荷 , 则需要具体讨论 . 库仑定律公式 , 只适用于求真空中的两点电荷间的相互作用 也可近似应用 . 一般计算库仑力时 , 将电荷量 q 1 、 q 2 的绝对值代入公式计算作用力的大小 , 而力 F 的方向再根据同种电荷相
10、互排斥 , 异种电荷相互吸引进行判定 . (2) 三个自由点电荷的平衡问题 条件 : 两个点电荷在第三个点电荷处的合电场强度为零 , 或每个点电荷受到的两个库仑力必须大小相等 , 方向相反 . 规律 : “三点共线” 三个点电荷分布在同一条直线上 ; “两同夹异” 正负电荷相互间隔 ; “两大夹小” 中间电荷的电荷量最小 ; “近小远大” 中间电荷靠近电荷量较小的电荷 . 【例 1 】 (2013 北京东城区模拟 )一根放在水平面内的光滑玻璃管绝缘性良好 , 内部有两个完全相同的弹性金属小球 A 和 B, 带电荷量分别为 +9Q 和 - Q, 两小球从图示位置由静止释放 , 那么 , 两小球再
11、次经过图中原静止释放位置时 ,A 球的瞬时加速度为释放时的 ( ) 思路探究 : (1) 可先求何时的加速度 ? 答 : 先求释放时的 瞬时加速度 . (2) 释放后两球接触电荷如何分配 ? 答 : 释放后两球接触电荷中和后均分 . (3) 然后再求解何时的加速度 ? 答 : 再求回到释放位置时的瞬时加速度 . 解析 : 设图示位置时两小球之间的距离为 r, 质量均为 m, 则释放时两小球之间静电力大小为 F=9 由牛顿第二定律可得释放时 A 球的瞬时加速度为 a=29释放后两小球接触电荷中和后均分 , 每个小球带电荷量为 +4Q, 两小球再次经过图中原静止释放位置时 , 两小球之间静电力大小
12、为F=16 球的瞬时加速度为 a=2216即 A 球的瞬时加速度为释放时的=916倍 , 正确选项为 A . 答案 :A 针对训练 1 1: 用金属做成一个不带电的圆环 , 放在干燥的绝缘桌面上 . 小明同学用绝缘材料做的笔套与头发摩擦后 , 将笔套自上向下慢慢靠近圆环 , 当距离约为 对上述现象的判断与分析 , 下列说法正确的是 ( ) A. 摩擦使笔套带电 B. 笔套靠近圆环时 , 圆环上、下都感应出异号电荷 C. 圆环被吸引到笔套的过程中 , 圆环所受静电力的合力大于圆环的重力 D. 笔套碰到圆环后 , 笔套所带的电荷立刻被全部中和 解析 : 摩擦使笔套带电 , 笔套靠近圆环时 ,圆环上
13、、下 都感应出异号电荷 , 圆环被吸引到笔套的过程中 , 圆环所受静电力的合力大于圆环的重力 , 选项 A 、 B 、 C 正确 ; 笔套碰到圆环后 , 笔套所带的电荷部分运动到金属圆环上 , 如果笔套所带的电荷立刻全部 中和 , 则圆环就会立刻落下 , 这与圆环被吸住的事实不符 , 选项 D 错误 . 答案 : 要点二 对电场线的理解 问题探究 1. 电场线有哪些特点 ? 解答 : (1) 不闭合 : 静电场的电场线起始于正电荷( 或无穷远处 ), 终止于无穷远处 ( 或负电荷 ), 即电场线不能形成闭合曲线 . (2) 不中断、不相交 : 在没有电荷的空间 , 电场线不中断 , 两条电场线
14、也不能相交 . 2. 电场线与电荷在电场中的运动轨迹是否一定重合 ?如果不是 , 请说明满足什么条件两者才重合 ? 解答 : 不一定重合 , 不能认为电场线就是带电粒子在电场中的运动轨迹 . 只有满足以下三个条件时 , 两者才重合 , (1) 电场线为直线 ; (2) 电荷初速度为零或初速度平行于电场线 ; (3) 电荷仅受静电力或所受合力的方向与电场线平行 . 3. 应用电场线可解决哪些问题 ? 解答 : (1) 根据给出的电场线 , 分析推断电势和电场强度的变化情况 . (2) 根据给定一簇电场线和带电粒子的运动轨迹 , 分析推断带电粒子的性质、受力、能量变化等 . 【例 2 】 如图所示 , 图中实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线 , 虚线是某带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹 ,a 、 b 是轨迹上的两点 , 若带电粒子在运动过程中只受到静电力作用 , 根据此图可以作出的正确判断是 ( ) A. 带电粒子所带电荷的正、负 B. 带电粒子在 a 、 b 两点的受力方向 C. 带电粒子在 a 、 b 两点的加速度何处较大 D. 带电粒子在 a 、 b 两点的速度何处较大 思路探究 : (1) 可根据什么判断静电力方向 ? 答 : 由轨
