电荷及库仑定律的教学设计文档格式.docx
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1、两种电荷,
正电荷:
用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷。
负电荷:
用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷。
2、两种电荷之间的关系
同种电荷相互排斥异种电荷相互吸引
3、几个基本概念
读课本p4页回答下列问题
问题一、电荷的多少如何表示?
它的单位是什么?
电荷量:
电荷的多少,简称电量。
单位:
库仑C
比较电荷带电的多少,要比较的是其电荷量的绝对值
电荷量的正负不表示电荷量的大小,只代表电荷的性质
问题二、什么是元电荷?
一个电子就是一个元电荷吗?
一个电子所带电量为元电荷
所有带电体所带电荷量只能是元电荷的整数倍
问题三、元电荷的数值是多少?
它的数值最早是由哪位物理学家测定的?
元电荷的值
美国科学家密立根
问题四、什么是比荷?
电子的比荷是多少?
带电体的电荷量与质量的比值叫做比荷
例1、关于元电荷的理解,下列说法中正确的是(D )
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
练习1、科学家在研究原子、原子核及基本粒子时,为了方便,常常用元电荷作为电量的单位,关于元电荷,下列论述正确的是()
A.把质子或电子叫元电荷.
B.1.60×
10-19C的电量叫元电荷.
C.电子带有最小的负电荷,其电量的绝对值叫元电荷.
D.质子带有最小的正电荷,其电量的绝对值叫元电荷.
练习2、带电微粒所带的电荷量不可能是下列值中的()
A.2.4×
10-19C
B.B.-6.4×
10-19C
C.-1.6×
10-18C
D.4.0×
10-17C
4、起电的三种方式
(1)摩擦起电:
a.物质的微观结构
b.摩擦起电的原因
当两个物体互相摩擦时,一些束缚得不紧的电子往往从一个物体转移到另一个物体,于是原来电中性的物体由于得到电子而带负电,失去电子的物体则带正电。
c.起电实质
电子的得失,电荷从一个物体转移到另一个物体。
d.结果
两个相互摩擦的物体带上了等量异种电荷
例2、挂在绝缘细线下的两轻质导体球,由于电荷的相互作用靠近或远离,如图所示,则:
(BC)
A甲图中两球一定带异种电荷;
B 甲图中至少有一个带电;
C 乙图中两球一定带同种电荷;
D 乙图中两球可能只有一个带电。
练习3、关于摩擦起电,下列说法中正确的是( C )
A.两个物体相互摩擦时一定会发生带电现象
B.摩擦起电的两个物体一定带有等量同种电荷
C.在摩擦起电现象中负电荷从一个物体转移到另一个物体
D.在摩擦起电现象中正、负电荷同时发生转移
(2)接触起电
a.起电原因
不带电的物体与带电体接触,能使不带电的物体带上电,这种方式称为接触起电。
b.起电实质
电荷从一个物体转移到另一个物体
例3、半径相同的两个金属小球A、B带有相等的电荷量,相隔一定的距离,今让第三个半径相同的不带电的金属小球先后与A、B接触后移开.①若A、B两球带同种电荷,接触后的电荷量之比为:
__________.②若A、B两球带异种电荷,接触后两球的带电荷量之比为:
___________.
练习4、把两个完全相同的小球接触后分开,两球相互排斥,则两球原来带电情况可能是()
A.其中一个带电,一个不带电B.两个小球原来带等量异种电荷
C.两个小球原来带同种电荷D.两个小球原来带不等量异种电荷
作业1、有三个相同的绝缘金属小球A、B、C,其中小球A带有2.0×
10-5C的正电荷,小球B、C不带电.现在让小球C先与球A接触后取走,再让小球B与球A接触后分开,最后让小球B与小球C接触后分开,最终三球的带电荷量分别是多少?
