電荷及庫侖定律講義

1?電荷守恒定律是指電荷既不能 ，也不能 ，只能從一個物彳—到另TOC\o"1-5"\h\z—個物體，或者從物體的一部分 到另一部分，在轉(zhuǎn)移的過程中電荷的總量 ?2?各種起電方法都是把正負電荷 ，而不是創(chuàng)造電荷，中和是等量異種電荷相互抵消，而不是電荷被消滅.3?電荷的分配原則是：兩個形狀、大小相同的導體，接觸后再分開，二者 電荷；若兩導體原來帶異種電荷，則電荷中和后，余下的電荷再1?定律內(nèi)容：真空中兩個點電荷之間相互作用的電力，跟它們的電荷量的乘積 ，跟它們的距離的二次方成 ，作用力的方向在它們的連線上電荷間這種相互作用的電力叫做靜電力或庫侖力.2?庫侖定律的表達式 庫侖力F，可以是引力，也可以是斥力，由電荷的電性決定.k稱靜電力常量，k=9.0xIO9N?m2/C2.3?庫侖定律的適用條件：. , ，空氣中也可以近似使用?電荷間的作用力遵守牛頓第三定律，即無論Q2是否相等，兩個電荷之間的靜電力一定是大小相等，方向相反.1、 毛皮與玻璃棒摩擦后，毛皮帶正電,這是因為（ ）毛皮上的一些電子轉(zhuǎn)移到橡膠棒上毛皮上的一些正電荷轉(zhuǎn)移到橡膠棒上橡膠棒上的一些電子轉(zhuǎn)移到毛皮上D.橡膠棒上的一些正電荷轉(zhuǎn)移到毛皮上【解析】摩擦起電的實質(zhì)是電子從—個物體轉(zhuǎn)移到另—個物體上，中性的物體若缺少了電子帶正電，多余了電子就帶負電，由于毛皮的原子核束縛電子的本領(lǐng)比橡膠棒弱，在摩擦的過程中毛皮上的—些電子轉(zhuǎn)移到橡膠棒上，缺少了電子的毛皮帶正電，而正電荷是原子核內(nèi)的質(zhì)子，不能自由移動，所以A正確.【答案】A【方法技巧】摩擦起電、感應(yīng)起電、接觸帶電的實質(zhì)都是電子的轉(zhuǎn)移，正電荷是不能移動的.特別提醒］特別注意點電荷模型的理解，庫侖定律的適用條件是真空中的點電荷，當帶電體不能視為點電荷時，庫侖定律則不成立，兩電荷之間的庫侖力是作用力和反作用力，總是大小相等，而與兩帶電體的電量大小無關(guān). 2、 （2004?廣東）已經(jīng)證實，質(zhì)子、中子都是由稱為上夸克和下夸克的兩種夸克組成的，上21夸克帶電荷量為3e，下夸克帶電荷量為-§e，e為電子所帶電荷量的大小.如果質(zhì)子是由三個夸克組成的，且各個夸克之間的距離都為l!=1.5x10T5m?試計算質(zhì)子內(nèi)相鄰兩個夸克之間的靜電力（庫侖力）.［解析］本題考查庫侖定律及學生對新知識的吸取能力和對題中隱含條件的挖掘能力.關(guān)鍵點有兩個：（1）質(zhì)子的組成由題意得必有兩個上夸克和—個下夸克組成.（2）夸克位置分布（正三角形）?質(zhì)子帶電荷量為+e，所以它是由兩個上夸克和一個下夸克組成的?按題意，三個夸克必位于等邊三角形的三個頂點處.這時上夸克與上夸克之間的靜電力應(yīng)為：22eeF1eeF1=4［丄4e29l2代入數(shù)值，得F］=46N，為斥力123e3e2e2上夸克與下夸克之間的靜電力為F2=k』 ^=-k—2 l2 9l2代入數(shù)值，得F2=23N,為引力.【方法總結(jié)】此題型新穎，立意較獨特，體現(xiàn)了從知識立意向能力立意發(fā)展的宗旨.關(guān)鍵在于挖掘題目的隱含條件，構(gòu)建夸克位置的分布圖.3、．以下判斷小球是否帶電的說法中正確的是 ( )．