物理选修1-1_第一章_课件.ppt

第一章 电场电流本章是物理学与社会科学和人文学科融 合选修系列材的开篇，在学习物理知识的 基础上，渗透物理学乃至科学对人类文明 的影响.本章概念较多，比较抽象，需从熟 悉的现象或已有的知识出发，弄清建立概 念的背景，使抽象问题具体化、形象化.要求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.通过实验，认识电场，会用电场线、 电场强度描述电场.了解生活中的静电现象 、电容器的结构和功能.理解电流、电源和 电动势的概念及焦耳定律的内容、公式及 其应用在历史的背景中学习以上物理知 识是应该掌握的方法，也为学习后续章节 奠定基础.￿第一节 电荷 、库仑定律我国较早记载的摩擦起电在我国，摩擦起电现象的记述颇丰， 其常用材料早期多为琥珀及玳瑁.早在西汉 ，《春秋纬》中就载有“瑇瑁（玳瑁）吸偌( 细小物体)”.《论衡》中也有“顿牟掇芥”，这 里的顿牟也是指玳瑁.三国时的虞翻，少年 时曾说：“虎魄不取腐芥”，腐芥因含水分， 已成为导体，所以不被带电琥珀吸引.琥珀价格昂贵，常有人鱼目混珠，南 朝陶弘景则知道“惟以手心摩热拾芥为真”， 以此作为识别真假琥珀的标准.南北朝时的雷敩在《炮炙论》中有“琥 珀如血色，以布拭热，吸得芥子者真也”.他 一改别人以手摩擦为用布摩擦，静电吸引 力大大增加.西晋张华(232~300)记述了梳子 与丝绸摩擦起电引起的放电及发声现象：“今人梳头，脱著衣时，有随梳、解结有光 者，亦有咤声”.唐代段成式描述了黑暗中摩 擦黑猫皮起电：“猫黑者，暗中逆循其毛， 即若火星”.摩擦起电也有具体应用，据宋代 的张邦基《墨庄漫录》记载：孔雀毛扎成 的翠羽帚可以吸引龙脑.“皇宫中每幸诸阁， 掷龙脑以降（避）秽，过则以翠羽扫之， 皆聚，无有遗者”.• 1.摩擦起电是由于相互摩擦的物体间的电子 的得失而使物体分别带上等量的异种电荷. 玻璃棒与丝绸摩擦时，由于玻璃棒容易失 去电子而带正电；硬橡胶棒与毛皮摩擦时 ，由于硬橡胶棒容易得到电子而带负电2.感应起电是指把电荷移近不带电的导体 ，使导体带电的方法.如下图所示，将导体A 、B接触后去靠近带电体C，由于带电体C 的作用，导体A、B分别带上了等量异种电 荷，这时先把导体A、B分开，然后移去带 电体C,则A和B两导体分别带上了等量的异 种电荷.￿3.接触带电是指用一个不带电的金属导体跟 另一个带电的金属导体接触后分开，不带 电的金属导体便带上了电荷.例如，将一个 带电的金属小球跟另一个外形相同的不带 电的金属小球接触后分开，则它们平分了 原来小球所带的电荷量而带上等量同种电 荷.例1 如图所示，放在绝缘支架上带正电的 小球A，靠近放在绝缘支架上不带电的导体 球B，导体球B用导线经开关S接地，把S￿ 合上的瞬间，有电流从——流向——；再 断开S，则导体球B带——电.【解析】接通开关￿ S￿ ，导体球B接地，导体球B和 地球组成一个大导体，导体内有大量的自由电子. 自由电子受到A的正电荷的吸引，都向A侧移动， 这样就在离A近的一端的B导体上聚集了大量的自 由电子，远端地球失去了大量的自由电子，带正 电，故有电流从B球流向大地（实际为自由电子 从地流向B球），这就是电荷守恒定律中的“电荷 从物体的一部分转移到物体的另一部分”.断开 ￿ S￿ 后，B与地球之间无法进行电荷转移，则导 体B带负的净电荷. ￿ 【答案】B球 大地 负变式迁移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的附近 有一绝缘金属球b，开始 时，a、b都不带电，如 下图所示，现使b带电， 则( )A.￿ 由于a球不带电,a、b间不发生相互作用B.￿ b将吸引a，吸住后不放开C.￿ b立即把a排斥开￿D.￿ b先吸引a，接触后又把a排斥开要点2 元电荷点电荷• 1.