第一章-電場(chǎng)-電流電場(chǎng)-電流課件

第一章電場(chǎng)

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(chǎng)的描述，并介紹了生活中的靜電現(xiàn)象及儲(chǔ)存電荷的裝置——電容器，最后介紹了人類對(duì)電流的認(rèn)識(shí)過(guò)程。電源、電流的熱效應(yīng)，這些都是電學(xué)的基本內(nèi)容，學(xué)習(xí)中要求會(huì)用物質(zhì)的微觀模型和電荷守恒定律分析靜電現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)點(diǎn)電荷間的作用規(guī)律，并能簡(jiǎn)單應(yīng)用，通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)電場(chǎng)，本章知識(shí)概覽并會(huì)用電場(chǎng)線和電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)描述電場(chǎng)，同時(shí)了解靜電知識(shí)產(chǎn)生的歷史背景，體驗(yàn)科學(xué)家不畏艱辛、勇于探索和創(chuàng)新的精神。新課標(biāo)對(duì)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(rèn)識(shí)點(diǎn)電荷間的相互作用規(guī)律。2．通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)電場(chǎng)，會(huì)用電場(chǎng)線、電場(chǎng)強(qiáng)度描述電場(chǎng)。3．理解電流的概念和電源的電動(dòng)勢(shì)。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(xué)習(xí)中要注意做好實(shí)驗(yàn)，弄清概念建立的背景，體會(huì)類比思想、理想化模型的建立在物理學(xué)研究中的作用，掌握科學(xué)探究常用的思想方法，對(duì)下一章磁場(chǎng)內(nèi)容的學(xué)習(xí)有啟發(fā)和引領(lǐng)的作用。本章重點(diǎn)電荷間相互作用的特點(diǎn)、三種起電方式、電荷守恒定律、點(diǎn)電荷、庫(kù)侖定律、電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)線、電流、電動(dòng)勢(shì)、焦耳定律。本章難點(diǎn)點(diǎn)電荷、庫(kù)侖定律及應(yīng)用、電場(chǎng)強(qiáng)度、電動(dòng)勢(shì)、焦耳定律。一、電荷庫(kù)侖定律學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)與技能1.知道自然界中有正負(fù)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(kù)侖定律的含義及其公式表達(dá)，知道靜電力常量，并會(huì)用庫(kù)侖定律的公式進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。過(guò)程與方法1.明確物體起電的實(shí)質(zhì)。2.認(rèn)識(shí)類比的方法也是物理學(xué)中的一種研究方法。情感、態(tài)度與價(jià)值觀學(xué)習(xí)科學(xué)家不畏艱辛、勇于探索的科學(xué)探究精神，認(rèn)識(shí)科學(xué)知識(shí)的社會(huì)價(jià)值，激發(fā)愛(ài)科學(xué)、努力學(xué)習(xí)科學(xué)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______。基礎(chǔ)落實(shí)·新知探究一、電荷正電荷負(fù)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(guó)際單位制中，電荷量的單位是______，簡(jiǎn)稱庫(kù)，用符號(hào)C表示。多少Q(mào)(或q)庫(kù)侖3．起電方式(1)摩擦起電：毛皮摩擦過(guò)的硬橡膠棒帶的電荷稱為_____電荷，用絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒帶的電荷稱為______電荷。(2)感應(yīng)起電：把電荷移近不帶電的異體，可以使導(dǎo)體________的現(xiàn)象。負(fù)正帶電◎思考1．相互吸引的兩個(gè)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(gè)物體_______到另一個(gè)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(guò)程中，電荷的________不變。這個(gè)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(gè)靜止點(diǎn)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(kù)侖定律電荷量二次方9.0×109N·m2/C23．點(diǎn)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(duì)相互作用力的影響可以忽略不計(jì)，這樣的帶電體就可以看做點(diǎn)電荷。大得多[名師精講]要點(diǎn)突破·規(guī)律總結(jié)要點(diǎn)一三種起電方式的比較

