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1、第七章 電 場 第 1 課時 電荷守恒定律 庫侖定律 導(dǎo)學(xué)目標 1. 能利用電荷守恒定律進行相關(guān)判斷 . 2. 會解決庫 侖力參與的平衡及動力學(xué)問題 基礎(chǔ)再現(xiàn) 深度思考 一、電荷守恒定律 基礎(chǔ)導(dǎo)引 如圖 1 所示，用絕緣細線懸掛一輕 質(zhì)小球 b ，并且 b 球表面鍍有一層 金屬膜，在靠近 b 球旁有一金屬球 a ， 開始時 a 、 b 均不帶電，若給 a 球帶 電，則會發(fā)生什么現(xiàn)象？ 圖 1 基礎(chǔ)再現(xiàn) 深度思考 第 1課時 本 課 欄 目 開 關(guān) 基礎(chǔ)再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 解析 a 球帶電， b 由于靜電感應(yīng)，靠近 a 側(cè)出現(xiàn)與 a 異種電 荷，遠離 a 側(cè)出現(xiàn)與 a 同種電荷雖
2、然在 b 上感應(yīng)電荷等量 異號，但由于異種電荷距 a 球近，所以表現(xiàn)為 a 對 b 有引力 作用 當 a 吸引 b 且接觸后，使 a 、 b 帶上同種電荷，呈現(xiàn)斥 力，由于相互排斥而分開 答案 a 吸引 b ，接觸后，再把 b 排斥開 基礎(chǔ)再現(xiàn) 深度思考 第 1課時 本 課 欄 目 開 關(guān) 基礎(chǔ)再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 知識梳理 1 物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)：構(gòu)成物質(zhì)的原子本身包括： 的 質(zhì)子和 的中子構(gòu)成 ，核外有帶 的 電子，整個原子對外表現(xiàn)為 2 元電荷：最小的電荷量，其值為 e 其 他帶電體的電荷量皆為元電荷的 3 電荷守恒定律 ( 1) 內(nèi)容：電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅，它們只能從一
3、個物體 到另一個物體，或者從物體的一個部分 ______ 到另一個部分；在轉(zhuǎn)移過程中，電荷的代數(shù)和 _______ ( 2) 起電方式： 、 、感應(yīng)起電 ( 3) 帶電實質(zhì)：物體帶電的實質(zhì)是 帶正電 不帶電 原子核 負電 電中性 1.60 10 19 C 整數(shù)倍 轉(zhuǎn)移 轉(zhuǎn)移 不變 摩擦起電 接觸起電 得失電子 基礎(chǔ)再現(xiàn) 深度思考 第 1課時 本 課 欄 目 開 關(guān) 基礎(chǔ)再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 思考 ： 當兩個完全相同的帶電金屬球相互接觸時，它們的電 荷如何分配？ 答案 同種電荷電荷量平均分配，異種電荷先中和后平分 基礎(chǔ)再現(xiàn) 深度思考 第 1課時 本 課 欄 目 開 關(guān) 基礎(chǔ)再現(xiàn) 深
4、度思考 課堂探究 突破考點 二、庫侖定律 基礎(chǔ)導(dǎo)引 如圖 2 所示，兩個質(zhì)量均為 m 的完全 相同的金屬球殼 a 和 b ，其殼層的厚度 和質(zhì)量分布均勻，將它們固定于絕緣支 座上，兩球心間的距離 l 為球半徑的 3 倍若使它們帶上等量異種電荷，電荷量的絕對值均為 Q ， 試比較它們之間的庫侖力與 kQ 2 l 2 的大小關(guān)系，如果帶同種 電荷呢？ 圖 2 基礎(chǔ)再現(xiàn) 深度思考 第 1課時 本 課 欄 目 開 關(guān) 基礎(chǔ)再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 答案 當它們帶異種電荷時， F 庫 kQ 2 l 2 ，因為兩個金屬球此 時距離較近，異種電荷分布在兩球內(nèi)側(cè)，不能將它們看作點 電荷，當它們帶同種
5、電荷時， F 庫 0) 的相同小球， 小球之間用勁度系數(shù)均為 k 0 的輕 質(zhì)彈簧絕緣連接當 3 個小球處在靜止狀態(tài)時，每根彈簧 的長度為 l . 已知靜電力常量為 k ，若不考慮彈簧的靜電感 應(yīng)，則每根彈 簧的原長為 ( ) A l 5 kq 2 2 k 0 l 2 B l kq 2 k 0 l 2 C l 5 kq 2 4 k 0 l 2 D l 5 kq 2 2 k 0 l 2 圖 4 第 1課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關(guān) 基礎(chǔ)再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 解析 以左邊小球為研究對象，它受另外兩個帶電小球的庫 侖斥力和彈簧彈力作用而 平衡，有 F k 0 x kq
6、 2 l 2 kq 2 ( 2 l ) 2 5 kq 2 4 l 2 ， x 5 kq 2 4 k 0 l 2 ，故彈簧原長 l 0 l x l 5 kq 2 4 k 0 l 2 . 答案 C 第 1課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關(guān) 基礎(chǔ)再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 物理思想方法 19. 挖掘隱含條件尋求解題突破 例 3 如圖 5 所示，豎直平面內(nèi)有一圓形光滑 絕緣細管，細管截面半徑遠小于半徑 R ， 在中心處固定一帶電荷量為 Q 的點電荷 質(zhì)量為 m 、帶電荷量為 q 的帶電小球在 圓形絕緣細管中做圓周運動，當小球運動 到最高點時恰好對細管無作用力，求當小球運動到最低點
