高二物理选修3-1导学案(江苏专用)解析
1.1 电荷及其守恒定律
1．自然界中只存在两种电荷：______电荷和________电荷．电荷间的作用规律是：同种电荷相互______，异种电荷相互________．
2．用毛皮摩擦橡胶棒时，橡胶棒带____________电荷，毛皮带__________电荷．用丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒带______电荷，丝绸带______电荷．
3．原子核的正电荷数量与电子的负电荷数量一样多，所以整个原子对外界表现为________．金属中距离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动，这种电子叫做________________．失去这种电子的原子便成为带____电的离子．离子都在自己的平衡位置上振动而不移动，只有自由电子穿梭其中．所以金属导电时只有________在移动．
4．把带电体移近不带电的导体，可以使导体靠近带电体的一端带________，远离的一端带________这种现象叫静电感应．利用静电感应使物体带电叫________起电．常见的起电方式还有________和________等．5．电荷既不能创生，也不能消灭，只能从一个物体______到另一物体，或者从物体的一部分____________到另一部分．
6．物体所带电荷的多少叫________________．在国际单位制中，它的单位是________，用________表示．7．最小的电荷量叫________，用e表示，e＝________.所有带电体的电荷量都等于e的____________．电子的电荷量与电子的质量之比叫做电子的________．
一、电荷
[问题情境]
在干燥的冬天，当你伸手接触金属门把的一刹那，突然听到“啪”的一声，手麻了一下，弄得你虚惊一场，是谁在恶作剧？原来是电荷在作怪．
1．这些电荷是哪里来的？物质的微观结构是怎样的？摩擦起电的原因是什么？
2．什么是自由电子，金属成为导体的原因是什么？
3．除了摩擦起电，还有其它方法可以使物体带电吗？
[要点提炼]
1．摩擦起电的原因：在两个物体相互摩擦时，一些束缚不紧的电子会从一个物体转移到另一个物体，于是原来呈电中性的物体由于得到电子而带____电，失去电子的物体则带____电．
2．感应起电的原因：当一个带电体靠近导体时，由于电荷间的相互吸引和排斥，导体中的自由电子便会趋向或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带____电荷，远离的一端带____电荷．
3．常见的起电方式有摩擦起电、感应起电和接触起电．三种起电方式的实质都是________ 的转移．
[问题延伸]
感应起电现象中实验物体必须是导体吗？
二、电荷守恒定律
[问题情境]
现代生活中电无处不在，北京市一天的耗电量可达千万度，那么，电荷会不会像煤和石油一样总有一天会被用完呢？
1．电荷是摩擦的过程中创造出来的吗？
2．在电荷转移的过程中其总量是否守恒？
[要点提炼]
1．电荷守恒定律的内容：电荷既不能创生，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一物体，或者从物体的一部分转移到另一部分．
2．“电荷的中和”是指电荷的种类和数量达到等量、异号，这时正、负电荷的代数和为________，而不是正、负电荷一起消失了．
[问题延伸]
怎样理解电荷守恒定律中“电荷的总量”？
例1 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
D．选项A中两对金箔分别带异种电荷，选项C中两对金箔带同种电荷
变式训练1 如图所示，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 有两个完全相同的带电绝缘金属小球A、B，分别带有电荷量6.4×10－9 C和－3.2×10－9 C，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？
变式训练2 有三个相同的金属小球A、B、C，其中小球A带有2.0×10－5 C的正电荷，小球B、C不带电，现在让小球C先与球A接触后取走，再让小球B与球A接触后分开，最后让小球B与小球C接触后分开，最终三球的带电荷量分别为qA＝________ C，qB＝________ C，qC＝________ C.
