湖南省普通高中物理学科学业水平考试要点解读与检测：选修1-1 第1章 电场 电流

湖南省普通高中物理学业水平考试要点解读
选修1-1
第一章 电场 电流
学习目标
节 次 学 习 目 标
１．电荷 库仑定律 认识点电荷间的相互作用规律；了解元电荷和感应起电；知道库仑定律和电荷守恒定律。
2．电场 通过实验认识电场；会用电场线和电场强度描述电场。
3．生活中的静电现象 了解放电现象；了解如何避雷、静电的应用和防止。
４．电容器 了解常见的电容器；了解电容及其单位；初步了解电容器在电路中的作用。
5．电流和电源 了解电流、电源、电动势及常见电池的电动势大小。
6．电流的热效应 能通过实验研究导体通电时发热的规律；认识焦耳定律。
要点解读
一、电荷
1．认识电荷
（1）自然界有两种电荷：正电荷和负电荷。
（2）元电荷：任何带电物体所带的电荷量都是e的整数倍，电荷量e叫做元电荷。
（3）点电荷：与质点一样，是理想化的物理模型。只有当一个带电体的形状、大小对它们之间相互作用力的影响可以忽略时，才可以视为点电荷。
（4）电荷的相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
2．电荷的转移
（1）起电方式：主要有摩擦起电、感应起电和接触起电三种。
（2）起电本质：电子发生了转移。
构成物质的原子是由带正电的原子核和核外带负电的电子组成。一般情况下，原子核的正电荷数量与电子的负电荷数量一样多，整个原子显电中性。起电过程的实质都是使电子发生了转移，从而破坏了原子的电中性，得到电子的物体（或物体的一部分）带上负电荷，失去电子的物体（或物体的一部分）带上正电荷。
3．电荷守恒定律：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，电荷的总量不变。
4．电荷的分布：带电体突出的位置电荷较密集，平坦的位置电荷较稀疏，所以带电体尖锐的部分电场强，容易产生尖端放电。避雷针就是利用了尖端放电的原理。
5．电荷的储存
（1）电容器：两个彼止绝缘且相互靠近的导体就组成了一个电容器。在两个正对的平行金属板中间夹一层绝缘物质——电介质，就形成了一个最简单的平行板电容器。电容器是储存电荷的容器，电容器两极板相对且靠得很近，正负电荷相互吸引，使得两极板上留有等量的异种电荷——电容器就储存了电荷。
（2）电容：电容是表示电容器储存电荷本领大小的物理量。在相同电压下，储存电荷多的电容器电容大；电容的大小由电容器的形状、结构、材料决定；不加电压时，电容器虽不储存电荷，但储存电荷的本领还是具备的——仍有电容。
6．库仑定律：
（1）内容：真空中两个点电荷之间的相互作用力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。其表达式：。
（2）适用条件：Q1、Q2为真空中的两个点电荷。
带电体都可以看成由许多点电荷组成的，根据库仑定律和力的合成法则，可以求出任意两个带电体之间的库仑力。
二、电场
1．电场：电荷周围存在电场，电荷间是通过电场发生相互作用的。
物质存在有两种形式：一种是实物，一种是场。电场虽然看不见摸不着，但它也是一种客观存在的物质，它可以通过一些性质而表现其客观存在，如在电场中放入电荷，电场就对电荷有力的作用。
2．电场强度
（1）定义：放入电场中某点的电荷所受的静电力F跟它的电荷量q的比值。其定义式：。
（2）物理意义：电场强度是反映电场的力的性质的物理量，与试探电荷的电荷量q及其受到的静电力F无关。它的大小是由电场本身决定的；方向规定为正电荷所受电场力的方向。
（3）基本性质：对放入其中的电荷有力的作用。电场力。
3．电场线：电场线是人们为了形象描述电场而引入的假想的曲线，电场线的疏密反映了电场的强弱，电场线上每一点的切线方向表示该点的电场方向 。
不同电场的电场线分布是不同的。静电场的电场线从正电荷或无穷远发出，终止于无穷远或负电荷；匀强电场的电场线是一簇间距相同、相互平行的直线。
三、电流
1．电流：电荷的定向移动形成电流。
（1）形成电流的条件：要有自由移动的电荷，如：金属导体中有可以自由移动的电子、电解质溶液中有可以自由移动的正、负离子；导体两端要有电压，即导体内部存在电场。
（2）电流的大小：通过导体横截面积的电量Q与所用时间t的比值。其表达式：。
（3）电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。但电流是标量。
2．电源：电源的作用就是为导体两端提供电压，电源的这种特性用电动势来表示。
