物理高二静电场学案

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1、 第一章 静电场一、电荷及其守恒定律课前预备一、小小信息窗摩擦起电现象早在公元前 585 年， 古希腊著名哲学家、数学家泰勒斯就有这样的记载：“用木块摩擦过的琥珀，能够吸引碎草等轻小物体。 ”我国古人在汉初也发现了琥珀和玳瑁在摩擦后出现的静电吸引现象。 中学物理课本在讲述电学入门篇的时候，也特别提到了生活中的“摩擦生电”现象，进而指出“自然界中只存在两种电荷” ，并且给出了区分两种电荷的一种简单方法：“用丝绸摩擦玻璃棒后，玻璃棒上所带的电荷为正电荷；用毛皮摩擦橡胶棒后，橡胶棒上所带的电荷为负电荷。 ” 这种区分方法，在一般情况下并没有什么值得怀疑的地方。那么，是不是所有的情况下，都存在这样一条

2、规律呢？不是的。例如在较高温度的环境下，丝绸与玻璃棒摩擦的结果，就会使玻璃棒带上截然相反的负电荷。这是怎么回事呢？原来，摩擦生电的实质是一种“接触带电”现象。两种物质相互摩擦时，会发生紧密的接触，同时由于摩擦时产生的热，促使分子运动加快，从而引起较多的电子转移。那么电子具体是从哪种物质向另一种物质上转移呢？这跟两种物质的材料和环境温度有关。比如说，在常温下用丝绸摩擦玻璃棒，电子就会从玻璃棒表面转移到丝绸表面上去，所以玻璃棒带正电；当环境温度升高到一定程度时，电子的转移方向就会完全相反，从丝绸表面向玻璃棒表面转移，于是玻璃棒就带上了负电。影响摩擦生电的因素很多，主要有表面杂质层、物体的温度和物体

3、表面的粗糙情况。例如，当玻璃棒表面的摩擦系数大于 0.18 时，摩擦的结果就会使玻璃棒带上负电；相反，当玻璃棒表面的摩擦系数小于 0.18 时，摩擦的结果就会使玻璃棒带上正电。任何物理现象的发生，都是在一定的条件下相对而言的。生活中的任何“经验规律” ，都不能绝对化。科学理论也是如此。二、要点综述1. 两种电荷：自然界只存在两种电荷，即正电荷和负电荷，用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷是正电荷；用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷是负电荷.同种电荷互相排斥，异种电荷相互吸引.2.起电的三种方法：摩擦起电、感应起电、 接触起电.摩擦起电是由于相互摩擦的物体间的电子的得失而使物体分别带上等量异种电荷.玻璃

4、棒与丝绸摩擦时，由于玻璃棒容易失去电子而带正电；硬橡胶棒与毛皮摩擦时，由于硬橡胶棒容易得到电子而带负电.感应起电是指利用静电感应使物体带电的方式.例如图 1-1 所示，将导体 A、 B 接触后去靠近带电体 C，由于静电感应，导体 A、 B 上分别带上等量异种电荷，这时先把 A、 B分开，然后移去 C，则 A 和 B 两导体上分别带上了等量异种电荷，如图 1-2 所示.图 1-1 图 1-2 接触带电，指一个不带电的金属导体跟另一个带电的金属导体接触后分开，而使不带电的导体带上电荷的方式.例如，将一个带电的金属小球跟另一个完全相同的不带电的金属小球接触后分开，它们平分了原来的带电量而带上等量同种

5、电荷.3.电荷守恒定律：电荷既不能创造也不能消失，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.从物体带电的各种方式不难看出，它们都不是创造了电荷，只是电荷从一个物体转移到了另一个物体，或者从物体的一部分转移到了物体的另一部分. 摩擦起电、感应起电和电荷中和现象的本质都只是电荷的转移.4.物体带电的实质：物质是由原子组成的，原子是由带正电的原子核和带负电的核外电子组成的.物体失去电子则带正电，得到电子则带负电。物体带电的实质就是电子的得失.5.电量、元电荷电荷的多少叫电量，电量的国际单位是库仑（C）电量为 1.610-19C 的电荷叫元电荷，也叫基本电荷.自然界的物体所带电

6、量都是元电荷电量的整数倍.课堂同步1.电荷 电荷守恒:自然界中只存在两种电荷： 电荷和 电荷.电荷间的作用规律是：同种电荷相互 ，异种电荷相互 .物体所带电荷的多少叫 .2.静电感应：把电荷移近不带电的导体，可以使 ，这种现象叫静电感应.利用静电感应使物体带电叫 起电.3.电荷既不能创造，也不能消灭，只能从一个物体 到另一物体，或者从物体的一部分 到另一部分.4.元电荷： ，所有带电体的电荷量是 .5. 用毛皮摩擦橡胶棒时，橡胶棒带 电荷，毛皮带 电荷.当橡胶棒带有2.710-9库仑的电量时，电荷量为 1.6 10-19库仑的电子有 个从 移到 上. 6.已知验电器带负电，把带负电的物体移近它

7、，并用手指与验电器上的小球接触一下，然后移去带电体，这验电器将 （ ）A.带正电 B.带负电 C.中性 D.以上三种都有可能7关于元电荷的理解，下列说法正确的是( )A元电荷就是电子B元电荷是表示跟电子所带电量数值相等的电量C元电荷就是原子D物体所带的电量只能是元电荷的整数倍8.下列说法正确的是 （ ）A.摩擦起电和静电感应都是使物体的正负电荷分开，而总电荷量并未变化B.用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电，是摩擦过程中硬橡胶棒上的正电荷转移到了毛皮上C.用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷是摩擦过程中玻璃棒得到了正电荷D.物体不带电，表明物体中没有电荷课后巩固1.带电微粒所带电量不可能是下列值中的 ( )

