【本講教育資訊】
一. 教學內容：
電荷及其守恆定律庫侖定律
知識要點：
1. 知道各種起電的方法及實質
2. 掌握電荷守恆定律的內容
3. 知道點電荷的概念和靜電力常數
4. 知道庫侖定律，理解它的含義及其表示式
重點、難點解析
一、電荷及其守恆定律
1. 物體帶電的實質
（1）物質是由原子組成的，而原子又是由原子核和核外電子構成的，電子帶負電，原子核帶正電。整個原子一般表現為電中性。
（2）物體失去電子則帶正電，物體得到電子則帶負電，物體帶電的實質就是電子的得失。
2. 物體帶電的三種方式：即摩擦起電、感應起電和接觸帶電。
（1）摩擦起電是由於相互摩擦的物體間的電子的得失而使物體分別帶上等量異種電荷，玻璃棒與絲綢摩擦時，由於玻璃棒容易失去電子而帶正電，硬橡膠棒與毛皮摩擦時，由於硬橡膠棒容易得到電子而帶負電。
（2）感應起電是指利用靜電感應使物體帶電的方式，例：如圖所示，將導體a、b接觸後去靠近帶電體c，由於靜電感應，a、b上的自由電子受到帶電體c的吸引而聚集到a端，使a端帶負電，b端由於失去電子而帶正電。這時先把a、b分開，然後移去c，則a和b兩導體上就分別帶上了等量異種電荷，如圖所示。
（3）接觸帶電比較簡單，指乙個不帶電的金屬導體跟另乙個帶電的金屬導體接觸後分開，而使不帶電的導體帶上電荷的方式。
電荷的中和：正負電荷放在一起會相互抵消，等量的異種電荷完全抵消的情況，叫正負電荷的中和。
電荷的分配：接觸起電時，兩個物體最終的電荷的分配很複雜，大多靠實驗才能確定，但有一種情況能確定電荷的分配，即兩個完全相同的導體球相互接觸後的情況。
①若為帶電導體球和不帶電導體球接觸，則電荷平分
②若兩個帶電導體球為同種電荷，則總電荷平分
③若兩個帶電導體球為異種電荷，則先中和再平分
從物體帶電的各種方式不難看出，它們都不是創造了電荷，只是電荷從乙個物體轉移到了另乙個物體，或者從物體的一部分轉移到了物體的另一部分。
3. 電荷守恆定律
電荷守恆定律的原始表述為：電荷既不能創造，也不能消滅，只能從乙個物體轉移到另乙個物體，或者從物體的一部分轉移到另一部分；在轉移過程中，電荷的總量保持不變。
隨著物理學的發展。近代物理實驗發現，在一定的條件下電荷是可以產生和湮沒的，但產生與湮沒總是成對發生的，電荷的代數和仍然不變，故電荷守恆定律的表述經修正後為：乙個與外界沒有電荷交換的系統，電荷的代數和是保持不變的。
注意：近代物理實驗所發現的電荷的產生與湮沒並沒有否定電荷守恆定律，只是對定律的內容作了修正。
例1. 如圖所示，有一帶正電的驗電器，當一金屬球a靠近驗電器的小球b（不接觸）時，驗電器的金箔張角減小，則
a. 金屬球可能不帶電b. 金屬球可能帶負電
c. 金屬球可能帶正電d. 金屬球一定帶負電
解析：驗電器的金箔之所以張開，是因為它們都帶有正電荷，而同種電荷相互排斥，張開角度的大小決定於兩金箔帶電荷的多少，如果a球帶負電，靠近驗電器的b球時，異種電荷相互吸引，使金箔上的正電荷逐漸「上移」（實質上是金屬導體內的自由電子下移與金箔上的正電荷中和，使金箔帶的正電減小），從而使兩金箔夾角減少，選項b正確，同時否定選項c，如果a球不帶電，在靠近b球時，發生靜電感應現象使a球發生極性分布，靠近b球的端麵出現負的感應電荷，而背向b球的端麵出現正的感應電荷，a球上的感應電荷與驗電器上的正電荷發生相互作用，因距離的不同而表現為吸引作用，從而使金箔張角減小，選項a正確，同時否定選項d。
答案：ab
小結：本題主要考查了電荷間的相互作用規律和靜電感應現象，在解決這類問題時根據電荷間相互作用規律和靜電感應現象，判斷電荷的重新分布情況，進而判斷驗電器金箔張角大小等問題。
同學們再思考：當某帶電導體靠近不帶電的驗電器的金屬小球時，兩金箔張角將如何變化?