【即学即练】
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．元电荷就是质子
C．元电荷是表示跟电子所带电荷量数值相等的电荷量
D．元电荷就是自由电荷的简称
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．摩擦起电说明电荷可以被创造
B．摩擦起电是由于电荷从一个物体转移到另一个物体上
C．感应起电是由于电荷从带电物体转移到另一个物体上
D．感应起电是电荷在同一物体上的转移
3．如图所示，将带正电的球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．枕形导体中的正电荷向B端移动，负电荷不移动
B．枕形导体中电子向A端移动，正电荷不移动
C．枕形导体中的正、负电荷同时分别向B端和A端移动
D．枕形导体中的正、负电荷同时分别向A端和B端移动
4．带电微粒所带电荷量不可能是下列值中的( )
A．2.4×10－19 C B．－6.4×10－19 C C．－1.6×10－18 C D．4.0×10－17 C
1.2 库仑定律
1．探究电荷间作用力的大小跟距离的关系：保持电荷的电荷量不变，距离增大时，作用力________；距离减小时，作用力________．
2．探究电荷间作用力的大小跟电荷量的关系：保持两个电荷之间的距离不变，电荷量增大时，作用力________；电荷量减小时，作用力________．
3．静电力：________间的相互作用力，也叫________．它的大小与带电体的________及________有关． 4．点电荷：自身的________________比相互之间的距离______________的带电体．
5．库仑定律：真空中的两个点电荷之间的相互作用力的大小，与它们电荷量的乘积成____________，与它们距离的二次方成________，作用力的方向在它们的________．
6．库仑定律的公式F ＝________，式中k 叫做静电力常量，k 的数值是________．
一、点电荷 [问题情境]
1．点电荷是不是指带电荷量很小的带电体？是不是体积很小的带电体都可看做点电荷？
2．点电荷与元点荷一样吗？
[要点提炼]
1．点电荷是只有电荷量，没有________和________的理想化模型．
2．带电体看成点电荷的条件：当带电体间的________比它们自身的大小大得多，以至带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间相互作用力的影响可以忽略时，这样的带电体就可以看做点电荷． 二、库仑定律 [问题情境]
1．什么是库仑力？其大小如何确定？方向又如何确定？
2．库仑定律及表达式与哪个定律相似？ [要点提炼]
库仑定律的适用条件是：(1)__________________；(2)____________________． [问题延伸]
有人根据F ＝kq1q2
r2
推出当r →0时，F →∞，正确吗？
三、库仑的实验 [问题情境]
库仑扭秤是如何把力的作用效果放大的，如何确定力F 的大小？此实验是如何把带电金属球所带的电荷量均匀改变的？
例1 两个半径为R 的带电球所带电荷量分别为q1和q2，当两球心相距3R 时，相互作用的静电力大小为( )
A ．F ＝k q1q23R 2
B ．F ＞k q1q23R 2
C ．F ＜k q1q2
3R 2
D ．无法确定
变式训练：下列关于点电荷的说法正确的是( ) A ．点电荷可以是带电荷量很多的带电体 B ．带电体体积很大时不能看成点电荷
C ．点电荷的带电荷量可能是2.56×10－20 C
D ．一个带电体能否看做点电荷应以具体情况而定
例2 有三个完全一样的球A 、B 、C ，A 球带电荷量为7Q ，B 球带电荷量为－Q ，C 球不带电，将A 、B 两球固定，然后让C 球先跟A 球接触，再跟B 球接触，最后移去C 球，则A 、B 两球间的作用力变为原来的多少？
变式训练：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距离变为r
2
，则两球间库仑力的大小为( )
A.112F
B.34F
C.4
3
F D ．12F 例3 两个正电荷q1和q2的电荷量都是3 C ，静止于真空中的A 、B 两点，相距r ＝2 m. (1)在它们的连线AB 的中点O 放入正电荷Q ，求Q 受的静电力．
(2)在它们连线上A 点左侧P 点，AP ＝1 m ，放置负电荷q3，q3＝－1 C ，求q3所受的静电力．
变式训练3 如图所示，两个点电荷，电荷量分别为q1＝4×10－9 C 和q2＝－9×10－9 C ，两者固定于相距20 cm 的a 、b 两点上，有一个点电荷q 放在a 、b 所在直线上且静止不动，该点电荷所处的位置是( ) A ．距a 点外侧40 cm 处 B ．距a 点内侧8 cm 处 C ．距b 点外侧20 cm 处 D ．无法确定 【即学即练】
1．下列关于点电荷的说法中，正确的是( ) A ．体积大的带电体一定不是点电荷
