高中物理第一章第1-2节认识静电；探究静电力选粤教修3-1知识精讲

高中物理第一章第1-2节认识静电；探究静电力选粤教修3-1知识精讲

高二物理第一章第1-2节认识静电； ‎ ‎【本讲教育信息】‎ 一. 教学内容：‎ ‎1. 认识静电 ‎2. 探究静电力 ‎【要点扫描】‎ 第一节 认识静电 一、静电的产生 ‎1. 摩擦起电：摩擦使电荷发生移动，从而使两物体带上相异的电荷 。‎ ‎2. 感应起电：利用静电感应使导体带电叫做感应起电。‎ ‎3. 静电感应：导体由于受附近带电体的影响而出现带电的现象叫做静电感应。‎ ‎4. 两种电荷：用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，丝绸带负电，用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，毛皮带正电。‎ 二、原子结构与电荷守恒 ‎1. 原子结构：原子由电子和原子核组成．而原子核又由中子和质子组成，其中中子呈电中性，质子带正电，电子带负电。原子所含的电子数和质子数相等，因此不显电性。‎ ‎2. 电荷守恒定律：电荷既不能创造，也不能消灭，只能从物体的一部分转移到另一部分，或者从一个物体转移到另一个物体，在转移的过程中，电荷的总量不变。‎ ‎3. 起电的原因：物体失去电子则带正电，得到电子则带负电。物体带电的实质就是电子的得失。‎ 三、静电的应用与防护 l. 静电的应用：激光打印机，静电喷雾、静电除尘、静电杀菌等 ‎2.‎ ‎ 静电的防护：印刷厂里的空气要保持适当的湿度、油罐车车尾有一条拖在地上的铁链等 第二节：探究静电力 一、静电力和点电荷 ‎1. 两带电体之间存在着静电力 ‎2. 点电荷：本身的线度比相互之间的距离小得多的带电体。与质点类似，这是一种理想模型 二、库仑定律 ‎1. 内容：真空中两个点电荷之间的相互作用的电力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟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. 公式：库仑力（静电力）的大小，其中。‎ 方向：在两点电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸 定律的适用范围：真空中的点电荷 三、静电力叠加原理 对于两个以上的点电荷，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 四、静电力与万有引力的比较 它们分别遵从库仑定律与万有引力定律 ‎1. 相同点：‎ ‎（1）两种力都是平方反比定律。‎ ‎（2）两种力都有与作用力有关的物理量（电荷量或质量）的乘积，且都与乘积成正比。‎ ‎（3）两种力的方向都在两物体的连线上。‎ ‎2. 不同点 ‎（1）描述了两种作用，一种是由于物体带电引起的作用，另一种是由于物体具有质量引起的作用 ‎（2）力的大小与相关的物理量不全相同：一是电荷量，另一是质量 ‎（3）静电力可以是引力．也可以是斥力．而万有引力只能是引力 ‎（4）常量不相同：‎ ‎【重点突破】‎ l. 如何确认感应起电 使物体带电有不同的方式，在初中阶段我们已经认识到摩擦起电，现在再确认另一种起电方式——感应起电 用一根与丝绸摩擦过的玻璃棒靠近验电器的金属球，（注意：不要接触）会看到验电器的指针发生偏转，这说明验电器的指针带上了电。保持玻璃棒的位置不变，用手接触验电器的金属球，发现指针偏角为零，先把手移开，再把玻璃棒移开，会发现指针又发生了偏转。这种把一带电物体靠近导体也可以使导体带电的方式叫感应起电。‎ 感应起电和摩擦起电的不同是前者没有接触只是靠近，后者必须直接接触．