高中物理选修3-1-知识点及经典例题 下载本文

物理选修3-1 静电场 恒定电流 磁场

第一章 第1节 电荷及其守恒定律

一、起电方法的实验探究

1.物体有了吸引轻小物体的性质,就说物体带了电或有了电荷。 2.两种电荷

自然界中的电荷有2种,即正电荷和负电荷.如:丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷是正电荷;用干燥的毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷是负电荷.同种电荷相斥,异种电荷相吸.(相互吸引的一定是带异种电荷的物体吗?)不一定,除了带异种电荷的物体相互吸引之外,带电体有吸引轻小物体的性质,这里的“轻小物体”可能不带电. 3.起电的方法

使物体起电的方法有三种:摩擦起电、接触起电、感应起电

1摩擦起电:两种不同的物体原子核束缚电子的能力并不相同.两种物体相互摩擦 ○

时,束缚电子能力强的物体就会得到电子而带负电,束缚电子能力弱的物体会失去电子而带正电.(正负电荷的分开与转移)

2接触起电:带电物体由于缺少(或多余)电子,当带电体与不带电的物体接触时,○

就会使不带电的物体上失去电子(或得到电子),从而使不带电的物体由于缺少(或多余)电子而带正电(负电).(电荷从物体的一部分转移到另一部分)

3感应起电:当带电体靠近导体时,导体内的自由电子会向靠近或远离带电体的方○向移动.(电荷从一个物体转移到另一个物体)

三种起电的方式不同,但实质都是发生电子的转移,使多余电子的物体(部分)带负电,使缺少电子的物体(部分)带正电.在电子转移的过程中,电荷的总量保持不变. 二、电荷守恒定律

1、电荷量:电荷的多少。在国际单位制中,它的单位是库仑,符号是C.

2、元电荷:最小的电荷量。用e表示,即电子和质子所带电荷的绝对值1.6×10-19C,所有带电体的电荷量等于e或e的整数倍。(元电荷就是带电荷量足够小的带电体吗?提示:不是,元电荷是一个抽象的概念,不是指的某一个带电体,它是指电荷的电荷量.另外任何带电体所带电荷量是1.6×10-19C的整数倍.) 3、比荷:粒子的电荷量与粒子质量的比值。 4、电荷守恒定律

表述1:电荷守恒定律:电荷既不能凭空产生,也不能凭空消失,只能从一个物体转移到另一个物体,或从物体的一部分转移到另一部分,在转移的过程中,电荷的总量保持不变。

表述2:在一个与外界没有电荷交换的系统内,正、负电荷的代数和保持不变。

例1:有两个完全相同的带电绝缘金属小球A、B,分别带电荷量为QA=6.4×10-9 C,QB=-3.2×10-9 C,让两个绝缘小球接触,在接触过程中,电子如何转移并转移了多少?

【思路点拨】 当两个完全相同的金属球接触后,根据对称性,两个球一定带等量的电荷量.若两个球原先带同种电荷,电荷量相加后均分;若两个球原先带异种电荷,则电荷先中和再均分.

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第一章 第2节 库仑定律

一、电荷间的相互作用

1、点电荷:当电荷本身的大小比起它到其他带电体的距离小得多,这样可以忽略电荷在带电体上的具体分布情况,把它抽象成一个几何点。这样的带电体就叫做点电荷。点电荷是一种理想化的物理模型。VS质点 2、带电体看做点电荷的条件:

①两带电体间的距离远大于它们大小; ②两个电荷均匀分布的绝缘小球。 3、影响电荷间相互作用的因素:

①距离 ②电量 ③带电体的形状和大小

二、库仑定律:在真空中两个静止点电荷间的作用力跟它们的电荷的乘积成正比,跟它

们距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上。

Q Q F?k (静电力常量——k=9.0×10N·m/C)

r9

2

2

注意1.定律成立条件:真空、点电荷

2.静电力常量——k=9.0×109N·m2/C2(库仑扭秤) 3.计算库仑力时,电荷只代入绝对值

4.方向在它们的连线上,同种电荷相斥,异种电荷相吸 5.两个电荷间的库仑力是一对相互作用力

6.独立作用原理:两个电荷之间的作用力,不因第三个点电荷的存在而改变,

2

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因此两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力,等于各点电荷单独对这个点电荷作用的矢量和。

例题2:两个带电量分别为+3Q和-Q的点电荷分别固定在相距为2L的A、B两点,现在AB连线的中点O放一个带电量为+q的点电荷。求q所受的库仑力。

例题3:(09年江苏物理)两个分别带有电荷量?Q和+3Q的相同金属小球(均可视为

点电荷),固定在相距为r的两处,它们间库仑力的大小为F。两小球相互接触后将其固定

r,则两球间库仑力的大小为 2134F B.F C.F D.12F A.1243距离变为

解析:本题考查库仑定律及带电题电量的转移问题。接触前两个点电荷之间的库仑力大小为F?kQ?3Q,两个相同的金属球各自带电,接触后再分开,其所带电量先中和后均2rQ?Q1,库仑力为F??k,所以2(r2)2分,所以两球分开后各自带点为+Q,距离又变为原来的

两球间库仑力的大小为4F3,C项正确。如两球原来带正电,则接触各自带电均为+2Q。

三、自由点电荷共线平衡问题 ..

共线平衡的三个自由电荷,电性是“两侧同,中间异”,电量是“夹小”—指中间电荷电量最小,“靠小”—指中间电荷靠近电量较小的电荷。

例题4:已知真空中的两个自由点电荷A和B, QA?9Q,QB??Q, A B 4相距L如图1所示。若在直线AB上放一自由电荷C,让A、B、C 都处于平衡状态,则对C的放置位置、电性、电量有什么要求?

图1

解析:此问题属于力学的平衡问题,每个点电荷都处于另外两个点电荷的电场中, 都符合F合=0。找出点电荷A、B的合场强为零的点放C,根据题 中A、B的电性可知E合=0的点必定在A、B外侧,再根据E?Kq,

r2L X A B C 图2

结合A、B的电量得出E合=0的点必定在B的外侧靠近电量较小的B。

设C的带电量QC,距B的距离为X,如图2所示

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