例2. 將一根用絲綢摩擦過的玻璃棒靠近乙個小通草球時
a. 如果小球被吸引，小球必帶負電
b. 如果小球被吸引，小球必帶正電
c. 如果小球被排斥，小球必帶負電
d. 如果小球被排斥，小球必帶正電
解析：絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，可以吸引帶負電或不帶電的小球，但必定排斥帶正電的小球。
所以應選答案d
答案：d
小結：本題主要考查以下幾點：（1）絲綢摩擦玻璃棒的帶電情況；（2）帶電體既可吸引異種電荷，也能吸引輕小物體。
例3. 有兩個完全相同的帶電絕緣金屬小球a、b，分別帶有電荷量qa＝6.4×10-9c。
qb＝一3.2×10-9c，讓兩絕緣金屬小球接觸，在接觸過程中，電子如何轉移並轉移了多少?
解析：當兩小球接觸時，帶電荷量少的負電荷先被中和，剩餘的正電荷再重新分配，由於兩小球相同，剩餘正電荷必均分，即接觸後兩小球帶電荷量
在接觸過程中，電子由b球轉移到a球，不僅將自身電荷中和，且繼續轉移。使b球帶qb』的正電，這樣，共轉移的電子電荷量為
轉移的電子數
答案：電子由b球轉移到a球，轉移了電子。
小結：本題考查了電荷守恆定律，元電荷概念，涉及正負電荷中和，電荷重新分布，電子轉移數量等問題。
二、庫侖定律
1. 庫侖定律：在真空中兩個靜止點電荷間相互作用的靜電力跟它們的電荷量的乘積成正比，跟它們間的距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上。
庫侖力的大小：
庫侖力的方向：在兩點電荷連線上，同種電荷相斥，異種電荷相吸。
庫侖定律的適用範圍：真空中兩個靜止點電荷。
注意：兩個電荷間的距離趨於零時，兩個電荷就不能視為點電荷，它們之間的作用力也就不遵守庫侖定律了，因此它們之間的庫侖力不能認為趨於無窮大。
2. 靜電力常量k：常量k是乙個重要的物理常數，庫侖定律公式中各個物理量的單位都用國際制單位，公式中的比例恒量——k的單位也就確定了，它的數值由實驗得出，通常計算時取：
k＝9.0×109n·m／c2
3. 靜電力：同樣具有力的共性，例如，兩個靜止的點電荷之間的相互作用力遵守牛頓第三定律——大小相等、方向相反，並且在一條直線上；又如一點電荷同時受到另外兩個點電荷的作用力，這兩個力遵循力的合成法則，根據平行四邊形定則，可求出這個點電荷受到的合力。
如圖所示。
4. 點電荷是理想模型
當帶電體之間的距離遠遠大於自身的大小時，帶電體的形狀、大小及電荷分布狀況對相互作用力的影響可以忽略不計，就可以把這個帶電體看作乙個帶電的幾何點，即看成點電荷。
物理學中，抓住問題的要害及關鍵，將研究物件或物理變化過程模型化，常可以使問題的處理變得簡單可行，又使處理結果基本符合客觀實際，因而理想化模型既是客觀存在的抽象，又是重要的思維方法和處理方法，處理物理問題時，首先選擇研究物件或物理過程，建立必要的物理模型，常是首要的任務。
5. 庫侖定律的應用
應用庫侖定律解題時，首先應注意庫侖定律的適用條件。公式僅適用於真空中的兩個靜止點電荷間的相互作用。其次應注意將計算庫侖力的大小與判斷庫侖力的方向二者分別進行，即應用公式計算庫侖力大小時，不必將表示電荷q1、q2的帶電性質的符號代入公式中，只將其電量絕對值代入公式中，從而計算出力的大小；庫侖力的方向再依據同性電荷相互排斥、異性電荷相互吸引加以判別，這樣分別加以處理的方法，可以避免將表示帶電性質的符號代入公式中一起運算，從而帶來的運算結果是正、負號再判定的麻煩。
第三應注意統一單位，因為靜電力常量k＝9×l09n·m2／c2是在si中的數值。第四運算中常將有效數字與數量級分別加以運算，以避免顧此失彼的失誤。
