电荷及其守恒定律 库仑定律 电场强度.ppt

1、1.1 电荷及其守恒定律,新课标高中物理选修31,第一章 静电场,一、电荷,1、自然界中有两种电荷 （1）正电荷： 丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷 （2）负电荷： 毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷,同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。,原子的构成,原子,原子核,核外电子,质子,中子,（正电）,（不带电）,核外电子,离原子核较远的电子容易受到外界的作用而脱离原子,物质的微观结构是怎样的？摩擦起电的原因是什么？,摩擦时电子从一个物体转移到另一个物体上。 得到电子：带负电 失去电子：带正电,（中性）,（负电）,（正电）,摩擦起电的本质：,电子的转移。原来电中性的物体得到电子则带上负电，失去电子的带上正电。

2、,感应起电金属导电机理？,摩擦起电的结果：,两个相互摩擦的物体带上等量异种电荷。,金属导电机理：,金属内有自由移动的电子,自由电子,正离子在自己的平衡位置附近振动而不移动。,一个带电体靠近金属导体时,先分开AB再拿走带电体，AB分别带上等量异性电荷。,静电感应,2、感应起电,（2）感应起电：利用静电感应使物体带电，叫做感应起电,规律：近端感应异种电荷， 远端感应同种电荷,（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，叫做静电感应,3、接触带电,电荷从一个物体转移到另一个物体,两个完全相同的带电导体,接触后再分开,二者将原来所带电量的总和平均分配,三种带电方式 (1)摩擦起电：

3、正负电荷的分开和转移 (2)感应起电： 电荷从物体的一部分转移到另一部分 (3)接触起电： 电荷从一个物体转移到另一个 物体,起电的本质,无论是哪种起电方式,其本质都是将正、负电荷分开,使电荷发生转移，并不是创造电荷.,表述一： 电荷既不能创造,也不能消灭,它只能从一个物体转移到另一个物体,或从物体的一部分转移到另一部分,在转移的过程中，系统的电荷总数保持不变.,表述二： 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。,二、电荷守恒定律：,（1）电荷的多少如何表示？它的单位是什么？,（3）元电荷的数值是多少？它的数值最早是由哪位物理学家测定的？,（2）什么是元电荷？一个电子就是一个元

4、电荷吗？,（4）什么是比荷？电子的比荷是多少？,电荷量：电荷的多少，简称电量。单位:库仑 C,元电荷的值,一个电子所带电量为元电荷,带电体的电荷量与质量的比值叫做比荷,美国科学家密立根,比较电荷带电的多少,要比较的是其电荷量的绝对值 电荷量的正负不表示电荷量的大小,只代表电荷的性质,所有带电体所带电荷量只能是元电荷的整数倍,静电计(指针式验电器),验电器,+,+,-,-,-,-,+,+,验电器,思考:是否只有当带电体与导体棒的上端直接接触时,金属箔片才开始张开?解释看到的现象.,小 结,1、自然界存在两者电荷 （1）正电荷：丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷 （2）负电荷：毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电

5、荷 2、使物体带电的方式带电方式 (1)摩擦起电 (2)感应起电-近异远同 (3)接触起电 3、电荷守恒定律：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。,1、科学家在研究原子、原子核及基本粒子时，为了方便，常常用元电荷作为电量的单位，关于元电荷，下列论述正确的是： A、把质子或电子叫元电荷 B、1.6010-19C的电量叫元电荷 C、电子带有最小的负电荷，其电量 的绝对值叫元电荷 D、质子带有最小的正电荷，其电量 的绝对值叫元电荷,2、把两个完全相同的金属球A和B接触一下，再分开一段距离，发现两球之间相互排斥，则A、B两球原来的带电情况可能是 （ ） A带有等量异种电荷 B带有等

6、量同种电荷 C带有不等量异种电荷 D一个带电，另一个不带电,3、有A、B、C三个塑料小球，A和B，B和C，C和A间都是相互吸引的，如果A带正电，则 ： AB、C球均带负电 BB球带负电，C球带正电 CB、C球中必有一个带负电，而另 一个不带电 DB、C球都不带电,A.导体B带负电; B.导体B左端出现负电荷,右端出现正电荷,并且电荷量大小相等; C.若A不动,将B沿图中虚线分开,则左边的电荷量小于右边的电荷量; D.若A、B接触一下,A、B金属体所带总电荷量保持不变.,A,B,4、如图所示,A、B是被绝缘支架分别架,起的金属球,并相隔一定距离,其中A带正电,B不带电,则以下说法中正确的是:,5

