第一章-电场-电流电场-电流课件

第一章电场

电流本章从最基本的电现象——静电开始，研究静电的作用规律及电场的描述，并介绍了生活中的静电现象及储存电荷的装置——电容器，最后介绍了人类对电流的认识过程。电源、电流的热效应，这些都是电学的基本内容，学习中要求会用物质的微观模型和电荷守恒定律分析静电现象，认识点电荷间的作用规律，并能简单应用，通过实验认识电场，本章知识概览并会用电场线和电场强度来描述电场，同时了解静电知识产生的历史背景，体验科学家不畏艰辛、勇于探索和创新的精神。新课标对本章的要求是：1．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。2．通过实验认识电场，会用电场线、电场强度描述电场。3．理解电流的概念和电源的电动势。4．掌握焦耳定律。本章内容比较抽象，而且概念较多，不易理解。因此学习中要注意做好实验，弄清概念建立的背景，体会类比思想、理想化模型的建立在物理学研究中的作用，掌握科学探究常用的思想方法，对下一章磁场内容的学习有启发和引领的作用。本章重点电荷间相互作用的特点、三种起电方式、电荷守恒定律、点电荷、库仑定律、电场强度、电场线、电流、电动势、焦耳定律。本章难点点电荷、库仑定律及应用、电场强度、电动势、焦耳定律。一、电荷库仑定律学习目标知识与技能1.知道自然界中有正负两种电荷，知道电荷的产生原因。2.知道电荷守恒定律。3.理解库仑定律的含义及其公式表达，知道静电力常量，并会用库仑定律的公式进行有关的计算。过程与方法1.明确物体起电的实质。2.认识类比的方法也是物理学中的一种研究方法。情感、态度与价值观学习科学家不畏艰辛、勇于探索的科学探究精神，认识科学知识的社会价值，激发爱科学、努力学习科学的热情。1．两种电荷及其相互作用(1)自然界中存在着两种电荷，________和________。(2)同种电荷相互_____，异种电荷相互______。基础落实·新知探究一、电荷正电荷负电荷排斥吸引2．电荷量(1)定义：电荷的______叫作电荷量，用________表示。(2)单位：在国际单位制中，电荷量的单位是______，简称库，用符号C表示。多少Q(或q)库仑3．起电方式(1)摩擦起电：毛皮摩擦过的硬橡胶棒带的电荷称为_____电荷，用丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷称为______电荷。(2)感应起电：把电荷移近不带电的异体，可以使导体________的现象。负正带电◎思考1．相互吸引的两个物体一定是带异种电荷吗？提示不一定，带电的物体可以吸引不带电的轻小物体。1．内容：电荷既不能创生，也不能消灭，只能从一个物体_______到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，在转移的过程中，电荷的________不变。这个结论叫作电荷守恒定律。2．元电荷：电荷量e叫作元电荷，e＝_______________。二、电荷守恒转移总量1.60×10－19C◎思考2．电荷量能连续变化吗？提示所有带电体的电荷量或者等于e，或者等于e的整数倍。1．内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，跟它们_______的乘积成正比，跟它们距离的________成反比，作用力的方向在它们的连线上。2．公式：F＝________。式中的k叫作静电力常量，k＝_______________。三、库仑定律电荷量二次方9.0×109N·m2/C23．点电荷：如果带电体间的距离比它们自身线度的大小_________，以至带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计，这样的带电体就可以看做点电荷。大得多[名师精讲]要点突破·规律总结要点一三种起电方式的比较

方式内容摩擦起电感应起电接触起电产生及条件两不同绝缘体摩擦时导体靠近带电体时导体与带电导体接触时现象两物体带上等量异种电荷导体两端出现等量异种电荷，且电性与原带电体“近异远同”导体上带上与带电体相同电性的电荷[特别提醒]

起电的本质是自由电子在物体之间或物体内部转移，而不是创造了电荷。原因不同物质的原子核对核外电子的束缚力不同而发生电子得失导体中的自由电子受带正(负)电物体吸引(排斥)而靠近(远离)自由电荷在带电体与导体之间发生转移举例摩擦后的毛皮与橡胶棒分别带正电和负电放于电场中的导体两端带有等量异种电荷验电器的工作原理实质均为电荷在物体之间或物体内部的转移[例1]如图1－1－1所示，在正电荷Q附近放一个不带电的导体B，由于静电感应，在B的左端出现________电荷，右端出现等量的________电荷。若用导线将B与大地相连，无论导线连接的是左端还是右端，B导体都将带_________电。［典例精析］

图1－1－1【解析】

如下图所示，如果把B和地球看成一个整体，导体B始终是靠近带电体Q的一端，带上与Q相反种类的电荷，与导线连在左端还是右端无关。【答案】

负正负【点拨提升】

地球是一个巨大的导体，当用导线将B与大地相连后，B导体和地球能看成一个整体。1．使带电的金属球靠近不带电的绝缘枕形导体，下图表示枕形导体上感应电荷的分布情况中正确的是［变式训练］