元电荷是指带电体所带电荷量的最小值e, 所有带电体的电荷量是e的整数倍，元电荷 e的大小等于电子、质子所带的电荷量.• 2.点电荷是实际带电体在一定条件下的抽象 ，是为了简化某些问题的讨论而引进的一 个理想化的模型.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，以至带电体的形状和大小， 对我们所讨论的问题影响甚小，就可以把 带电体视为一个点，并称它为点电荷. 点电 荷这个概念与力学中的“质点”概念类似.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成点电￿ B.￿ 体积很大的带电体一定不能看成点电荷 C.￿ 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 可看成点电荷￿ D.￿ 元电荷一定是点电荷￿【解析】本题考查对点电荷的理解.点电荷是 一个抽象的物理模型，只有当带电体的大 小、形状对相互作用力的影响小到可忽略 时才可以看做点电荷.元电荷是指带电荷量 的最小值，其带电体能否看做点电荷，视 上述情况而定.￿【答案】￿ C￿2.关于元电荷的理解，下列说法正确的是( )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要点3 应用库仑定律时应注意的问题1.首先应注意库仑定律的适用条件. 公式它仅适用于真空中的两个点电荷间的相互作用.• 2.应注意将计算库仑力的大小与判断库仑力 的方向二者分别进行，即应用公式计算库 仑力的大小时，只将其电荷量的绝对值代 入公式中，计算出库仑力的大小；库仑力 的方向再依据同种电荷相互排斥，异种电 荷相互吸引加以判断.• 3.应注意统一单位，静电力常量• 4.如果点电荷不是两个，而是三个或多个，则某点 电荷受到的库仑力的大小是各点电荷对它产生的作 用力的矢量和.例3. 两个半径相同的金属小球，带电荷量之 比为￿ 1∶7￿ ，相距为r,两球相互接触后放回 原来的位置上，则两球之间的相互作用力 可能为原来的( )￿ A.4/7 B.3/7 C.9/7 D.16/7￿￿【解析】￿ 由于两球的电性未知，接触后相互作用力的 计算 可分两种情况: (1)两球电性相同. (2)两球电性不同. ￿【答案】 CD￿￿第二节 电场￿闪电为什么是弯弯曲曲的？大家都知道，带异种电荷的两块云接 近时放出闪电，闪电中因高温使空气体积 迅速膨胀，水滴汽化而发出强烈的爆炸声 ，这就是我们常说的“电闪雷鸣”，闪电为什 么总是弯弯曲曲的呢？ ￿美国国家气象局的内泽特·赖德尔认为 ，每当暴风雨来临，雨点即能获得额外的 电子，电子是带负电荷的，这些电子会追 寻地面上的正电荷，额外的电子流出云层 后，要碰撞别的电子，使别的电子也变成 游离电子，因而产生了传导的轨迹，传导 的轨迹会在空气中散布着的不规则形状的 带电离子群中间跳跃着迂回延伸，而一般 不会是直线.所以，闪电的轨迹总是蜿蜒曲 折的.￿要点1 电场强度1.关于电场中某点的电场强度与试探电荷无 关的理解￿电场强度是描述电场的力的性质的物理 量，是由电场本身的性质决定的，与试探 电荷所带的电荷量q及其所受到的电场力F 无关.对一个确定的电场，不论电场中是否 存在试探电荷，电场中各点的电场强度都 是一定的.2.对E= F/q的理解 ￿E= F/q是电场强度的定义式，适用于一切电 场，但E不随F和q的变化而变化，不能说E与F成 正比，也不能说E与q成反比.定义式仅告诉我们一 种测量场强大小的方法。

