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1、高一物理 人教实验版高一物理电荷及其守恒定律 库仑定律人教实验版【本讲教育信息】一. 教学内容：电荷及其守恒定律 库仑定律知识要点：1. 知道各种起电的方法及实质2. 掌握电荷守恒定律的内容3. 知道点电荷的概念和静电力常数4. 知道库仑定律，理解它的含义及其表达式重点、难点解析一、电荷及其守恒定律1. 物体带电的实质 （1）物质是由原子组成的，而原子又是由原子核和核外电子构成的，电子带负电，原子核带正电。整个原子一般表现为电中性。 （2）物体失去电子则带正电，物体得到电子则带负电，物体带电的实质就是电子的得失。2. 物体带电的三种方式：即摩擦起电、感应起电和接触带电。（1）摩擦起电是由于相互

2、摩擦的物体间的电子的得失而使物体分别带上等量异种电荷，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）感应起电是指利用静电感应使物体带电的方式，例：如图所示，将导体A、B接触后去靠近带电体C，由于静电感应，A、B上的自由电子受到带电体C的吸引而聚集到A端，使A端带负电，B端由于失去电子而带正电。这时先把A、B分开，然后移去C，则A和B两导体上就分别带上了等量异种电荷，如图所示。 （3）接触带电比较简单，指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，而使不带电的导体带上电荷的方式。电荷的中和：正负电荷放在一起会相互抵消，

3、等量的异种电荷完全抵消的情况，叫正负电荷的中和。电荷的分配：接触起电时，两个物体最终的电荷的分配很复杂，大多靠实验才能确定，但有一种情况能确定电荷的分配，即两个完全相同的导体球相互接触后的情况。若为带电导体球和不带电导体球接触，则电荷平分若两个带电导体球为同种电荷，则总电荷平分 若两个带电导体球为异种电荷，则先中和再平分 从物体带电的各种方式不难看出，它们都不是创造了电荷，只是电荷从一个物体转移到了另一个物体，或者从物体的一部分转移到了物体的另一部分。 3. 电荷守恒定律 电荷守恒定律的原始表述为：电荷既不能创造，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

4、转移过程中，电荷的总量保持不变。 随着物理学的发展。近代物理实验发现，在一定的条件下电荷是可以产生和湮没的，但产生与湮没总是成对发生的，电荷的代数和仍然不变，故电荷守恒定律的表述经修正后为：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和是保持不变的。注意：近代物理实验所发现的电荷的产生与湮没并没有否定电荷守恒定律，只是对定律的内容作了修正。例1. 如图所示，有一带正电的验电器，当一金属球A靠近验电器的小球B（不接触）时，验电器的金箔张角减小，则A. 金属球可能不带电 B. 金属球可能带负电C. 金属球可能带正电 D. 金属球一定带负电解析：验电器的金箔之所以张开，是因为它们都带有正电荷，而同种电荷

5、相互排斥，张开角度的大小决定于两金箔带电荷的多少，如果A球带负电，靠近验电器的B球时，异种电荷相互吸引，使金箔上的正电荷逐渐“上移”（实质上是金属导体内的自由电子下移与金箔上的正电荷中和，使金箔带的正电减小），从而使两金箔夹角减少，选项B正确，同时否定选项C，如果A球不带电，在靠近B球时，发生静电感应现象使A球发生极性分布，靠近B球的端面出现负的感应电荷，而背向B球的端面出现正的感应电荷，A球上的感应电荷与验电器上的正电荷发生相互作用，因距离的不同而表现为吸引作用，从而使金箔张角减小，选项A正确，同时否定选项D。答案：AB小结：本题主要考查了电荷间的相互作用规律和静电感应现象，在解决这类问题时

