人教版高中物理选修31第一章.docx
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人教版高中物理选修31第一章
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人教版高中物理选修3-1第一章
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第一章
1.1电荷及其守恒定律
[学习任务]
1.知道两种电荷及其相互作用.知道电量的概念.
2.知道摩擦起电,知道摩擦起电不是创造了电荷,而是使物体中的正负电荷分开.
3.知道静电感应现象,知道静电感应起电不是创造了电荷,而是使物体中的电荷分开.
4.知道电荷守恒定律.
5.知道什么是元电荷.
重点:
电荷守恒定律
难点:
利用电荷守恒定律分析解决相关问题摩擦起电和感应起电的相关问题。
[课前预习]
1.自然界中只存在两种电荷:
同种电荷互相,异种电荷互相。
2.电子和质子带有等量的异种电荷,电荷量e=C。
实验指出,所有带电体的电荷量都是电荷量e的。
所以,电荷量e称为。
电荷量e的数值最早是由美国物理学家测得的。
3.使不带电的物体通过某种方式转化为带电状态的过程叫。
常见的起电方式有、和等。
例如:
一个带电的金属球跟另一个与它完全相同的不带电的金属球接触后,两者必定带上等量同种电荷;用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带电荷,用丝绸摩擦过的玻璃棒带电;不带电的导体在靠近带电体时,导体中的自由电荷受到带电体的作用而重新分布,使导体的两端出现电荷。
4.电荷守恒定律:
电荷既不能,也不会,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;在转移的过程中,电荷量的总量保持不变。
电荷守恒定律是自然界重要的基本定律之一。
在发生正负电荷湮没的过程中,电荷的代数和仍然不变,所以电荷守恒定律也常常表述为:
一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和保持不变。
[合作探究]
例1图1-1-1所示,A、B、C是三个安装在绝缘支架上的金属体,其中C球带正电,A、B两个完全相同的枕形导体不带电。
试问:
(1)如何使A、B都带等量正电?
(2)如何使A、B都带等量负电?
(3)如何使A带负电B带等量的正电?
例2 绝缘细线上端固定,下端挂一轻质小球a,a的表面镀有铝膜。
在a的近旁有一绝缘金属球b,开始时,a、b都不带电,如图1-1-2所示,现使b带正电,则()
A.b将吸引a,吸住后不放开B.b先吸引a,接触后又把a排斥开
C.a、b之间不发生相互作用D.b立即把a排斥开
[自我检测]
1.关于元电荷的理解,下列说法正确的是()
A.元电荷就是电子B.元电荷是表示跟一个电子所带电荷量数值相等的电荷量
C.元电荷就是质子D.物体所带电量只能是元电荷的整数倍
2.关于摩擦起电和感应起电的实质,下列说法中正确的是()
A.摩擦起电现象说明机械能可以转化为电能,也说明通过做功可以创造出电荷
B.摩擦起电说明电荷可以从一个物体转移到另一个物体
C.感应起电说明电荷可以从物体的一部分转移到另一个部分
D.感应起电说明电荷可以从带电的物体转移到原来不带电的物体
3.如图1-1-3所示,原来不带电的绝缘金属导体MN,在其两端下面都悬挂着金属验电箔.若使带负电的绝缘金属球A靠近导体的M端,可能看到的现象是()
A.只有M端验电箔张开,且M端带正电B.只有N端验电箔张开,且N端带负电
C.两端的验电箔都张开,且左端带负电,右端带正电
D.两端的验电箔都张开,且左端带正电,右端带负电
4.M和N是原来都不带电的物体,它们互相摩擦后M带正电荷1.6×10-10C,下列判断中正确的是()
A.在摩擦前M和N的内部没有任何电荷B.摩擦的过程中电子从M转移到了N
C.N在摩擦后一定带负电荷1.6×10-10CD.M在摩擦过程中失去了1.6×10-10个电子
5.如图1-1-4,有一带正电的验电器,当一金属球A靠近验电器的小球B(不接触)时,验电器的金箔张角减小,则()
A.金属球A可能不带电B.金属球A可能带负电
C.金属球A可能带正电D.金属球A一定带正电
6.如图1-1-5,小球质量分别为m1、m2,带同种电荷,电量分别为q1、q2,将它们用等长的绝缘细线悬于同一点O,此时两细线与竖直方向的夹角相等,则必有()
A.m1=m2 B.q1=q2C.m1=m2q1=q2 D.不能确定
7.如图1-1-6所示,当将带正电荷的球C移近不带电的枕形金属导体时,枕形导体上电荷的移动情况是()
A.枕形金属导体上的正电荷向B端移动,负电荷不移动
B.枕形金属导体中的负电荷向A端移动,正电荷不移动
C.枕形金属导体中的正、负电荷同时分别向B端和A端移动
D.枕形金属导体中的正、负电荷同时分别向A端和B端移动
1.2库仑定律
[学习任务]
1.掌握库仑定律,要求知道点电荷的概念,理解库仑定律的含义及其公式表达,知道静电力常量.