(3)感应起电:
利用静电感应使物体带电
a.起电机理—静电感应
当一个带电体靠近导体时,由于电荷间相互吸引或排斥,导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体,使导体靠近带电体的一端带异号电荷,远离带电体的一端带同号电荷。
这种现象叫做静电感应。
电荷的重新分配,电荷从物体的一部分转移到另一部分
c.结果:
使导体靠近带电体的一端带异号电荷,远离的一端带同号电荷
例3、如图所示,当带正电的球C移近不带电的枕形金属导体时,枕形导体上的电荷移动情况是:
()
枕形金属导体上的正电荷向B端移动,负电荷不移动
B、枕形金属导体上的带负电的电子向A端移动,正电荷不移动
C、枕形金属导体上的正、负电荷同时分别向B端和A端移动
D、枕形金属导体上的正、负电荷同时分别向A端和B端移动
练习5、如图所示,将带有负电的绝缘棒移近两个不带电的导体球,两个导体球开始时互相接触且对地绝缘,下列方法中能使两球都带电的是( )
A.先把两球分开,再移走棒B.先移走棒,再把两球分开
C.使棒与甲球瞬时接触,再移走棒D.先使乙球瞬时接地,再移走棒
5、起电的本质
无论是哪种起电方式,其本质都是电荷的转移,而不是创造电荷.
5、电荷守恒定律
表述一:
电荷既不能创造,也不能消灭,它只能从一个物体转移到另一个物体,或从物体的一部分转移到另一部分,在转移的过程中,系统的电荷总数保持不变
表述二:
一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和总是保持不变。
课堂练习
1、用一根与毛皮摩擦过的硬橡胶棒,靠近不带电验电器的金属小球a,然后用手指瞬间接触一下金属杆c后拿开橡胶棒,这时验电器小球a和金箔b的带电情况是( )
A、a带正电,b带负电B、a带负电,b带正电
C、a、b均带正电D、a、b均带负电
作业2、有三个完全一样的绝缘金属球,A球带的电荷量为q,B、C均不带电。
现要使B球带的电荷量为3q/8,应该怎么办?
3、如图所示,A、B是被绝缘支架分别架起的金属球,并相隔一定距离,其中A带正电,B不带电,则以下说法中正确的是:
A.导体B带负电;
B.导体B左端出现负电荷,右端出现正电荷,并且电荷量大小相等;
C.若A不动,将B沿图中虚线分开,则左边的电荷量小于右边的电荷量;
D.若A、B接触一下,A、B金属体所带总电荷量保持不变.
4、有A、B、C三个完全相同的金属球,A带1.2×
10-4C的正电荷,B、C不带电,现用相互接触的方法使它们都带电,则A、B、C所带的电荷量可能是下面哪组数据( )
A.6.0×
10-5C,4.0×
10-5C
B.6.0×
10-5C,2.0×
C.4.5×
10-5C,4.5×
10-5C,3.0×
D.5.0×
10-5C,5.0×
拓展
验电器与静电计在作用上的不同
验电器的主要作用有:
(1)检验导体是否带电。
(2)检验导体所带电性。
静电计也称作指针式验电器,这说明它完全具备验电器的各种作用。
由于静电计的特殊结构,使得它又具备验电器不能替代的某些作用。
(1)定量测量两导体间的电势差。
(2)定量测量某导体的电势。
练习1
一个带
正电的验电器如图所示,
当一个金属球A靠近验电器上的金属球B时,验电
器中金属箔片的张角减小,则()
A.金属球A可能不带电
B.金属球A一定带正电
C.金
属球A可能带负电
D.金属球A一定带负电
练习2
用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近已带电的验电器时,发现它的金属箔片的张角减小,由此可判断()
A.验电器
所带电荷量部分被中和
B.验电器所带电
荷量部分跑掉了
C.验电器一定带正电
D.验电器一定带负电
三、库仑定律