电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压。不同电源的电动势一般不同。
从能量的角度看，电源就是把其它形式的能转化为电能的装置，电动势反映了电源把其它形式的能转化为电能的本领。
3．电流的热效应：电流通过导体时能使导体的温度升高，电能转化成内能，这就是电流的热效应。
（1）焦耳定律：电流通过导体产生的热量，跟电流的二次方、导体的电阻、通电时间成正比。其表达式：。
（2）热功率：在物理学中，把电热器在单位时间内消耗的电能叫做热功率。其表达式： ，对于纯电阻电路，还可表示为。
学法指导
一、静电问题的分析
摩擦起电和感应起电都是电子转移过程，摩擦起电是电子从一个物体转移到另一个物体，感应起电是电子从物体一部分转移到另一部分。要用原子微观模型和电荷守恒定律分析静电现象。
二、有关电场问题的分析
1、深刻认识电场是一种客观存在的特殊物质，电场强度是描述电场强弱和方向的物理量。
2、分析带电物体在电场中的运动问题的一般步骤：
（1）确定研究对象；
（2）对带电物体进行受力分析；
先分析物体受到的场力，如电场力和重力（对带电粒子一般不考虑重力），再分析物体受到的其它力，如弹力、摩擦力等；
（3）根据力的平衡条件和牛顿第三定律列式求解。
三、学习建议
1、通过富兰克林风筝实验，伽伐尼电流的发现，伏打对电流的研究等，了解人类对电现象的认识过程，学习科学家不畏艰险，勇于探索的精神。
2、通过对库仑定律的学习，不但要掌握定律的内容，还要学会运用科学研究的方法，如“点电荷”运用了理想化方法；库仑等物理学家在研究带电体受力过程时与牛顿的万用引力定律类比而发现了库仑定律；通过探究“导体通电时发热的规律”，体会控制变量法在实验中的应用。
3、通过本章的学习，了解“电”在生活生产中的运用，体会物理学对人类文明的影响。
【例1】如图所示，两个互相接触的导体A和B不带电，现将带正电的导体C靠近A端放置，三者均有绝缘支架。若先将A、B分开再移走C，则A带________电，B带________电；若将C移走，再把A、B分开，则 A、B带电情况如何。
解析：带正电的C球靠近导体A、B后，电子被吸引到导体A，导体A带上负电荷。根据电荷守恒定律，导体B带上等量的正电荷。若先将A、B分开再移走C，导体A有多余的电子带负电，导体B因失去电子带上等量的正电。若先移走C，导体A、B中的等量正负电荷又会因相互吸引而中和，整个导体呈电中性，A、B均不带电。
点评：（1）本题属于“了解”层次；（2）静电问题，如摩擦起电、感应起电、导体接触带电、电容器的充放电等，都是电子的移动、电荷重新分布的问题，要用原子的微观模型和电荷守恒定律进行分析。
【例2】电场中有一点P，下列说法正确的是
A．若P点没有电荷，则P点场强为零
B．放在P点的电荷电量越大，则P点的场强越大
C．放在P点的电荷电量越大，电荷受到的电场力越大
D．P点的场强方向为放在该点的电荷所受电场力的方向
解析：电场中某点的场强大小是由电场本身的性质确定的，与该点是否有电荷、电荷量的多少无关。电荷所受的电场力F与所带电量q是成正比的，所以选项A、B错，选项C对。P点场强方向规定为正电荷在该点所受电场力的方向，负电荷在该点所受电场力的方向与场强方向相反，所以选项D错。故选项C正确。
点评：（1）本题属于“认识”层次；（2）对电场强度可从下面几个要点进行理解：①电场强度是描述电场强弱和方向的物理量；②电场强度的定义式为，但E与F、q无关，场强的大小、方向是由电场本身决定的，与放不放电荷以及放入的电荷的正负、电荷量的多少均无关；③由于电荷有正负之分，所以电场对两种电荷的作用力相反，实际上规定正电荷受力方向为该点的场强方向。
【例3】已知氢原子中氢核与电子之间的最短距离为5.3×10-11m，试求出它们之间的库仑力。
解析：氢核与电子所带的电量都是1.6×10-19C
N
N
电子和氢核带异种电荷，它们之间的作用力为引力。
点评：（1）本题属于理解中的“简单应用”层次；（2）库仑定律适用于计算两个静止的点电荷之间的库仑力；（3）应用公式进行计算时，各物理量的单位统一用国际制单位，电荷量只代数值，不代符号，电场力的方向由两个点电荷带电性质决定。
【例4】一只规格“220V 1000W”的电炉，求：（1）它在正常工作时的电阻；（2）如果电网电压为200V，则电炉工作时的实际功率（假设电炉电阻保持不变）；（3）在220V电压下，电炉每天使用2h产生多少焦耳的热量？一个月（30天）要消耗多少度电？
解析：（1）电炉电阻为R，根据得
Ω = 48.4Ω
（2）当电网电压U＇=200V时，电炉工作时的实际功率