2.会用库仑定律的公式进行有关的计算.
3.知道库仑扭秤的实验原理.
重点:
掌握库仑定律
难点:
会用库仑定律的公式进行有关的计算
[课前预习]
1.电荷间的相互作用力大小与两个因素有关:
一是与有关,二是与有关。
2.当带电体之间的比它们自身的大小大得多时,带电体的形状和体积对相互作用力的影响可以忽略不计,这时的带电体可以看作。
3.库仑定律:
真空中两个间相互作用的静电力跟它们的成正比,跟它们的成反比,作用力的方向在上。
公式:
F=,式中k叫做。
如果公式中的各个物理量都采用国际单位,即电量的单位用,力的单位用,距离的单位用,则由实验得出k=9×109。
使用上述公式时,电荷量Q1、Q2一般用绝对值代入计算。
4.应用库仑定律时应注意的问题:
应注意库仑定律的适用条件。
公式F=kQ1Q2/r2仅适用于中(空气中近似成立)的两个间的相互作用。
[合作探究]
例1:
两个完全相同的金属小球A、B,A球带电量为+5.0×10-9C,B球带电量为-7.0×10-9C,两球相距1m。
问:
它们之间的库仑力有多大?
若把它们接触后放回原处,它们之间的相互作用力为多大?
例2:
如图所示,一个挂在丝线下端的带正电的小球B,静止在图示位置;若固定的带正电的小球A电荷量为Q,B球的质量为m,带电荷量q,θ=30°,A和B在同一水平线上,整个装置处于真空中,求A、B两球之间的距离为多少?
[自我检测]
1.关于点电荷的说法中正确的是()
A.真正的点电荷是不存在B.点电荷是一种理想化的物理模型
C.小的带电体就是点电荷D.形状和大小对所研究的问题的影响可以忽略不计的带电体
2.A、B两点电荷间的距离恒定,当其它点电荷移到A、B附近时,A、B间相互作用的库仑力将()
A.可能变大B.可能变小C.一定不变D.无法确定
3.有A、B、C三个塑料小球,A和B、B和C、C和A之间都是相互吸引的,如果A带正电,则()
A.B和C两球均带负电B.B球带负电,C球带正电
C.B和C两球中必有一个带负电,而另一个不带电D.B和C两球都不带电
4.关于库仑定律的公式F=kQ1Q2/r2,下列说法中正确的是()
A.当真空中两个电荷间距离r→∞时,它们间的静电力F→0
B.当真空中两个电荷间距离r→0时,它们间的静电力F→∞
C.当两个电荷间的距离r→∞时,库仑定律的公式就不适用了
D.当两个电荷间的距离r→0时,电荷不能看成是点电荷,库仑定律的公式就不适用了
5.两个大小相同、可看成是点电荷的金属小球a和b,分别带有等量异种电荷,被固定在绝缘水平面上,这时两球间静电引力的大小为F.现用一个不带电、同样大小的绝缘金属小球C先与a球接触,再与b球接触后移去,则a、b两球间静电力大小变为()
A.F/2B.3F/8C.F/4D.F/8
6.如图所示,三个完全相同的金属小球a、b、c位于等边三角形的
三个顶点上.a和c带正电,b带负电,a所带电量的大小比b的小.
