高二物理第二講電荷和庫侖定律講義

1、第二講 電荷和庫侖定律教學(xué)目的和要求：1，知道點(diǎn)電荷的概念；掌握摩擦起電；掌握同性和異性電荷之間的相互作用2，理解庫侖定律，會計算真空中兩個點(diǎn)電荷間的庫侖力；3，初步了解人類對電荷間相互作用的探究過程。重點(diǎn)：1.掌握各種電荷之間的相互作用2.掌握并能熟練運(yùn)用庫侖定律解決問題難點(diǎn)：掌握并能夠熟練運(yùn)用庫侖定律解決問題電荷和摩擦起電小實驗：摩擦過的物體具有了吸引輕小物體的性質(zhì)，這種現(xiàn)象叫摩擦起電，這樣的物體就帶了電（比如塑料尺和頭發(fā)摩擦）書本上實驗：用絲綢摩擦過的玻璃棒之間相互排斥，用毛皮摩擦過的硬橡膠棒之間也相互排斥，而玻璃棒和硬橡膠棒之間卻相互吸引，所以自然界存在兩種電荷同種電荷相互排斥，異種電

2、荷相互吸引（小記憶方法）得出結(jié)論：自然界中的兩種電荷正電荷和負(fù)電荷：把用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷稱為正電荷，用正數(shù)表示把用毛皮摩擦過的硬橡膠棒所帶的電荷稱為負(fù)電荷，用負(fù)數(shù)表示電荷及其相互作用：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引1、 電荷（1）原子的核式結(jié)構(gòu)及摩擦起電的微觀解釋構(gòu)成物質(zhì)的原子本身就是由帶電微粒組成。 原子：包括原子核（質(zhì)子和中子）和核外電子。（2）摩擦起電的原因：不同物質(zhì)的原子核束縛電子的能力不同實質(zhì)：電子的轉(zhuǎn)移結(jié)果：兩個相互摩擦的物體帶上了等量異種電荷靜電感應(yīng)：把電荷移近不帶電的異體，可以使導(dǎo)體帶電的現(xiàn)象。利用靜電感應(yīng)使物體帶電，叫做感應(yīng)起電提出問題：靜電感應(yīng)的原因？帶領(lǐng)學(xué)

3、生分析物質(zhì)的微觀分子結(jié)構(gòu)，分析起電的本質(zhì)原因：把帶電的球C移近金屬導(dǎo)體A和B時，由于同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引，使導(dǎo)體上的自由電子被吸引過來，因此導(dǎo)體A和B帶上了等量的異種電荷感應(yīng)起電也不是創(chuàng)造了電荷，而是使物體中的正負(fù)電荷分開，是電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。電荷守恒定律：電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅，只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分另一種表述：一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和總是保持不變。元電荷電荷的多少叫做電荷量符號：Q或q 單位：庫侖 符號：C元電荷:電子所帶的電荷量，用e表示.注意：所有帶電體的電荷量或者等于e，或者等于e的整數(shù)倍。

4、就是說，電荷量是不能連續(xù)變化的物理量。電荷量e的值：e=1.60×10-19C例題講解例1 關(guān)于物體的帶電荷量，以下說法中正確的是（ ）A物體所帶的電荷量可以為任意實數(shù)B物體所帶的電荷量只能是某些特定值C物體帶電1.60×10-9C，這是因為該物體失去了1.0×1010個電子D物體帶電荷量的最小值為1.6×10-19C例1 關(guān)于物體的帶電荷量，以下說法中正確的是（ ）A物體所帶的電荷量可以為任意實數(shù)B物體所帶的電荷量只能是某些特定值C物體帶電1.60×10-9C，這是因為該物體失去了1.0×1010個電子D物體帶電荷量的最小值為1.6

5、×10-19C解析：物體帶電的原因是電子的得、失而引起的，物體帶電荷量一定為e的整數(shù)倍，故A錯，B、C、D正確-甲乙圖111例2 如圖111所示，將帶電棒移近兩個不帶電的導(dǎo)體球，兩個導(dǎo)體球開始時互相接觸且對地絕緣，下述幾種方法中能使兩球都帶電的是 （ ）A先把兩球分開，再移走棒B先移走棒，再把兩球分開C先將棒接觸一下其中的一個球，再把兩球分開D棒的帶電荷量不變，兩導(dǎo)體球不能帶電 -甲乙圖111例2 如圖111所示，將帶電棒移近兩個不帶電的導(dǎo)體球，兩個導(dǎo)體球開始時互相接觸且對地絕緣，下述幾種方法中能使兩球都帶電的是 （ ）A先把兩球分開，再移走棒B先移走棒，再把兩球分開C先將棒接觸一下