用一個帶電體靠近它，如果能夠吸引小球，則小球一定帶電用一個帶電體靠近它，如果能夠排斥小球，則小球一定帶電用驗電器的金屬球接觸它后，如果驗電器的金屬箔能改變角度，則小球一定帶電如果小球能吸引小紙屑，則小球一定帶電解析用一個帶電體靠近它，如果能夠吸引小球，小球可能帶異種電荷，也可能不帶電，A錯誤；如果能夠排斥小球，貝I」小球一定帶同種電荷，故B正確；用驗電器的金屬球接觸它時，還需知道驗電器金屬球的帶電情況才能予以判斷，因此C不對；帶電小球能吸引輕小物體是帶電體的性質(zhì).D正確.答案BD關(guān)于摩擦起電現(xiàn)象，下列說法正確的是 ( ).摩擦起電現(xiàn)象使本來沒有電子和質(zhì)子的物體中產(chǎn)生電子和質(zhì)子兩種不同材料的絕緣體互相摩擦后，同時帶上等量異種電荷摩擦起電，可能是因為摩擦導致質(zhì)子從一個物體轉(zhuǎn)移到了另一個物體而形成的絲綢摩擦玻璃棒時，電子從玻璃棒上轉(zhuǎn)移到絲綢上，玻璃棒因質(zhì)子數(shù)多于電子數(shù)而顯正電解析摩擦起電實質(zhì)是由于兩個物體的原子核對核外電子的約束能力不同，因而電子可以在物體間轉(zhuǎn)移，若一個物體失去電子，其質(zhì)子數(shù)就會比電子數(shù)多，我們說它帶正電.若一個物體得到電子，其質(zhì)子數(shù)就會比電子數(shù)少，我們說它帶負電.使物體帶電并不是創(chuàng)造出電荷.答案BD知識點二電荷守恒定律導體A帶5q的正電荷，另一完全相同的導體B帶q的負電荷，將兩導體接觸一會兒TOC\o"1-5"\h\z后再分開，則B導體的帶電量為 ().－q B.qC.2q D.4q解析相同帶電體接觸后，電荷量先中和，后平分.答案C關(guān)于元電荷，下列說法中正確的是 ( ).元電荷實質(zhì)上是指電子和質(zhì)子本身所有帶電體的電荷量一定等于元電荷的整數(shù)倍元電荷的值通常取e=1.60X10-19C電荷量e的數(shù)值最早是由美國物理學家密立根用實驗測得的解析所有帶電體的電荷量或者等于e,或者是e的整數(shù)倍，這就是說，電荷是不能連續(xù)變化的物理量，電荷量e的數(shù)值最早是由美國物理學家密立根用實驗測得的.由以上分析可知選項B、C、D正確.答案BCD四個塑料小球，A和B相互排斥，B和C相互吸引，C和D相互排斥，如果D帶正電，則B球的帶電情況是 （）.帶正電 B.帶負電C.不帶電 D.可能帶正電或不帶電解析因為C和D相互排斥，所以C和D帶同種電荷，都帶正電.A和B相互排斥，所以帶同種電荷，而B和C相互吸引，所以B和C帶異種電荷，即B帶負電荷.選項B正確.答案B知識點三起電的三種方式把一個帶電棒移近并接觸一個帶正電的驗電器的過程中，金屬箔片先閉合后又張開，說明棒上帶的是 （ ）.正電荷負電荷可以是正電荷，也可以是負電荷帶電棒上先帶正電荷，后帶負電荷解析金屬箔片開始時帶正電，帶電棒靠近并接觸驗電器時，金箔先閉合后張開，說明金箔所帶正電荷先被吸引而轉(zhuǎn)移；后使金箔帶上負電荷，所以又會張開，由此判斷，帶電棒帶負電.答案B圖1-1-6（2011?廣西模擬）如圖116所示，左邊是一個原先不帶電的導體，右邊C是后來靠近的帶正電的導體球，若用絕緣工具沿圖示某條虛線將導體切開，分導體為A、B兩部分，這兩部分所帶電荷量的數(shù)值分別為QA、QB,則下列結(jié)論正確的是 （）.AB沿虛線d切開，A帶負電，B帶正電，且Q>QAB只有沿虛線b切開，才有A帶正電，B帶負電，且QA=QBAB沿虛線a切開，A帶正電，B帶負電，且QAVQBAB沿任意一條虛線切開，都有A帶正電，B帶負電，而QA、QB的值與所切的位置有關(guān)AB解析靜電感應(yīng)使得A帶正電，B帶負電.