将E= F/q变形为F=qE表明：如果已知电场中 某点的场强为E,便可计算在电场中该点放任何电 荷量的带电体所受的电场力大小，即场强E是反 映电场力的性质的物理量要点2 电场线的特点• 1.电场线密的地方场强大，电场线疏的地方 场强小.• 2.静电场中的电场线起于正电荷止于负电荷 .孤立的正点电荷（或负点电荷）的电场线 止于（或起于）无穷远处的情况，可理解 为在无穷远处存在负电荷（或正电荷）.• 3.电场线既不会相交，也不会相切.因为若 两电场在某点相交，则该点的场强就不是 惟一的；若两电场线在某点相切，该点的 场强将会无限大，这是不可能的.不能将点 电荷的电场线看作是电场线相交的情况， 因点电荷只是一理想模型，实际的带电体 不可能是一几何点.4.电场线是假想的，实际电场中并不存在， 不能将电场线与点电荷在电场力作用下的 运动轨迹混为一谈.只有当电场线为直线， 点电荷初速度为零，或初速度方向与电场 线一致的情况下，且点电荷只受电场力作 用，才可以认为点电荷（带电粒子）沿电 场线运动.即使在这种特定的情况下，也不 能说电场线就是点电荷在电场中的运动轨 迹.要点3 几种常见电场的电场线1.不同电场中，电场强度分布不同，它们的 电场线形状也不一样如下图所示是几种电场的电场线2.匀强电场￿ 如果电场强度的大小和方向都相同，这个区 域的电场叫做匀强电场.匀强电场是最简单 的电场，在实验研究和理论研究中都常用 到.两块靠近的平行金属板，大小相等、互 相正对、分别带有等量的正负电荷它们之间的电场（除边缘外）就是匀强电场. 匀强电场的电场线是距离相等的平行直线 如图所示.通常情况下空气是不导电的，但是如 果电场特别强，空气分子中的正负电荷受 到方向相反的强电场力，有可能被“撕”开， 这个现象叫做空气的电离，由于电离后的 空气中有了可以自由移动的电荷，空气就 可以导电了，空气电离后产生的负电荷就 是电子，失去电子的原子带正电，叫做正 离子，由于同种电荷相互排斥，导体上的 静电荷总是分布在表面上，而且一般说来分布是不均匀的，导体尖端的电荷特别密 集，所以尖端附近空气中的电场特别强， 使得空气中残存的少量离子加速运动.这些 高速运动的离子撞击空气分子，使更多的 分子电离，这时空气成为导体，于是产生 了尖端放电现象.高压输电导线和高压设备 的金属元件表面光滑为的是避免尖端放电 .￿要点1 放电现象空气中存在少量的自由电子，当导体 上聚集的电荷很大时，会在周围空间产生 强电场，空气中的自由电子很快被加速到 较大的速度和空气中的分子进行碰撞，使 空气中的分子电离，这样，在很短时间内 空气中会产生大量的自由电荷，形成强烈 的放电现象.例1.专门用来运输柴油、汽油的油罐车，在它的尾 部都装有一条拖在地上的铁链，对它的作用下列 说法中正确的是( ) A.让铁链与路面摩擦产生静电，使油罐车积累一定 的静电￿ B.让铁链发出声音，以引起其他车辆的注意 C.由于罐体与油摩擦产生了静电，罐体上的静电被 铁链导入大地，从而避免了火花放电￿ D.油罐车的尾部装有拖地的铁链，这是一种时尚【解析】在运输柴油、汽油时，由于上下、 左右颠簸摇摆，造成油和油罐的摩擦而产 生静电，汽车轮胎导电性能不好，难以把 静电导入大地，安装铁链的目的就是避免 静电的积累.【答案】￿ C￿变式迁移1.高压电气设备的金属元件，表面要很光滑 ，这样做的目的是( )￿A.为了美观 B.为了减少与外界的接触面积 C.为了避免尖端放电 D.为了减小和外界的摩擦要点2 静电的防止和应用• 静电的利用有很多种，如静电除尘、静 电喷涂、静电植绒、静电复印等，它们都 是设法使工作物质带上电荷，并使工作物 质在电场力作用下向作为电极的工件运动 ，完成各种工作. • 静电也会给人们带来麻烦甚至造成危害 .静电吸引会造成很多危害，在印刷厂里， 纸张之间的摩擦带电，会使纸张粘在一起 ，给印刷带来麻烦.• 静电的最大危害是放电现象引起火灾 ，运油车会因为燃油与油罐摩擦，产生静 电，如果静电大量积累，会引起爆炸.漆黑 的夜晚，我们脱尼龙、毛料衣服时，会发 出火花和“叭叭”的响声，这对人体基本无害. 但在手术台上，静电火花会引起麻醉剂的 爆炸，伤害医生和病人. • 防止静电危害的基本方法是：尽快把静 电引走，避免越积越多！例2.如右图所示为一圆柱形静电除尘排气管 的纵截面示意图，在MN两极间加上高压电 源后，管内空气分子被电离，电离出。