物理高二第一章

第一节电荷、电荷守恒定律

一：基本知识（结合课本实验讲解）

1、 电荷

（1）原子的核式结构及摩擦起电的微观解释

（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．

实质：电子的转移． 结果：两个相互摩擦的物体带上了等量异种电荷．

（3）金属导体模型也是一个物理模型P 3

（4）、静电感应：把电荷移近不带电的异体，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．

2、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．

另一种表述：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是保持不变。

3．元电荷

电荷的多少叫做电荷量．符号：Q 或q 单位：库仑 符号：C

元电荷:电子所带的电荷量，用e 表示.。电荷量e 的值：e =×10-19C

比荷：电子的电荷量e 和电子的质量m e 的比值,为

111076.1?=e

m e C/㎏ 二例题讲解

☆关于电荷间的相互作用

【例1】 如图所示，a ，b ，c ，d 为四个带电小球，两球之间的作用分别为a 吸d ，b 斥c ，c 斥a ，d 吸b ，则（ ）

A ．仅有两个小球带同种电荷

B ．仅有三个小球带同种电荷

C ．c ，d 小球带同种电荷

D ．c ，d 小球带异种电荷

☆电荷守恒定律的应用、元电荷

【例2】有两个完全相同的带电绝缘金属小球 A 、B ，分别带有电量Q A = ×10-9C ，Q B =×10-9C ，让两绝缘金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移并转移了多少？

☆关于静电感应现象的应用

【例3】如图所示，不带电的枕形导体的A 、B 两端各贴有一对金箔。当枕形导体的A 端靠近一带电导体C 时（ ）

A ．A 端金箔张开，

B 端金箔闭合

B ．用手触摸枕形导体后，A 端金箔仍张开，B 端金箔闭合

C ．用手触摸枕形导体后，将手和C 都移走，两对金箔均张开

第二节库仑定律

一、库仑定律

1、内容：真空中两个静止的点电荷的相互作用跟它们所带电量的乘积成正比，跟它们之间距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。

2电荷间的相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

3、库仑的定律表达式：22

1r Q Q K F 重要的物理常数K =×109Nm 2

/C 其单位是由公式中的F 、Q 、r 的单位确定的，使用库仑定律计算时，各物理量的

单位必须是：F ：N 、Q ：C 、r ：m 。

4、库仑定律的适用条件：真空中，两个点电荷之间的相互作用。

5点电荷：是一种理想模型.当带电体的线度比起相互作用的距离小很多时,带电体可视

为点电荷.

6关于点电荷之间相互作用是引力还是斥力的表示方法，使用公式计算时，点电

荷电量用绝对值代入公式进行计算，然后根据同性电荷相斥、异性电荷相吸判断方向即可。

注：库仑力也称为静电力，它具有力的共性。它与高一时学过的重力，弹力，摩

擦力是并列的。它具有力的一切性质，它是矢量，合成分解时遵从平行四边形法则，与其它的力平衡，使物体发生形变，产生加速度。电荷间作用力为一对相互作用力，遵循牛顿第三定律。

二：库伦的实验

三例题

【例题】：试比较电子和质子间的静电引力和万有引力．已知电子的质量m1=

×10-31kg ，质子的质量m2=×10-27kg ．电子和质子的电荷量都是×10-19C ．

课堂训练

1、关于点电荷的下列说法中正确的是：

A .真正的点电荷是不存在的．

B .点电荷是一种理想模型．

C .足够小的电荷就是点电荷．

D .一个带电体能否看成点电荷，不是看它的尺寸大小，而是看它的形状和大小对所研究的问题的影响是否可以忽略不计

2、三个相同的金属小球a 、b 和c ，原来c 不带电，而a 和b 带等量异种电荷，相隔一定距离放置，a 、b 之间的静电力为F 。现将c 球分别与a 、b 接触后拿开，则a 、b 之间的静电力将变为（ ）。

A ．F/2

B ．F/4

C ．F/8

D ．3F/8

3、两个半径为0.3m 的金属球，球心相距1.0m 放置，当他们都带×10?5 C 的正电时，相互

作用力为F 1 ，当它们分别带+×10?5 C 和?×10?5 C 的电量时，相互作用力为F 2 , 则（ ）

A ．F1 = F2

B ．F1 ＜F2

C ．F1 ＞ F2

D ．无法判断

第三节电场强度

1 电场强度的定义

对于电场中的A ，B 两点，我们也用F/q,表示单位电荷量受到的电场力从而表示电场的强弱。用字母E 表示，即E=q

F 2电荷相互作用是通过电场发生的；

3 电场叠加及知道叠加求合场强用平行四边形定则

4真空中点电荷的电场强度

，E=2

r kQ 电场是电荷周围客观存在的一种物质，它“看不见”、“摸不着”，我们是怎么认识它的呢？根据电场和其它物质的相互作用来认识电场的。为此我们引入了检验电荷，用检验电荷是否受到电场力来判断电场是否存在；又用检验电荷受到的电场力与它的电量的比值即电场强度来定量描述电场的性质。用电场线形象地描述电场的分布。