已知c受到a和b的静电力的合力可用图中四条有向线段中的一条来
表示,它这条有向线段应是()
A.F1B.F2
C.F3D.F4
7.两点电荷A、B带电量qA>qB,在真空中相距为L0,现将检验电荷q置于某一位置时所受库仑力恰好为零,则此位置当A、B为()
A.同种电荷时,在A、B连线上靠近B一侧B.同种电荷时,在A、B连线上靠近A一侧
C.异种电荷时,在BA连线的延长线上靠近A一侧
D.异种电荷时,在AB连线的延长线上靠近B一侧
8.真空中两个同种点电荷Q1和Q2,它们相距较近,使它们保持静止状态今释放Q2,且Q2只在Q1的库仑力作用下运动,则在Q2运动过程中速度和加速度的变化情况是()
A.速度不断变大,加速度不断变大B.速度不断变大,加速度不断变小
C.速度不断变小,加速度不断变大D.速度不断变小,加速度不断变小
9.两个半径相等体积不能忽略的金属球相距r,它们带有等量同种电荷q时,相互间的库仑力为F1,若距离不变,它们带有等量异种电荷q时,库仑力为F2,则两力大小()
A.F1>F2B.F1<F2
C.F1=F2D.无法确定
10.有三个完全相同的金属小球A、B、C,其中,A球带电荷量为7Q,B球带电荷量为-Q,C球不带电.将A和B固定起来,然后让C球反复与A球和B球接触,最后移去C球,求A和B间的相互作用力将变为原来的多少倍。
1.3电场强度
(2)
[学习任务]
1、知道电场线的特点和常见电场的电场线分布
2、知道匀强电场的概念及其电场线特点
3、会求解有电场力参与的力学问题
[课前预习]1、不接触的电荷是通过什么相互作用?
2、如何描述电场中一点电场的强弱?
你有什么方法来比较?
(合作讨论)
3、电场强度的定义式;;单位及其换算?
4、请你推导距点电荷R处电场强度的计算式?
5、电场强度的叠加遵循什么法则?
6、什么是电场线?
如何用电场线形象描述电场?
7、请画出正点电荷、负点电荷、等量同种电荷、等量异种电荷电场线的分布。
并说出有何特点?
8、什么是匀强电场?
匀强电场电场线分布特点?
[合作探究]
例1:
关于电场线,下述说法中正确的是
A、电场线是客观存在的
B、电场线与电荷在电场中运动的轨迹是一致的.
C、电场线上某点的切线方向与电荷在该点受电场力方向可以不同.
D、沿电场线方向,场强一定越来越大.
例2:
在场强为E,方向竖直向下的匀强电场中,有两个质量均为m的带电小球(可视为点电荷),电量分别为+2q和-q.用长为
的绝缘细线相连,另用绝缘细线系住带正电的小球悬挂于O处,整个系统处于平衡状态,如图所示,重力加速度为g,则细线对O点的作用力等于.