6、其中的一個球，再把兩球分開D棒的帶電荷量不變，兩導(dǎo)體球不能帶電 解析：帶電棒移近導(dǎo)體球但不與導(dǎo)體球接觸，從而使導(dǎo)體球上的電荷重新分布，甲球左側(cè)感應(yīng)出正電荷，乙球右側(cè)感應(yīng)出負(fù)電荷，此時分開甲、乙球，則甲、乙球上分別帶上等量的異種電荷，故A正確；如果先移走帶電棒，則甲、乙兩球上的電荷又恢復(fù)原狀，則兩球分開后不顯電性，故B錯；如果先將棒接觸一下其中的一球，則甲、乙兩球會同時帶上和棒同性的電荷，故C正確可以采用感應(yīng)起電的方法使兩導(dǎo)體球帶電，而使棒的帶電荷量保持不變，故D錯誤注：“中性”和“中和”的區(qū)別“中性”和“中和”反映的是兩個完全不同的概念.“中性”是指原子或物體所帶的正電荷和負(fù)電荷在數(shù)量上相等，

7、對外不顯示電性，表現(xiàn)不帶電的狀態(tài)可見，任何不帶電的物體，實際上其中都有等量的異種電荷“中和”是兩個帶等量（或不等量）的異種電荷的帶電體相接觸時，由于正、負(fù)電荷間的吸引作用，電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移、抵消（或部分抵消），最后都達(dá)到中性（或單一的正、負(fù)電性）狀態(tài)的一個過程課堂小練習(xí)：1、一切靜電現(xiàn)象都是由于物體上的 引起的，人在地毯上行走時會帶上電，梳頭時會帶上電，脫外衣時也會帶上電等等，這些幾乎都是由 引起的. 2用絲綢摩擦過的玻璃棒和用毛皮摩擦過的硬橡膠棒，都能吸引輕小物體，這是因為 （ ）A.被摩擦過的玻璃棒和硬橡膠棒一定帶上了電荷B.被摩擦過的玻璃棒和硬橡膠棒一定帶有同種電荷C.被吸引的輕小物體一定是

8、帶電體D.被吸引的輕小物體可能不是帶電體+AB圖112 3如圖112所示，在帶電+Q的帶電體附近有兩個相互接觸的金屬導(dǎo)體A和B，均放在絕緣支座上.若先將+Q移走，再把A、B分開，則A 電，B 電；若先將A、B分開，再移走+Q，則A 電，B 電.4同種電荷相互排斥，在斥力作用下，同種電荷有盡量 的趨勢，異種電荷相互吸引，而且在引力作用下有盡量 的趨勢AB+圖113 5一個帶正電的驗電器如圖113所示，當(dāng)一個金屬球A靠近驗電器上的金屬球B時，驗電器中金屬箔片的張角減小，則（ ）A金屬球A可能不帶電B金屬球A一定帶正電C金屬球A可能帶負(fù)電D金屬球A一定帶負(fù)電 6用毛皮摩擦過的橡膠棒靠近已帶電的驗電器

9、時，發(fā)現(xiàn)它的金屬箔片的張角減小，由此可判斷（ ）A驗電器所帶電荷量部分被中和B驗電器所帶電荷量部分跑掉了C驗電器一定帶正電D驗電器一定帶負(fù)電7以下關(guān)于摩擦起電和感應(yīng)起電的說法中正確的是A.摩擦起電是因為電荷的轉(zhuǎn)移，感應(yīng)起電是因為產(chǎn)生電荷B.摩擦起電是因為產(chǎn)生電荷，感應(yīng)起電是因為電荷的轉(zhuǎn)移C.摩擦起電的兩摩擦物體必定是絕緣體，而感應(yīng)起電的物體必定是導(dǎo)體D.不論是摩擦起電還是感應(yīng)起電，都是電荷的轉(zhuǎn)移8現(xiàn)有一個帶負(fù)電的電荷A，和一個能拆分的導(dǎo)體B，沒有其他的導(dǎo)體可供利用，你如何能使導(dǎo)體B帶上正電？9帶電微粒所帶的電荷量不可能是下列值中的A. 2.4×10-19C B.-6.4×1

