第一节 电荷及其守恒定律
预习导航
情境导入
课程目标
1.知道自然界中只存在两种电荷，知道电荷间的相互作用．
2．了解使物体带电的方法，能从物质微观结构的角度认识物体带电的本质．
3．理解电荷守恒定律．
4．知道电荷量和元电荷的概念，知道电荷量不能连续变化.
一、电荷
1．两种电荷：自然界中的电荷只有正、负两种电荷．用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷；用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电荷．
思考讨论
如图是原子的结构模型，结合模型思考以下问题：质子所带的电荷相互吸引还是相互排斥？使原子核中的质子、中子紧密结合在一起的力是电荷间的相互作用力吗？
提示：质子所带的电荷相互排斥，原子核中的质子、中子能够紧密结合在一起，是质子间、中子间以及质子与中子间核力作用的结果，不是电荷间相互作用力的结果．
2．电荷间的相互作用：同号电荷相互排斥，异号电荷相互吸引．
3．物体带电的三种方法
（1）接触起电：一个物体带电时，电荷之间会相互排斥，如果接触另一个导体，电荷会转移到这个导体上，使这个导体也带电，这种带电方式称为接触起电．
（2）摩擦起电：当两个物体相互摩擦时，一些束缚得不紧的电子往往从一个物体转移到另一个物体，于是原来电中性的物体由于得到电子而带负电，失去电子的物体则带正电．
（3）感应起电
①自由电子：金属中离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动，这种电子叫做自由电子．
②静电感应：当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带异号电荷，远离带电体的一端带同号电荷的现象（如图所示）．
③感应起电：利用静电感应使金属导体带电的过程．
思考讨论如图所示，干燥的季节，当人的手接触化纤衣物时，为什么会有触电的感觉？
提示：手与衣物摩擦，产生了静电．
二、电荷守恒定律
1．第一种表述：电荷既不会创生，也不会消灭，它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．
2．第二种表述：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变．
思考讨论带有等量异号电荷的金属球接触后会发生电荷的中和，此时电荷被消灭了吗？
提示：中和时，系统所带电荷的代数和不变，电荷并没有消失，只是正、负电荷数相等，从而对外显电中性．
三、元电荷
1．电荷量：电荷的多少叫电荷量，在国际单位制中，它的单位是库仑，简称库．用符号C表示．
2．元电荷：质子、正电子所带的电荷量是科学实验发现的最小电荷量，这个最小的电荷量叫做元电荷．元电荷的值：.
3．电荷量的不连续性：带电体的电荷量或者等于e，或者是e的整数倍．电荷量是不能连续变化的物理量．
4．比荷：电子的电荷量e与其质量me之比，叫做电子的比荷．
第七节 静电现象的应用
预习导航
情境导入
课程目标
1.知道什么是静电平衡状态，理解处于静电平衡状态导体的特性．
2．知道静电屏蔽的定义及其有关应用．
3．知道导体上电荷的分配规律．
4．了解尖端放电现象.
一、静电平衡状态下导体的电场
1．静电感应现象：把导体放入电场，导体内部的自由电荷在电场力作用下定向移动，而使导体两端出现等量异种电荷的现象．
2．静电平衡状态：导体在电场中发生静电感应现象，感应电荷的电场与原电场叠加，使导体内部各点的合电场等于0，导体内的自由电子不再发生定向移动的状态．
3．静电平衡状态的特征
（1）处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零．
（2）处于静电平衡状态的导体，外部表面附近任何一点的场强方向必与这点的表面垂直．
（3）处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，导体的表面是个等势面．
二、导体上电荷的分布
静电平衡时，导体上的电荷分布有以下两个特点：
1．导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面．
2．在导体外表面，越尖锐的位置电荷的密度越大，凹陷的位置几乎没有电荷．
三、尖端放电
1．空气的电离：导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在强电场的作用下剧烈运动，使空气中的气体分子被撞“散”而使正负电荷分离的现象．
2．尖端放电：导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种离子与尖端的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象．
3．尖端放电的应用或防止
（1）应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施．
（2）防止：高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失．
思考讨论
如图所示，起电机工作时，风车轮会旋转起来，你能说出原因吗？
提示：起电机工作时，缝衣针上带上大量电荷，针尖处产生尖端放电．放电时，运动的带电粒子带动风车轮转动．
四、静电屏蔽
1．定义：把一个电学仪器放在封闭的金属壳里，即使壳外有电场，由于壳内电场强度保持为零，外电场对壳内的仪器不会产生影响的现象．
2．实现静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也能起到屏蔽作用．
第三节 电场强度
预习导航
情境导入
课程目标
1.了解电荷间的相互作用是通过电场实现的，知道电场和实物是物质存在的两种形式．
2．掌握电场强度的概念，体会比值定义物理量的方法．
3．能推导点电荷产生的电场强度的公式，并能应用公式进行有关的计算．
4．掌握电场强度的叠加原理，并能应用这一原理进行简单的计算．
5．知道电场线的定义和特点，会用电场线描述电场强度的大小和方向.