方式內(nèi)容摩擦起電感應(yīng)起電接觸起電產(chǎn)生及條件兩不同絕緣體摩擦?xí)r導(dǎo)體靠近帶電體時(shí)導(dǎo)體與帶電導(dǎo)體接觸時(shí)現(xiàn)象兩物體帶上等量異種電荷導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷，且電性與原帶電體“近異遠(yuǎn)同”導(dǎo)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(duì)核外電子的束縛力不同而發(fā)生電子得失導(dǎo)體中的自由電子受帶正(負(fù))電物體吸引(排斥)而靠近(遠(yuǎn)離)自由電荷在帶電體與導(dǎo)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(fù)電放于電場(chǎng)中的導(dǎo)體兩端帶有等量異種電荷驗(yàn)電器的工作原理實(shí)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(gè)不帶電的導(dǎo)體B，由于靜電感應(yīng)，在B的左端出現(xiàn)________電荷，右端出現(xiàn)等量的________電荷。若用導(dǎo)線將B與大地相連，無(wú)論導(dǎo)線連接的是左端還是右端，B導(dǎo)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(gè)整體，導(dǎo)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(dǎo)線連在左端還是右端無(wú)關(guān)?！敬鸢浮?/p>

負(fù)正負(fù)【點(diǎn)撥提升】

地球是一個(gè)巨大的導(dǎo)體，當(dāng)用導(dǎo)線將B與大地相連后，B導(dǎo)體和地球能看成一個(gè)整體。1．使帶電的金屬球靠近不帶電的絕緣枕形導(dǎo)體，下圖表示枕形導(dǎo)體上感應(yīng)電荷的分布情況中正確的是［變式訓(xùn)練］

圖1－1－2解析根據(jù)同種電荷相斥，異種電荷相吸，在導(dǎo)體靠近電荷的近端感應(yīng)出異種電荷，遠(yuǎn)端感應(yīng)出同種電荷，選項(xiàng)B正確。答案B[名師精講]1．點(diǎn)電荷是只有電荷量，沒(méi)有大小、形狀的理想化模型，類似于力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)，實(shí)際中并不存在。2．當(dāng)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(duì)它們之間相互作用力的影響可以忽略不計(jì)時(shí)，這樣的帶電體就可以看做點(diǎn)電荷。要點(diǎn)二對(duì)點(diǎn)電荷的認(rèn)識(shí)3．一個(gè)帶電體能否看做點(diǎn)電荷，是相對(duì)于具體問(wèn)題而言的，不能單憑其大小和形狀確定。例如，一個(gè)半徑為10cm的帶電圓盤，如果考慮它和10m處某個(gè)電子的作用力，就完全可以把它看做點(diǎn)電荷，而如果這個(gè)電子離帶電圓盤只有1mm，那么這一帶電圓盤又相當(dāng)于一個(gè)無(wú)限大的帶電平面。[例2]下列關(guān)于點(diǎn)電荷的說(shuō)法，正確的是A．只有體積很小的帶電體，才能看作點(diǎn)電荷B．體積很大的帶電體一定不能看作點(diǎn)電荷C．點(diǎn)電荷一定是電荷量很小的帶電體D．兩個(gè)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(diǎn)電荷處理［典例精析］

【解析】

在研究帶電體間的相互作用時(shí)，如果帶電體本身的線度遠(yuǎn)小于它們之間的距離，帶電體本身的大小，對(duì)我們所討論的問(wèn)題影響甚小，相對(duì)來(lái)說(shuō)可把帶電體視為一幾何點(diǎn)，并稱它為點(diǎn)電荷。但點(diǎn)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(diǎn)電荷這個(gè)概念與力學(xué)中的“質(zhì)點(diǎn)”類似。所以A、B、C均不對(duì)。兩個(gè)帶電的金屬小球，距離近時(shí)電荷不會(huì)均勻分布，故D對(duì)?！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(diǎn)電荷，即使是一個(gè)球形帶電體，距離很近時(shí)也不能看成點(diǎn)電荷。2．(多選)關(guān)于點(diǎn)電荷，下列說(shuō)法中正確的是A．點(diǎn)電荷是一個(gè)帶有電荷的幾何點(diǎn)，它是實(shí)際帶電體的抽象，是一種理想化的模型B．點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)電荷［變式訓(xùn)練］

