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1、静电现象和元电荷静电现象和元电荷 知识要点梳理知识要点梳理 1 1、自然界中存在两种电荷、自然界中存在两种电荷 （1）自然界中存在两种电荷正电荷和负电荷。 我们把用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷称为正电荷，用正数表示；把用毛皮摩擦过 的硬橡胶棒所带的电荷称为负电荷，用负数表示。 （2）电荷及其相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。 2 2、原子的核式结构及摩擦起电的微观解释、原子的核式结构及摩擦起电的微观解释 要点诠释：要点诠释： （1）构成物质的原子本身就是由带电微粒组成。原子包括原子核（带正电的质子和不 带电的中子）和带负电的核外电子。通常情况下原子所带正负电荷都能精确平衡，所以整
2、个原子对外表现为电中性。 （2）摩擦起电的原因：不同物质的原子核束缚电子的能力不同 由于不同物质的原子核束缚电子的本领不同。当两个物体互相摩擦时，哪个物体的原 子核束缚电子的本领弱，它就容易失去电子而带上正电荷，使跟它相摩擦的物体得到电子 而带上等量的负电荷。所以摩擦起电的本质是得失电子。因此： 摩擦起电的实质：电子在物体间的转移； 摩擦起电的结果：两个相互摩擦的物体带上了等量异种电荷。 3 3、感应起电、感应起电 （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。利用静电感应使 物体带电，叫做感应起电。 例如把带正电荷的球 C 移近彼此接触的导体 A、B，可以看到 A、B 上的金
3、属箔都张开 了，表示 A、B 都带上了电荷。 如果先把 C 移走，A 和 B 上的金属箔就会闭合； 如果先把 A 和 B 分开，然后移开 C，可以看到 A 和 B 仍带有电荷；如果再让 A 和 B 接 触，他们就不再带电。 这说明 A 和 B 分开后所带的是异种等量的电荷，重新接触后等量异种电荷发生中和。 （2）感应起电的原因 分析起电的本质原因：把带电的球 C 移近金属导体 A 和 B 时，由于同种电荷相互排斥、 异种电荷相互吸引，使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。可见感应起电也不是创造了电荷，而是使物体中的正负电荷分开，是电荷从物体的 一部分转移到
4、另一部分。即： 感应起电的本质是电荷在物体中的重新分布。 （3）接触起电 还有一种使物体带电的方式是接触起电：一个不带电的导体跟另一个带电的导体接触 后分开，使不带电的导体带上电荷的方式。 其实质是电荷在物体间的转移。 完全相同的带电金属球相接触，同种电荷总电量平均分配，异种电荷先中和后平均分 配。 4 4、电荷守恒定律、电荷守恒定律 （1）电荷守恒定律： 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 （2）另一种表述： 电荷守恒定律也常表述为：在与外界没有电荷交换的一个系统内，总电荷量不变(电荷 的代数和不变)。 近代物理实验证明，一切微观过
5、程，如原子核反应和基本粒子转化等，也遵守电荷守 恒定律。特别是在电子对湮没为光子对 e+e+ 和 K0介子衰变为 介子对 K0+，在这类反应中，尽管粒子产生或消失了，但反应前后的总电荷仍保持不变。 电荷守恒定律是物理学的基本定律之一，这个定律是从大量实验概括得出的自然界的 基本规律，对宏观现象、微观现象都适用，对所有惯性参考系都成立。 5 5、元电荷、元电荷 （1）电荷量：电荷的多少叫做电荷量，符号：q。单位：库仑，符号：C。 （2）元电荷: 电子所带电荷量是带电体的所带电荷量的最小单元，叫做元电荷，用 e 表示。 注意：注意：所有带电体的电荷量或者等于 e，或者等于 e 的整数倍。 也就是说