两类常见的电场

①②

。

教师归纳：电场线总是从正电荷出发，终止于负电荷或无穷远，如果只有负电荷，则电场线来自无穷远，终止于负电荷。

问：任意两条电场线都不会相交，这是为什么？

教师归纳：如果相交，则交点就会有两个切线方向，而同一点场强的大小和方向是唯一的。

+q +q +q -q

课堂训练

1． 关于电场强度，下列说法正确的是:

A ． E =F/q ，若q 减半，则该处的场强变为原来的2倍

B ．E =kQ/r 2中，E 与Q 成正比，而与r 平方成反比

C ．在以一个点电荷为球心，r 为半径的球面上，各点的场强均相同

D ．电场中某点的场强方向就是该点所放电荷受到的电场力的方向

2．在下列两图中分别标出正负场源电荷在A ，B ，C ，D 四点产生的电场强度方向。

3．如图，Q 1>Q 2 定性分析：

①将一正试探电荷q 放在何处，其所受合力为零?

②若q 电量变为2q ，放在该位置所受合力为零吗?

③将一负试探电荷放在该 处，其所受合力还为零?

第四节 电势能和电势

一、静电力做功的特点：

与路径无关，只与起点和终点的位置有关

二、电势能：电荷在电场中具有的势能

1、静电力做的功等于电势能的减少量：

W AB =E PA -E PB

静电力做正功，电势能减少

静电力做负功，电势能增加

2、电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零势能位置时所做的功

3、电势能是相对的，须建立零势能参考面。

电势能有正负之分，负值表示比零还要小

三、电势 1、定义：

2、单位： 伏特 V 1V=1J/C

3、沿电场线方向电势降低

4、电势和电势能都是相对的，且为标量，正负号均表示大小

A B

· D C · · · Q 2

Q 1 q E P =?

5、已知电势求电势能

四、等势面

1、电势相等的点所构成的面

2、等势面的特点：

（1）在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电场力不做功

（2）电场线跟等势面垂直，且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面

（3）等势面密处场强大，等势面疏处场强小

（4）不同等势面在空间不相交。

（5）处于静电平衡状态的导体是一个等势体，其表面为一个等势面

注：①等量同种电荷连线和中线上

连线上：中点电势最小

中线上：由中点到无穷远电势逐渐减小，无穷远电势为零。

②等量异种电荷连线上和中线上

连线上：由正电荷到负电荷电势逐渐减小。

中线上：各点电势相等且都等于零。

巩固练习：

1、将带电量为6×10-6C 的负电荷从电场中的A 点移到B 点，克服电场力做了3×10-5J 的功，再从B 移到C ，电场力做了×10-5J 的功，则

（1）电荷从A 移到B ，再从B 移到C 的过程中电势能共改变了多少？

（2）如果规定A 点的电势能为零，则该电荷在B 点和C 点的电势能分别为多少？

（3）如果规定B 点的电势能为零，则该电荷在A 点和C 点的电势能分别为多少？

2、一个电荷只在电场力作用下从电场中的A 点移到B 点时，电场力做了5×10－6J 的功，那么 ( )

A ．电荷在

B 处时将具有5×10－6J 的电势能

B ．电荷在B 处将具有5×10－6J 的动能

C ．电荷的电势能减少了5×10－6J

D ．电荷的动能增加了5×10－6J

3、如图1所示，a 、b 为某电场线上的两点，那么以下的结论正确的是 （ ）

A ．把正电荷从a 移到b ，电场力做正功，电荷的电势能减少

B ．把正电荷从a 移到b ，电场力做负功，电荷的电势能增加

C ．把负电荷从a 移到b ，电场力做正功，电荷的电势能增加

D ． 从a 到b 电势逐渐降低

4、一个点电荷，从静电场中的a 点移至b 点，其电势能的变化为零，则（ ）

A ．a 、b 两点的场强一定相等

B ．该电荷一定沿等势面移动

C ．作用于该点电荷的电场力与其移动方向总是垂直的

D ．a 、b 两点的电势相等

?q E P =

5在匀强电场中有a 、b 、c 三点，位置关系如图52-6所示，其中ab=√3 cm ，bc=1cm 已知电场线与abc 三点所在的平面平行,若将电量为-2×10－８C 的点电荷从a 移到b ，电场力不做功，而把该电荷从a 移到c ，电场力做功为×10－７J

(1)画出通过 a 、b 、c 三点的电场线

(2)求该匀强电场的电场强度

第五节 电势差与电场强度

1（1）定义：电场中两点间电势的差值，也叫电压。用AB U 表示。

（2）公式：B A AB U ??-= 或 A B A B U ??-= ①

所以有：AB U =-BA U ②

注意：电势差也是标量，可正，可负。

2、静电力做功与电势差的关系

电荷Q 在电场中从A 移动到B 时，静电力做的功W AB 等于电荷在A 、B 两点的电势能之差。 推导：()AB B A B A PB PA AB qU q q q E E W =-=-=-=????