B ．当两个带电体的形状对它们间相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体可看做点电荷
C ．点电荷就是体积足够小的电荷
D ．点电荷是电荷量和体积都很小的带电体 2．关于库仑定律，以下说法中正确的是( )
A ．库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积很小的带电体
B ．库仑定律是实验定律
C ．库仑定律仅适用于静止电荷间的相互作用
D ．根据库仑定律，当两个点电荷间的距离趋近于零时，则库仑力趋近于无穷大
3．相隔一段距离的两个点电荷，它们之间的静电力为F ，现使其中一个点电荷的电荷量变为原来的2倍，同时将它们间的距离也变为原来的2倍，则它们之间的静电力变为( ) A.F 2 B ．4F C ．2F D.F 4
4．如图所示，三个点电荷q1、q2、q3固定在一直线上，q2与q3间距离为q1与q2间距离的2倍，每个电荷所受静电力的合力均为零，由此可以判定，三个电荷的电荷量（含电性符号）之比为( )
A ．(－9)∶4∶(－36)
B ．9∶4∶36
C ．(－3)∶2∶(－6)
D ．3∶2∶6
1.3 电场强度
1．电场：电荷的周围存在着由它产生的一种特殊________．它的特征之一是对放入其中的________有力的作用．甲电荷对乙电荷的作用力，就是甲电荷的________对乙电荷的作用力． 2．静电场是指________的电荷产生的电场．
3．试探电荷是用来检验电场__________及其________分布情况的电荷，是研究电场的工具．激发或产生我们正在研究的电场的电荷是电场的________． 4．放入电场中某点的试探电荷所受的________跟它的________的比值，叫做该点的电场强度．简称场强．其定义式为E ＝________，单位是________，符号是________．电场强度是______量，有大小也有方向，其方向与________在该点所受电场力的方向相同．
5．真空中点电荷的场强：E ＝________.Q 为正电荷时，在电场中的P 点场强E 的方向________；Q 为负电荷时，E 的方向__________．
6．匀强电场：电场中各点场强的____________都相同的电场．
7．电场强度的叠加：如果场源电荷不只是一个点电荷，则电场中某点的电场强度为__________________在该点产生的电场强度的__________． 8．电场线是画在电场中的一条条________________，曲线上每点的________表示该点的电场强度方向．电场线的特点有：(1)起始于无限远或______，终止于______或______．(2)任意两条电场线________．(3)电场线的疏密表示场强的______．
一、电场 [问题情境]
天体之间没有直接接触，就有引力作用如图所示，这种作用是通过引力场传递的，电荷与电荷之间的相互作用是通过电场来实现的
1． 你知道哪里有电场吗？2.电场具有怎样的特征呢？
[要点提炼]
电场是存在于电荷周围的一种特殊物质，并非由分子、原子组成，但客观存在．电荷间的相互作用是通过电场发生的． 二、电场强度 [问题情境]
1．检验电荷的作用是什么？
2．同一检验电荷，放在电场中的不同位置受力不同，表明不同位置电场的强弱不同．如何准确描述这种性质？
[要点提炼]
电场强度是描述电场的强弱和方向的物理量，是______量，其大小由E ＝F
q
来计算，其方向与______电荷的
受力方向相同 [问题延伸]
根据公式E ＝F
q
可以得出E 与F 成正比或E 与q 成反比的结论吗？
三、点电荷的电场与电场强度的叠加
[问题情境]
1．在点电荷形成的电场中，某点的场强大小由哪些因素决定？
2．公式E ＝F q 与E ＝kQ
r2
有何区别？
3．什么是电场强度的叠加？它遵循什么原则？
[要点提炼]
1．公式E ＝F q 与E ＝kQ
r2
的对比理解
项目 意义 适用条件 Q 或q 的意义
公式中各量的关系 E ＝F q 电场强度的定义式 任何电场
q 是试探电荷
E 用
F 与q 的比值来表示，但E 大小与F 、q 大小无关 E ＝k Q r2
点电荷的场强公式 点电荷在真空中 Q 是场源电荷
E 不仅由Q 、r 决定且
E ∝Q ，E ∝1
r2
2.四、电场线 [问题情境]
1．电场线是如何表示电场方向的？
2．电场线能不能相交？
3．电场线是如何表示电场强弱的？
[要点提炼]
1．电场线是为了描述电场而引入的一种假想曲线，曲线的______方向表示场强方向，曲线的________表示场强的相对大小．
2．电场线从______电荷或无穷远出发，终止于无穷远或________电荷，电场线不相交．
3．几种常见电场的电场线画法：
五、匀强电场 [问题情境]
1．匀强电场有什么显著特点？电场线有什么特点？2.匀强电场通常存在于什么地方？
2． 匀强电场通常存在于带有等量异号电荷的一对平行金属板间．
[要点提炼]
1．匀强电场是电场强度的大小______，方向________的电场． 2．匀强电场的电场线是________相等的________线．
