高考必刷题系列物理狂K重点——高二物理选修31 知识讲解.docx

PAGE

PAGE10

第一学习单元 静电场

电荷守恒定律库仑定律

K知识深层理解

1、电荷

电荷的种类：正电荷和负电荷．金属中有带正电的阳离子和带负电的自由电子．

三种起电方式：接触带电、摩擦起电和感应起电，这三种起电方式本质都是电子的反转移，起电的过程遵循电荷守恒定律．

2、电荷守恒定律位

内容：电荷既不会创生，也不会消灭，它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；在转移过程中，电荷的总量保持不变．

另一种表述：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变．的

3、元电荷

电荷量：电荷的多少叫电荷量，符号：q，单位：库仑（C）．

元电荷：最小的电荷量叫做元电荷，用e表示，e的数值取e?1.6?10?19

C．

比荷：带电粒子的电荷量与质量之比称为比荷．

4、库仑定律

内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的

乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上．这种作用力叫做静电力，也叫库仑力．

qq

数学表达式：F?k

12．

r2

印象笔记?应用库仑定律时应注意：（

印象笔记

?应用库仑定律时应注意：

（1）统一单位：因静电力常量k?9.0?109N?m2/C2，所以各量要统一成国际单位制

单位.

（2）计算库仑力：q、q可

1 2

先只代入绝对值求出库仑力的大小，再由“同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引”

来判断力的方向.

?

?不要混淆点电荷和元电荷。元电荷是最小的电荷量，不

是指某电荷.

理解1 带负电的绝缘金属小球放在潮湿的空气中，一段时间后不带电了，是电荷不守恒吗？

一带负电的绝缘金属小球放在潮湿的空气中，经过一段时间后，发现该小球几乎不带电了，这是因为电子通过空气导电转移到外界，绝缘金属小球上的电荷减少了．这一过程只是小球所带的电荷量减少，这些电荷并没有消失，就小球和整个外界组成的系统而言，电荷的总量仍保持不变，遵循电荷守恒定律．物体起电有三种方式：摩擦起电、感应起电接触带电，这些方式都遵循电荷守恒定律，电荷守恒定律是自然界重要的基本定律之一．

理解2点电荷像几何点一样大吗？

点电荷是用于代表带电体的只有电荷量，没有大小、形状的几何点，类似于力学中的质点，是为了研究复杂物理问题而引入的一种理想化模型，实际中并不存在一个带电体能否被看成点电荷，是相对于具体问题而言的，不能单凭其大小和形状确定．当一个带电体的大小比所研究问题中涉及的距离小得多，带电体的

形状和电荷分布都无关紧要时，可以把带电体看成点电荷．例如，一个半径为10cm的带电圆盘，如果考虑它和相距10m处某个电子的作用力，就可以把它看成点电荷，而如果这个电子离带电圆盘只有1mm，此时这一带电圆盘相当于一个无限大的带电平面，不能将其视为点电荷．

理解3 对库仑定律的理解

qq

印象笔记

?

库仑定律F?k

12适用于计算真空中的两个点电荷之间的相互作用力．对

r2

于两个均匀带电绝缘球体，可以将其视为电荷集中于球心的点电荷，r为两球心之间的距离；对于两个带电金属球要考虑金属表面电荷的分布．例如，半径均为r的金属球按如图所示放置，使两球的边缘相距r．现在使两球带_上等量异种电荷Q，设两金属球间的库仑力大小为F，若视两球为点电荷，则库仑力为

k Q2 ．很显然，如果电荷能全部集中于球心处或电荷均匀分布在整个金属球

(3r)2

上，则两者相等．但依据题设条件，两球心间距离3r不是远远大于r，不能把两球当成点电荷处理，实际上由于异种电荷的吸引，使电荷较多地分布在两球靠近

?库仑定律与万有引力定律

的球面处，这样两部分电荷的“中心”距离小于3r，故F?k

Q2

(3r)2

．同理，若两

都遵循距离的“平方反比”规律，都是“场”的作用。

球带等量同种电荷Q，则F?k Q2 ．

(3r)2

?库仑扭秤

qq

【注意】有人根据F?k

12推出当r→0时，F→∞，从数学角度分析似乎

r2

正确，但从物理意义上分析，这种看法是错误的，因为当r→0时，两带电体已不能看成点电荷，库仑定律也就不再适用，该推论不能成立．

K应试拓展注意拓展1 根据对称性求解库仑力的叠加问题

对称性是事物在变化时存在的某种不变性．一般情况下，物理学中的对称性

表现为物理过程在时间上和空间上的对称性．物理量在分布上的对称性及作用效果的对称性等．用对称性解题的关键是要能敏锐地看出并抓住事物在某一方面的对称性，这些对称性往往就是通往答案的捷径．

例 如图所示，abcde是半径为r的圆的内接正五边形，在其顶点a、b、c、d处各固定有电荷量为?Q的点电荷，在e处