所以有： AB AB qU W = 或 q

W U AB AB =③ 即：电场中A 、B 两点间的电势差等于电场力做的功与试探电荷Q 的比值。

电势差的物理意义：电势差反映了电场本身的性质。

电势差的单位：伏特 符号V 1V=1 J/C

巩固练习1、求两点间的电势差

在如图所示的电场中，把点电荷q =+2×10-11C ，由A 点移到B 点，电场力做功W AB =4×10-11J 。A 、B 两点间的电势差U AB 等于多少？B 、A 两点间的电势差U BA 等于多少？

2、求静电力做功

如图所示的电场中，A 、B 两点间的电势差U AB =20 V ，将点电荷q = -2×10-9C ，由A 点移到B 点，静电力所做的功是多少？

解：电场力所做的功

3、电场知识的综合应用

电场中A 、B 两点的电势是?A =800 V ， ?B = -200 V ，把电荷q = ×10-8C 由A 点

移到B 点，电场力做了多少功？电势能是增加还是减少，增加或者减少多少？

4电场强度与电势的关系

1】（1）电场强度大的地方电势是否一定高？反之？

（2）电场强度为零的点电势一定为零吗？反之？

E 的值是客观存在的，而电势的值与零电势点选取有关，所以上述问题不可能有肯定答复。

2】那一般地，规定了无穷远处为零电势点，上述问

题如何？

以正点电荷电场的例子分析（1）：

∵A 点比B 点所在处电场线密， ∴E A ＞E B

而沿电场线方向电势逐渐降低 ∴B A ??>

故E 大处?一定高。

等量同种点电荷连线中点：根据场强的叠加，此点

E =0，而选取一条无限接近该点的电场线可知：沿电场线方向电

势降低，至无穷远处为0，则该点?＞0.

等量异种点电荷连线中点：由图知，两点电荷连线的中垂线为一等势面而伸向无穷远，∴此点?=0，而由图可得，此点E ≠0.

总结：E 为零处?不一定为零，?为零处E 不一定为零.

结论：场强与电势无直接关系.

5、电场强度与电势差的关系.

根据电势差的定义式，得

U AB =B A E q

B A qE q W AB '?='?= 用d 表示A 、B 在场强方向上的距离AB ′，则上式可写为：U AB =Ed

上式是在匀强电场中推出的，它不适用于非匀强电场

在匀强电场中，电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上的电势差。

由d

U E AB =，可得E 的单位为V/m ，即1 V/m=1 N/C 。 例题

1、如图，在匀强电场中的M 、N 两点距离为2 cm ，两点间的电势差为5 V ，M 、N 连线与场强方向成60°角，则此电场的电场强度多大？

2、如图所示，在场强为E ＝×103 N/C 的匀强电场中有相距的A 、B 两点，两点连线与电场强度成30°角。求A 、B 两点间的电势差。

第六节电容器与电容

一、电容器

电容器：任何两个彼此绝缘又相隔很近的导体，组成一个电容器。

1平行板电容器就是一种最简单的电容器。

（1）充电：电容器两板分别接在电池两端，两板带上等量异种电荷的过程。

（2）放电：充了电的电容器的两板用导线相连，使两板上正、负电荷中和的过程。 ［指出］两过程分别有短暂的充电电流，放电电流。

充电：电源能量→电场能；放电：电场能→其他形式能

［指出］电容器所带电荷量：每个极板所带电荷量的绝对值.

2、电容

电容器所带电荷量Q 与电容器两极板间的电势差U 的比值，叫做电容器的电容，在数值上等于使两板间电势差为1 V 时电容器所带电荷量。

定义式：U

Q C =，C 不由Q 、U 决定 ?

Q =CU ，Q 由C 、U 决定

?

U =C

Q ，U 由Q 、C 决定 物理意义：电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量。

单位：法拉 符号：F 1F=1 C/V

1 F=106μF=1012pF

3、平行板电容器

静电计：测量电势差。它的金属球接一导体，金属外壳接另一导体，从指针的偏角可测出两导体间的电势差。

决定式：kd

S C πε4=（平行板电容器），式中k 为静电力常量。 说明：真空中介电常数1=ε，充满某种介质时，电容变大为真空时的r ε倍，r ε是一个常数，与介质的性质有关，称为介质的相对介电常数。

4、常用电容器

电解电容器

可变电容器

课堂练习【例1】平行板电容器充电后，继续保持电容器的两极板与电源相连，在这种情况下，如增大两板间距d ，则板间电势差U 、电容器所带电量Q ，板间场强E 各如何改变？

平行板电容器充电后，切断与电源的连接。在这种情况下，如增大d ，则U 、Q 、E 各如何改变？

【例2】平行板电容器充电后，与电池两极断开连接，当两极板间的距离减小时 （ ）

A ．电容器的电容C 变大

B ．电容器极板的带电量Q 变大

C ．电容器两极间的电势差U 变大

D ．电容器两极板间的电场强度

E 不变

【例3】如图所示，S 闭合的瞬间和平行板电容器充电稳定后增大两极板距离的过程中，对电阻R 来说，有无电流通过，如果有，方向怎样?