一、电场
1．电场：电场是在电荷周围存在的一种特殊物质，是传递电荷间相互作用的．
2．静电场：静止电荷产生的电场称为静电场．
3．性质：电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用，无论电荷静止或运动．
温馨提示 电场是一种特殊物质，电场跟空气等实物一样都是物质的存在形式．感知电场的方法是用试探电荷，电场的基本属性就是对处于电场中的电荷产生力的作用．
二、电场强度
1．两种不同功能的电荷
（1）试探电荷：用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的电荷，电荷量和尺寸必须充分小．
（2）场源电荷：激发电场的电荷．
2．电场强度
（1）概念：放入电场中某点的点电荷所受静电力F与它的电荷量q的比值，叫做该处的电场强度，简称场强．
（2）物理意义：表示电场的强弱和方向．
（3）定义式及单位：，单位牛每库，符号N/C.
（4）方向：电场中某点的电场强度的方向与正电荷在该点所受静电力的方向相同．
思考讨论用比值法定义物理量是物理学中常用的方法，你能想出几个用比值定义的物理量吗？
提示：如速度、加速度、角速度、功率等．
三、点电荷的电场 电场强度的叠加
1．真空中点电荷的场强
（1）大小：（Q为场源电荷）
（2）方向：Q为正电荷时，E的方向沿Q与该点的连线向外；Q为负电荷时，E的方向沿Q与该点的连线向内．
2．电场强度的叠加
电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和．如图所示．
电场的叠加
四、电场线
1．电场线：电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向，电场线不是实际存在的线，是为了形象描述电场而假想的线，如图所示．
电场线
2．几种特殊的电场线
熟记五种特殊电场电场线分布，如图所示
3．电场线的特点
（1）电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷．
（2）电场线在电场中不相交．
（3）电场强度较大的地方，电场线较密；电场强度较小的地方，电场线较疏．
（4）电场线上任意一点顺着电场线的切线方向，就表示该点电场强度的方向．
温馨提示 电场线是为了形象描述电场的强弱及方向而假想的有方向的曲线，现实中不存在．
五、匀强电场
1．定义：电场中各点电场强度的大小相等、方向相同的电场．
2．特点：（1）场强方向处处相同，电场线是平行直线．
（2）场强大小处处相等，要求电场线疏密程度相同，即电场线间隔相等．
思考讨论
电场线的疏密表示电场强度的大小，电场线越密的地方，电场强度越大；电场线越疏的地方，电场强度越小．那么相邻的两条电场线之间没有画电场线的地方是否就没有电场？
提示：不是．电场线是为了形象地描述电场的强弱和方向而引入的，如果在纸上每一个地方全部画上电场线，也就无法对电场进行描述．所以相邻的两条电场线之间没有画电场线的地方也有电场．
第九节 带电粒子在电场中的应用
预习导航
情境导入
课程目标
1.能运用静电力、电场强度的概念，根据牛顿运动定律及运动学公式研究带电粒子在电场中的运动．
2．能运用静电力做功、电势、电势差的概念，根据功能关系研究带电粒子在电场中的运动．
3．了解示波管的构造和基本原理.