6. 微觀帶電粒子之間的庫侖力與萬有引力的比較。
質子與電子之間
即：微觀粒子之間的萬有引力遠小於庫侖力，研究微觀粒子間的相互作用時，可以忽略萬有引力。
例1. 真空中有兩個點電荷q1和q2，相距18cm，已知q1是正電荷，其電荷量為1.8×10-12c，它們之間的引力大小為f＝1.0×l0-12n，求q2的電荷量及帶電性質。
解析：由於真空中的兩個點電荷，符合運用庫侖定律解題的條件
根據庫侖定律得
因為電荷q1和q2間表現為引力，可見q2是負電荷
小結：（1）利用庫侖定律進行計算時，不但可以求電荷間的相互作用力，還可以根據相互作用力的性質，判斷電荷的電性。
（2）在利用庫侖定律進行計算時，電荷量應代入絕對值計算，再根據其電性判斷相互作用力的方向。
例2. 兩個半徑均為r的金屬球，分別帶電q和－3q，當球心相距r＝3r放置時，兩球的相互作用力為f，若將兩球接觸後放回原來的位置，則兩球之間的相互作用力大小為
a. fb. 等於fc. 大於fd. 小於f
解析：在電場力的作用下，金屬球上的電荷分布不均勻，電荷中心不位於球心，在相互接觸前，異種電荷相互吸引，電荷中心距離r1小於3r，在接觸後，同種電荷相互排斥，電荷中心的距離r2大於3r，如圖所示，根據庫侖定律有，，則兩靜電力之比為
答案：d
小結：應用電荷守恆定律時，應明確完全相同的兩金屬球接觸後將平均分配電荷．運用庫侖定律解題時，應首先明確帶電體是否可看做電荷量集中於球心的點電荷，然後分析帶電情況，再根據庫侖定律進行有關判斷。
例3. 如圖所示，帶電荷量分別為+q和+4q的兩個點電荷a、b，相距l，求在何處放乙個什麼性質的電荷，才可以使三個電荷都處於平衡狀態?
解析：a、b兩點電荷同性排斥，相互作用的靜電力均沿ab連線向外，若能平衡，第三個點電荷c對a、b的作用力方向必沿a、b連線向內，故c必與a帶異性電荷，且在a、b連線上。
設c帶電荷量為-q，距a為x，則距b為l－x，對a、c列平衡方程：
聯立解得：，
即帶電荷量為的電荷c置於距a點處，系統可平衡。
小結：本題涉及靜電力和靜力學問題，只要明確靜電力特點，運用共點力平衡條件即可解決，通過本題分析可知，若要三個電荷都處於平衡，放置電荷的條件是：「兩大夾小，兩同夾異」。
例4. 兩個大小相同的小球帶有同種電荷，質量分別為m1和m2，帶電量分別為q1和q2，用細絕緣線懸掛後，因靜電力而使兩懸線張開，分別與豎直線方向成夾角和，且兩球同處在一水平線上，如圖所示，若＝，則下述結論正確的是
a. ql一定等於q2
b. 一定滿足
c. ml一定等於m2
d. 必須同時滿足q1＝q2，m1＝m2
高一物理電荷及其守恆定律庫侖定律
高一物理電荷及其守恆定律庫侖定律人教實驗版 本講教育資訊 一.教學內容 電荷及其守恆定律庫侖定律 知識要點 1.知道各種起電的方法及實質 2.掌握電荷守恆定律的內容 3.知道點電荷的概念和靜電力常數 4.知道庫侖定律，理解它的含義及其表示式 重點 難點解析 一 電荷及其守恆定律 1.物體帶電的實質 ...
電荷守恆定律庫侖定律導學案
第六章靜電場 第一講電荷守恆定律庫侖定律 一 學習目標 理解物質的電結構 點電荷及電荷守恆定律 能用庫侖定律處理實際問題 二 自學填空 大一輪92 93頁 三 預習問題 1 如何理解電荷量 元電荷 點電荷 源電荷和試探電荷？2 誰命名了正負電荷？誰最早測得了元電荷的數值？3 物體帶電的本質是什麼？請...
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