‎ ‎2. 起电的原因 ‎（1）摩擦起电 不同的物质对电子的束缚、吸引能力不相同，两种不同的物质组成的物体相互摩擦时，由于摩擦做功，使得束缚电子能力弱的物质上的电子转移到了另一吸引电子能力强的物质上．根据电荷守恒定律，从整体上看，一个物体失去了电子，带正电；另一个物体就得到了电子，带负电．‎ 例如用毛皮摩擦橡胶棒时，毛皮对电子束缚能力差，失去电子，电子转移到了橡胶棒上，橡胶棒从而带上了负电．‎ ‎（2）感应起电 当带电体靠近导体时，导体内的自由电子会靠近或远离带电体．例如当带正电的玻璃棒靠近金属体时，金属体靠近玻璃棒的一端会带上负电，远离玻璃棒的一端会带上正电，如图 （a）所示．如果把金属体接地，那么电子会从大地“跑”到金属体上而中和掉金属体一端的正电荷，从而使金属体带上了负电荷，如图 （b）和（c）所示．再移开玻璃棒，金属体就带上了净电荷．如图 （d）所示．所以，感应起电的实质是在带电体上电荷的作用下，导体上的正负电荷发生了分离，使电荷从导体的一部分转移到了另一部分．‎ ‎3. 为什么能发生感应起电的是导体？‎ 感应起电的实质是在带电体上电荷的作用下，导体上的正负电荷发生了分离，使电荷从导体的一部分转移到了另一部分．只有导体上的电子才能自由移动，绝缘体上的电子不能那么自由地移动，所以导体能发生感应起电，而绝缘体不能．‎ ‎4. 摩擦起电与感应起电的异同点是什么？‎ ‎（1）相同点：实质相同，都是电子转移。‎ ‎（2）不同点：‎ ‎①材料不同：前者是绝缘体，后者是导体；‎ ‎②方式不同：前者必须接触，后者只需靠近。‎ ‎5. 应怎样理解“点电荷”‎ 点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的理想化的模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在。‎ 如果带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以至于带电体的形状和大小对相互作用力的影响很小，就可以忽略形状、大小等次要因素，只保留对问题有关键作用的电荷量，这样的处理会使问题大为简化，对结果又没有太大的影响，因此是物理学上经常用到的方法．‎ 一个带电体能否看作点电荷，是相对于具体问题而言的，不能单凭其大小和形状确定．‎ 例如，一个半径‎10 cm的带电圆盘，如果考虑它和‎10 m处某个电子的作用力，就完全可以把它看作点电荷，而如果这个电子离圆盘只有l mm，那么这一带电圆盘又相当于一个无限大的带电平面。‎ ‎6. 应用库仑定律解题应注意的问题 ‎（1）在理解库仑定律时，有人根据公式，设想当的结论．从数学角度分析是正确的，但从物理角度分析，这一结论是错误的．错误的原因是：当时两电荷已失去了作为点电荷的前提条件，何况实际电荷都有一定大小，也就是时，不能再利用库仑定律计算两电荷间的相互作用力．‎ ‎（2）将计算库仑力的大小与判断库仑力的方向分别进行．即用公式计算库仑力大小时，不必将表示电荷Q1、Q2的带电性质的正、负号代入公式中，只将其电荷量的绝对值代入公式中从而算出力的大小；力的方向再根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引加以判别．‎ ‎（3）要统一国际单位，如．‎ ‎（4）如果一个点电荷同时受到另外两个或更多的点电荷的作用力，可根据静电力叠加的原理求出合力。‎ ‎7. 库仑力也叫静电力，它是效果力还是性质力？‎ 库仑力是电荷之间的一种相互作用力，是一种“性质力”，与重力、弹力、摩擦力一样具有自己的特性．电荷间相互作用的库仑力也同样遵循牛顿第三定律．在实际应用时，与其他力一样，受力分析不能漏掉．对物体的平衡或运动起着独立的作用．