例1 如图所示，在一带负电的导体A附近有一点B，如在B处放置一个q1＝－2.0×10－8 C的电荷，测出其受到的静电力F1大小为4.0×10－6 N，方向如图，则B处场强是多大？如果换用一个q2＝4.0×10－7 C的电荷放在B点，其受力多大？此时B处场强多大？
路点拨解答本题应把握以下三点：
(1)电场强度的大小计算和方向判断可分开进行．
(2)场强大小可由场强的定义式求解．
(3)场强方向与正(负)电荷所受电场力方向相同(反)．
变式训练：如图所示是点电荷Q周围的电场线，图中A到Q的距离小于B到Q的距离．以
下判断正确的是( )
A．Q是正电荷，A点的电场强度大于B点的电场强度
B．Q是正电荷，A点的电场强度小于B点的电场强度
C．Q是负电荷，A点的电场强度大于B点的电场强度
D．Q是负电荷，A点的电场强度小于B点的电场强度
例2 在真空中O点放一个电荷Q＝＋1.0×10－9 C，直线MN通过O点，OM的距离r＝30 cm，M点放一个点电荷q＝－1.0×10－10 C，如图所示，求：
(1)q在M点受到的作用力；
(2)M点的场强；
(3)拿走q后M点的场强；
(4)若MN＝30 cm，则N点的场强多大？
变式训练：如图所示，真空中，带电荷量分别为＋Q和－Q的点电荷A、B相距r，则：
(1)两点电荷连线的中点O的场强为多大？
(2)在两点电荷连线的中垂线上，距A、B两点都为r的O′点的场强如何？
【即学即练】
1．电场强度的定义式为E＝F/q( )
A．该定义式只适用于点电荷产生的电场
B．F是检验电荷所受到的力，q是产生电场的电荷的电荷量
C．场强的方向与F的方向相同
D．由该定义式可知，场中某点电荷所受的电场力大小与该点场强的大小成正比
2．A为已知电场中的一固定点，在A点放一电荷量为q的电荷，所受电场力为F，A点的场强为E，则( ) A．若在A点换上－q，A点场强方向发生变化
B．若在A点换上电荷量为2q的电荷，A点的场强将变为2E
C．若在A点移去电荷q，A点的场强变为零
D．A点场强的大小、方向与q的大小、正负、有无均无关
3．关于电场线的说法，正确的是( )
A．电场线的方向，就是电荷受力的方向 B．正电荷只在电场力作用下一定沿电场线运动
C．电场线越密的地方，同一电荷所受电场力越大 D．静电场的电场线不可能是闭合的
4. 如图所示，带箭头的直线是某一电场中的一条电场线，在这条线上有A、B两点，用EA、EB表示A、B 两处的场强，则( )
A．A、B两处的场强方向相同
B．因为A、B在一条电场线上，且电场线是直线，所以EA＝EB
C．电场线从A指向B，所以EA＞EB
D．不知A、B附近电场线的分布情况，EA、EB的大小不能确定
1.4 电势能和电势
一、电场力做功的特点
在匀强电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的______位置和______位置有关，但与电荷经过的______无关．这个结论对非匀强电场______(填“同样成立”或“不成立”)．
二、电势能
1．电势能：电荷在______中具有的势能叫做电势能．
2．静电力做功与电势能变化的关系：静电力做的功等于电势能的______，用公式表示WAB＝________.电场力做正功，电势能________，电场力做负功，电势能______．
3．电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到______位置时所做的功．
三、电势
1．概念：电荷在电场中某点的电势能与它的电荷量的__________．
2．公式和单位：电势的定义公式为__________，单位是__________，符号是V.
3．相对性：电势也是相对的，在应用中常取离场源电荷无限远处电势为零，或大地的电势为零．电势可以是正值，也可以是负值，没有方向，因此是__________．
4．与电场线关系：沿电场线的方向电势__________．
四、等势面
1．等势面：电场中______________相同的各点构成的面叫做等势面．在同一个等势面上移动电荷时静电力__________．
2．等势面的特点：电场线跟__________垂直，并且由电势高的等势面__________电势低的等势面．3．等势面实例：孤立的点电荷电场的等势面是一簇以点电荷位置______________，
匀强电场的等势面是一族__________．
一、电场力做功的特点
[问题情境]
1．如图试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中，沿直线从A移动到B，静电力
做的功为多少？
2．q沿折线AMB从A点移动到B点，静电力做的功为多少？
3．根据问题1和问题2可以得到什么结论？
[要点提炼]
电场力做功的特点：电场力对电荷所做的功，与电荷的________有关，与电荷经过的________无关．
(1)虽然此结论从匀强电场中推导出来，但也适用于非匀强电场．
(2)电场力做功与重力做功相似，只要初末位置确定了，移动电荷q做的功就是确定值．
(3)课本中提到的“静电力”与“电场力”是同一个力的两种不同说法．
[问题延伸]
如何判断电场力做功的正负？