2018_2019版高中物理第一章电场电流第1讲电荷库仑定律学案新人教版选修1_1 Word版

第1讲电荷库仑定律
[目标定位] 1.了解人类对电现象的认识过程，体会人类探索自然规律的科学方法、科学态度和科学精神.2.了解元电荷的大小；了解电荷守恒定律.3.理解库仑定律的含义和表达式，知道静电力常量；了解库仑定律的适用条件，学习用库仑定律解决简单的问题.
一、接引雷电下九天
美国科学家富兰克林通过著名的风筝实验成功地将天电引入莱顿瓶，并证明闪电是一种放电现象.
二、电荷
1.电荷的电性及相互作用
(1)两种电荷：用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电荷.
(2)作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引.
2.电荷的多少叫电荷量，用Q(或q)表示，在国际单位制中，电荷量的单位是库仑，简称库，用符号C表示.
3.摩擦起电和感应起电
(1)摩擦起电：在摩擦起电过程中，失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电.
(2)感应起电：把电荷移近不带电的导体，导体中的正负电荷分开，使电荷从导体的一部分转移到另一部分.
想一想原来物体不带电，通过摩擦或感应等方式使物体带上了电，那么摩擦或感应起电是创造了电荷吗？
答案不是.因为无论哪种起电方式，都没有创造出电荷，起电的本质是电荷在导体间或导体内部发生了转移.
三、电荷守恒
1.电荷守恒定律：电荷既不能创生，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，在转移过程中，电荷的总量不变.
2.元电荷：电子、质子所带的电荷量是最小电荷量，人们把这个最小电荷量叫做元电荷，用e表示，e＝1.60×10－19 C.实验表明：所有带电物体的电荷量或者等于e，或者是e的整数倍.
想一想一个带电体可以带2.5×10－19 C的电荷吗？
答案不可以.元电荷是最小的电荷量，所有带电物体的电荷量或者等于e，或者是e的整数倍.所以带电体不可能带2.5×10－19 C的电荷.
四、库仑定律
1.内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，跟它们电荷量的乘积成正比，跟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：F＝k Q1Q2
r
，其中k是一个常量，叫静电力常量，k＝9.0×109N·m2/C2.
3.适用条件：
(1)真空中；
(2)静止的点电荷.
4.点电荷
如果带电体间的距离比它们自身线度的大小大得多，以至带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计，这样的带电体就可以看做点电荷.
想一想有一位同学，由库仑定律的表达式F＝k Q1Q2
r2
得到：当r→0时，静电力F→∞.这种说法正
确吗？为什么？
答案不正确.从数学角度分析这是必然的结论，但从物理的角度分析，这一结论是错误的，其原因是：当r→0时，两电荷已失去了点电荷的前提条件，何况实际的电荷都有一定的大小和形状，根本不会出现r＝0的情况，也就是说，在r→0时不能再用库仑定律计算两电荷间的相互作用力.
一、摩擦起电与感应起电的比较
例1 如图1－1－1所示，将一束塑料包扎带一端打结，另一端撕成细条后，用手迅速捊细条，观察到细条散开了，则产生这种现象的原因是( )
图1－1－1
A.细条之间相互感应起电，相互排斥散开
B.撕成细条后，所受重力减小，细条自然松散
C.撕成细条后，由于空气浮力作用，细条散开
D.由于摩擦起电，细条带同种电荷，相互排斥散开 答案 D
解析 产生这一现象的原因是由于摩擦，使细条上带了同种电荷，由于同种电荷的相互排斥，所以细条散开，故D 正确，A 、B 、C 错误. 二、电荷守恒定律的理解和应用 1.“总量”：指电荷的代数和.
2.起电过程的本质：电子发生了转移，也就是说物体所带电荷的重新分配.
3.两个完全相同的金属球接触后将平分电荷，即Q 1′＝Q 2′＝Q 1＋Q 2
2
，Q 1和Q 2可以是同种电荷，也
可以是异种电荷.
例2 A 、B 两物体均不带电，相互摩擦后A 带负电荷，电荷量大小为Q ，则B 的带电情况是( )
A.带正电荷，电荷量大于Q
B.带正电荷，电荷量等于Q
C.带负电荷，电荷量大于Q
D.带负电荷，电荷量等于Q
答案 B
解析根据电荷守恒定律可知，B应带正电荷，电荷量的大小应等于Q，故B正确，A、C、D错误.
三、库仑定律的理解和应用
1.库仑定律的适用条件：适用于真空中静止的点电荷.真空中的电荷若不是点电荷，如图所示.同种电荷时，实际距离会增大，如图1－1－2(a)所示；异种电荷时，实际距离会减小，如图1－1－2(b)所示.