人们对电荷的认识是通过研究并认识电荷间的相互作用而获得的。
沿袭牛顿对力的定义,将电荷间的相互作用力成为库仑力或静电力。
这个力就是我们这节课要研究的核心问题。
(一)、库仑力
静止电荷之间的相互作用,称为静电力或库仑力。
(二)、探究影响电荷间相互作用的因素
1、猜想:
库仑力可能与带电体的电荷量和两者之间的距离有关
2、实验验证
①实验装置(如右图所示):
引导学生从研究目的出发,设计实验装置,使实验装置能实现预期的作用。
②观察现象:
(结合视频演示)
改变小球电量和两小球间距离,观察小球偏离竖直方向的夹角大小,对应于两球间静电力的大小。
③实验结果:
电荷之间的作用力随电荷量增大而增大,随距离的增大而减小(定性)。
(三)、库仑定律
1、库仑定律:
真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成正比,与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、表达式
3、适用条件
A.真空中
B.点电荷(理想模型)
(1).当带电体间距离比它们自身的大小大很多,当带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们间作用力的影响可忽略不计时,可将其看做有电荷量的点(r《R)
(2).均匀带电球体或球壳对其外部点电荷的作用,r是两球心间的距离
(3)公式不适用于r→0的情况
4、注意:
(1)k:
比例系数,称为静电力常量。
国际单位:
,静电力常量是一个与带电体周围介质有关的量,真空中
(空气中近似相等),物理意义:
两个电荷量为1C的点电荷在真空中相距1m时,相互作用力是9.0×
109N。
课堂练习:
估算一下,这么大的库仑力相当于多重的物体相距1米时的万有引力?
G=6.67×
10-11Nm2/kg2(1010kg)
(2)使用库仑定律计算时,点电荷电量用绝对值代入公式进行计算,谈后根据同性相斥、异性相吸判断方向
(3)库仑力(静电力)具有自己独特的大小和方向,同时它也具有力的一切性质(独立性、合成和分解时遵守平行四边形定则,相互作用力)
(四)、库仑扭秤实验
实验装置和实验原理
如右图所示。
当带同种电的C球与A球靠近时,A球受到库仑力的作用带动金属丝扭转。
转动上方的旋钮使AB回到原位置,根据两次刻度值差求出AC间的作用力的大小。
库仑扭秤测量出了静电力常量的值。
(五)、库仑定律与万有引力定律
问题:
分析库仑扭秤实验中小球在水平面内受力状况
两球AC间的万有引力是否影响扭秤扭转?
例1:
已知氢核的质量是1.67×
10-27kg,电子的质量是9.1×
10-31kg,在氢原子内它们之间的最短距离为5.3×
10-11m。
试比较氢原子中氢核与电子之间的库仑力和万有引力
在一般尺度下,带电体间的库仑力远远大于万有引力,万有引力的影响可以忽略。
练习1、真空中有三个点电荷,它们固定在边长50cm的等边三角形的三个顶点上,每个点电荷都是+2×
10-6C,求它们各自所受的库仑力
例2、两个半径相同的金属小球其球心间距r远远大于球半径R,带电荷量之比为1:
7,两者相互接触后再放回原来位置上,则相互作用力可能为原来的()
A.4/7
B.3/7
C.9/7
D.16/7
变式1、两个相同的带电导体小球所带电荷量的比值为1∶3,相距为r时相互作用的库仑力的大小为F,今使两小球接触后再分开放到相距为2r处,则此时库仑力的大小为:
A、1/12FB、1/6F
C、1/4FD、1/3F
作业3、大小相同的金属小球,所带电量的值分别为Q1、Q2
,且Q1=1/3Q2,把Q1,Q2放在相距较远的两点,它们间的作用力大小为F,若使两球相接触后再分开放回原位置,求它们间作用力的大小.