解析點(diǎn)電荷是實(shí)際帶電體在一定條件下抽象出的一個(gè)理想化模型，這個(gè)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(shí)可以忽略不計(jì)。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(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分；在轉(zhuǎn)移過(guò)程中，電荷的總量保持不變。要點(diǎn)三電荷守恒定律的理解與應(yīng)用②第二種表述：一個(gè)與外界沒(méi)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(duì)物體帶電現(xiàn)象規(guī)律的總結(jié)，一個(gè)原來(lái)不帶電的物體通過(guò)某些方法可以帶電，原來(lái)帶電的物體也可以使它失去電性(這叫電的中和)，但其實(shí)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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的微觀粒子在變化中遵守的規(guī)律，近代物理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由一個(gè)高能光子可以產(chǎn)生一個(gè)正電子和一個(gè)負(fù)電子，一對(duì)正、負(fù)電子可同時(shí)湮沒(méi)、轉(zhuǎn)化為光子。在這種情況下，帶電粒子總是成對(duì)產(chǎn)生或湮沒(méi)，電荷的代數(shù)和不變，即正、負(fù)電子的產(chǎn)生和湮沒(méi)與電荷守恒定律并不矛盾。［典例精析］

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

本題為信息題，考查電荷守恒定律?！敬鸢浮?/p>

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(xiàng)B正確。答案B［變式訓(xùn)練］

要點(diǎn)四對(duì)靜電力的認(rèn)識(shí)2．公式的適用條件(1)僅適用于真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用的靜電力(叫庫(kù)侖力)。有人用公式推理說(shuō)，當(dāng)r→0時(shí)，F(xiàn)→∞，這是錯(cuò)誤的。因當(dāng)r→0時(shí)，兩電荷已不能再看成點(diǎn)電荷，不能用此公式來(lái)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(diǎn)電荷，應(yīng)用公式計(jì)算庫(kù)侖力，這時(shí)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(wàn)有引力的大小比較研究微觀帶電粒子的相互作用時(shí)，經(jīng)常忽略萬(wàn)有引力。(因其萬(wàn)有引力比起靜電力來(lái)非常小)[特別提醒]

(1)應(yīng)用靜電力的計(jì)算公式時(shí)，Q1、Q2只以絕對(duì)值代入，計(jì)算出的F是庫(kù)侖力的大?。恢劣趲?kù)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(lái)判斷。(2)計(jì)算時(shí)公式中的各量都必須用國(guó)際單位制中的單位。[例4]

(多選)兩個(gè)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(lái)的位置上，則相互作用力可能為原來(lái)的A．7/16

B．7/9C．9/7 D．16/7［典例精析］

【思路引導(dǎo)】

因?yàn)閮蓭щ娦∏蛩鶐щ姾傻碾娦圆幻?，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(lái)的位置上，相互作用力變?yōu)镕1＝16kQ2/r2，所以D項(xiàng)正確；若帶異種電荷，將兩帶電小球接觸后分開，放回原來(lái)的位置上，相互作用力變?yōu)镕2＝9kQ2/r2，所以C項(xiàng)正確。故選C、D?！敬鸢浮?/p>

CD【思維總結(jié)】

(1)兩個(gè)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(kù)侖力與力學(xué)中的重力一樣也是按性質(zhì)分類的力，在受力分析時(shí)要注意庫(kù)侖力產(chǎn)生的條件和大小。4．兩點(diǎn)電荷間的距離為r時(shí)，庫(kù)侖力為F，保持電荷量不變，它們間的距離為0.5r時(shí)，庫(kù)侖力為__