2021人教版高中物理选修《电荷库仑定律》学案.pdf

20212021 人教版高中物理选修电荷库仑定律人教版高中物理选修电荷库仑定律wordword 学学案案学习目标定位1.明白两种电荷及其相互作用，明白电荷量、元电荷、点电荷的概念.2.明白摩擦起电、感应起电的本质，明白电荷守恒定律.3.明白得库仑定律的含义及表达式、适用条件，会用库仑定律进行简单运算一、电荷1自然界中有两种电荷，即正电荷和负电荷；2电荷与电荷间有相互作用力，其规律为：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引3起电的方式(1)摩擦起电(2)感应起电二、电荷守恒定律1内容：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，在转移的过程中，电荷的总量不变2元电荷：所有带电物体的电荷量或者等于 e，或者是 e 的整数倍因此，电荷量 e 叫做元电荷元电荷的电荷量为1.601019 库仑；一个电子的电荷量为1.601019 库仑三、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，跟它们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2数学表达式：FkQ1Q2，式中 k 叫静电力常量，其数值为k9.0109Nm2/C2.r23点电荷：是指没有大小的带电体，是一种理想化的物理模型，实际上并不存在.一、电荷问题设计1在北方的冬天，假如天气干燥，我们会听到“噼啪”声，还会看到电火花；当我们用手去拉车门或把手时也会有触电的感受，这种现象我们叫静电现象 阅读教材并回答静电现象是如何产生的？答案物体间摩擦时电荷发生了转移，失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电2阅读教材中演示实验“感应起电”，摸索：假如先把C 移走，再分开A、B，A、B 还能分别带负、正电荷吗？什么缘故？答案不能移走 C 后，A、B 上的负、正电荷发生了中和，对外不再显示电性要点提炼1电荷的种类自然界中只存在两种电荷：正电荷和负电荷用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷，用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷2电荷的作用带电体能吸引轻小物体；同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引3摩擦起电：摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体上，失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电4感应起电：把电荷移近不带电的导体，能够使导体带电的现象，叫做感应起电在那个过程中，导体中的电子从导体的一部分转移到另一部分 导体上靠近电荷的一端的电性与电荷的电性相反，远离电荷的一端的电性与电荷的电性相同5电荷量：电荷的多少叫做电荷量，符号：Q 或 q，单位：库仑，单位的符号：C.二、电荷守恒定律问题设计我们要使一个导体带电，能够采取哪些方式？它们带电的方式有哪些相同之处？答案带电方式：摩擦起电、感应起电和接触带电它们差不多上电荷在导体间或导体内部发生了转移要点提炼1三种起电过程都没有制造电荷，也没有消灭电荷本质差不多上电子发生了转移，也确实是物体所带电荷的重新分配，电荷总量并未发生变化2电荷守恒定律的明白得(1)“电中性”、“中和”的本质：电中性的物体是有电荷存在的，只是代数和为零，对外不显电性；电荷的中和是指电荷的种类、数量达到异号、等量时，正负电荷相互抵消(2)“总量”的含义：指电荷的代数和3元电荷是电荷量而不是电荷，所有带电体的电荷量或者等于元电荷，或者是元电荷的整数倍三、库仑定律问题设计请同学们观看教材“研究电荷之间作用力的大小与哪些因素有关”的演示实验，分析小球挂在P1、P2、P3 三个位置时丝线与竖直方向的夹角关系，由此可知两带电小球间的相互作用力与什么因素有关？答案由实验可知，两小球间的距离越小，丝线与竖直方向的夹角越大，说明两带电小球间的作用力跟小球间的距离有关要点提炼1对点电荷的明白得(1)“点电荷”指的是一种没有大小的带电体(2)看成点电荷的条件：带电体间的距离比它们自身线度的大小大得多，以至带电体的形状和大小对相互作用力的阻碍能够忽略不计，如此的带电体就能够看成点电荷2对库仑定律的明白得(1)内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，跟它们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即：FkQ1Q2.r2(2)适用条件：真空中；点电荷(3)静电力的方向：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，作用力的方向在两点电荷的连线上(4)静电力常量 k数值：k9.0109 Nm2/C2.