一、带电粒子的加速
1．基本粒子的受力特点：对于质量很小的基本粒子，如电子、质子等，虽然它们也会受到万有引力（重力）的作用，但万有引力（重力）一般远小于静电力，可以忽略．
2．带电粒子的加速
受力特点
运动情况
运动规律
电子在电场中的加速
受电场力或其他力作用
加速运动
初速度为零的带电粒子，经过电势差为U的电场加速后，由动能定理得粒子获得的速度
二、带电粒子的偏转
受力
特点
运动情况
运动规律
带电粒子在电场中的偏转
电场力恒定，且与初速度方向垂直
类平抛运动．
初速度方向：匀速直线运动
垂直于初速度方向：做初速度为零的匀加速直线运动
在电极中的运动时间
电子的加速度
侧向速度
侧向位移
偏转角φ：
思考讨论所带电荷量相同的不同粒子，以相同的初速度垂直电场方向进入匀强电场，它们在电场中的运动相同吗？
提示：不一定．如果电性不同，带电粒子在电场中的偏转方向不同；如果质量不同，它们在电场中的加速度不同．
三、示波管的原理
1．构造
示波管是示波器的核心部件，外部是一个抽成真空的玻璃壳，内部主要由电子枪（发射电子的灯丝、加速电极组成）、偏转电极（由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极板组成）和荧光屏组成，如图所示．
2．原理
（1）扫描电压：XX′偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压，这个电压叫扫描电压，是周期性的．
（2）灯丝被电源加热后，出现热电子发射，发射出来的电子经加速电场加速后，以很大的速度进入偏转电场，如果在Y偏转极板上加一个信号电压，在X偏转极板上加一扫描电压，在荧光屏上就会出现按Y偏转电压规律变化的可视图像．
第二节 库伦定律
预习导航
情境导入
课程目标
1.理解点电荷的概念，知道点电荷是理想化模型，知道带电体看成点电荷的条件．
2．理解库仑定律的含义及表达式，知道静电力常量．
3．知道库仑定律的适用条件，会用库仑定律解决简单问题．
4．通过静电力与万有引力的对比，体会自然规律的多样性和统一性.
实验装置
方法（控制变量法）
探究电荷间相互作用力与距离的关系
探究电荷间相互作用力与电荷量的关系
实验操作
保持电荷量不变，改变悬点位置，从而改变小球间距r，观察悬线与竖直方向夹角θ的变化情况
保持小球间距不变，改变小球带电荷量q，观察悬线与竖直方向夹角θ的变化情况
实验现象
r变大，θ减小；r变小，θ增大
q变大，θ增大；q变小，θ减小
实验结论
电荷间的相互作用力与带电体间的距离有关，与带电体所带的电荷量有关
思考讨论
用干燥的纤维布分别与两张薄塑料片摩擦，然后将两张塑料片靠近会发现它们相互排斥，摩擦次数越多，排斥作用越大，分析一下其中的物理学原理．
提示：两张薄塑料片与纤维布发生摩擦后带上同号电荷，由于同号电荷相互排斥，所以两张塑料片靠近时相互排斥．摩擦次数越多，塑料片所带电荷量越多，排斥力越大，说明排斥力的大小与电荷量的多少有关．
二、库仑定律
1．库仑力：电荷间的相互作用力，叫做静电力．
2．点电荷
当带电体间的距离比自身的大小大得多，以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，可将带电体看做带电的点，叫做点电荷，它是一种理想化的物理模型．
3．库仑定律
（1）内容：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．
（2）表达式：，k叫做静电力常量，N·m2/C2.
（3）适用条件：①在真空中；②点电荷．
温馨提示 点电荷是理想化模型，只有在带电体的形状、大小对研究的问题的影响可以忽略不计时，才可将带电体视为点电荷．点电荷的电荷量等于带电体的电荷量．
三、库仑的实验
1．库仑扭秤实验原理
（1）库仑力大小的确定：通过悬丝扭转的角度比较库仑力的大小．
（2）小球电荷量的确定：通过让带电金属小球与不带电的相同的金属小球接触，改变和确定金属小球的带电量．
2．静电力叠加原理
对于两个以上的点电荷，两个电荷间的作用力不受其他电荷影响．其中每一个点电荷所受的总的静电力，等于其他点电荷分别单独存在时对该点电荷的作用力的矢量和．
思考讨论点电荷A、B对点电荷C单独作用时的静电力都较大，点电荷C受到A、B的总静电力是否一定较大？
提示：静电力是矢量，两个分力较大，它们的合力不一定大．
第五节 电势差
预习导航
情境导入
课程目标
1.理解电势差的概念，知道电势差与电势零点的选择无关．
2．掌握两点间电势差的表达式，知道两点之间电势差的正负号与这两点的电势高低之间的对应关系．
3．知道在电场中移动电荷时静电力做功与两点间电势差的关系，会应用静电力做功的公式进行计算.
