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1、1人教版高中物理选修人教版高中物理选修 3-13-1 精品教案精品教案 库仑定律、电场强度库仑定律、电场强度(一)电荷守恒定律 1 1、电荷既不能创造，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部、电荷既不能创造，也不能消灭，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。这个结论叫做电荷守恒定律。分转移到另一部分，在转移过程中，电荷的总量保持不变。这个结论叫做电荷守恒定律。 2 2、电荷的多少叫电荷量，单位库伦，用、电荷的多少叫电荷量，单位库伦，用 C C 表示。最小的电荷叫元电荷，用表示。最小的电荷叫元电荷，用 e e
2、表示，表示， e=1.6010e=1.60101919C C。3、带电粒子的电荷量与粒子的的质量之比，111.7106ee mC/kg. 叫做该粒子的比荷。4、库仑定律真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们距离真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们距离 的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。（1）公式 221 rqqkF （2）k=9.0109Nm2/c2电荷量的单位是库仑（C） 、力的单位是牛顿（N） 、距离单位米（m）K 是静电力常量 （3）适用条件：真空中，点电荷适用条件
3、：真空中，点电荷（注意：看作点电荷的前提是带电体间的距离远大于带电（注意：看作点电荷的前提是带电体间的距离远大于带电 体的尺寸）体的尺寸） （4）微观粒子之间的万有引力远小于库仑力。 （5）两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而改变。 5、点电荷：任何带电体都有形状和大小，其上的电荷也不会集中在一点上。当带电体间的、点电荷：任何带电体都有形状和大小，其上的电荷也不会集中在一点上。当带电体间的 距离比它们自身的大小大得多，带电体的大小和形状忽略不计。这样的带电体可看作点电荷，距离比它们自身的大小大得多，带电体的大小和形状忽略不计。这样的带电体可看作点电荷， 点电荷类似于力学中的质点，它是
4、一种理想化的物理模型。点电荷类似于力学中的质点，它是一种理想化的物理模型。 （二）电场 电场强度 1、电场的基本性质：就是对放入其中的电荷有力的作用，这种力叫做电场力。 2、电场强度放入电场中某点的电荷受到的电场力放入电场中某点的电荷受到的电场力 F F 跟它的电荷量跟它的电荷量 q q 的比值，叫做该点的电场强度，的比值，叫做该点的电场强度， 简称场强。简称场强。（1）公式 FEq （2）单位 V/m 1V/m=1N/C 但但 E E 与与 F F 和和 q q 无关，无关，E E 由场源和位置决定。由场源和位置决定。（3）矢量性：规定正电荷在该点受电场力的方向为该点场强的方向。3 3、点电
5、荷电场的场强、点电荷电场的场强 2QEkr4 4、电场的叠加原理：如果有几个点电荷同时存在，它们的电场就互相叠加，形成合电场。、电场的叠加原理：如果有几个点电荷同时存在，它们的电场就互相叠加，形成合电场。 这时某点的场强等于各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。这叫做电场的叠加原这时某点的场强等于各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。这叫做电场的叠加原 理。理。5、匀强电场匀强电场 (1)(1)定义：电场中各点场强的大小相等、方向相同的电场就叫匀强电场定义：电场中各点场强的大小相等、方向相同的电场就叫匀强电场. . 典型例题：典型例题： 例1、有三个完全相同的金属小球 A、B、C，
6、其中 A、B 分别带14Q 和Q 的电量，C 不带电， A、B 球心间的距离为 r（远大于球的直径） ，相互吸引力为 F。现让 C 球先接触 A 球后，再 与 B 球接触，当把 C 球移开后，A、B 两球的作用力的大小将变为_F。2精析： A、B 可看成点电荷，2214FQKr，C 球与 A 球接触后，由电荷守恒定律知：A、C两球各带7Q 的电量；C 球再与 B 球接触后，B、C 两球各带3Q 的电量，此时 A、B 两球间的相互作用为斥力2 1 221FQKr 13:2FF 答案：3 2例2、真空中的两个点电荷 A、B 相距20cm，A 带正电 QA=4.01010C，已知 A 对 B 的吸引
7、力 F=5.4108N，则 B 在 A 处产生的场强大小为_V/m，方向_；A 在 B 处产生的 场强大小是_V/m，方向是_. 精析： A 对 B 的作用力是 A 的电场对 B 的作用力，B 对 A 的作用力是 B 的电场对 A 的作用力，由牛顿第三定律知 FBA=5.4108N，则BA BA AE135/FV mQ，方向由 A 指向 B，又由2ABQ QFkr 106.0 10BQC ，AB ABE90/BFV mQ方向由 B 指向 A. 例4、如图所示：q1、q2、q3分别表示在一条直线上的三个点电荷，已知 q1与 q2之间的距为 l1，q2与 q3之间的距为 l2，且每个电荷都处于平衡
8、状态。(1)如 q2为正电荷，则 q1为_电荷，q3为_电荷。(2)q1、q2、q3三者电荷量大小之比是：_解析：就 q2而言，q1和 q3只要带同种电荷便可能使其处于平衡状态，而对 q1和 q3，若都带 正电荷，各自均受制另外两个电荷的斥力而不能保持平衡，只有同带负电荷只有同带负电荷，q2对其为吸引 力，另外一个电荷对其为斥力，当两力大小相等时才能处于平衡状态。现再对 q1列方程有：(I1I2)211 22 11322()Kkq qq q III可得：q q2 2qq3 3=l=l1 12 2(l(l1 1l l2 2) )2 2对 q2列方程有： 2 21232 2 1Kkq qq q I
