第一章-電場-電流電場-電流課件

第一章電場

電流本章從最基本的電現(xiàn)象——靜電開始，研究靜電的作用規(guī)律及電場的描述，并介紹了生活中的靜電現(xiàn)象及儲存電荷的裝置——電容器，最后介紹了人類對電流的認識過程。電源、電流的熱效應，這些都是電學的基本內(nèi)容，學習中要求會用物質(zhì)的微觀模型和電荷守恒定律分析靜電現(xiàn)象，認識點電荷間的作用規(guī)律，并能簡單應用，通過實驗認識電場，本章知識概覽并會用電場線和電場強度來描述電場，同時了解靜電知識產(chǎn)生的歷史背景，體驗科學家不畏艱辛、勇于探索和創(chuàng)新的精神。新課標對本章的要求是：1．用物質(zhì)的微觀模型和電荷守恒定律分析靜電現(xiàn)象，認識點電荷間的相互作用規(guī)律。2．通過實驗認識電場，會用電場線、電場強度描述電場。3．理解電流的概念和電源的電動勢。4．掌握焦耳定律。本章內(nèi)容比較抽象，而且概念較多，不易理解。因此學習中要注意做好實驗，弄清概念建立的背景，體會類比思想、理想化模型的建立在物理學研究中的作用，掌握科學探究常用的思想方法，對下一章磁場內(nèi)容的學習有啟發(fā)和引領(lǐng)的作用。本章重點電荷間相互作用的特點、三種起電方式、電荷守恒定律、點電荷、庫侖定律、電場強度、電場線、電流、電動勢、焦耳定律。本章難點點電荷、庫侖定律及應用、電場強度、電動勢、焦耳定律。一、電荷庫侖定律學習目標知識與技能1.知道自然界中有正負兩種電荷，知道電荷的產(chǎn)生原因。2.知道電荷守恒定律。3.理解庫侖定律的含義及其公式表達，知道靜電力常量，并會用庫侖定律的公式進行有關(guān)的計算。過程與方法1.明確物體起電的實質(zhì)。2.認識類比的方法也是物理學中的一種研究方法。情感、態(tài)度與價值觀學習科學家不畏艱辛、勇于探索的科學探究精神，認識科學知識的社會價值，激發(fā)愛科學、努力學習科學的熱情。1．兩種電荷及其相互作用(1)自然界中存在著兩種電荷，________和________。(2)同種電荷相互_____，異種電荷相互______?；A(chǔ)落實·新知探究一、電荷正電荷負電荷排斥吸引2．電荷量(1)定義：電荷的______叫作電荷量，用________表示。(2)單位：在國際單位制中，電荷量的單位是______，簡稱庫，用符號C表示。多少Q(mào)(或q)庫侖3．起電方式(1)摩擦起電：毛皮摩擦過的硬橡膠棒帶的電荷稱為_____電荷，用絲綢摩擦過的玻璃棒帶的電荷稱為______電荷。(2)感應起電：把電荷移近不帶電的異體，可以使導體________的現(xiàn)象。負正帶電◎思考1．相互吸引的兩個物體一定是帶異種電荷嗎？提示不一定，帶電的物體可以吸引不帶電的輕小物體。1．內(nèi)容：電荷既不能創(chuàng)生，也不能消滅，只能從一個物體_______到另一個物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，在轉(zhuǎn)移的過程中，電荷的________不變。這個結(jié)論叫作電荷守恒定律。2．元電荷：電荷量e叫作元電荷，e＝_______________。二、電荷守恒轉(zhuǎn)移總量1.60×10－19C◎思考2．電荷量能連續(xù)變化嗎？提示所有帶電體的電荷量或者等于e，或者等于e的整數(shù)倍。1．內(nèi)容：真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力，跟它們_______的乘積成正比，跟它們距離的________成反比，作用力的方向在它們的連線上。2．公式：F＝________。式中的k叫作靜電力常量，k＝_______________。三、庫侖定律電荷量二次方9.0×109N·m2/C23．點電荷：如果帶電體間的距離比它們自身線度的大小_________，以至帶電體的形狀和大小對相互作用力的影響可以忽略不計，這樣的帶電體就可以看做點電荷。大得多[名師精講]要點突破·規(guī)律總結(jié)要點一三種起電方式的比較