练习2、要使真空中的两个点电荷间的库仑力增大到原来的4倍,下列方法中可行的是:
A、每个点电荷的带电量都增大到原来的2倍,电荷间的距离不变
B、保持点电荷的带电量不变,使两个电荷间的距离增大到原来的2倍
C、使一个点电荷的电荷量加倍,另一个点电荷的电荷量保持不变,同时将两个点电荷间的距离减小为原来的1/2
D、保持点电荷的电荷量不变,将两个点电荷的距离减小到原来的1/2
三、点电荷、带电体的静电平衡
在真空中某处同时存在几个点电荷、带电体,由于相互间库仑力的作用而保持平衡状态的现象。
处理方法:
①库仑定律②受力分析
题型一、如图所示,用两根同样长的细绳把两个带同种电荷的小球悬挂在一点。
两球的质量相等,A球所带的电荷量大于B球所带的电荷量。
两球静止时,悬线与竖直线的偏角分别为α和β,则()
A、α>
βB、α=βC、α<
β
练习1、两小球用等长的绝缘细线悬挂于同一点O,两小球因带同号电荷而使球b悬线竖直地靠在墙上,a球被推开一定角度而平衡。
今令其失去部分电量,结果θ角变小后又重新平衡,则关于悬线对a球的拉力大小变化情况为()
A.一定增大
B.一定减小
C.一定不变
D.无法确定
变式2、
如图1所示,用两根绝缘丝线挂着两个质量相同不带电的小球A和B,此时,上、下丝线受的力分别为TA、TB;
如果使A带正电,
题型二、
在一条直线上有两个相距0.4m的点电荷A、B,A带电荷量为+Q,B带电荷量为-9Q。
现引入第三个点电荷C,恰好使三个点电荷处于平衡状态。
则C应带什么性质的电荷,电荷量为多少?
三个点电荷平衡规律:
三点共线,两同夹异(同性在两边,异性在中间),两大夹小,近小远大
练习2、A、B两个点电荷,相距为r,A带有9Q的正电荷,B带有4Q的正电荷
⑴如果A和B固定,应如何放置第三个点电荷q,才能使此电荷处于平衡状态?
⑵如果A和B是自由的,又应如何放置第三个点电荷,使系统处于平衡状态,且求第三个点电荷的电量q的大小及电性.
结论:
①当A、B已固定,只要求C球受力平衡,则C球的位置是唯一确定的,对其电量、电性无要求
②当A、B未固定,要求三球均平衡,则对C球的位置、电量、电性都有要求
作业4:
将本题中B的电荷量改为-4Q,其余不变
变式1、光滑绝缘水平面上带电小球A、B质量分别为m1=2g,m2=1g,它们的电荷量相等,q1=q2=10-7C。
A球带正电,B球带负电。
现在水平恒力F1向右作用于A球,这时A、B一起向右运动,且保持距离d=0.1m不变。
试问:
F1多大?
它们如何运动?
作业5、如图所示,在光滑绝缘的水平面上沿一直线等距离排列三个小球A、B、C,三球质量均为m,相距均为L,若三球
均带电,且qA=+10q,qB=+q,为保证三球间距不发生变化,将一水平向右的恒力F作用于C球,使三者一起向右匀速运动。
求:
(1)F的大小;
(2)C球的电性和电量。
练习2、在竖直放置的半径为R的光滑半圆形绝缘细管的圆心O处放一点电荷。
现将质量为m、电荷量为+q的小球从半圆的水平直径端点A静止释放,小球沿细管滑到最低点B时,对管壁恰好无压力,则置于圆心处的点电荷带什么电?
电量大小为多少?
拓展:
如图在正方形的三个顶点处各固定一个点电荷Q1、Q2,电性如图,则在另一个顶点再放一个q电荷,要使q静止,Q1、Q2的大小关系如何?
q的电荷量和电性能不能确定?
小结:
1、自然界中的两种电荷
2、3种起电方式
接触带电——电荷转移
摩擦起电——电子得失
感应起电——电荷重新分布
3、电荷守恒定律
4、库仑定律
(1)公式:
F=kQ1Q2/r2
k=9.0×
109N.m2/C2
(2)条件:
①真空
②点电荷:
同质点、单摆一样,是一个理想化的模型,一个科学的抽象