10、0-19C C.-1.6×10-18C D.4.0×10-17C10有三個相同的絕緣金屬小球A、B、C，其中小球A帶有2.0×10-5C的正電荷，小球B、C不帶電現(xiàn)在讓小球C先與球A接觸后取走，再讓小球B與球A接觸后分開，最后讓小球B與小球C接觸后分開，最終三球的帶電荷量分別為qA= ，qB= ，qC= 庫侖定律電荷之間的相互作用力跟什么因素有關(guān)？實驗：帶正電的物體和帶正電的小球之間的相互作用力的大小和方向帶負(fù)電的物體和帶正電的小球之間的相互作用力的大小和方向得出結(jié)論：1、影響兩電荷之間相互作用力的因素：1距離2電量2、庫侖定律內(nèi)容表述：力的大小跟兩個點(diǎn)電荷的電荷

11、量的乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比作用力的方向在兩個點(diǎn)電荷的連線上公式：其中q、q表示兩個點(diǎn)電荷的電荷量，r表示它們的距離，k為比例系數(shù)，也叫靜電力常量，k = 9.0×10N m/C.適用條件：真空中，點(diǎn)電荷理想化模型（1）關(guān)于“點(diǎn)電荷”，只要帶電體本身的大小跟它們之間的距離相比可以忽略，帶電體就可以看作點(diǎn)電荷嚴(yán)格地說點(diǎn)電荷是一個理想模型，實際上是不存在的特別注意不是只要體積小就能當(dāng)點(diǎn)電荷，相當(dāng)于我們之前學(xué)過的質(zhì)點(diǎn)（2）庫侖定律只適用于真空中（干燥的空氣也可）的兩個點(diǎn)電荷間的相互作用，也可適用于兩個均勻帶電的介質(zhì)球，不能用于不能視為點(diǎn)電荷的兩個導(dǎo)體球擴(kuò)展：庫侖力是矢量在利用

12、庫侖定律進(jìn)行計算時，常先用電荷量的絕對值代入公式進(jìn)行計算，求得庫侖力的大小；然后根據(jù)同種電荷相斥，異種電荷相吸來確定庫侖力的方向系統(tǒng)中有多個點(diǎn)電荷時，任意兩個點(diǎn)電荷之間的作用力都遵從庫侖定律，計算多個電荷對某一電荷的作用力應(yīng)先分別計算每個電荷對它的庫侖力，然后再用力的平行四邊形定則求其矢量和例題講解例1半徑為r的兩個相同金屬球，兩球心相距為L (L3r)，它們所帶電荷量的絕對值均為q，則它們之間相互作用的靜電力FA帶同種電荷時,FB帶異種電荷時,F C不論帶何種電荷,F D以上各項均不正確 例2 如圖122所示，三個完全相同的金屬球a、b、c位于等邊三角形的三個頂點(diǎn)上a和c帶正電，b帶負(fù)電，a

13、所帶電荷量的大小比b的小已知c受到a和b的靜電力的合力可用圖中有向線段中的一條來表示，它應(yīng)是AF1 BF2 CF3 DF4例1半徑為r的兩個相同金屬球，兩球心相距為L (L3r)，它們所帶電荷量的絕對值均為q，則它們之間相互作用的靜電力FA帶同種電荷時,FB帶異種電荷時,F C不論帶何種電荷,F D以上各項均不正確 解析：應(yīng)用庫侖定律解題時，首先要明確其條件和各物理量之間的關(guān)系當(dāng)兩帶電金屬球靠得較近時，由于同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引，兩球所帶電荷的“中心”偏離球心，在計算其靜電力F時，就不能用兩球心間的距離L來計算若兩球帶同種電荷，兩球帶電“中心”之間的距離大于L，如圖121（a）所示

14、， 則F ，故A選項是對的，同理B選項也是正確的例2 如圖122所示，三個完全相同的金屬球a、b、c位于等邊三角形的三個頂點(diǎn)上a和c帶正電，b帶負(fù)電，a所帶電荷量的大小比b的小已知c受到a和b的靜電力的合力可用圖中有向線段中的一條來表示，它應(yīng)是AF1 BF2 CF3 DF4 解析：根據(jù)“同電相斥、異電相吸”的規(guī)律，確定電荷c受到a和b的庫侖力方向，考慮a的帶電荷量大于b的帶電荷量，因為F大于F，F(xiàn)與F的合力只能是F，故選項B正確例3 兩個大小相同的小球帶有同種電荷（可看作點(diǎn)電荷），質(zhì)量分別為m和m，帶電荷量分別是q和q，用絕緣線懸掛后，因靜電力而使兩懸線張開，分別與鉛垂線方向成夾角和,且兩球同