方式內(nèi)容摩擦起電感應起電接觸起電產(chǎn)生及條件兩不同絕緣體摩擦時導體靠近帶電體時導體與帶電導體接觸時現(xiàn)象兩物體帶上等量異種電荷導體兩端出現(xiàn)等量異種電荷，且電性與原帶電體“近異遠同”導體上帶上與帶電體相同電性的電荷[特別提醒]

起電的本質(zhì)是自由電子在物體之間或物體內(nèi)部轉(zhuǎn)移，而不是創(chuàng)造了電荷。原因不同物質(zhì)的原子核對核外電子的束縛力不同而發(fā)生電子得失導體中的自由電子受帶正(負)電物體吸引(排斥)而靠近(遠離)自由電荷在帶電體與導體之間發(fā)生轉(zhuǎn)移舉例摩擦后的毛皮與橡膠棒分別帶正電和負電放于電場中的導體兩端帶有等量異種電荷驗電器的工作原理實質(zhì)均為電荷在物體之間或物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移[例1]如圖1－1－1所示，在正電荷Q附近放一個不帶電的導體B，由于靜電感應，在B的左端出現(xiàn)________電荷，右端出現(xiàn)等量的________電荷。若用導線將B與大地相連，無論導線連接的是左端還是右端，B導體都將帶_________電。［典例精析］

圖1－1－1【解析】

如下圖所示，如果把B和地球看成一個整體，導體B始終是靠近帶電體Q的一端，帶上與Q相反種類的電荷，與導線連在左端還是右端無關(guān)?！敬鸢浮?/p>

負正負【點撥提升】

地球是一個巨大的導體，當用導線將B與大地相連后，B導體和地球能看成一個整體。1．使帶電的金屬球靠近不帶電的絕緣枕形導體，下圖表示枕形導體上感應電荷的分布情況中正確的是［變式訓練］

圖1－1－2解析根據(jù)同種電荷相斥，異種電荷相吸，在導體靠近電荷的近端感應出異種電荷，遠端感應出同種電荷，選項B正確。答案B[名師精講]1．點電荷是只有電荷量，沒有大小、形狀的理想化模型，類似于力學中的質(zhì)點，實際中并不存在。2．當帶電體間的距離比它們自身的大小大得多，以至帶電體的形狀、大小及電荷分布狀況對它們之間相互作用力的影響可以忽略不計時，這樣的帶電體就可以看做點電荷。要點二對點電荷的認識3．一個帶電體能否看做點電荷，是相對于具體問題而言的，不能單憑其大小和形狀確定。例如，一個半徑為10cm的帶電圓盤，如果考慮它和10m處某個電子的作用力，就完全可以把它看做點電荷，而如果這個電子離帶電圓盤只有1mm，那么這一帶電圓盤又相當于一個無限大的帶電平面。[例2]下列關(guān)于點電荷的說法，正確的是A．只有體積很小的帶電體，才能看作點電荷B．體積很大的帶電體一定不能看作點電荷C．點電荷一定是電荷量很小的帶電體D．兩個帶電的金屬小球，不一定能將它們作為電荷集中在球心的點電荷處理［典例精析］

【解析】

在研究帶電體間的相互作用時，如果帶電體本身的線度遠小于它們之間的距離，帶電體本身的大小，對我們所討論的問題影響甚小，相對來說可把帶電體視為一幾何點，并稱它為點電荷。但點電荷本身的線度不一定很小，它所帶的電荷量也可以很大。點電荷這個概念與力學中的“質(zhì)點”類似。所以A、B、C均不對。兩個帶電的金屬小球，距離近時電荷不會均勻分布，故D對?！敬鸢浮?/p>

D【思維總結(jié)】

體積很小的帶電體，如果它們之間的距離很近，也不能看成點電荷，即使是一個球形帶電體，距離很近時也不能看成點電荷。2．(多選)關(guān)于點電荷，下列說法中正確的是A．點電荷是一個帶有電荷的幾何點，它是實際帶電體的抽象，是一種理想化的模型B．點電荷自身不一定很小，所帶電荷不一定很少C．體積小于1mm3的帶電體就是點電荷D．體積大的帶電體，只要滿足一定的條件也可以看成點電荷［變式訓練］

