第一章 电场电流,本章是物理学与社会科学和人文学科融合选修系列材的开篇，在学习物理知识的基础上，渗透物理学乃至科学对人类文明的影响.本章概念较多，比较抽象，需从熟悉的现象或已有的知识出发，弄清建立概念的背景，使抽象问题具体化、形象化.,要求用物质的微观模型和电荷守恒定律分析静电现象，认识点电荷间的相互作用规律.通过实验，认识电场，会用电场线、电场强度描述电场.了解生活中的静电现象、电容器的结构和功能.理解电流、电源和电动势的概念及焦耳定律的内容、公式及其应用在历史的背景中学习以上物理知识是应该掌握的方法，也为学习后续章节奠定基础.,第一节 电荷 、库仑定律,我国较早记载的摩擦起电 在我国，摩擦起电现象的记述颇丰，其常用材料早期多为琥珀及玳瑁.早在西汉，春秋纬中就载有“瑇瑁（玳瑁）吸偌(细小物体)”.论衡中也有“顿牟掇芥”，这里的顿牟也是指玳瑁.三国时的虞翻，少年时曾说：“虎魄不取腐芥”，腐芥因含水分，已成为导体，所以不被带电琥珀吸引.,琥珀价格昂贵，常有人鱼目混珠，南朝陶弘景则知道“惟以手心摩热拾芥为真”，以此作为识别真假琥珀的标准. 南北朝时的雷敩在炮炙论中有“琥珀如血色，以布拭热，吸得芥子者真也”.他一改别人以手摩擦为用布摩擦，静电吸引力大大增加.西晋张华(232300)记述了梳子与丝绸摩擦起电引起的放电及发声现象：,“今人梳头，脱著衣时，有随梳、解结有光者，亦有咤声”.唐代段成式描述了黑暗中摩擦黑猫皮起电：“猫黑者，暗中逆循其毛，即若火星”.摩擦起电也有具体应用，据宋代的张邦基墨庄漫录记载：孔雀毛扎成的翠羽帚可以吸引龙脑.“皇宫中每幸诸阁，掷龙脑以降（避）秽，过则以翠羽扫之，皆聚，无有遗者”.,1.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的异种电荷.玻璃棒与丝绸摩擦时，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,2.感应起电是指把电荷移近不带电的导体，使导体带电的方法.如下图所示，将导体A、B接触后去靠近带电体C，由于带电体C的作用，导体A、B分别带上了等量异种电荷，这时先把导体A、B分开，然后移去带电体C,则A和B两导体分别带上了等量的异种电荷.,3.接触带电是指用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，不带电的金属导体便带上了电荷.例如，将一个带电的金属小球跟另一个外形相同的不带电的金属小球接触后分开，则它们平分了原来小球所带的电荷量而带上等量同种电荷.,例1 如图所示，放在绝缘支架上带正电的小球A，靠近放在绝缘支架上不带电的导体球B，导体球B用导线经开关S接地，把S合上的瞬间，有电流从流向；再断开S，则导体球B带电.,【解析】接通开关S，导体球B接地，导体球B和地球组成一个大导体，导体内有大量的自由电子.自由电子受到A的正电荷的吸引，都向A侧移动，这样就在离A近的一端的B导体上聚集了大量的自由电子，远端地球失去了大量的自由电子，带正电，故有电流从B球流向大地（实际为自由电子从地流向B球），这就是电荷守恒定律中的“电荷从物体的一部分转移到物体的另一部分”.断开S后，B与地球之间无法进行电荷转移，则导体B带负的净电荷. 【答案】B球 大地 负,变式迁移,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的附近 有一绝缘金属球b，开始 时，a、b都不带电，如 下图所示，现使b带电， 则( ),A.由于a球不带电,a、b间不发生相互作用 B.b将吸引a，吸住后不放开 C.b立即把a排斥开 D.b先吸引a，接触后又把a排斥开,要点2 元电荷点电荷,1.元电荷是指带电体所带电荷量的最小值e,所有带电体的电荷量是e的整数倍，元电荷e的大小等于电子、质子所带的电荷量.,2.点电荷是实际带电体在一定条件下的抽象，是为了简化某些问题的讨论而引进的一个理想化的模型.