8、A.2.410-19C B.-6.410-19CC.-1.610-18C D.4.010-17C2.关于摩擦起电现象,下列说法中正确的是 ( )A.摩擦起电是用摩擦的方法将其他物质变成了电荷B.摩擦起电是通过摩擦将一个物体中的电子转移到另一个物体C.通过摩擦起电的两个原来不带电的物体,一定带有等量异种电荷D.通过摩擦起电的两个原来不带电的物体,可能带有同种电荷3.如图 1-3 所示,将带正电的球 C 移近不带电的枕形金属导体时,枕形导体上电荷的移动情况是 ( )A.枕形导体中的正电荷向 B 端移动,负电荷不移动 B.枕形导体中电子向 A 端移动,正电荷不移动C.枕形导体中的正、负电荷同时分别向

9、 B 端和 A 端移动D.枕形导体中的正、负电荷同时分别向 A 端和 B 端移动4.如图 1-4 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5.有三个相同的金属小球 A、B、C,其中小球 A 带有 2.010-5C 的正电荷,小球 B、C 不带电,现在让小球 C 先与球 A 接触后取走,再让小球 B 与球 A 接触后分开,最后让小球 B 与小球 C 接触后分开,最终三球的带电量分别为 qA= C,qB=

10、 C,qC= C.提速训练1.绝缘细线上端固定，下端悬挂一轻质小球 a,a 的表面镀有铝膜.在 a 的近旁有一绝缘金属球 b,开始时 a、 b 都不带电，如图 1-5 所示.现使 b 带电，则 ( )A.ab 之间不发生相互作用B.b 将吸引 a,吸在一起不分开C.b 立即把 a 排斥开D.b 先吸引 a,接触后又把 a 排斥开2.一验电器原来带有一定电量的电荷，将一根用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近验电器，则关于验电器指针张角的变化，下列哪些是不可能的 （ ）A.张角变大 B.张角变小C.张角先变大后变小 D.张角先变小后变大高考链接1.有 A、 B、 C 三个用绝缘柱支持的相同导体球， A 带正电

11、， 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 都带负电；(3) B、 C 带等量异种电荷.图 1-5图 1-4A C B 图 1-3 二、库仑定律课前预备一、小小信息窗静电力静电学的基本定律库仑定律是法国物理学家库仑(17361806)于 1785 年发现的.早在库仑之前，英国科学家卡文迪许(17311810)已经开始对电荷间的作用力进行了研究，1777 年，卡文迪许得出：“电的吸引力和排斥力很可能反比于电荷间距离的平方” 。 “物体中多余的电几乎全部堆积在紧靠物体表面的地方，物体其余部分处于中性状态” 。遗憾的是卡文迪许一直没有公开他的成果。直到 1

12、9 世纪中叶英国物理学家威廉汤姆逊(开尔文勋爵)才在卡文迪许手稿中发现了这些珍贵资料。我们知道，牛顿在发现万有引力的过程中，曾用数学方法证明过，如果引力随着引力中心距离的平方反比减少，一个均匀球壳对其内部的物体就没有引力的作用。1775 年，富兰克林发现将一小块软木块悬于带电的金属罐内并不受到电力的作用。他的朋友普里斯特列(17331804)根据这个实验和牛顿对万有引力定律的数学证明推想电的作用力也遵守平方反比定律。库仑对扭力作过较多的研究，他的有关扭力的论文使他在 1781 年当选为法国科学院院士。1785 年，他设计制作了一台精确的扭秤，从而建立了著名的库仑定律.借助这个定律,人们研究了导

13、体表面电荷分布的问题，库仑定律的发现为静电学奠定了理论基础.二、要点综述1.库仑定律（法、库仑、1785 年）内容：在真空中两个点电荷间的作用力跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们间的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。没有大小的带电体叫点电荷，一般说来，带电体之间的距离比它们本身大得多时才能看作是点电荷,另外均匀带电球可看作点电荷.数学表达式： 静电力常量9.010 9Nm2/C2 21rQkF公式中的 r 为二点电荷之间的距离，静电力（库仑力）的方向在二点电荷的连线上.对于一般的带电体，可以利用矢量叠加的方法，把带电体看成是由许多点电荷组成的，根据带电体上的电荷分布，利用库仑定律可

14、以求静电力的大小和方向.研究微观带电粒子间相互作用时，万有引力可以忽略不计.2. 应用库仑定律解题时注意事项：.注意库仑定律的适用条件.公式 仅适用于真空中的两个点电荷间的21/rQkF相互作用.在理解库仑定律时，常有人根据公式 设想当 0 时，得出库仑2/力 结论.从数学的角度分析这是必然的结论；但从物理学的角度分析，这一结论是错误的.错误的原因是，当 0 时，两电荷已失去了点电荷的前提条件，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，在 0 时，电荷已不能再看成是点电荷，所以违背了库仑定律的适用条件，不能再运用库仑定律计算两电荷间的相互作用力.应注意将计算库仑力的大小与判断库仑力的方向二者分别进行，即应用公式计算库 仑力大小时，不必将表示电荷 Q1、 2的带电性质的符号代入公式中，只将其电量绝对值代入公式中，从而计算出力的大小；库仑力的方向再依据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引加以判别.这样分别加以处理的方法，可以避免将表示带电性质的符号代入公式中一起运算，根据运算结果是正、负号再判定而带来的麻烦.应注意统一单