7、、图7中A、B是两个不带电的相同的绝缘金属球，它们靠近带正电荷的金球C在下列情况中，判断A、B两球的带电情况： （1）A、B接触后分开，再移去C， 则A_，B_； （2）A、B接触，先移去C后，再把AB分开， 则A_，B_ （3）A、B接触，用手指瞬间接触B后再移去C， 则A_， B_；,正电,负电,不带电,不带电,负电,负电,6、如图所示，导体棒AB靠近带正电的导体Q放置用手接触B端，移去手指再移去Q，AB带何种电荷 _ 若手的接触点改在A端，情况又如何_ 。,负电荷,负电荷,A,B,+,Q,7、用一根跟毛皮摩擦过的硬橡胶棒，靠近不带电验电器的金属小球a，然后用手指瞬间接触一下金属杆c后拿开

8、橡胶棒，这时验电器小球A和金箔b的带电情况是 （ ） Aa带正电，b带负电 Ba带负电，b带正电 Ca、b均带正电 Da、b均带负电 Ea、b均不带电,1.2 库仑定律,同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引,既然电荷之间存在相互作用，那么电荷之间相互作用力的大小决定于那些因素呢？,1、可能跟电荷电量有关 2、可能与两个电荷间的距离有关,探究影响电荷间相互作用力的因素,实验表明：电荷之间的作用力 （1）随电荷量的增大而增大 （2）随距离的增大而减少,电荷间相互作用力叫做静电力或库仑力.,1.F与r有关,库仑的实验,研究方法：控制变量法,结论：保持两球上的电量不变，改变两球之间的距离r，从实验结果中

9、库仑得出静电力与距离的平方成反比，即 F1/r2,2.F与q有关,结论：保持两球间的距离不变，改变两球的带电量，从实验结果中库仑得出静电力与电量的乘积成正比，即 F q1q2,研究仪器：库仑扭秤,库仑定律,真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。,大小：,K为静电力常量：K=9.0109Nm2/C2,方向:,在两点电荷的连线上, 同种电荷相斥,异种电荷相吸.,计算大小时只将电荷量的绝对值代入.,库仑定律,真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它

10、们的连线上。,适用范围：,1.真空中；,2.点电荷.,在空气中的结果与真空中相差很小， 因此在空气中也可使用真空中的公式,点电荷,当带电体间的距离比自身的大小大得多，以至带电体的形状、大小及电荷分布对他们之间的相互作用力的影响可以忽略不计是，这样的带电体就可以看做带电的点，叫做点电荷。 1、点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的理想化的模型，类似于力学中的质点模型，实际中并不存在。 2、一个带电体能否看成点电荷，是相对于具体问题而言，不能单凭起大小或形状确定的。,例题2:真空中有三个点电荷,它们固定在边长50cm的等边三角形的三个顶点上,每个点电荷都是+2 X 10-6C,求它们所受的库仑力.,

11、q1,+,-,q2,三个自由的点电荷只受库仑力的平衡规律,例：a、b两个点电荷，相距40cm，电荷量分别为q1和q2，且q1=9q2，都是正电荷；现引入点电荷c，这时a、b、c三个电荷都恰好处于平衡状态，试问：点电荷c的性质是什么？电荷量多大？它放在什么地方？,同夹异、大夹小、近小远大,课堂训练,1、关于点电荷的下列说法中正确的是： 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的问题的影响是否可以忽略不计,课堂训练,2、下列说法中正确的是： A .点电荷就是体积很小的电荷

12、 B .点电荷就是体积和带电量都很小 的带电体 C .根据 可知,当r 0 时，F D .静电力常量的数值是由实验得到的,课堂训练,3、 三个相同的金属小球a、b和c，原来c不带电，而a和b带等量异种电荷，相隔一定距离放置，a、b之间的静电力为F 。现将c球分别与a、b接触后拿开，则a、b之间的静电力将变为（ ）。 AF/2 BF/4 CF/8 D3F/8,课堂训练,4、两个半径为0.3m的金属球，球心相距1.0m放置，当他们都带1.5105 C的正电时，相互作用力为F1 ，当它们分别带+1.5105 C和1.5105 C的电量时，相互作用力为F2 , 则（ ） AF1 = F2 BF1 F2

13、 CF1 F2 D无法判断,1.3 电场强度,两电荷不直接接触，它们之间的相互作用是怎样产生的?,B,+,+,+,+,+,+,A,+,+,+,+,+,+,英国物理学家 法拉第 （1791-1867）,法拉第提出“场”概念,一.电场：,2、基本性质：,对放入其中的电荷有力的作用。（这种力叫电场力）,1、电荷的周围存在着由它产生的电场。,3、电荷间的相互作用力通过电场发生,4、电场是客观存在的物质。,检验电荷（试探电荷）：,用来检验电场的电量很小，体积很小的电荷。 （不会影响原电场）,场源电荷（源电荷）： 产生电场的电荷,结论: F/q能反映电场中某点电场的力的性质电场的强弱。,2.电场中不同的点