[自我检测]
1、如图所示电场中,A、B两点场强相同的是()
2、关于电场线的说法中正确的是()
A.电场中任何两条电场线都不能相交
B.电场中每一点的场强方向都跟正电荷在该点所受电场力方向相同
C.沿电场线的方向场强起来越小
D.电场线越密的地方同一试探电荷所受电场力越大
3、a、b为两个带等量正电荷的固定的小球,O为ab连线的中点,如下图所示,c、d为中垂线上的两对称点且离O点很近,若在c点由静止释放一个电子,关于电子的运动,以下叙述正确的有()
A.在c→O的过程中,做匀加速运动
B.在c→O的过程中,做加速度减小的变加速运动
C.在O点速度最大,加速度为零
D.在cd间沿中垂线做往复运动
4、如图所示为点电荷产生的电场中的一条电场线,若一带负电的粒子以一定的初速度从M点运动到N点时,加速度逐渐增大而速度逐渐减小,则可判断()
A、点电荷一定带正电
B、点电荷一定位于M点的左侧
C、点电荷一定位于N点的右侧
D、点电荷一定带负电
5、如下图所示四个电场线图,一正电荷在电场中由P开始做加速运动且加速度越来越大,那么它是在哪个图示电场中运动()
6、如图所示一个质量为m,带电量为q的半径极小的带负电的小球,
用丝线悬挂于某匀强磁场中,电场线水平。
当小球静止时,测得悬
线与竖直方向成θ角。
求该电场的场强大小,说明场强的方向
7、一个带正电的微粒,从A点射入水平方向的匀强电场中,微粒沿
直线AB运动,如图,AB与电场线夹角θ=30°,已知带电微粒的质量
m=1×10-7kg,电量q=1×10-10C,A、B相距L=20cm。
g取10m/s2,求:
(1)说明微粒在电场中运动的性质,要求说明理由。
(2)电场强度的大小和方向;
(3)要使微粒从A点运动到B点,微粒射入电场时的最小速度。
1.4电势能和电势
[学习任务]
1、理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与电场力做功的关系。
2、理解电势的概念,知道电势是描述电场的能的性质的物理量。
明确电势能、电势、静电力的功、电势能的关系。
了解电势与电场线的关系,等势面的意义及与电场线的关系。
重点:
理解掌握电势能、电势、等势面的概念及意义。
难点:
掌握电势能与做功的关系,并能用此解决相关问题。
[课前预习]
一、静电力做功的特点:
二、电势能:
1、静电力做负功,
2、静电力做正功,
3、在正电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为,负电荷在任
一点具有的电势能都为。
4、在负电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为,负电荷在任意一点具有的电势能都为。
5、电荷在电场中某一点A具有的电势能EP等于将该点电荷由A点移到电场力所做的功W。
即EP=W
6、若要确定电荷在电场中的电势能,应先规定的零位置。
三、电势
1、电势表征的重要物理量度。
2、单位
3、定义
4、公式
5、电势与电场线的关系
6、零电势位置的规定
四、等势面
1、定义:
2、等势面的性质:
①在同一等势面上各点电势,所以在同一等势面上移动电荷,电场力功
②电场线跟等势面一定,并且由电势的等势面指向电势的等势面。
③等势面越密,电场强度
④等势面不,不
3、等势面的用途:
[合作探究]
例:
将带电量为1×10-8C的正电荷,从无限远处移到电场中的A点,要克服电场力做功1×10-6J,问:
⑴电荷的电势能是增加还是减少?
电荷在A点具有多少电势能?
⑵若电场力可以把带电量为2×10-8C的电荷从无限远处移到电场中的A点,说明电荷带正电还是带负电?
电场力做了多少功?