9、I可得：q q1 1qq3 3=l=l1 12 2ll2 22 2 qq1 1qq2 2qq3 3=l=l1 12 2(l(l1 1l l2 2) )2 2ll1 12 2l l2 22 2(l(l1 1l l2 2) )2 2l l2 22 2 总结：三点电荷都平衡规律，三个点电荷一定满足：(1)在同一直线上；(2)两同类一异；(3)两 大夹一小。电势能电势电势能电势和和电势差电势差1 1静电力做功的特点静电力做功的特点 结合（右图）分析试探电荷 q 在场强为 E 的均强电场中沿 不同路径从 A 运动到 B 电场力做功的情况。 q 沿直线从 A 到 B q 沿折线从 A 到 M、再从 M 到
10、 B q 沿任意曲线线 A 到 B3结果都一样即：W=qELAM =qELABcos 【结论结论】：在任何电场中，静电力移动电荷所做的功，只与始末两点的位置有关，而与：在任何电场中，静电力移动电荷所做的功，只与始末两点的位置有关，而与 电荷的运动路径无关。电荷的运动路径无关。 2 2电势能电势能 电势能：由于移动电荷时静电力做功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这电势能：由于移动电荷时静电力做功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这 种势能叫做电势能。可用种势能叫做电势能。可用 E EP P表示。表示。 静电力做的功等于电势能的减少量。写成式子为：静电力做的功等于电势能的减少量。
11、写成式子为：PBPAEEW AB注意：电场力做正功，电荷的电势能减小；电场力做负功，电荷的电势能增加 在正电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为正，负电荷在任一点具有 的电势能都为负。在负电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为负，负电在负电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为负，负电 荷在任意一点具有的电势能都为正。荷在任意一点具有的电势能都为正。 求电荷在电场中某点具有的电势能求电荷在电场中某点具有的电势能 电荷在电场中某一点电荷在电场中某一点 A A 具有的电势能具有的电势能 E EP P等于将该点电荷由等于将该点电荷由 A A 点移到电势零点电场力所点移到电
12、势零点电场力所 做的功做的功 W 的。即的。即 EP=WAB 求电荷在电场中 A、B 两点具有的电势能高低 将电荷由A 点移到B点根据电场力做功情况判断，电场力做正功，电势能减小，电荷在 A 点 电势能大于在B 点的电势能，反之电场力做负功，电势能增加，电荷在 B点的电势能小于在B 点 的电势能。 电势能零点的规定 :若要确定电荷在电场中的电势能，应先规定电场中电势能的零位 置。 零势能面的选择:通常把电荷离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大 地表面上的电势能规定为零。所以：电荷在电场中某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零电势能位置时电场所以：电荷在电场中某点的电势能，等于静
13、电力把它从该点移动到零电势能位置时电场力所有做的功。如上式若取力所有做的功。如上式若取 B B 为电势能零点，则为电势能零点，则 A A 点的电势能为：点的电势能为：ABABPAqELWE3 3电势电势 （1）定义：电荷在电场中某一点的电势能PE与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势。用表示。标量，只有大小，没有方向，但有正负。（2）公式：qEp（与试探电荷无关） （3）单位：伏特（V） 1V=1J/C（4）电势与电场线的关系：电势顺线降低。 （电场线指向电势降低的方向） （5 5）零电势位置的规定：电场中某一点的电势的数值与零电势的选择有关，即电势的）零电势位置的规定：电场中某一点的电势的数值
14、与零电势的选择有关，即电势的 数值决定于零电势的选择数值决定于零电势的选择 （大地或无穷远默认为零）（大地或无穷远默认为零）44 4、等势面的概念及特点、等势面的概念及特点 （1）等势面 电场中电势相同的各点构成的曲面叫做等势面。 （2）等势面的特点 电场线与等势面处处垂直，且总是由电势高的等势面指向电势低的等势面； 在同一等 势面上各点电势相等，所以在同一等势面上移动电荷，电场力不做功 处于静电平衡的导 体是一个等势体，导体表面是一个等势面； 导体表面的电场线与导体表面处处垂直。 （3）熟悉匀强电场、点电荷的电场、等量异种电荷的电场、等量同种点电荷的电场的等势 面的分布情况。点电荷电场中的等
15、势面，是以电荷为球心的一簇球面；等量同种点电荷电场中的等势面，是两簇对称曲面等量异种点电荷电场中的等势面，是两簇对称曲面；匀强电场中的等势面，是垂直于电场线的一簇平面.5 5、电势差：、电势差：1 1、电势差：（又叫电压）、电势差：（又叫电压）BAABU（1 1）定义：）定义：电荷q在电场力作用下由A点移到另一点B的过程中，电场力做的功WAB与电荷 量q的比值，叫A、B两点之间的电势差UAB 。（2 2）定义式：）定义式：qWUAB AB （3 3）单位：）单位：伏特 符号：V 1V=1J/C（4 4）物理意义：）物理意义：电势差的值即为电场力作用下两点间移动一库仑的正电荷电场力做的功。说明：定义式qWUAB AB中，ABW为 q 从初位置 A 移动到末位置 B 电场力做的功，ABW可为正值，也可为负值，q 为电荷所带的电量，正电荷取正值，负电荷取负值。电场中两点的电势差，由这两点本身的初、末位置决定。与在这两点间移动电荷的电电场中两点的电势差，由这两点本身的初、末位置决定。与在这两点间移动电荷的电 量、电场力做功的大小无关。量、电场力做功的大小无关。公式ABABWqU适用于任何电场。2 2、电势与电势差的比较：、电势与电势差的比较：（1 1）电势差是电场中两点间的电势的差值，）电势差是电场中两点间的电势的差值，BAABU （2 2）电场中某一点的电势