物理意义：真空中两个相距为 1 m、电荷量都为 1 C 的点电荷之间的相互作用力为9.0109N.说明静电力具有力的共性，遵循牛顿第三定律和力的平行四边形定则延伸摸索Q1Q2依照公式 Fk，当 r0 时，则库仑力 F，这种认识对吗？什么缘故？(“”表示“趋r2向于”，“”表示“无穷大”)答案这种认识是错误的因为当 r0 时，两电荷已失去了作为点电荷的前提条件，况且实际电荷都有一定大小，全然可不能显现r0 的情形，也确实是说当r0 时，电荷已不能再看成是点电荷，因此违抗了库仑定律的适用条件一、对“起电”方式的明白得例 1M 和 N 是两个原先都不带电的物体，它们互相摩擦后，M 带正电荷下列判定正确的是()A在摩擦前 M 和 N 的内部没有任何电荷B摩擦的过程中电子从M 转移到 NCM 在摩擦过程中制造了正电荷DN 在摩擦过程中失去电子解析物体内部既有正电荷又有负电荷，正负电荷数量相等，物体看起来不带电，故A 错；M、N 摩擦时电子从 M 转移到 N，故 M 带正电；在转移过程中，电荷的总量不变正确选项为 B.答案B例 2如图 1 所示，在真空中，把一个绝缘导体向带负电的球P 慢慢靠近关于绝缘导体两端的电荷，下列说法中正确的是()图 1A两端的感应电荷越来越多B两端的感应电荷是同种电荷C两端的感应电荷是异种电荷D两端的感应电荷电荷量相等解析由于导体内有大量能够自由移动的电子，当它向带负电的球 P 慢慢靠近时，由于同种电荷相互排斥，导体上靠近 P 的一端的电子被排斥到远离 P 的一端，从而带正电荷，远离 P 的一端带上了等量的负电荷导体离 P 球距离越近，电子被排斥得越多，感应电荷越多，两端的电荷量相等答案ACD二、对库仑定律的明白得和应用例 3关于库仑定律的明白得错误的是()A库仑定律适用于真空中的点电荷B当半径为 r 的两带电小球相距为 r 时，可用库仑定律运算它们间的静电力C在干燥空气中的两个点电荷间的静电力可用库仑定律运算D相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相同，它们各自所受的库仑力大小一定相等解析由库仑定律可知 A、C、D 正确，当半径为 r 的两个带电小球相距为 r 时，不能看成点电荷，故 B 选项错答案B1例 4真空中两个点电荷 Q1、Q2，距离为 R，当 Q1 增大到 2 倍时，Q2 减为原先的，而3距离增大到原先的 3 倍，电荷间的库仑力变为原先的()4A.98C.274B.272D.27Q1Q2Q1Q2解析由库仑定律公式 Fk可得：F1k，r2R212Q1 Q232kQ1Q2F2k3R227R2F22，F127D 选项正确答案D1(对起电方式的明白得)关于摩擦起电与感应起电，以下说法正确的是()A摩擦起电是因为电荷的转移，感应起电是因为产生电荷B摩擦起电是因为产生电荷，感应起电是因为电荷的转移C不论是摩擦起电依旧感应起电，差不多上电荷的转移D以上说法均不正确答案C解析摩擦起电是电荷从一个物体转移到另一个物体，感应起电是导体在其他带电体的阻碍下，电荷从导体的一端转移到另一端，二者差不多上电荷的转移而不是产生了电荷2(对元电荷的明白得)带电微粒所带的电荷量不可能是下列数值中的()A2.41019 CB6.41019 CC1.61018 CD4.01017 C答案A解析任何带电体的电荷量都只能是元电荷电荷量的整数倍或和元电荷电荷量相等，元电荷3电荷量为 e1.61019 C，选项 A 中电荷量为 e，B 中电荷量为4e，C 中电荷量为10e，2D 中电荷量为 250e.B、C、D 选项中的电荷量数值均是元电荷的整数倍，因此只有选项 A 是不可能的Q1Q23(对库仑定律的明白得)关于库仑定律的公式 Fk，下列说法中正确的是()r2A当真空中两个电荷间距离r时，它们间的静电力 F0B当真空中两个电荷间距离r0 时，它们间的静电力 FC当真空中两个电荷间的距离r时，库仑定律的公式就不适用了D当真空中两个电荷间的距离 r0 时，电荷不能看成是点电荷，库仑定律的公式就不适用了答案AD4(库仑定律的应用)点电荷 A、B 固定在真空中，所带电荷量均为q，若现在它们之间的库仑力为 F，将两点电荷所带电荷量均变为2q，则 B 所受的库仑力将变成()A2F，方向与原先相同 B4F，方向与原先相同C大小和方向均不变D4F，方向与原先相反答案Bq2解析由库仑定律公式可得 Fk，若两点电荷电荷量均变为2q，则它们之间的库仑力r2大小 Fk2q24kq24F.库仑力的方向沿两点电荷的连线，由于两次均为同种电荷，r2r2故 B 受库仑力的方向仍与原先方向相同，选项B 正确.。