(取无限远处为电势零点)
[自我检测]
1.在静电场中。
下列说法正确的是()
A.电场强度为0的点,电势一定为0
B.电场强度处处相同的区域内,电势也一定处处相同
C.电势降低的方向,一定是电场强度的方向
D.匀强电场的等势面是一簇彼此平行的平面
2.把电荷量q=1.0×10-5C的电荷从A点移到B点,电场力做功W=2.0×10-2J,则电荷的电势能,若规定B点为零电势,则电荷在A点的电势能EPA为。
3.如图1-21所示在点电荷电场中的一条电场线上依次有A、B、C三点,分别把+q和-q的试验电荷依次放在三点上,则它所具有的电势能的正确说法是 ()
A.放上+q时,它们的电势能EPA>EPB>EPC
B.放上+q时,它们的电势能EPA<EPB<EPC
C.放上-q时,它们的电势能EPA>EPB>EPC
D.放上-q时,它们的电势能EPA<EPB<EPC
4.下列说法中正确的是()
A.当两个正点电荷互相靠近时,它们之间的库仑力增大,它们的电势能也增大
B.当两个负点电荷互相靠近时,它们之间的库仑力增大,它们的电势能也增大
C.一个正电荷与一个负点电荷互相靠近时,它们之间的库仑力增大,它们的电势能也增大
D.一个正点电荷与一个负点电荷互相靠近时,它们之间的库仑力减小,它们的电势能也减小
5.下列关于电荷在电场中移动时,其电势能变化的说法中,正确的是( )
A.正电荷沿电场方向移动,其电势能增加
B.正电荷逆电场方向移动,其电势能增加
C.负电荷沿电场方向移动,其电势能减少
D.负电荷逆电场方向移动,其电势能减少
6.关于电势能和电势能的变化量的关系下列说法中正确的是()
A.对于放在电场中某点的电荷电势能是确定的
B.对于放在电场中某点的电荷,只有确定零势能面电势能才是确定的
C.在电场中从某点将电荷移到另外一点电势能的变化量是确定的
D.在电场中从某点将电荷移到另外一点电势能的变化量与零势能面的选取有关。
7.如果把q=1.0×10-8C的正电荷,从无穷远移至电场中的A点,需要克服电场力做功
J,从A点又移到B点电场力做功为
,求:
(1)q在A点的电势能,
(2)q在B点的电势能(3)若以A点为零势能点,则B点的电势能为多少呢?
1.4电势能和电势
(2)
[学习任务]
理解电势的概念;
知道电势的物理意义。
[课前预习]
1.A和B为电场中某条电场线上的两点,将带电量q=4×10-9C的正电荷从A点移到B点需克服电场力做功5×10-7J,则电场方向为,电荷在点时电势能较大,比另一点大。
设A点的电势为零,则B点的电势为。
2.如图所示,a、b、c是某电场中一条电场线AB上的三点,
且Aa=ab=bc=cB,用φa、φb、φc和Ea、Eb、Ec分别表
示三点的电势和电场强度大小,
(1)若该电场是匀强电场,则φa、φb、φc的大小关系为,Ea、Eb、Ec的大小关系为;
(2)若该电场是A处的点电荷产生的,则φa、φb、φc的大小关系为,
Ea、Eb、Ec的大小关系为;
(3)若该电场是B处的点电荷产生的,则φa、φb、φc的大小关为,
Ea、Eb、Ec的大小关系为;
(4)若A、B处分别为两个等量异种电荷,则φa、φb、φc的大小关为,
Ea、Eb、Ec的大小关系为。
[合作探究]
例:
有一带电粒子沿图中的AB曲线穿过一匀强电场,a、b、c。
d均为匀强电场中的等势面,且电势Ua A.粒子一定带负电 B.粒子的运动轨迹是抛物线 C.从A点运动到B点粒子的电势能增加 D.粒子的动能和电势能之和在运动过程中保持不变 [自我检测] 1.在电场中() A.某点的电场强度大,该点的电势一定高 B.某点的电势高,检验电荷在该点的电势能一定大 C.某点的场强为零,检验电荷在该点的电势能一定为零 D.某点的电势为零,检验电荷在该点的电势能一定为零 2.下列几种说法中正确的是() A.从零势能位置移动一个单位负电荷到电场中某一点,电场对此电荷所做的功在数值上等于该点的电势 B.一个单位正电荷在电场力的作用下从电场中的一点移动到另一点,其电势能的变化等于这两点间的电势之差 C.将一电荷匀速地从电场中的一点移到另一点,外力做的功等于该电荷电势能的变化量 D.在电场中电势越高处,电场强度一定越大 3.关于场强与电势的关系,下列说法正确的是() A.场强相等的各点,电势也一定相等B.电势为零的位置,场强也一定为零 C.