6、根据电荷间相互作用规律和静电感应现象，判断电荷的重新分布情况，进而判断验电器金箔张角大小等问题。同学们再思考：当某带电导体靠近不带电的验电器的金属小球时，两金箔张角将如何变化?例2. 将一根用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近一个小通草球时A. 如果小球被吸引，小球必带负电B. 如果小球被吸引，小球必带正电C. 如果小球被排斥，小球必带负电D. 如果小球被排斥，小球必带正电解析：丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，可以吸引带负电或不带电的小球，但必定排斥带正电的小球。所以应选答案D答案：D小结：本题主要考查以下几点：（1）丝绸摩擦玻璃棒的带电情况；（2）带电体既可吸引异种电荷，也能吸引轻小物体。例3. 有两个完全相

7、同的带电绝缘金属小球A、B，分别带有电荷量QA6.410-9C。QB一3.210-9C，让两绝缘金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移并转移了多少?解析：当两小球接触时，带电荷量少的负电荷先被中和，剩余的正电荷再重新分配，由于两小球相同，剩余正电荷必均分，即接触后两小球带电荷量在接触过程中，电子由B球转移到A球，不仅将自身电荷中和，且继续转移。使B球带QB的正电，这样，共转移的电子电荷量为转移的电子数答案：电子由B球转移到A球，转移了电子。小结：本题考查了电荷守恒定律，元电荷概念，涉及正负电荷中和，电荷重新分布，电子转移数量等问题。二、库仑定律1. 库仑定律：在真空中两个静止点电荷间相互作用

8、的静电力跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们间的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。库仑力的大小： 库仑力的方向：在两点电荷连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸。库仑定律的适用范围：真空中两个静止点电荷。注意：两个电荷间的距离趋于零时，两个电荷就不能视为点电荷，它们之间的作用力也就不遵守库仑定律了，因此它们之间的库仑力不能认为趋于无穷大。2. 静电力常量K：常量K是一个重要的物理常数，库仑定律公式中各个物理量的单位都用国际制单位，公式中的比例恒量K的单位也就确定了，它的数值由实验得出，通常计算时取：K9.0109NmC23. 静电力：同样具有力的共性，例如，两个静止的点电荷之间的相互作用

9、力遵守牛顿第三定律大小相等、方向相反，并且在一条直线上；又如一点电荷同时受到另外两个点电荷的作用力，这两个力遵循力的合成法则，根据平行四边形定则，可求出这个点电荷受到的合力。如图所示。4. 点电荷是理想模型当带电体之间的距离远远大于自身的大小时，带电体的形状、大小及电荷分布状况对相互作用力的影响可以忽略不计，就可以把这个带电体看作一个带电的几何点，即看成点电荷。物理学中，抓住问题的要害及关键，将研究对象或物理变化过程模型化，常可以使问题的处理变得简单可行，又使处理结果基本符合客观实际，因而理想化模型既是客观存在的抽象，又是重要的思维方法和处理方法，处理物理问题时，首先选择研究对象或物理过程，建

10、立必要的物理模型，常是首要的任务。5. 库仑定律的应用应用库仑定律解题时，首先应注意库仑定律的适用条件。公式仅适用于真空中的两个静止点电荷间的相互作用。其次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大小时，不必将表示电荷q1、q2的带电性质的符号代入公式中，只将其电量绝对值代入公式中，从而计算出力的大小；库仑力的方向再依据同性电荷相互排斥、异性电荷相互吸引加以判别，这样分别加以处理的方法，可以避免将表示带电性质的符号代入公式中一起运算，从而带来的运算结果是正、负号再判定的麻烦。第三应注意统一单位，因为静电力常量K9l09Nm2C2是在SI中的数值。第四运算中常

11、将有效数字与数量级分别加以运算，以避免顾此失彼的失误。6. 微观带电粒子之间的库仑力与万有引力的比较。质子与电子之间即：微观粒子之间的万有引力远小于库仑力，研究微观粒子间的相互作用时，可以忽略万有引力。例1. 真空中有两个点电荷Q1和Q2，相距18cm，已知Q1是正电荷，其电荷量为1.810-12C，它们之间的引力大小为F1.0l0-12N，求Q2的电荷量及带电性质。解析：由于真空中的两个点电荷，符合运用库仑定律解题的条件根据库仑定律得因为电荷Q1和Q2间表现为引力，可见Q2是负电荷小结：（1）利用库仑定律进行计算时，不但可以求电荷间的相互作用力，还可以根据相互作用力的性质，判断电荷的电性。（