在研究带电体间的相互作用时，如果带电体本身的线度远小于它们之间的距离，以至带电体的形状和大小，对我们所讨论的问题影响甚小，就可以把带电体视为一个点，并称它为点电荷. 点电荷这个概念与力学中的“质点”概念类似.,例2.下列关于点电荷的说法，正确的是( ) A.只有体积很小的带电体才能看成点电 B.体积很大的带电体一定不能看成点电荷 C.当两个带电体的大小及形状对它们之间 相互作用力的影响可忽略时，两个带电体可看成点电荷 D.元电荷一定是点电荷,【解析】本题考查对点电荷的理解.点电荷是一个抽象的物理模型，只有当带电体的大小、形状对相互作用力的影响小到可忽略时才可以看做点电荷.元电荷是指带电荷量的最小值，其带电体能否看做点电荷，视上述情况而定. 【答案】C,2.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荷量数值相等的电荷量 C.元电荷就是质子 D.物体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍,要点3 应用库仑定律时应注意的问题,1.首先应注意库仑定律的适用条件. 公式 它仅适用于真空中的两个点电荷间的相互作用.,2.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的大小时，只将其电荷量的绝对值代入公式中，计算出库仑力的大小；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断.,3.应注意统一单位，静电力常量 4.如果点电荷不是两个，而是三个或多个，则某点电荷受到的库仑力的大小是各点电荷对它产生的作用力的矢量和.,例3. 两个半径相同的金属小球，带电荷量之比为17，相距为r,两球相互接触后放回原来的位置上，则两球之间的相互作用力可能为原来的( ) A.4/7 B.3/7 C.9/7 D.16/7,【解析】 由于两球的电性未知，接触后相互作用力的计算 可分两种情况: (1)两球电性相同. (2)两球电性不同. 【答案】 CD,第二节 电场,闪电为什么是弯弯曲曲的？ 大家都知道，带异种电荷的两块云接近时放出闪电，闪电中因高温使空气体积迅速膨胀，水滴汽化而发出强烈的爆炸声，这就是我们常说的“电闪雷鸣”，闪电为什么总是弯弯曲曲的呢？ ,美国国家气象局的内泽特赖德尔认为，每当暴风雨来临，雨点即能获得额外的电子，电子是带负电荷的，这些电子会追寻地面上的正电荷，额外的电子流出云层后，要碰撞别的电子，使别的电子也变成游离电子，因而产生了传导的轨迹，传导的轨迹会在空气中散布着的不规则形状的带电离子群中间跳跃着迂回延伸，而一般不会是直线.所以，闪电的轨迹总是蜿蜒曲折的.,要点1 电场强度,1.关于电场中某点的电场强度与试探电荷无关的理解 电场强度是描述电场的力的性质的物理量，是由电场本身的性质决定的，与试探电荷所带的电荷量q及其所受到的电场力F无关.对一个确定的电场，不论电场中是否存在试探电荷，电场中各点的电场强度都是一定的.,2.对E= F/q的理解 E= F/q是电场强度的定义式，适用于一切电场，但E不随F和q的变化而变化，不能说E与F成正比，也不能说E与q成反比.定义式仅告诉我们一种测量场强大小的方法。
将E= F/q变形为F=qE表明：如果已知电场中某点的场强为E,便可计算在电场中该点放任何电荷量的带电体所受的电场力大小，即场强E是反映电场力的性质的物理量要点2 电场线的特点,1.电场线密的地方场强大，电场线疏的地方场强小. 2.静电场中的电场线起于正电荷止于负电荷.孤立的正点电荷（或负点电荷）的电场线止于（或起于）无穷远处的情况，可理解为在无穷远处存在负电荷（或正电荷）.,3.电场线既不会相交，也不会相切.因为若两电场在某点相交，则该点的场强就不是惟一的；若两电场线在某点相切，该点的场强将会无限大，这是不可能的.不能将点电荷的电场线看作是电场线相交的情况，因点电荷只是一理想模型，实际的带电体不可能是一几何点.,4.电场线是假想的，实际电场中并不存在，不能将电场线与点电荷在电场力作用下的运动轨迹混为一谈.