14、，同一电荷所受力也不同，比值F/q一般是不同的。,1.电场中的同一点，不同电荷所受力不同，比值F/q是一定的。,问题2,实验现象：,二.电场强度,1.定义：放入电场中某点的电荷所受的电场力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度，简称场强。,5.理解：场强反映电场力的性质，由电场本身 决定，与放入的试探电荷无关。,3.单位：牛/库(N/C) 、伏/米(V/m) 、 1 V/m=1N/C,4.方向：规定与正电荷在该点的受力方向相同,2.定义式：,1、电场中有一点P，下列哪些说法正确的是（ ） A 若放在P点的试探电荷的电量减半，则P点 的场强减半。 B 若P点没有试探电荷，则P点的场强为零。

15、C P点的场强越大，则同一电荷在P点受到的 电场力越大。 D P点的场强方向为试探电荷在该点的受力方向,C,课堂训练,三、真空中点电荷的电场,+,-,1、大小：,2.场强方向：正点电荷电场方向背离电荷 负点电荷电场方向指向电荷,2、 关于电场强度，下列说法正确的是（ ） A E=F/q，若q减半，则该处的场强变为原来的2倍 BE=kQ/r2中，E与Q成正比，而与r平方成反比 C在以一个点电荷为球心，r为半径的球面上，各点的场强均相同 D电场中某点的场强方向就是该点所放电荷受到的电场力的方向,课堂训练,B,1、电场强度是矢量，合成应遵循平行四边形法则,四、电场强度的叠加,2、一个半径为R的均匀带

16、电球体（或球壳）在外部产生的电场与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相同,3、在真空中有两个点电荷q1和q2，分别位于A和B，相距20 cm，q1为410-8 C，q2为810-8 C。则在AB连线上A点的外侧离A 点20 cm处的D点场强大小、方向如何? 4.5103 N/C，方向由D指向A。,课堂训练,4、思考题： 场是物理学中的重要概念，除了电场和磁场，还有引力场。物体之间的万有引力就是通过引力场发生作用的，地球附近的引力场叫做重力场。仿照电场强度的定义，你认为应该怎样定义重力场的大小和方向？重力场的方向跟正电荷产生的电场相似，还是跟负电荷的电场相似？,五、电场线,电场线是用来

17、形象地描述电场强弱与方向特性的一簇曲线。电场线上每一点的切线方向，都和该点的场强方向一致。,电场线的特征：,4、电场线不会相交，也不会相切,1、电场线密的地方场强大，电场线疏的地方场强小,3、静电场的电场线起于正电荷止于负电荷，孤立的正电荷（或负电荷）的电场线止于（或起于）无穷远处点,5、电场线是假想的，实际电场中并不存在,6、电场线不是闭合曲线，且与带电粒子在电场中的运动轨迹之间没有必然联系,2、电场中某点的场强方向为电场线在该点的切线方向。,特点：,a、离点电荷越近，电场线越密，场强越大 b、以点电荷为球心作个球面，电场线处处与球面垂直，在此球面上场强大小处处相等，方向不同。,几种常见电场

18、中电场线的分布及特点,1、正、负点电荷的电场中电场线的分布,特点：,a、沿点电荷的连线，场强先变小后变大,b、两点电荷连线中垂面（中垂线）上，场强方向均相同，且总与中垂面（中垂线）垂直,2、等量异种点电荷形成的电场中的电场线分布,c、在中垂面（中垂线）上，与两点电荷连线的中点0等距离各点场强相等。,3、等量同种点电荷形成的电场中电场线分布,特点：,a、两点电荷连线中点O处场强为0 b、两点电荷连线中点附近的电场线非常稀 疏，但场强并不为0 c、两点电荷连线的中点到无限远电场线先变密后变疏,4、匀强电场,特点：,a、匀强电场是大小和方向都相同的电场，故匀强电场的电场线是平行等距的直线 b、电场线的疏密反映场强大小，电场方向与电场线平行,5.点电荷与带电平板的电场中电场线的分布,特点：,a、以点电荷向平板作垂线为轴电场线左右对称,b、电场线的分布情况类似于等量异种电荷的电场线分布，而带电平板恰为两电荷连线的垂直平分线,c 、在带电平板表面场强与平板垂直,如图，是静电场的一部分电场线的分布，下列说法正确的是：（ ） A、这个电场只能是负电荷的电场 B、点电荷q在A、B两处受到的电场力FBFA C、点电荷q在A、B两处的加速度大小，aAaB （不计重力） D、负电荷在B点处受到的电场力方向沿B点切 线方向,A,B,B,P,Q,P,Q,P,Q,正检验电荷q在电场中P点