12、2）在利用库仑定律进行计算时，电荷量应代入绝对值计算，再根据其电性判断相互作用力的方向。例2. 两个半径均为R的金属球，分别带电q和3q，当球心相距r3R放置时，两球的相互作用力为F，若将两球接触后放回原来的位置，则两球之间的相互作用力大小为 A. F B. 等于F C. 大于F D. 小于F解析：在电场力的作用下，金属球上的电荷分布不均匀，电荷中心不位于球心，在相互接触前，异种电荷相互吸引，电荷中心距离r1小于3R，在接触后，同种电荷相互排斥，电荷中心的距离r2大于3R，如图所示，根据库仑定律有，则两静电力之比为答案：D小结：应用电荷守恒定律时，应明确完全相同的两金属球接触后将平均分配电荷运

13、用库仑定律解题时，应首先明确带电体是否可看做电荷量集中于球心的点电荷，然后分析带电情况，再根据库仑定律进行有关判断。例3. 如图所示，带电荷量分别为+q和+4q的两个点电荷A、B，相距L，求在何处放一个什么性质的电荷，才可以使三个电荷都处于平衡状态?解析：A、B两点电荷同性排斥，相互作用的静电力均沿AB连线向外，若能平衡，第三个点电荷C对A、B的作用力方向必沿A、B连线向内，故C必与A带异性电荷，且在A、B连线上。设C带电荷量为-Q，距A为x，则距B为Lx，对A、C列平衡方程：联立解得：， 即带电荷量为的电荷C置于距A点处，系统可平衡。小结：本题涉及静电力和静力学问题，只要明确静电力特点，运用

14、共点力平衡条件即可解决，通过本题分析可知，若要三个电荷都处于平衡，放置电荷的条件是：“两大夹小，两同夹异”。例4. 两个大小相同的小球带有同种电荷，质量分别为m1和m2，带电量分别为Q1和Q2，用细绝缘线悬挂后，因静电力而使两悬线张开，分别与竖直线方向成夹角和，且两球同处在一水平线上，如图所示，若，则下述结论正确的是A. ql一定等于q2B. 一定满足C. ml一定等于m2D. 必须同时满足q1q2，m1m2解析：因为小球所处的状态是静止，所以用平衡条件去分析。小球m1受到三个力F、F1、m1g作用，如图所示，以水平和竖直方向建立坐标，由平衡条件得所以 同理，对m2分析得 因为，所以故m1=m

15、2,可见，只要m1=m2，不管q1、q2如何，都等于，故选C答案：C小结：本题涉及力的平衡问题，要利用共点力平衡条件来求解可以采用正交分解法，也可以先求出F、m1g的合力，再与静电力平衡求解，即 =F2【模拟试题】1. 下面关于电现象的叙述，正确的是 （ ）A. 玻璃棒无论与什么物体摩擦都带正电，橡胶棒无论与什么物体摩擦都带负电B. 摩擦可以起电，是普遍存在的现象，相互摩擦的两个物体总是同时带等量的异种电荷C. 带电现象的本质是电子的转移，呈电中性的物体得到电子就一定显负电性，失去电子就一定显正电性D. 摩擦起电的过程，是通过摩擦创造了等量异种电荷的过程2. 关于元电荷的理解，下列说法正确的是