一、电势差的概念
1．定义：电场中两点间电势的差值．
2．电场中两点间的电势差与零电势点的选择无关．
3．公式UAB＝φA－φB，UBA＝φB－φA，可见UAB＝－UBA.
4．电势差是标量，可以是正值，也可以是负值，也叫电压．
5．电势差的单位是伏特，符号是V.
二、静电力做功与电势差的关系
1．WAB＝qUAB，知道了电场中两点的电势差，就可以计算在这两点间移动电荷时静电力做的功，而不必考虑静电力的大小和方向以及电荷移动的路径．
2．是确定电势差常用的公式．
温馨提示 物理中经常需要计算某物理量的变化量，一般用末状态的量减去初状态的值，在计算电势的变化量——电势差时要根据UAB＝φA－φB求解．
思考讨论观察图片，回答图中问题并思考：电势零点改变时，各点间的电势差是否改变？
提示：若C点电势为零，A点电势为4 V，B点电势为2 V．比较可得，电势零点改变时，各点间的电势差不变．
第八节 电容器和电容
预习导航
情境导入
课程目标
1.知道电容器的概念，认识常见的电容器，了解电容器的充、放电现象．
2．理解电容的概念，掌握电容的定义式、单位，并能应用定义式进行简单的计算．
3．了解平行板电容器的电容公式，知道改变平行板电容器电容大小的方法.
一、电容器
1．定义：两个彼此绝缘又相互靠近的导体，组成一个电容器．
2．电容器的电荷量：是指一个极板所带电荷量的绝对值．
3．电容器的充放电
充电过程
放电过程
含义
使两极板分别带上等量异种电荷的过程
电容器两极板上的电荷发生中和的过程
过程
示意
电荷
运动
正电荷向A板移动，负电荷向B板移动
正电荷由A板向B板（或负电荷由B板移向A板）
电流
方向
顺时针
逆时针
联系
两个过程互逆，电容器的电荷量、能量变化趋势相反
二、电容
1．定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值．
2．定义式：.
3．物理意义：表示电容器容纳电荷本领的物理量．
4．国际单位：法拉，符号：F,1F＝106 μF＝1012pF
5．标量：只有大小，没有方向．
温馨提示 是定义式，适用于任何电容器，C的大小与Q、U无关，只决定于电容器本身．
思考讨论某同学说：“电容器带电越多，电容越大，不带电时，电容为零”．此说法对吗？为什么？
提示：不对．电容器的电容与所带电荷量无关．
三、平行板电容器的电容
1．实验探究
探究方案（控制变量法）
保持Q和d不变，研究C与S的关系
保持Q和S变，研究C与d的关系
保持Q、S和d不变，插入电介质，研究C与电介质的关系
探究方案示意图
实验现象
S越小，指针偏转角度越大
d越大，指针偏转角度越大
插入电介质，指针偏转角度增大
结论
S越小，U越大，由C＝Q/U知，C越小
d越大，U越大，由C＝Q/U知，C越小
插入电介质，U增大，由C＝Q/U知，C减小
平行板电容器两极板间为真空时，其电容跟极板的正对面积成正比，跟两极板的间距成反比
2.平行板电容器电容
，其中k为静电力常量
温馨提示 （1）此式为决定式，由此式可以看出，电容C与其所带电荷量Q及两极板间电压U均无关，完全由电容器本身决定．（2）k为静电力常量，d为极板间的距离，S为极板正对面积．（3）εr是一个常数，与电介质的性质有关，称为电介质的相对介电常数．
四、常用电容器
1．分类
（1）按电介质分：空气电容器、云母电容器、陶瓷电容器、涤纶电容器、电解电容器．
（2）按电容是否可变分：可变电容器、固定电容器．
2．电容器的额定电压和击穿电压
（1）额定电压：电容器能够正常工作时的电压．
（2）击穿电压：电介质被击穿时加在电容器两极板上的最小电压，若电压超过这一限度，则电容器就会被损坏．
第六节 电势差和电场强度的关系
预习导航
情境导入
课程目标
1.掌握公式U＝Ed的推导过程，理解公式的含义，知道公式的适用条件．
2．理解电场强度的另一种表述．
3．能够应用U＝Ed或解决有关问题.
