人教版_选修1-1_一、电荷 库仑定律课件68张PPT

“静电场”是电学的基础知识，承前启后，也是历年高考的重点之一.需要我们在理解基本概念的基础上，掌握电荷守恒定律、库仑定律、场强叠加、匀强电场中电场强度与电势差的关系、带电粒子在电场中的运动等有关规律.学会运用电场线、等势面等几何方法形象地描述电场的分布；熟练将运动学和力学的规律应用到电场中，分析、解决带电粒子在电场中的运动问题.
课标领航
本章特点之一是概念多且抽象.静电场的概念及电场强度、电势、电势差、电势能等物理量的理解都是比较抽象的，但是我们可以把它们与重力场及重力加速度、高度、高度差、重力势能等进行类比，在类比中加深对本章知识的掌握.
本章特点之二是综合性较强.许多知识是在力学知识的基础上学习的，所以在学习电学知识前要复习好必要的力学规律.在分析问题的过程中要经常把力、电规律密切联系，综合运用.本章对能力的具体要求是概念准确，不乱套公式，懂得规律的成立条件及适用范围，从规律出发进行逻辑推理，把相关知识融会贯通，灵活处理物理问题.
第一节　电荷及其守恒定律
学习目标：1.经历摩擦起电、接触起电和感应起电的实验过程，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.
2．理解电荷守恒定律.
3．知道什么是元电荷，知道电荷量的概念及其单位，知道比荷的概念.
一、电荷：
电荷是一种物质属性
1、自然界中只存在两种电荷
（1）正电荷：
与丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷
（2）负电荷：
与毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷
+
_
2、电荷的性质：
同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引
本杰明·富兰克林（Benjamin Franklin）(1706-1790)
十八世纪美国的科学家和发明家，著名的政治家、外交家、哲学家、文学家、科学家、发明家和航海家以及美国独立战争的伟大领袖
主要成就： 吸引雷电的风筝实验了解放电现象，参与起草《独立宣言》 、美国宪法
代表作品： 《穷查理年鉴》《富兰克林自传》
100美元头像
【富兰克林简介】
静电计(指针式验电器)
验电器
思考：用什么仪器检验物体是否带电呢？
针对训练一：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：
　1、B、C球均带负电
　2、B球带负电，C球带正电
　3、B、C球中必有一个带负电，而另一个不带电
　4、B、C球都不带电
思考：一般情况下物体不带电，它内部没有电荷吗？用什么方法可以使物体带电呢？
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
物质组成的微观结构解释：
（中性）
（负电）
（正电）
实质：
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。
二、使物体带电的方式与实质：
1、摩擦起电
针对练习二：毛皮与橡胶棒摩擦后，毛皮带正电，这是因为：
A．毛皮上的一些电子转移到橡胶棒上了
B．毛皮上的一些正电荷转移到了橡胶棒上了
C．橡胶棒上的一些电子转移到了毛皮上了
D．橡胶棒上的一些正电荷转移到毛皮上了
2、接触带电
二、使物体带电的方式与实质：
用不带电的物体接触带电体，而使物体带电。
实质：电荷由一个物体转移到另一个物体。
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,金属箔片才会张开?
3、感应起电
二、使物体带电的方式与实质：
实验：
提出问题：取一对绝缘支柱支持的金属导体A和B，使它们相互接触，把带电导体球C移近导体A，A、B是否带电？A、B电性如何？电量有何关系？如何验证？
（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.
（2）感应起电：利用静电感应使物体带电，叫做感应起电．
规律：两端感应电荷电量相等，电性相反。
近端 感应出异种电荷，
远端 感应出同种电荷-----“近异远同”
（3）实质：电子从物体的一部分转移到另一部分。
感应起电成功的关键在于先分开两物体(或先断开接地线)然后再移去带电体.
　
特别提醒
针对训练三：A、B是两个不带电的相同的金属球，它们靠近带正电荷的金属球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_______；
正电
负电
不带电
不带电
三种起电方式的比较：
摩擦起电
感应起电
接触起电
产生条件
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
摩擦起电
感应起电
接触起电
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)
电荷之间的相互排斥
实质
均为电荷在物体之间或物体内部的转移
三、电荷守恒定律：
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.
三、电荷守恒定律
1、内容：电荷既不能创造，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。
?理解：和能量守恒一样是物理学的基本定律之一，它指出，对于一个孤立系统，不论发生什么变化，其中所有电荷的代数和永远保持不变。电荷守恒定律表明，如果某一区域中的电荷增加或减少了，那么必定有等量的电荷进入或离开该区域；如果在一个物理过程中产生或消失了某种符号的电荷，那么必定有等量的异号电荷同时产生或消失。
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。
阅读课本完成下列问题？
（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电荷吗？
（4）什么叫带电体比荷？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
一个质子所带电荷量或一个电子所带电荷量的绝对值为元电荷
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
电荷量的正负不表示电荷量的大小,只代表电荷的性质
比较电荷带电的多少,要比较的是其电荷量的绝对值
所有带电体所带电荷量只能是元电荷的整数倍
针对练习四：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荷量的单位，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、1.60×10-19C的电荷量叫元电荷．
C、电子带有最小的负电荷，其电荷量的绝对值叫元电荷．
D、质子带有最小的正电荷，其电荷量的绝对值叫元电荷．
1.两个带有同种电荷的导体接触，电荷会重新分配.
