一.电荷 库仑定律

电荷、库仑定律

目标认知

学习目标

1、了解人类对电现象的认识过程，知道自然界存在两种电荷，了解

元电荷的大小。

2、理解摩擦起电和感应起电的实质，知道电荷守恒定律。

3、理解库仑定律，并会用库仑定律进行相互作用力的计算。

学习重点和难点

1、电荷守恒定律和库仑定律的理解。

2、运用库仑定律求解力学问题。

知识要点梳理

知识点一——电荷及电荷守恒定律

1、自然界中存在两种电荷

要点诠释：

（1）自然界中存在两种电荷——正电荷和负电荷。

我们把用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷称为正电荷，用正数表示；把用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷称为负电荷，用负数表示。

（2）电荷及其相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

2、原子的核式结构及摩擦起电的微观解释

要点诠释：

（1）构成物质的原子本身就是由带电微粒组成。原子包括原子核（带正电的质子和不带电的中子）和带负电的核外电子。通常情况下原子所带正负电荷都能精确平衡，所以整个原子对外表现为电中性。

（2）摩擦起电的原因：不同物质的原子核束缚电子的能力不同．

由于不同物质的原子核束缚电子的本领不同。当两个物体互相摩擦时，哪个物体的原子核束缚电子的本领弱，它就容易失去电子而带上正电荷，

使跟它相摩擦的物体得到电子而带上等量的负电荷。所以摩擦起电的本质是得失电子。因此：

摩擦起电的实质：电子在物体间的转移；

摩擦起电的结果：两个相互摩擦的物体带上了等量异种电荷。

3、感应起电

要点诠释：

（1）静电感应：把电荷移近不带电的导体，可以使导体带电的现象。利用静电感应使物体带电，叫做感应起电。

例如把带正电荷的球C移近彼此接触的导体A、B，可以看到A、B上的金属箔都张开了，表示A、B都带上了电荷。

如果先把C移走，A和B上的金属箔就会闭合；

如果先把A和B分开，然后移开C，可以看到A和B仍带有电荷；如果再让A和B接触，他们就不再带电。

这说明A和B分开后所带的是异种等量的电荷，重新接触后等量异种电荷发生中和。

（2）感应起电的原因

分析起电的本质原因：把带电的球C移近金属导体A和B时，由于同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引，使导体上的自由电子被吸引过来，因此导体A和B带上了等量的异种电荷。可见感应起电也不是创造了电荷，而是使物体中的正负电荷分开，是电荷从物体的一部分转移到另一部分。即：

感应起电的本质是电荷在物体中的重新分布。

4、接触起电

还有一种使物体带电的方式是接触起电：一个不带电的导体跟另一个带电的导体接触后分开，使不带电的导体带上电荷的方式。

其实质是电荷在物体间的转移。

完全相同的带电金属球相接触，同种电荷总电量平均分配，异种电荷先中和后平均分配。

5、电荷守恒定律

要点诠释：

（1）电荷守恒定律：

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．

（2）另一种表述：

电荷守恒定律也常表述为：在与外界没有电荷交换的一个系统内，总电荷量不变(电荷的代数和不变)。

近代物理实验证明，一切微观过程，如原子核反应和基本粒子转化等，也遵守电荷守恒定律。特别是在电子对湮没为光子对e++e－→γ+γ和K0介子衰变为π介子对K0→π++π－，在这类反应中，尽管粒子产生或消失了，但反应前后的总电荷仍保持不变。

电荷守恒定律是物理学的基本定律之一，这个定律是从大量实验概括得出的自然界的基本规律，对宏观现象、微观现象都适用，对所有惯性参考系都成立。

6、元电荷

要点诠释：

（1）电荷量：电荷的多少叫做电荷量，符号：q。单位：库仑，符号：C。

（2）元电荷: 电子所带电荷量是带电体的所带电荷量的最小单元，叫做元电荷，用e表示。

注意：所有带电体的电荷量或者等于e，或者等于e的整数倍。

也就是说，电荷量是不能连续变化的物理量。

元电荷的具体数值最早是由密立根用油滴实验测得的。

通常情况元电荷e的值可取作：

说明：电荷的量子化是自然界中的一个普遍公认的事实，但至今还不能从理论上加以解释。虽然在1964年盖尔曼提出，强子是由电荷为±e

和±e的粒子构成。这些“分数电荷”的粒子称为夸克。这个理论引起科学界的极大兴趣，现代的粒子物理取得的巨大成就似乎都支持夸克模型，但至今在实验上并未发现这种带有分数电荷的自由夸克，所以目前仍以电子电荷量e作为基本电荷。

（3）比荷：带电粒子的电荷量与质量之比称为比荷。

如电子的电荷量e和电子的质量m

e (m

e

=0.91×10－30 kg)

之比，叫电子的比荷。

=1.76×1011 C/kg，可作为物理常量使用。

知识点二——库仑定律

1、点电荷

要点诠释：

当带电体的线度远远小于带电体之间的距离，以致带电体的形状和大小对其相互作用力的影响可以忽略不计，这样的电荷叫点电荷。

说明：

①同质点一样，点电荷也是一个理想化的模型，是一种科学的抽象。

②点电荷只具有相对意义，能看作点电荷的带电体的尺寸不一定很小，另外，对点电荷的电荷量一般不作限制。

2、库仑定律

要点诠释：

(1)库仑定律内容：

真空中两个点电荷之间的相互作用力，跟电荷量的乘积成正比，跟距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。这种作用力叫做静电力，也叫库仑力。

公式：

其中，q

1、q

2

为两个电荷的电量，r为两个电荷中心的距离。k为静电

力恒量，它的数值由选取的单位决定，国际单位制中k=9.0×109N·m2/C2。

库仑定律和万有引力定律都遵从二次方反比规律，但人们至今还不能说明它们的这种相似性，物理学家还在继续研究，希望大家学有所成，以后在这方面的研究有所突破。

(2)库仑定律的适用条件：真空中的点电荷

(3)理解和应用库仑定律时应注意的问题：

①库仑力具有力的一切性质，相互作用的两个点电荷之间的作用力满足牛顿第三定律；

②在使用公式时，q

1、q

2

可只代入绝对值计算库仑力的大

小，相互作用力的方向根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引来判断；

③当多个带电体同时存在时，任意两个带电体间的作用仍遵守库仑定律，任一带电体同时受到多个库仑力的作用，可利用力的合成的平行四边形定则求出其合力。

④在具体问题中，两均匀带电球体或带电球壳之间的库仑作用力可以看成将电荷集中在球心处产生的作用力。

规律方法指导

1、静电感应