电势高的位置,场强一定大D.沿场强的反方向,电势逐渐升高 4.a、b为电场中两点,且a点电势高于b点,则() A.把负电荷从a点移到b点电场力做负功,电势能增加 B.把正电荷从a点移到b点电场力做正功,电势能减少 C.无论移动的是正电荷还是负电荷,电荷的电势能都要减少 D.以上说法都不对 5.如图所示,实线为一匀强电场的电场线,一个带电粒子射入电场后,留下一条从a到b虚线所示的径迹,重力不计,下列判断正确的是() A.b点电势高于a点电势B.粒子在a点的动能大于在b点的动能 C.粒子在a点的电势能小于在b点的电势能D.场强方向向左 6.关于公式 = 可知: () A、电场中某点的电势,与放在该点电荷具有的电势能成正比 B、电场中某点的电势,与放在该点电荷的电荷量成反比 C、电场中某点的电势,与该点是否有电荷,电荷的正负及电荷量的大小无关 D、放入电场中某点的点电荷不同,电势能也不同,但电势能与电荷量的比值保持不变 7.如下图所示,两个等量异号的点电荷在真空中相隔一定的距离,竖直线代表两点电荷连线的中垂面,在此中垂面上各点的电场线处处与该平面垂直,在两点电荷所存在的某平面取如图所示的A、B、C三点,则这三点的电势大小关系是() A. B. C. D. 8.如图所示,在矩形ABCD中的AD边和BC边的中点M和N各放一个点电荷,它们分别带等量的正负电荷,E、F是AB边和CD边的中点,P、Q两点在MN的连线上,MP=QN,现将一检验电荷+q先后放在A、B、C、D、E、F、P、Q各点,其中检验电荷所受电场力相同,具有的电势能相等的两点是() A.E和FB.P和Q C.A和D D.B和C 9.如图所示,a、b、c为一匀强电场中的三个点,其中a点电势为16V,b点电势为4V,c点电势为-2V。 试画出a、b、c三点所在的等势面和该匀强电场电场线的分布。 1.5电势差 [学习任务] 理解掌握电势差的概念、定义式与应用。 重点: 理解掌握电势差的概念、定义式。 难点: 根据电势差的定义式进行有关计算 [课前预习] 1.选择不同位置作为电势零点,电场中某点电势的数值会________,但电场中某两点间电势的差值却________,电场中两点间电势的差值叫做________,也叫________,表达式____________________. 2.静电力对电荷q做功与电势差的关系 3、电场中两点的电势差,由决定,与在这两点间移动电荷的电荷量、电场力做功的多少无关.在确定的电场中,即便不放入电荷,任何两点间的电势差都有确定的值,不能认为UAB与WAB成正比,与q成反比.只是可以利用WAB、q来测量A、B两点电势差UAB. [合作探究] 在电场中把电荷量为2.0×10 C的正电荷从A点移到B点,静电力做功为-1.5×10 J,再把电荷从B点移到C点,静电力做功为4.0×10 J. (1)A、B、C三点中哪点的电势最高? 哪点的电势最低? (2)A、B间,B、C间,A、C间的电势差各是多大? (3)把-1.5×10 C的电荷从A点移到C点,静电力做多少功? [自我检测] 1.对于电场中A、B两点,下列说法正确的是() A.电势差的定义式UAB=WAB/q,说明两点间的电势差UAB与电场力做功WAB成正比,与移动电荷的电荷量q成反比 B.将正电荷从A点移到B点静电力力做正功,则有UAB>0 C.电势差的定义式UAB=WAB/q中,UAB与移动电荷量q无关 D.电场中A、B两点间的电势差UAB等于把正电荷q从A点移到B点时静电力所做的功 2.带正电荷的小球只受到电场力作用,把它从静止释放后,它在任意一段时间内() A.一定沿电场线由高电势处向低电势处运动 B.一定沿电场线由低电势处向高电势处运动 C.不一定沿电场线运动,但一定由高电势处向低电势处运动 D.不一定沿电场线运动,也不一定由高电势处向低电势处运动 3.如图1-5-2所示,B、C、D三点都在以点电荷十Q为圆心的某同心圆弧上,将一试探电荷从A点分别移到B、C、D各点时,电场力做功大小比较() A.WAB>WACB.WAD>WAB C.WAC=WADD.WAB=WAC 4.一电荷量为+2×10 C的点电荷在外力作用下,从静电
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- 人教版 高中物理 选修 31 第一章