解析點電荷是實際帶電體在一定條件下抽象出的一個理想化模型，這個條件是帶電體大小和形狀在研究電荷間相互作用力的影響時可以忽略不計。答案ABD[名師精講]1．電荷守恒定律的兩種表述及區(qū)別(1)電荷守恒定律的兩種表述①第一種表述：電荷既不能創(chuàng)生，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；在轉(zhuǎn)移過程中，電荷的總量保持不變。要點三電荷守恒定律的理解與應用②第二種表述：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。(2)兩種表述的區(qū)別①第一種表述是對物體帶電現(xiàn)象規(guī)律的總結(jié)，一個原來不帶電的物體通過某些方法可以帶電，原來帶電的物體也可以使它失去電性(這叫電的中和)，但其實質(zhì)是電荷的轉(zhuǎn)移，電荷的數(shù)量并未增加或減少。②第二種表述則更具有廣泛性，涵蓋了包括近代物理實驗發(fā)現(xiàn)的微觀粒子在變化中遵守的規(guī)律，近代物理實驗發(fā)現(xiàn)，由一個高能光子可以產(chǎn)生一個正電子和一個負電子，一對正、負電子可同時湮沒、轉(zhuǎn)化為光子。在這種情況下，帶電粒子總是成對產(chǎn)生或湮沒，電荷的代數(shù)和不變，即正、負電子的產(chǎn)生和湮沒與電荷守恒定律并不矛盾。［典例精析］

A．質(zhì)子由1個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和2個d夸克組成B．質(zhì)子由2個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和2個d夸克組成C．質(zhì)子由1個u夸克和2個d夸克組成，中子由2個u夸克和1個d夸克組成D．質(zhì)子由2個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和1個d夸克組成【思路引導】

本題為信息題，考查電荷守恒定律。【答案】

B3．兩金屬小球所帶電荷量分別為＋3Q和－Q，將兩小球接觸后，它們所帶的電荷量一共為A．＋3Q

B．＋2QC．＋Q D．－Q解析由電荷中和和守恒規(guī)律知選項B正確。答案B［變式訓練］

要點四對靜電力的認識2．公式的適用條件(1)僅適用于真空中兩個點電荷之間的相互作用的靜電力(叫庫侖力)。有人用公式推理說，當r→0時，F(xiàn)→∞，這是錯誤的。因當r→0時，兩電荷已不能再看成點電荷，不能用此公式來分析靜電力了。(2)均勻帶電球體可以看成電荷量集中在球心的點電荷，應用公式計算庫侖力，這時距離r從球心算起。3．靜電力的性質(zhì)靜電力具有力的共性，如遵守牛頓第三定律，遵循力的平行四邊形定則。4．靜電力與萬有引力的大小比較研究微觀帶電粒子的相互作用時，經(jīng)常忽略萬有引力。(因其萬有引力比起靜電力來非常小)[特別提醒]

(1)應用靜電力的計算公式時，Q1、Q2只以絕對值代入，計算出的F是庫侖力的大小；至于庫侖力的方向可依據(jù)“同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引”來判斷。(2)計算時公式中的各量都必須用國際單位制中的單位。[例4]

(多選)兩個半徑、材料完全相同的金屬小球，所帶電荷量之比為1∶7，間距為r，把兩球相互接觸后再放回原來的位置上，則相互作用力可能為原來的A．7/16

B．7/9C．9/7 D．16/7［典例精析］

【思路引導】

因為兩帶電小球所帶電荷的電性不明，所以要分同種、異種電荷兩種情況討論?！窘馕觥?/p>

設(shè)兩金屬球帶電荷量分別為Q、7Q，則F＝kQ1Q2/r2＝7kQ2/r2。若帶同種電荷，將兩帶電小球接觸后分開，放回原來的位置上，相互作用力變?yōu)镕1＝16kQ2/r2，所以D項正確；若帶異種電荷，將兩帶電小球接觸后分開，放回原來的位置上，相互作用力變?yōu)镕2＝9kQ2/r2，所以C項正確。故選C、D。【答案】

CD【思維總結(jié)】

(1)兩個完全相同的帶電體，相互接觸后電荷量平分：若帶同種電荷，則總量平分；若帶異種電荷，則先中和然后把剩余的電荷量平分。(2)庫侖力與力學中的重力一樣也是按性質(zhì)分類的力，在受力分析時要注意庫侖力產(chǎn)生的條件和大小。4．兩點電荷間的距離為r時，庫侖力為F，保持電荷量不變，它們間的距離為0.5r時，庫侖力為__