15、處一水平線上，如圖123所示，若,則下述結(jié)論正確的是A.q一定等于q B.一定滿足q/ mq/ m C.m一定等于m D.必須同時滿足qq, m m 圖123.例4 a、b兩個點(diǎn)電荷，相距40cm，電荷量分別為q和q，且q9 q，都是正電荷；現(xiàn)引入點(diǎn)電荷c，這時a、b、c三個電荷都恰好處于平衡狀態(tài)試問：點(diǎn)電荷c的性質(zhì)是什么?電荷量多大?它放在什么地方? 例3 兩個大小相同的小球帶有同種電荷（可看作點(diǎn)電荷），質(zhì)量分別為m和m，帶電荷量分別是q和q，用絕緣線懸掛后，因靜電力而使兩懸線張開，分別與鉛垂線方向成夾角和,且兩球同處一水平線上，如圖123所示，若,則下述結(jié)論正確的是A.q一定等于q B.一

16、定滿足q/ mq/ m C.m一定等于m D.必須同時滿足qq, m m 圖123解析：兩小球處于靜止?fàn)顟B(tài)，故可用平衡條件去分析小球m受到F、F、mg三個力作用，建立水平和豎直方向建立直角坐標(biāo)系如圖124所示，此時只需分解F.由平衡條件得：所以 同理，對m分析得： 圖124因為，所以，所以. 可見，只要m= m，不管q、q如何，都等于.所以，正確答案是C. 討論：如果m> m,與的關(guān)系怎樣？如果m< m,與的關(guān)系又怎樣？(兩球仍處同一水平線上)因為 不管q、q大小如何，兩式中的是相等的所以m> m時，<, m< m時，>.例4 a、b兩個點(diǎn)電荷，相距40cm

17、，電荷量分別為q和q，且q9 q，都是正電荷；現(xiàn)引入點(diǎn)電荷c，這時a、b、c三個電荷都恰好處于平衡狀態(tài)試問：點(diǎn)電荷c的性質(zhì)是什么?電荷量多大?它放在什么地方?解析：點(diǎn)電荷c應(yīng)為負(fù)電荷，否則三個正電荷相互排斥，永遠(yuǎn)不可能平衡 由于每一個電荷都受另外兩個電荷的作用，三個點(diǎn)電荷只有處在同一條直線上，且c在a、b之間才有可能都平衡 設(shè)c與a相距x，則c、b相距(0.4x)，如點(diǎn)電荷c的電荷量為q，根據(jù)二力平衡原理可列平衡方程： a平衡： b平衡： c平衡： 顯見，上述三個方程實際上只有兩個是獨(dú)立的，解這些方程，可得有意義的解： x30cm 所以 c在a、b連線上，與a相距30cm，與b相距10cmq，

18、即q:q:q=1: (q、q為正電荷，q為負(fù)電荷)例5 有三個完全相同的金屬球A、B、C，A帶電荷量7Q，B帶電荷量Q，C不帶電將A、B固定，然后讓C反復(fù)與A、B接觸，最后移走C球問A、B間的相互作用力變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦?例5 有三個完全相同的金屬球A、B、C，A帶電荷量7Q，B帶電荷量Q，C不帶電將A、B固定，然后讓C反復(fù)與A、B接觸，最后移走C球問A、B間的相互作用力變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦?解析： C球反復(fù)與A、B球接觸，最后三個球帶相同的電荷量，其電荷量為Q2Q A、B球間原先的相互作用力大小為F A、B球間最后的相互作用力大小為F=kQQ/r= 即 F 4F7.所以 ：A、B間的相互作用力變?yōu)?/p>

19、原來的47點(diǎn)評： 此題考查了中和、接觸起電及電荷守恒定律、庫侖定律等內(nèi)容利用庫侖定律討論電荷間的相互作用力時，通常不帶電荷的正、負(fù)號，力的方向根據(jù)“同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引”來判斷課堂練習(xí)1下列哪些帶電體可視為點(diǎn)電荷A電子和質(zhì)子在任何情況下都可視為點(diǎn)電荷B在計算庫侖力時均勻帶電的絕緣球體可視為點(diǎn)電荷C帶電的細(xì)桿在一定條件下可以視為點(diǎn)電荷D帶電的金屬球一定不能視為點(diǎn)電荷2對于庫侖定律，下面說法正確的是A凡計算真空中兩個靜止點(diǎn)電荷間的相互作用力，就可以使用公式F = ； B兩個帶電小球即使相距非常近，也能用庫侖定律C相互作用的兩個點(diǎn)電荷，不論它們的電荷量是否相同，它們之間的庫侖力大小一定