若不受外界影响，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
接触时电荷分配原则：
2.两个带有异种电荷的导体，接触后先发生正负电荷的中和，然后剩下的电荷量再进行电荷的重新分配。
如果两带电体完全相同，则剩下的电荷平均分配
针对练习五：两个完全相同的金属球，一个带+6×10-8C的电量，另一个带－2×10-8C的电量。把两球接触后再分开，两球分别带电多少？
两个完全相同的带电金属球，接触后再分开时各自的带电量可用公式计算. 　
特别提醒
电荷
电荷量
电荷守恒定律
性 质
三种起电方式
课堂小结
种 类
　
如图1－1－1所示，挂在绝缘细线下的小轻质通草球，由于电荷的相互作用而靠近或远离，所以 (　　)
类型一
　电荷间的相互作用
图1－1－1
例1
A．甲图中两球一定带异种电荷
B．乙图中两球一定带同种电荷
C．甲图中两球至少有一个带电
D．乙图中两球只有一个带电
【解析】　若两物体相互排斥，必定带同种电荷；若两物体相互吸引，二者可能带异种电荷，也可能一个带电荷，另一个不带电荷.当只有一个物体带电时，不带电物体由于受到带电物体电荷的作用，原子内部的异种电荷趋向于靠近带电物体，同种电荷趋向于远离带电物体，这一过程类似于静电感应，因此两物体之间的吸引力大于排斥力，宏观上显示的是吸引力.综上知，B、C选项正确.
【答案】　BC
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的近旁有一绝缘金属球b，开始时a、b不带电，如图1－1－2所示，现使b球带电，则 (　　)
图1－1－2
变式拓展
A．a、b之间不发生相互作用
B．b将吸引a，吸在一起不分开
C．b立即把a排斥开
D．b先吸引a，接触后又把a排斥开
解析：选D.b球带电就能吸引轻质小球a，接触后电荷量重新分配，那么a、b球带同种电荷，然后就要相互排斥.因此本题突出“近旁”，以表达吸引并能接触.
如图1－1－3所示，将带有负电的绝缘棒移近两个不带电的导体球，两个导体球开始时互相接触且对地绝缘，下列方法中能使两球都带电的是 (　　)
类型二
起电方式的应用
图1－1－3
例2
A．先把两球分开，再移走棒
B．先移走棒，再把两球分开
C．使棒与甲球瞬时接触，再移走棒
D．先使乙球瞬时接地，再移走棒
【解析】　由于静电感应，甲球感应出正电荷，乙球感应出负电荷，把两球分开后，它们带上了等量异种电荷，所以A正确；若先将棒移走，则两球不会有静电感应现象产生，所以不会带上电荷，B错误；使棒与甲球接触，则两球会因接触而带上负电荷，所以C正确；若使乙球瞬时接地，则乙球上感应出的负电荷因受斥力而被导走，再将棒移走，由于甲、乙是接触的，所以甲球上的电荷会重新分布在甲、乙两球上，结果是两球都带上了正电荷，所以D正确.
【答案】　ACD
【思维总结】　对每一种起电方法要理解起电过程，如感应起电是由于外来电荷(电场)的作用使某导体内电荷重新分布，接触起电是由于电荷间作用使两导体间电荷发生转移.
2．例题中，能使甲、乙两球带同种电荷的是(　　)
解析：选CD.接触起电使甲、乙两球都带负电，所以C对，乙球瞬时接地，甲球带正电，乙球不带电，再移走棒，甲、乙两球均带正电，故D对.
变式拓展
如图1－1－4所示，有一带正电的验电器，当一金属球A靠近验电器的小球B(不接触)时，验电器的金箔张角减小，则 (　　)
例3
类型三
用验电器判断物体的带电情况
图1－1－4
A．金属球可能不带电
B．金属球可能带负电
C．金属球可能带正电
D．金属球一定带负电
【思路点拨】　靠近和接触验电器金属球都可以判断其是否带电，前者发生的是静电感应现象，后者是因为带电体所带的电荷可以转移到验电器上.
【解析】　验电器的金箔之所以张开，是因为它们都带有正电荷，而同种电荷相互排斥，张开角度的大小决定于两金箔带电荷量的多少.如果A球带负电，靠近验电器的B球时，异种电荷相互吸引，使金箔上的正电荷逐渐“上移”，从而使两金箔张角减小，选项B正确，同时否定选项C.如果A球不带电，在靠近B球时，发生静电感应现象使A球靠近B球的端面出现负的感应电荷，而背向B球的端面出现正的感应电荷.
A球上负的感应电荷与验电器上的正电荷发生相互作用，由于负电荷离验电器较近而表现为吸引作用，从而使金箔张角减小，选项A正确，同时否定选项D.