图1－1－2解析根据同种电荷相斥，异种电荷相吸，在导体靠近电荷的近端感应出异种电荷，远端感应出同种电荷，选项B正确。答案B[名师精讲]1．点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的理想化模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在。2．当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以至带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间相互作用力的影响可以忽略不计时，这样的带电体就可以看做点电荷。要点二对点电荷的认识3．一个带电体能否看做点电荷，是相对于具体问题而言的，不能单凭其大小和形状确定。例如，一个半径为10cm的带电圆盘，如果考虑它和10m处某个电子的作用力，就完全可以把它看做点电荷，而如果这个电子离带电圆盘只有1mm，那么这一带电圆盘又相当于一个无限大的带电平面。[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，才能看作点电荷B．体积很大的带电体一定不能看作点电荷C．点电荷一定是电荷量很小的带电体D．两个带电的金属小球，不一定能将它们作为电荷集中在球心的点电荷处理［典例精析］

【解析】

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，带电体本身的大小，对我们所讨论的问题影响甚小，相对来说可把带电体视为一几何点，并称它为点电荷。但点电荷本身的线度不一定很小，它所带的电荷量也可以很大。点电荷这个概念与力学中的“质点”类似。所以A、B、C均不对。两个带电的金属小球，距离近时电荷不会均匀分布，故D对。【答案】

D【思维总结】

体积很小的带电体，如果它们之间的距离很近，也不能看成点电荷，即使是一个球形带电体，距离很近时也不能看成点电荷。2．(多选)关于点电荷，下列说法中正确的是A．点电荷是一个带有电荷的几何点，它是实际带电体的抽象，是一种理想化的模型B．点电荷自身不一定很小，所带电荷不一定很少C．体积小于1mm3的带电体就是点电荷D．体积大的带电体，只要满足一定的条件也可以看成点电荷［变式训练］

解析点电荷是实际带电体在一定条件下抽象出的一个理想化模型，这个条件是带电体大小和形状在研究电荷间相互作用力的影响时可以忽略不计。答案ABD[名师精讲]1．电荷守恒定律的两种表述及区别(1)电荷守恒定律的两种表述①第一种表述：电荷既不能创生，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。要点三电荷守恒定律的理解与应用②第二种表述：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是保持不变。(2)两种表述的区别①第一种表述是对物体带电现象规律的总结，一个原来不带电的物体通过某些方法可以带电，原来带电的物体也可以使它失去电性(这叫电的中和)，但其实质是电荷的转移，电荷的数量并未增加或减少。②第二种表述则更具有广泛性，涵盖了包括近代物理实验发现的微观粒子在变化中遵守的规律，近代物理实验发现，由一个高能光子可以产生一个正电子和一个负电子，一对正、负电子可同时湮没、转化为光子。在这种情况下，带电粒子总是成对产生或湮没，电荷的代数和不变，即正、负电子的产生和湮没与电荷守恒定律并不矛盾。［典例精析］

A．质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成B．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成【思路引导】

本题为信息题，考查电荷守恒定律。【答案】

B3．两金属小球所带电荷量分别为＋3Q和－Q，将两小球接触后，它们所带的电荷量一共为A．＋3Q

B．＋2QC．＋Q D．－Q解析由电荷中和和守恒规律知选项B正确。答案B［变式训练］

要点四对静电力的认识2．公式的适用条件(1)仅适用于真空中两个点电荷之间的相互作用的静电力(叫库仑力)。有人用公式推理说，当r→0时，F→∞，这是错误的。因当r→0时，两电荷已不能再看成点电荷，不能用此公式来分析静电力了。(2)均匀带电球体可以看成电荷量集中在球心的点电荷，应用公式计算库仑力，这时距离r从球心算起。3．静电力的性质静电力具有力的共性，如遵守牛顿第三定律，遵循力的平行四边形定则。4．静电力与万有引力的大小比较研究微观带电粒子的相互作用时，经常忽略万有引力。(因其万有引力比起静电力来非常小)[特别提醒]

(1)应用静电力的计算公式时，Q1、Q2只以绝对值代入，计算出的F是库仑力的大小；至于库仑力的方向可依据“同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引”来判断。(2)计算时公式中的各量都必须用国际单位制中的单位。[例4]

(多选)两个半径、材料完全相同的金属小球，所带电荷量之比为1∶7，间距为r，把两球相互接触后再放回原来的位置上，则相互作用力可能为原来的A．7/16

B．7/9C．9/7 D．16/7［典例精析］

【思路引导】

因为两带电小球所带电荷的电性不明，所以要分同种、异种电荷两种情况讨论。【解析】

设两金属球带电荷量分别为Q、7Q，则F＝kQ1Q2/r2＝7kQ2/r2。若带同种电荷，将两带电小球接触后分开，放回原来的位置上，相互作用力变为F1＝16kQ2/r2，所以D项正确；若带异种电荷，将两带电小球接触后分开，放回原来的位置上，相互作用力变为F2＝9kQ2/r2，所以C项正确。故选C、D。【答案】

CD【思维总结】

(1)两个完全相同的带电体，相互接触后电荷量平分：若带同种电荷，则总量平分；若带异种电荷，则先中和然后把剩余的电荷量平分。(2)库仑力与力学中的重力一样也是按性质分类的力，在受力分析时要注意库仑力产生的条件和大小。4．两点电荷间的距离为r时，库仑力为F，保持电荷量不变，它们间的距离为0.5r时，库仑力为__