图1－1－2
2.用公式计算库仑力的大小时，只将电荷量的绝对值代入公式中计算出力的大小，力的方向根据同种电荷相斥、异种电荷相吸加以判断.
3.如果一个点电荷同时受到另外的两个或更多的点电荷的作用力，则它实际受到的库仑力为各个电荷对它的库仑力的矢量和.
4.两个点电荷间的库仑力遵从牛顿第三定律，不管两带电体带电荷量大小如何，它们之间的库仑力大小总是相等的.
例3真空中有甲、乙两个点电荷，其相互作用力为F.要使它们之间的相互作用力变为2F，下列方法可行的是( )
A.使甲、乙电荷量都变为原来的 2 倍
B.使甲、乙电荷量都变为原来的1 2
C.使甲、乙之间距离变为原来的 2 倍
D.使甲、乙之间距离变为原来的1 2
答案AD
解析根据库仑定律F＝k Q1Q2
r2
分析可得，通过改变电荷量和电荷之间的距离即可改变库仑力的大
小，故A、D项正确.
针对训练 1 真空中两点电荷所带电量分别为＋2Q 和－2q ，相距为2r ，它们之间的静电力是( ) A.k Qq r 2 B.k 2Qq r
2
C.k Qq r
D.k 2Qq r
答案 A 解析 根据F ＝k
Q 1Q 2r 2，可得F ＝k 2Q ·2q （2r ）2＝k Qq
r
2，故A 正确，B 、C 、D 错误.
电荷及其作用
1.关于电荷及相互作用，下列说法中正确的是( )
A.丝绸和玻璃棒摩擦后，玻璃棒带正电是由于丝绸上一些正电荷转移到玻璃棒上
B.丝绸和玻璃棒摩擦后，玻璃棒带正电是由于玻璃棒上一些正电荷转移到丝绸上
C.真空中两个点电荷电荷量均增加为原来的2倍，距离不变，则它们之间的作用力变为原来的4倍
D.真空中两个点电荷间距离增为原来的2倍，电荷量均不变，则它们之间的作用力变为原来的一半 答案 C
解析 能够移动的是负电荷电子，A 、B 项错误；由库仑定律F ＝
kQ 1Q 2
r 2
，C 项正确，D 项错误. 电荷守恒定律的理解和应用
2.两个完全相同的金属小球A 、B 所带电荷量分别为＋3Q 和－Q ，将两小球接触后，小球A 的带电荷量为( ) A.＋3Q B.＋2Q C.＋Q D.－Q
答案 C
解析 小球接触过程中电荷要先中和后平分，Q 1′＝Q 2′＝Q 1＋Q 22
＝
＋3Q ＋（－Q ）
2
＝Q ，选项C 正
确.
库仑定律的理解及应用
3.要使真空中的两个点电荷间的库仑力增大到原来的4倍，下列方法可行的是( ) A.每个点电荷的带电荷量都增大到原来的2倍，电荷间的距离不变
B.保持点电荷的带电荷量不变，使两个点电荷间的距离增大到原来的2倍
C.使一个点电荷的带电荷量加倍，另一个点电荷的带电荷量保持不变，同时使两点电荷间的距离减小为原来的1
2
D.保持点电荷的带电荷量不变，将两个点电荷间的距离减小为原来的1
2
答案 AD
解析 根据库仑定律F ＝k Q 1Q 2r 2，知F A ＝k ·2q ·2q r 2＝4F ，A 项正确；F B ＝kq 2（2r ）2＝F
4，B 项错误；F C
＝k ·2q ·q （r 2
）2＝8F ，C 项错误；F D ＝kq 2
（r 2
）2
＝4F ，D 项正确.
4.如图1－1－3所示，小球A 固定在绝缘支架上，小球B 用丝线悬挂，两小球均带有正电荷.现将
A 向右移近
B ，观察到丝线与竖直方向的夹角增大， 这表明电荷间的作用力( )
图1－1－3
A.随距离的减小而增大
B.随距离的减小而减小
C.随电荷量的减小而增大
D.随电荷量的减小而减小 答案 A
解析 丝线与竖直方向的夹角增大说明电荷间的作用力增大。

在该题中A 、B 的电荷量不变，随着A 、B 间距离的减小电荷间的作用力增大，表明电荷间的作用力随距离的减小而增大，选项A 正确.
(时间：60分钟)
题组一、电荷及其作用 1.电荷量的国际单位是( ) A.千克
B.库仑。