導體原來不帶電，只是在帶正電的導體球C靜電感應(yīng)的作用下，導體中的自由電子向B部分轉(zhuǎn)移，使B部分帶了多余的電子而帶負電;A部分少了電子而帶正電.根據(jù)電荷守恒定律，A部分移走的電子數(shù)目和B部分多余的電子數(shù)目是相同的，因此無論從哪一條虛線切開，兩部分的電荷量總是相等的，但由于電荷之間的作用力與距離有關(guān)，自由電子在不同位置所受C的作用力的強弱是不同的，這樣導致電子在導體上的分布的不均勻，越靠近右端負電荷密度越大，越靠近左端正電荷密度越大，所以從不同位置切開時左右兩部分所帶電荷量的值QA、QB是不同的，故只有D正確.AB答案D10、兩個半徑相同的金屬小球，帶電量之比為1:7,相距為H可視為點電荷），兩者相互接觸后

再放回原來的位置上，則相互作用力可能為原來的（）4A—73 9 16B. C. D-777【解析】q-7q q2設(shè)兩小球的電量分別為q與7q，則原來相距r時的相互作用力F=k =7k~r2 r2⑴若兩球電性相同?相互接觸時兩球電量平均分布、每球帶電量為 二4q，放回原處后的F16所以~F二斤TOC\o"1-5"\h\z4q-4F16所以~F二斤相互作用力為：F=k =16k ,二3q，放回原處后1 二3q，放回原處后（2）若兩球電性不同?相互接觸時電荷先中和再平分，每球帶電量為3q?3qq2 F9的相互作用力為：F=k =9k,所以g-1 r2 r2 F7【答案】C、D.【點撥】本題的計算滲透著電荷守恒的思想，即正負電荷的總和分配前后保持不變.拓展11、如圖6—1—1,A、B是兩個完全相同的帶電金屬球，它們所帶的電荷量分別為+3Q和+5Q,放在光滑絕緣的水平面上??若使金屬球A、B分別由M、N兩點以相等的動能相向運動,經(jīng)時間t兩球剛好發(fā)生接觸，然后兩球又分別向相反方向運動?設(shè)A、B返回M、N兩點所經(jīng)歷0的時間分別為t,、12.則（ ）_12_::磁琢;?磁:?磁:?::■沁滋?隔A.t>tA.t>t1 2Ct=t<t120B．t<t1 2D.t=t>t1203q-5q【解析】兩球電量雖不同，但其相互作用力總是等大反向（F=k-r2），故AB兩球靠近時加速度大小相等，又兩球具有相同的質(zhì)量、相同的初動能，由此可知兩球初速度相同，所以相同時間內(nèi)兩球的位移大小一定相同，必然在連線中點相遇，又同時返回出發(fā)點．由動量觀點看，系統(tǒng)動量守恒，兩球的速度始終等值反向，也可得出結(jié)論：兩球必將同時返回各自的出發(fā)點．相撞4q-4q后因電量均分使得庫侖力（F=k ）變大，排拆時加速度（相比之前同一位置處）變大.因r2而運動時間將變小.所以再次返回時t=t<t120【答案】C12、如圖6—1—2，在真空中同一條直線上的A、B兩點固定有電荷量分別為+4Q和-Q的點電荷.犧另一個點電荷放在該直線上的哪個位置，可以使它在電場力作用下保持靜止？②若要求這三個點電荷都只在電場力作用下保持靜止，那么引入的這個點電荷應(yīng)是正電荷還是負電荷？電荷量是多大？【解析】①由平衡條件有:+4Q -Q【解析】①由平衡條件有:+4Q -Q-O— o Q——衛(wèi) B C在AB之間2則c又由上個 圖6…在B點右側(cè)，即C在AB延長線上，且AB=BC.kQ-q=k4Q-q，r2r2

BCAC知r>r,C點不可能在A點左側(cè)，若ACBC同方向的庫侖力，也不能平衡，故C只能②'處的點電荷肯定在電場力作用下平衡了；若要A、B兩個點電荷在電場力下也處于平衡,則C必須是正電荷，且對A或B也同樣可列出平衡方程，如對A:k4Q'Q=k?再（r-r）2 r2ACBCAC