一、匀强电场中电势差与电场强度的关系
1．关系式
UAB＝Ed或.
2．物理意义
匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积．
3．适用条件
（1）匀强电场．
（2）d是两点沿电场方向的距离．
二、公式的意义
1．意义：在匀强电场中，电场强度的大小等于两点间的电势差与两点沿电场强度方向距离的比值．
2．电场强度的另一种表述：电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势．
3．场强的另一个单位：由可导出场强的另一个单位，即伏每米，符号为V/m.1_V/m＝1 N/C.
思考讨论为何说电场强度的两个单位 N/C与V/m是相同的？
提示：1 V/m＝1 J/（C·m）＝1 N·m/（C·m）＝1 N/C.
第四节 电势能和电势
预习导航
情境导入
课程目标
1.知道静电力做功与路径无关．
2．理解静电力做功与电势能变化的关系，理解电势能的概念，认识电势能的相对性．
3．知道电势的定义方法及其定义式、单位．
4．知道等势面的定义，知道电场线一定垂直于等势面.
一、静电力做功的特点
在电场中把点电荷q从A点移动到B点，不管走什么路径，静电力所做的功都相同．说明静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关（如图所示）．
二、电势能
1．概念
电荷在电场中具有的势能．用Ep表示．
2．静电力做功与电势能变化的关系
静电力做的功等于电势能的减少量，即WAB＝EpA－EpB.
（1）电场力做正功，电势能减少（如图甲所示）；
（2）电场力做负功，电势能增加（如图乙所示）．
3．零势能点
电场中规定的电势能为零的位置，通常把电荷在离场源电荷无限远处或在大地表面上的电势能规定为零．
4．电势能的大小
电荷在某点的电势能，等于把它从该点移动到零势能位置时静电力做的功．
思考讨论在电场中确定的两点间移动电荷量大小相等的正、负电荷时，电场力做功与电势能变化有何差异？
提示：在电场中确定的两点间移动电荷量大小相等的正、负电荷时，静电力做功的绝对值相等，正、负不同，电势能的变化量绝对值相等，增减情况相反．
三、电势
1．定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值．
2．公式和单位：电势的定义式为，在国际单位制中，电势的单位是伏特，符号为V.
3．电势零点：电场中规定的电势为零的位置．常取离场源电荷无限远处或大地的电势为零．规定电势零点之后，电势有正、负之分．
4．标矢性
电势只有大小，没有方向，是标量．
5．电势与电场线的关系：沿着电场线的方向电势逐渐降低．
思考讨论电荷处在电场中，在电势越高的位置电势能越大吗？
提示：不一定．正电荷在电势越高处电势能越大，负电荷在电势越高处电势能越小．
四、等势面
1．定义：电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面．
2．等势面与电场线的关系
（1）电场线跟等势面垂直；
（2）电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面．
3．几种常见电场的等势面
电场
等势面形状
特点
点电荷
等势面是以点电荷为球心的一簇球面，越向外越稀疏
等量异种点电荷
是两簇对称曲面，两点电荷连线的中垂面是一个等势面．在从正电荷到负电荷的连线上电势逐渐降低，φA＞φA′；在中垂线上φB＝φB′
等量同种点电荷
是两簇对称曲面，在AA′线上O点电势最低；在中垂线上O点电势最高，向两侧电势逐渐降低，A、A′和B、B′对称等势
匀强电场
等势面是与电场线垂直、间隔相等、相互平行的一簇平面
形状不规则的带电导体附近的电场
越靠近导体表面，等势面的形状越接近导体形状，越远离导体，等势面越接近球面