W = 826.4W
（3）一天产生的热量J = 7.2×106J
在220V的电压下，一个月消耗的电能为
kW·h = 60kW·h = 60度
点评：（1）本题属于“综合应用”层次；（2）要理解电能、热能、电功率、热功率、额定功率和实际功率的的概念以及它们之间的联系和区别；（3）该电炉的规格为“220V 1000W”，表示该电炉正常工作时应加上220V额定电压，此时消耗的电功率为1000W，这个功率是额定功率，但当电压为200V时，电炉工作时消耗的实际功率小于1000W；（3）电炉是纯电阻，它消耗的电能全部转化为热能，正常工作时热功率也为1000W。
梯度练习
A组
1．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电荷
D．当两个带电体的大小及形状对它们之间相互作用力的影响可忽略时，两个带电体才可看成点电荷
2．下列说法错误的是（ ）
A．只要有电荷存在，电荷周围就一定存在电场
B．电场是一种物质，它与其它物质一样，是不依赖我们的感觉而客观存在的
C．电荷间的相互作用是通过电场而产生的
D．电荷只有通过接触才能产生力的作用
3．关于电场线，下列说法正确的是（ ）
A．沿着电场线的方向电场强度越来越小
B．沿着电场线的方向电场强度越来越大
C．任何两条电场线都不会相交
D．两条电场线有可能相交
4．关于静电的应用和防止，下列说法不正确的是（ ）
A．为了美观，通常把避雷针顶端设计成球形
B．为了防止静电危害，飞机轮胎用导电橡胶制成
C．为了避免因尖端放电而损失电能,高压输电导线表面要很光滑
D．为了消除静电,油罐车尾装一条拖地铁链
5．为了使电炉消耗的功率减半，下列做法正确的是（ ）
A．使电流减半 B．使电压减半
C．使电压和电炉的电阻各减半　 D．使电炉的电阻减半
6．关于电源电动势，下列说法正确的是（ ）
A．电源两极间的电压一定等于电源电动势
B．电源在没有接入电路时两极间电压等于电源电动势
C．所有电源的电动势都是相同的
D．2号电池比5号电池的电动势大
7．真空中有甲、乙两个点电荷，相距为，它们间的静电力为，若两个电荷间的距离变为2，则它们之间的库仑力变为_________。
B组
8．如图所示，是点电荷电场中的一条电场线，则（ ）
A．点场强一定大于点场强
B．形成这个电场的电荷一定带负电
C．形成这个电场的电荷一定带正电
D．在点由静止开始释放一个电子，将一定向点运动
9．一个电容器的规格是“10μF 50V”，则（ ）
A．这个电容器的电容为10-5F
B．这个电容器加上50V电压时，电容才是10μF
C．这个电容器没有电压时，电容为0
D．这个电容器加的电压不能低于50V
10．在示波管中，电子枪两秒内发射了6×1013个电子，则示波管中电流为（ 　）
A．4.8×10-6A B． 3×10-3A
C．9.6×10-6A D． 3×10-6A
11．运用控制变量法，小军同学把两段电阻不同的金属丝A、B（RA＜RB）串联后，分别放到两瓶等量的煤油中通电一定时间（如图所示），控制电流一定时，探究“电流通过导体产生的热与_____的关系”，通电后，温度计的示数升高，这种现象是由电流的______效应引起的，其中______瓶的煤油的温度升高得更快。
12．某电饭锅的额定功率为800W，已知把饭煮熟需要4.8×105J的热量，若此电饭锅正常工作时不考虑能量的损失，则用它把饭煮熟需要多少时间？
C组
13．一电子沿圆周顺时针高速转动，周期为10-10s，则等效电流大小为 A，方向为
＿＿＿方向（填顺时针或逆时针）。
14．如图所示，在水平放置的平行带电金属板间能形成竖直方向上的匀强电场。有一个质量m＝1×10-7kg，电荷量q＝1×10-8C的液滴，在两板正中央恰好处于静止状态。求：两极板间电场强度的大小和方向。
15．在A点放一带电量为Q的正点电荷，求其形成的电场中某点P的场强大小和方向。已知P点距点电荷的距离为r。
第一章
1．D 2．D 3．C 4．A 5．C 6．B 7． 8．D 9．A 10．A 11．电阻；热；B
12．电饭锅消耗的电能全部转化为热能
所以用此电饭锅把饭煮熟需10min时间
13．；逆时针
14．根据力的平衡条件，由mg＝qE 得电场强度的大小：
E＝＝N/C＝1×102 N/C
E的方向竖直向上。
15．在P点放一带电量为q的电荷，该电荷受到的电场力为F，根据库仑定律
根据场强定义，P点的场强大小
如图所示，方向是沿AP的连线且背离Q的方向
C A B
+
· ·
a b
·m
·
A
P
+Q
E