結(jié)合第1問可知q=4Q【答案】①在AB右則延長線上，且AB=BC.②'必須是正電荷，且q=4Q【點撥】①三個電荷要只在電場力下平衡，其電性必定正、負相間，且中間電荷電量一定最小.②本題中可列出三個平衡方程，但只需任意兩個即可求解．13、如圖6－1－3，在光滑絕緣水平面上有三個質(zhì)量都是m的相同小球，彼此間的距離都是lA、B電荷量都是+q?給C一個外力F,使三個小球保持相對靜止共同加速運動?求：C球的帶電性和電荷量；外力F的大小.【解析】先分析A、B兩球，它們相互間的庫侖力為斥力，因此C對它們只能是引力，即C帶負電，且兩個庫侖力的合力應(yīng)沿垂直于AB連線的方向.如q?Q q?q圖示6-1-4.于是可得F=2F，即：k—-―c=2￡ 所以2q,CABl2l2C所以有：F'二Fcos30o二乞3kQc-q=爲空C 2 12 12又由牛頓第二定律有對ABC整體：F=3m-a對B球：F'=m-a可得F=3可得F=3F0=003x3kq212"-答案】負電2q3<3kq2~~[2"-【點撥】當幾個物體間沒有相對運動時，單個物體的加速度即為整體的加速度.此時我們常采用＂整體法＂與＂隔離法＂相結(jié)合解題.即：整體所受的合外力等于整體加速度乘以整體質(zhì)量.其中某個物體所受的合外力等于該物體的加速度乘以該物體的質(zhì)量.兩方程消去加速度即可.拓展14、兩根絕緣細線分別系住a、b兩個帶電小球，并懸掛在0點，當兩個小球靜止時，它們處在同一水平面上，此時a<卩，如圖所示6—1—5,現(xiàn)將兩細線同時剪斷，在某一時刻（ ）B．a(chǎn)球水平位移大于bB．a(chǎn)球水平位移大于b球水C.a球速度小于b球速度D．a(chǎn)球速度大于b球速度【解析】分別對a、b兩帶電小mgta曲mgt曲,由ab平位移斷后，兩小球在豎直方向均做自由落體運動，因此，球進行受力分析，可得于a<卩，故有m>m?兩細線同時剪ab斷后，兩小球在豎直方向均做自由落體運動，因此，兩小球始終處在同一水平面上，A正確?在水平方向做加速度逐漸變小的加速運動?但a、b兩球組成的系統(tǒng)在水平方向上動量守恒，有mv二mv，由于m>m，所以v<v，d錯誤，c正確?小球水平位移取決于水平速度aabb ab ab和運動時間，在時間相同的情況下，a球的水平位移小于b球水平位移，B錯誤.【答案】ACII綜合提升I有兩個完全相同的絕緣金屬球A、B，A球所帶電荷量為q，B球所帶電荷量為一q,現(xiàn)要使A、B所帶電荷量都為一4,應(yīng)該怎么辦？

解析先用手接觸一下A球，使A球帶電傳入大地，再將A、B接觸一下，分開A、B,此時A、B所帶電荷量都是一號，再用手接觸一下A球，再將A、B接觸一下再分開，這時A、b所帶電荷量都是一q.答案見解析圖答案見解析圖1-1-7如圖1-1-7所示，大球A原來的電荷量為Q,小球B原來不帶電，現(xiàn)在讓小球與大球接觸，達到穩(wěn)定狀態(tài)時，發(fā)現(xiàn)A、B兩球所帶的電荷量與體積成正比，小球獲得的電荷量為q；現(xiàn)給A球補充電荷，使其電荷量再次為Q,再次讓小球接觸大球，每次都給大球補充到電荷最為Q,問：經(jīng)過反復(fù)多次接觸后，小球的帶電荷量不再發(fā)生變化，此時小球帶電量為多少？解析由于兩個球的大小不等，所以在接觸過程中，兩球的電荷量分布比例不是1：1，但電荷量與體積成正比，兩者電荷量之比應(yīng)該是一個確定的值.根據(jù)第一次接觸達到穩(wěn)定狀態(tài)時兩者的電荷量關(guān)系可知，此比例為(Q—q)：q=VA：VB.(VA、V未知)經(jīng)過多次接觸后，ABABQq

Q—q.Q從大球上遷移到小球