‎ ‎8. 对于“带电气球拉动易拉罐”的解释 气球带了电，当它靠近易拉罐时，由于静电感应，易拉罐靠近气球的一侧带上了和气球所带电荷电性相反的电荷，远离气球的一侧带了和气球所带电荷电性相同的电荷，且电荷量相同．‎ 根据库仑定律知，静电力的大小与距离的平方成反比，所以气球上带的电荷与易拉罐上的近气球侧的电荷的吸引力大于气球上带的电荷与易拉罐上的远气球侧的电荷的排斥力，由力的合成知，合力为引力，所以气球能“拉动”易拉罐滚动．‎ ‎9. 易错易混点 库仑定律的适用条件是真空中的点电荷，好多同学往往忽略了这些条件从而导致出错．另外在对点电荷在电场中受力分析时，对初学电场的学生来说最容易丢掉库仑力，这一点也要注意．‎ ‎【典型例题】‎ 例1. 一绝缘球A带正电，用绝缘丝线悬挂的一轻小物体B被A吸引，如图所示，试分析B的带电情况．‎ 解答：A、B相互吸引，有两种情况：一是A、B带异种电荷，二是其中一个带电，另外一个不带电，因为带电体有吸引轻小物体的性质．所以B可能不带电，也可能带负电．‎ 答案：见“解答”‎ 点评：不少同学注意到了第一种情况，漏掉了第二种情况。‎ 例2. 现有一个带负电的电荷A，另有一不能拆分的导体B，而再也找不到其他的导体可供利用．你如何能使导体B带上正电?‎ 解答：‎ 因为A带负电，要使B带正电，必须用感应起电的方法才可以，因为接触带电只能使B带负电．根据感应起电的原理可知，要使B带电还需另外一块导体，但现在这块导体没有．其实人体就是一块很好的导体，只要把A靠近B，用手摸一下B，再拿开手，通过静电感应，B就带上了正电荷．‎ 答案：见“解答”．‎ 点评：本题很明显属于感应起电，解决问题的关键在于怎样找到另一块导体，如果不能考虑到人体的导电性，思维将陷入误区。‎ 例3. 有三个完全一样的金属小球A、B、C，A带电荷量为7Q，B带电荷量为－Q，C球不带电，将A、B两球固定，然后让C球先跟A球接触，再跟B球接触，最后移去C球，则A、B球间的作用力变为原来的多少倍?‎ 解答：由库仑定律知，开始时A、B两球间的作用力：‎ ‎ ①‎ 当A、C两球接触时，两球均带电．‎ 当B、C两球接触时，两球均带电 故后来A、B两球间作用力 ②‎ 由①②两式知．‎ 例4. 两个质量分别是m1、m2的小球，各用长为L的丝线悬挂在同一点，当两球分别带同种电荷，且电荷量分别为q1、q2时，两丝线张开一定的角度θ1，θ2，如图所示，则下列说法正确的是（ ）‎ A. 若m1＞m2，则θ1＞θ2‎ B. 若m1=m2，则θ1＝θ2‎ C. 若m1＜m2，则θ1＞θ2‎ D. 若q1=q2，则θ1＝θ2‎ 解答：这是一道带电体平衡问题，分析方法仍然与力学中物体的平衡方法一样．‎ 以m1为研究对象，对m2受力分析如图所示．‎ 由共点力平衡得 Tsinθ1 = F斥 ①‎ Tcosθ1 = m‎1 g ②‎ 由①／②得tanθ1 = ，同理tanθ2 = ‎ q1、q2大小如何，两带电小球所受库仑斥力属于作用力与反作用力，永远相等，故从tanθ = 知m大，则tanθ小，θ亦小（θ＜），m相等，θ亦相等，故B、C正确。‎ 答案：BC 点评：解决带电体平衡问题的方法是：①确定研究对象；②受力分析；③建坐标轴；④列方程；⑤解方程．‎ ‎【模拟试题】（答题时间：25分钟）‎ ‎1. 摩擦过的玻璃棒和橡胶棒均能起电，但用验电器检验却发现摩擦过的金属棒不带电，为什么?如何使摩擦后的金属棒带电?‎ ‎2.‎ ‎ （上海高考题）如图所示，半径为R的绝缘球壳上均匀地带有电荷量为+Q的电荷，另一电荷量为+q的点电荷放在球心O上，由于对称性，点电荷受力为零，现在球壳上挖去半径为r（r<

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