6、，电荷量是不能连续变化的物理量。 元电荷的具体数值最早是由密立根用油滴实验测得的。通常情况元电荷 e 的值可取作： 说明：电荷的量子化是自然界中的一个普遍公认的事实，但至今还不能从理论上加以 解释。虽然在 1964 年盖尔曼提出，强子是由电荷为e 和e 的粒子构成。这些“分 数电荷”的粒子称为夸克。这个理论引起科学界的极大兴趣，现代的粒子物理取得的巨大 成就似乎都支持夸克模型，但至今在实验上并未发现这种带有分数电荷的自由夸克，所以 目前仍以电子电荷量 e 作为基本电荷。 （3）比荷：带电粒子的电荷量与质量之比称为比荷。 如电子的电荷量 e 和电子的质量 me (me=0.911030 kg)之
7、比，叫电子的 比荷。 =1.761011 C/kg，可作为物理常量使用。 规律方法指导规律方法指导 1 1、静电感应、静电感应 带电体接近（不接触）不带电的导体，导体近端感应出异种电荷，远端感应出同种电 荷。 2 2、理想模型法、理想模型法 点电荷是一个带有电荷量的几何点，它是实际带电体的抽象，是一种理想化的模型。 实际中如果带电体本身的线度比相互作用的带电体之间的距离小得多，以致带电体的体积 和形状对相互作用力的影响可以忽略不计时，这种带电体就可以看成点电荷，此时它们之 间的距离取两球球心间的距离。但点电荷自身不一定很小，所带电荷量不一定很少。 经典例题透析经典例题透析 例例 1 1、关于元
8、电荷，下列说法中正确的是：( ) A、元电荷实质上指电子和质子本身 B、所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍 C、元电荷的数值通常取作 e1.61019C D、电荷量 e 的数值最早是由美国科学家密立根用实验测得的 思路点拨：思路点拨：此题考查对元电荷的理解，应从元电荷的概念出发。 解析：解析：元电荷实际上是指电荷量，数值是 1.61019C，不要误认为元电荷是指具体 的电荷，元电荷是电荷量值，没有正负电性的区别，宏观上所有带电体的电荷量只是元电 荷的整数倍，元电荷的具体数值最早是由密立根用油滴实验测得的，测量精度相当高。 答案：答案：BCD 总结升华：总结升华：注意理解元电荷的概念，不要
9、误认为元电荷是指具体的电荷。 例例 2 2、关于点电荷的下列说法中错误的是：( ) A、真正的点电荷是不存在的 B、点电荷是一种理想模型 C、足够小(如体积小于 1mm3)的电荷，就是点电荷 D、一个带电体能否看成点电荷，不是看它的尺寸大小，而是看它的形状和大小对所研 究问题的影响是否可忽略不计 思路点拨：思路点拨：此题考查点电荷的概念，要注意到它是一个理想化的模型。 解析：解析：点电荷为理想模型，实际并不存在，但是当实际带电体的大小远小于它们间的 距离时，可把它们作为点电荷处理，与带电体本身绝对大小无关。因此 C 答案是错误的。 答案：答案：C 总结升华：总结升华：一定要注意点电荷是一个理想
10、化的模型并理解实际中可作为点电荷来处理 问题的条件。 例例 3 3、如图所示，Q 是一个绝缘金属导体，把一个带正电的绝缘金属球 P 移近 Q，由于静电 感应，A 端出现的感应电荷量大小为 qA，B 端为 qB，同下列结论中正确的是：( ) A、导体 Q 上，qAqB B、导体 Q 上，qAqB C、用手触一下 Q 的 A 端，拿走 P 后 Q 带正电 D、用手触一下 Q 的 B 端，拿走 P 后 Q 带负电 解析：解析：因为 P 带正电，所以 Q 上的 A 端出现负电荷，受 P 的吸引；而在 B 端出现正电 荷，受 P 的排斥。 不管用手接触 Q 的哪一处都是大地上的负电荷与 Q 上的正电荷中
11、和，使 Q 带负电，用 手接触导体的过程是一个接地过程，导体接地时都是远端（离带电体较远的一端）的电荷 入地。 静电感应的过程是导体内的电荷重新分布的过程，由此可知 qAqB。 答案：答案：BD 总结升华：总结升华：静电感应的过程是导体内的电荷重新分布的过程，导体近端感应出异种电 荷，远端感应出同种电荷。 举一反三举一反三 【变式变式】如图，带正电的小球 A 靠近不带电的金属导体 B，由于静电感应，导体 B 左 端出现负电荷，右端出现正电荷，下列说法正确的是：( ) A、用手摸一下 B 的左端，B 将带正电 B、用手摸一下 B 的右端，B 将带正电 C、用手摸一下 B 的中部，B 将不带电 D