7、 時對管壁的作用力是多大？ 圖 5 第 1課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關(guān) 基礎(chǔ)再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 解析 設(shè)小球在最高點時的速度為 v 1 ，根據(jù)牛頓第二定律 mg kQq R 2 m v 2 1 R 設(shè)當小球在最低點時的速度為 v 2 ，管壁對小球的作用力為 F ，根據(jù)牛頓第二定律有 F mg kQq R 2 m v 2 2 R 小球從最高點運動到最低點的過程中只有重力做功，故機械 能守恒則 1 2 m v 2 1 mg 2 R 1 2 m v 2 2 由 式得 F 6 mg 由牛頓第三定律得球?qū)鼙诘淖饔昧?F 6 mg . 答案 6 mg 第 1課時 課堂
8、探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關(guān) 基礎(chǔ)再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 方法提煉 在審題過程中，不但要了解題目所描述的是什么 物理現(xiàn)象，物理過程如何，求解什么問題，更重要的是要 對題目文字和圖象的關(guān)鍵之處仔細領(lǐng)會，從中獲取有效信 息，即所謂要挖掘題目中的隱含條件，對有些物理問題， 能否快速正確地挖掘隱含條 件可成為解題的關(guān)鍵本題中 “ 細管截面半徑遠小于半徑 R ” 表明小球做圓周運動的 半徑就是 R ； “ 小球在最高點時恰好對細管無作用力 ” 表 明在最高點時小球所需向心力由重力和庫侖力二力的合 力提供另外庫侖力參與的動力學(xué)問題與牛頓運動定律中 的動力學(xué)問題本質(zhì)上是相同的，值得注意
9、的兩點是： ( 1) 列方程時，注意庫侖力的方向，如本題中在最高點時向上， 在最低點時向下； ( 2 ) 本題中，庫侖力總與速度方向垂直， 庫侖力不做功 第 1課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關(guān) 基礎(chǔ)再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 跟蹤訓(xùn)練 3 三個帶電荷量均為 Q ( 正電 ) 的小球 A 、 B 、 C 質(zhì)量均為 m ，放在水 平光滑絕緣的桌面上，分別位于等 邊三角形的三個頂點，其邊長為 L ， 如圖 6 所示，求： ( 1) 在三角形的中心 O 點應(yīng)放置什么性質(zhì)的電荷，才能使 三個帶電小球都處于靜止狀態(tài)？其電荷量是多少？ ( 2) 若中心電荷帶電荷量在 ( 1 ) 問基
10、礎(chǔ)上加倍，三個帶電小 球?qū)⒓铀龠\動，求其加速度大??； ( 3) 若中心電荷帶電荷量在 ( 1 ) 問基礎(chǔ)上加倍后，仍保持三 個小球相對距離不變，可讓它們繞中心電荷同時旋轉(zhuǎn)，求 旋轉(zhuǎn)的線速度大小 圖 6 第 1課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關(guān) 基礎(chǔ)再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 解析 對 A 球受力分析，受到 B 、 C 球的庫侖力，及中心 O 點電荷的作用 力，如圖所示 ( 1) 由幾何關(guān)系知： r | AO | L 2 c os 30 3 3 L ， A 球受力 平衡，有 F 2 kQ q r 2 F 1 2 F c os 30 其中 F kQ 2 L 2 ，所以 q 3
11、 3 Q ，由 F 2 的方向知 q 帶負電 第 1課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關(guān) 基礎(chǔ)再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 ( 2) 當 q 2 q 時， F 2 2 F 2 A 球的合力 F 合 F 2 F 1 2 F 2 F 1 F 1 3 kQ 2 L 2 由牛頓第二定律得： a F 合 m 3 kQ 2 mL 2 . ( 3) 當 q 2 q 時， A 球受合力為： F 合 F 1 3 kQ 2 L 2 其提供 A 球做圓周運動的向心力， 所以 3 kQ 2 L 2 m v 2 r ，又 r 3 3 L ，解得 v Q k Lm . 答案 ( 1) 負電荷 33 Q ( 2) 3 kQ 2 mL 2 ( 3) Q k Lm 第 1課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關(guān) 基礎(chǔ)再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點
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