【答案】　AB
【思维总结】　验电器可以判断物体是否带电、带电荷的种类及电荷量的多少.当带电体靠近验电器金属球或接触验电器金属球时，验电器的金属箔都会张开，但要注意区分带电体靠近验电器金属球和接触金属球时，验电器所带电荷的不同.
3.如图1－1－5所示，用起电机使金属球A带上正电，靠近验电器B，则(　　)
图1－1－5
变式拓展
A．验电器金箔不张开，因为球A没有和B接触
B．验电器金箔张开，因为整个验电器都带上了正电
C．验电器金箔张开，因为整个验电器都带上了负电
D．验电器金箔张开，因为验电器下部箔片都带上了正电
解析：选D.A球带正电，靠近验电器B时，发生静电感应，验电器的金属球带负电，金属箔片带正电而张开.
　有A、B、C三个完全相同的金属球，A带1.2×10－4C的正电荷，B、C不带电，现用相互接触的方法使它们都带电，则A、B、C所带的电荷量可能是下面哪组数据 (　　)
A．6.0×10－5C,4.0×10－5C,4.0×10－5C
B．6.0×10－5C,4.0×10－5C,2.0×10－5C
C．4.5×10－5C,4.5×10－5C,3.0×10－5C
D．5.0×10－5C,5.0×10－5C,2.0×10－5C
例4
类型四
电荷守恒定律的应用
【解析】　三个球电荷量的总和大于原来A球的电荷量，由电荷守恒定律排除A项；无论什么时候，若三个球同时接触，则每球各分总电荷量的1/3，且之后无论怎样接触，各球的电荷量都不会再发生变化.若三球电荷量不相等，最后一次必为两球接触，则必有两个球的电荷量相等.从而可排除B；选项C、D，均满足电荷守恒定律，设从第一次两球接触开始，如A、B接触，A、B各带电荷量6.0×10－5C，
第二次B、C接触后各带电荷量3.0×10－5C，三球所带电荷量分别为6.0×10－5C、3.0×10－5C、3.0×10－5C；第三次用A、B接触，各分电荷量4.5×10－5C，即选项C的分配结果，由此又可推知，此后无论怎样接触，电荷量也不会多于4.5×10－5C，从而选C而否定D.
【答案】　C
【思维总结】　本题用电荷守恒定律排除和递推找出获得所给电荷量分配的途径，即可最终得到结果.
4．原来甲、乙、丙三物体都不带电，今使甲、乙两物体相互摩擦后，乙物体再与丙物体接触，最后，得知甲物体带正电1.6×10－15 C，丙物体带电8×10－16 C．则对于最后乙、丙两物体的带电情况下列说法中正确的是 (　　)
变式拓展
A．乙物体一定带有负电荷8×10－16 C
B．乙物体可能带有负电荷2.4×10－15 C
C．丙物体一定带有正电荷8×10－16 C
D．丙物体一定带有负电荷8×10－16 C
解析：选AD.由于甲、乙、丙原来都不带电，即都没有净电荷.甲、乙摩擦导致甲失去电子1.6×10－15 C而带正电，乙物体得到电子而带1.6×10－15 C的负电荷；乙物体与不带电的丙物体接触，从而使一部分负电荷转移到丙物体上，故可知乙、丙两物体都带负电荷，由电荷守恒可知乙最终所带负电的多少为1.6×10－15 C－8×10－16 C＝8×10－16 C，故A、D正确.
1．以下判断小球是否带电的说法中正确的是 (　　)
A．用一个带电体靠近它，如果能够吸引小球，则小球一定带电
B．用一个带电体靠近它，如果能够排斥小球，则小球一定带电
C．用验电器的金属球接触它后，如果验电器的金属箔能改变角度，则小球一定带电
D．如果小球能吸引小纸屑，则小球一定带电
解析：选BD.用一个带电体靠近它，如果能够吸引小球，小球可能带异种电荷，也可能不带电；如果能够排斥小球，则小球一定带同种电荷.用验电器的金属球接触它时，还需知道验电器金属球的带电情况才能予以判断.带电小球能吸引轻小物体是带电体的性质.
2．关于摩擦起电，下列说法中正确的是 (　　)
A．两个物体相互摩擦时一定会发生带电现象
B．摩擦起电的两个物体一定带有等量同种电荷
C．在摩擦起电现象中负电荷从一个物体转移到另一个物体
D．在摩擦起电现象中正、负电荷同时发生转移
解析：选C.在摩擦起电的过程中电子会从一个物体转移到另一个物体，失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电.
3．关于元电荷的理解，下列说法中正确的是 (　　)
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
答案：BD
4．使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开.图1－1－6中表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是 (　　)
图1－1－6
解析：选B.带电的金属球靠近不带电的验电器时，在验电器上感应出电荷，验电器的顶端带上了正电荷，金属箔片带上了负电荷.
5．有两个完全相同的带电绝缘金属小球A、B，分别带有电荷量QA＝6.4×10－9C，QB＝－3.2×10－9C，让两绝缘金属小球接触，在接触过程中，试分析电子如何转移并求出转移了多少？
答案：电子由B球转移到A球　转移了3.0×1010个电子