20、相等D當(dāng)兩個半徑為r的帶電金屬球心相距為4r時，對于它們之間相互作用的靜電力大小，只取決于它們各自所帶的電荷量3兩個點(diǎn)電荷相距為d，相互作用力大小為F，保持兩點(diǎn)電荷的電荷量不變，改變它們之間的距離，使之相互作用力大小為4F，則兩點(diǎn)之間的距離應(yīng)是A4d B2d Cd/2 Dd/44兩個直徑為d的帶正電的小球，當(dāng)它們相距100 d時作用力為F，則當(dāng)它們相距為d時的作用力為( )AF100 B10000F C100F D以上結(jié)論都不對5兩個帶正電的小球，放在光滑絕緣的水平板上，相隔一定的距離，若同時釋放兩球，它們的加速度之比將A保持不變 B先增大后減小 C增大 D減小6兩個放在絕緣架上的相同金屬球相

21、距d，球的半徑比d小得多，分別帶q和3q的電荷量，相互作用的斥力為3F現(xiàn)將這兩個金屬球接觸，然后分開，仍放回原處，則它們的相互斥力將變?yōu)锳O BF C3F D4F圖126如圖126所示，大小可以不計的帶有同種電荷的小球A和B互相排斥，靜止時兩球位于同一水平面上，絕緣細(xì)線與豎直方向的夾角分別為和盧，且 < ，由此可知AB球帶電荷量較多BB球質(zhì)量較大CA球帶電荷量較多D兩球接觸后，再靜止下來，兩絕緣線與豎直方向的夾角變?yōu)?、，則仍有 < 兩個質(zhì)量相等的小球，帶電荷量分別為q和q，用長均為L的兩根細(xì)線，懸掛在同一點(diǎn)上，靜止時兩懸線與豎直方向的夾角均為30°，則小球的質(zhì)量為 .兩個

22、形狀完全相同的金屬球A和B，分別帶有電荷量q7×10C和q3×10C，它們之間的吸引力為2×10N在絕緣條件下讓它們相接觸，然后把它們又放回原處，則此時它們之間的靜電力是 (填“排斥力”或“吸引力”)，大小是 (小球的大小可忽略不計) 圖12710如圖127所示，A、B是帶等量同種電荷的小球，A固定在豎直放置的10 cm長的絕緣支桿上，B平衡于傾角為30°的絕緣光滑斜面上時，恰與A等高，若B的質(zhì)量為30g，則B帶電荷量是多少?(g取l0 ms)綜合練習(xí)1兩個帶有等量電荷的銅球，相距較近且位置保持不變，設(shè)它們帶同種電荷時的靜電力為F，它們帶異種電荷時(電荷

23、量絕對值相同)的靜電力為F，則F和F的大小關(guān)系為：AFF DF> F CF< F D無法比較2如圖128所示，在A點(diǎn)固定一個正點(diǎn)電荷，在B點(diǎn)固定一負(fù)點(diǎn)電荷，當(dāng)在C點(diǎn)處放上第三個電荷q時，電荷q受的合力為F，若將電荷q向B移近一些，則它所受合力將A增大 D減少 C不變 D增大、減小均有可能圖129圖128 3真空中兩個點(diǎn)電荷，電荷量分別為q8×10C和q18×10C，兩者固定于相距20cm的a、b兩點(diǎn)上,如圖129所示有一個點(diǎn)電荷放在a、b連線(或延長線)上某點(diǎn)，恰好能靜止，則這點(diǎn)的位置是Aa點(diǎn)左側(cè)40cm處 Ba點(diǎn)右側(cè)8cm處Cb點(diǎn)右側(cè)20cm處 D以上都不對4如圖所示，+Q1和-Q2是兩個可自由移動的電荷，Q2=4Q1現(xiàn)再取一個可自由移動的點(diǎn)電荷Q3放在Q1與Q2連接的直線上，欲使整個系統(tǒng)平衡，那么 （ ）A.Q3應(yīng)為負(fù)電荷，放在Q1的左邊 B、Q3應(yīng)為負(fù)電荷，放在Q2的右邊C.Q3應(yīng)為正電荷，放在Q1的左邊 D、Q3應(yīng)為正電荷，放在Q2的右邊5如圖1210所示，兩個可看作點(diǎn)電荷的小球帶同種電，電荷量分別為q和q，質(zhì)量分別為m和m，當(dāng)兩球處于同一水平面時， >，則造成 >的可能原因是：Am>m Bm<m C q>q Dq>q圖1