16、 （ ）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3. 如图所示，原来不带电的绝缘金属导体MN，在其两端下面都悬挂着金属验电箔，若使带负电的绝缘金属球A靠近导体的M端，可能看到的现象是（ ）A. 只有M端验电箔张开，且M端带正电B. 只有N端验电箔张开，且N端带负电C. 两端的验电箔都张开，且左端带负电，右端带正电D. 两端的验电箔都张开，且左端带正电，右端带负电4. 挂在绝缘细线下的两轻质通草球，由于电荷的相互作用而靠近，如图甲所示；或远离，如图乙所示，则 （ ）A. 甲图中两球一定带异种电荷B. 乙图

17、中两球一定带同种电荷C. 甲图中两球至少有一个带电D. 乙图中两球至少有一个带电5. 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的近旁有一绝缘金属球b，开始时a、b都不带电，如图所示，现使b带电，则 （ ） A. ab之间不发生相互作用 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6. 关于库仑定律的理解，下面说法正确的是 （ ） A. 对任何点电荷之间的静电力计算，都可以使用公式 B. 只要是点电荷之间的静电力计算，就可以使用公式 C. 两个点电荷之间的静电力，无论是在真空中还是在介质中，一定是大小相等、方向相反D. 摩擦过的

18、橡胶棒吸引碎纸屑，说明碎纸屑一定带正电 7. 对点电荷的理解，你认为正确的是 （ ）A. 体积很大的带电体都不能看作点电荷B. 只有体积很小的带电体才能看作点电荷C. 只要是均匀的球形带电体，不管球的大小，都能被看作点电荷D. 当两个带电体的形状对它们的相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体都能看作点电荷8. 两点电荷相距为d，相互作用力为F；保持两点电荷电荷量不变，改变它们之间的距离，使之相互作用力的大小变为4F，则两电荷之间的距离应变为（ ）A. 4d B. 2d C. d2 D. d49. 两个带电金属球，当它们带同种电荷时，它们之间的作用力的大小为F1；当它们带异种电荷时，电荷量与前相

19、同，距离与前相同，它们之间的作用力大小为几，则 （ ）A. F1=F2 B. FlF2 D. 不能确定10. 带电荷量分别为4q和6q的两个相同的金属小球保持一定的距离（比小球的直径大得多），相互作用的静电力为F；若将它们接触后分开，并再放回原处。它们的相互作用力为 （ ）A. 24F B. 25F C. F24 D. 25F2411. 如图所示，两个互相接触的导体A和B，靠近带正电的导体球C放置，三者均有绝缘支架，若先将C移走，再把A、B分开，则A 电，B 电，若先将A、B分开，再移走C，则A 电，B 电。 12. 在真空中有两个点电荷，其中一个点电荷的电荷量是另一个点电荷电荷量的4倍，它们

20、相距510-2m时，相互斥力为1.6N，当它们相距0. 1m时，相互斥力为 N，两电荷的电荷量分别为 C和 C。13. 真空中两个相同的金属小球，电荷量分别为+1.610-5C和+4.810-8C，相距r时相互作用力为0.3N，现将两球接触后再放在相距r的两点，则它们之间相互作用力为 N。14. 如图所示，q1、q2、q3分别表示在一条直线上的三个点电荷，已知q1与q2之间的距离为l1，q2和q3之间的距离为l2，且每个电荷都处于平衡状态。（1）如q2为正电荷，则q1为 电荷，q3为 电荷。（2）q1、q2、q3三者电荷量大小之比是 ： ： 15. 如图所示，真空中两个相同的小球带有等量同种电荷，质量均为0.1g，分别用10cm长的绝缘细线悬挂于绝缘天花板的一点，当平衡时B球偏离竖直方向60，A竖直悬挂且与墙壁接触。求：（1）每个小球的带电量。（2）墙壁受到的压力。（3）每条细线的拉力。试题答案1. BC 2. BD 3. D 4. BC 5. D6. C 7. D 8. C 9. B 10. C11. 不带 不带 带负 带正12. 0.4 3.310-7 1.3310-613. 0.414. （1）负 负 （2）15. （1）3.310-8 （2）8.710-4 （3）FB=10-3N FA=1.510-3 N