只有当电场线为直线，点电荷初速度为零，或初速度方向与电场线一致的情况下，且点电荷只受电场力作用，才可以认为点电荷（带电粒子）沿电场线运动.即使在这种特定的情况下，也不能说电场线就是点电荷在电场中的运动轨迹.,要点3 几种常见电场的电场线,1.不同电场中，电场强度分布不同，它们的电场线形状也不一样,如下图所示是几种电场的电场线,2.匀强电场 如果电场强度的大小和方向都相同，这个区域的电场叫做匀强电场.匀强电场是最简单的电场，在实验研究和理论研究中都常用到.两块靠近的平行金属板，大小相等、互相正对、分别带有等量的正负电荷,它们之间的电场（除边缘外）就是匀强电场.匀强电场的电场线是距离相等的平行直线如图所示.,通常情况下空气是不导电的，但是如果电场特别强，空气分子中的正负电荷受 到方向相反的强电场力，有可能被“撕”开，这个现象叫做空气的电离，由于电离后的空气中有了可以自由移动的电荷，空气就可以导电了，空气电离后产生的负电荷就是电子，失去电子的原子带正电，叫做正离子，由于同种电荷相互排斥，导体上的静电荷总是分布在表面上，而且一般说来,分布是不均匀的，导体尖端的电荷特别密集，所以尖端附近空气中的电场特别强，使得空气中残存的少量离子加速运动.这些高速运动的离子撞击空气分子，使更多的分子电离，这时空气成为导体，于是产生了尖端放电现象.高压输电导线和高压设备的金属元件表面光滑为的是避免尖端放电.,要点1 放电现象,空气中存在少量的自由电子，当导体上聚集的电荷很大时，会在周围空间产生强电场，空气中的自由电子很快被加速到较大的速度和空气中的分子进行碰撞，使空气中的分子电离，这样，在很短时间内空气中会产生大量的自由电荷，形成强烈的放电现象.,例1.专门用来运输柴油、汽油的油罐车，在它的尾部都装有一条拖在地上的铁链，对它的作用下列说法中正确的是( ) A.让铁链与路面摩擦产生静电，使油罐车积累一定的静电 B.让铁链发出声音，以引起其他车辆的注意 C.由于罐体与油摩擦产生了静电，罐体上的静电被铁链导入大地，从而避免了火花放电 D.油罐车的尾部装有拖地的铁链，这是一种时尚,【解析】在运输柴油、汽油时，由于上下、左右颠簸摇摆，造成油和油罐的摩擦而产生静电，汽车轮胎导电性能不好，难以把静电导入大地，安装铁链的目的就是避免静电的积累. 【答案】C,变式迁移,1.高压电气设备的金属元件，表面要很光滑，这样做的目的是( ) A.为了美观 B.为了减少与外界的接触面积 C.为了避免尖端放电 D.为了减小和外界的摩擦,要点2 静电的防止和应用,静电的利用有很多种，如静电除尘、静电喷涂、静电植绒、静电复印等，它们都是设法使工作物质带上电荷，并使工作物质在电场力作用下向作为电极的工件运动，完成各种工作. 静电也会给人们带来麻烦甚至造成危害.静电吸引会造成很多危害，在印刷厂里，纸张之间的摩擦带电，会使纸张粘在一起，给印刷带来麻烦.,静电的最大危害是放电现象引起火灾，运油车会因为燃油与油罐摩擦，产生静电，如果静电大量积累，会引起爆炸.漆黑的夜晚，我们脱尼龙、毛料衣服时，会发出火花和“叭叭”的响声，这对人体基本无害.但在手术台上，静电火花会引起麻醉剂的爆炸，伤害医生和病人. 防止静电危害的基本方法是：尽快把静电引走，避免越积越多！,例2.如右图所示为一圆柱形静电除尘排气管的纵截面示意图，在MN两极间加上高压电源后，管内空气分子被电离，电离出的电子在电场力的作用下运动，遇到管内烟气中的煤粉，使煤粉带负电，煤粉被吸附到管壁上，最后在重力作用下落入下面的漏斗中.因而排出的气体就清洁了.就此示意图，下列说法中正确的是( ),A.M接高压电源正极， N接高压电源负极 B.管壁A处的场强大 于金属丝B处的场强 C.P点的电势与M点 的电势相等 D.管内为匀强电场,【解析】静电除尘的原理：除尘器圆筒的外壁连到高压电源的正极，中间的金属丝连到负极.圆筒中气体分子在电场力作用下电离，粉尘吸附了电子而带负电，飞向筒壁，最后在重力的作用下落在筒底.只有AC正确. 【答案】AC,变式迁移,2.为了防止静电的危害，应尽快把产生的静电导走，下面措施中不是防止静电危害的是( 。