12、、用手摸一下 B 的任何部分，B 都将带负电 解析：解析：用手摸一下 B 时，B 和地球连成一个导体，无论用手摸一下 B 的哪一部分，B 都 是该组合导体中靠近带正电小球 A 的一端，因此在连接瞬间 B 将带上负电。在不动 A 的情 况下，松开手后，负电将保留在 B 上。故选 D。 答案：答案：D 知识要点梳理知识要点梳理 1 1、点电荷、点电荷 当带电体的线度远远小于带电体之间的距离，以致带电体的形状和大小对其相互作用 力的影响可以忽略不计，这样的电荷叫点电荷。 说明： 同质点一样，点电荷也是一个理想化的模型，是一种科学的抽象。 点电荷只具有相对意义，能看作点电荷的带电体的尺寸不一定很小，另
13、外，对点电 荷的电荷量一般不作限制。 2 2、库仑扭秤实验、库仑扭秤实验 1785 年，法国物理学家库仑用扭秤(如图)研究了影响电荷之间的作用力的因素。库仑 的扭秤是由一根悬挂在细金属丝上的轻棒和在轻棒两端附着的两只平衡球构成的。当球上 没有力作用时，棒取一定的平衡位置。如果两球中有一个带电，同时把另一个带同种电荷 的小球放在它附近，则会有电的作用力作用在这个球上，球可以移动，使棒绕着悬挂点转 动，直到悬线的扭力与电的作用力达到平衡时为止。因为悬线很细，很小的力作用在球上 就能使棒显著地偏离其原来位置，转动的角度与力的大小成正比。 库仑让这个可移动球和固定的球带上不同量的电荷，并改变它们之间的
14、距离：使两个 小球相距 36 个刻度、18 个刻度、8.5 个刻度时，结果悬丝分别转过 36、144、576 角度。库仑已经得出了悬丝作用力与悬丝扭转角成正比。这一系列数据表明，当带电体间 距为时，作用力为 1:4:16 ，由此得出了作用力 F 在库仑研究电荷相互作用力时，还没有关于电量的定义。库仑巧妙地根据对称性的思 想，使完全相同的金属球相互接触的办法，得到各种不同组分的电荷，从而得出了相互作 用力跟两电荷电量乘积成正比的结论，即 Fq1q2 实验技巧：实验技巧： （1）小量放大。悬线很细，很小的力作用在球上就能使棒显著地偏离其原来位置， 转动的角度与力的大小成正比； （2）电量的确定。库
15、仑巧妙地根据对称性的思想，使完全相同的金属球相互接触的 办法，得到各种不同组分的电荷。 3 3、库仑定律、库仑定律 要点诠释：要点诠释： (1)库仑定律内容： 真空中两个点电荷之间的相互作用力，跟电荷量的乘积成正比，跟距离的二次方成反 比，作用力的方向在它们的连线上。这种作用力叫做静电力，也叫库仑力。 公式： 其中，q1、q2为两个电荷的电量，r 为两个电荷中心的距离。k 为静电力恒量，它的数 值由选取的单位决定，国际单位制中 k=9.0109 Nm2/C2。 库仑定律和万有引力定律都遵从二次方反比规律，但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，希望大家学有所成，以后在这方
16、面的研究有所突破。 (2)库仑定律的适用条件：真空中的点电荷 (3)理解和应用库仑定律时应注意的问题： 库仑力具有力的一切性质，相互作用的两个点电荷之间的作用力满足牛顿第三定律； 在使用公式时，q1、q2可只代入绝对值计算库仑力的大小，相互作用力 的方向根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引来判断； 当多个带电体同时存在时，任意两个带电体间的作用仍遵守库仑定律，任一带电体 同时受到多个库仑力的作用，可利用力的合成的平行四边形定则求出其合力。 在具体问题中，两均匀带电球体或带电球壳之间的库仑作用力可以看成将电荷集中 在球心处产生的作用力。 【方法指导方法指导】 1 1、库仑定律、库仑定律 库仑定律公式,仅是计算力的大小，q1、q2取带电量的绝对值。方向由同种 电荷相斥，异种电荷吸引单独判断。 2 2、用电荷守恒和库仑力公式解决相同金属小球接触后的作用力变化问题、用电荷守恒和库仑力公式解决相同金属小球接触后的作用力变化问题 完全相同的带电金属球接触时电荷量分配规律：同种电荷总量平分，异种电荷先
