1.1 电荷 库仑定律
[学习目标定位] 1.知道两种电荷及其相互作用，知道电荷量、元电荷、点电荷的概念.2.知道摩擦起电、感应起电的本质，知道电荷守恒定律.3.理解库仑定律的含义及表达式、适用条件，会用库仑定律进行简单计算．
一、电荷
1．自然界中有两种电荷，即正电荷和负电荷；
2．电荷与电荷间有相互作用力，其规律为：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．
3．起电的方式
(1)摩擦起电．
(2)感应起电．
二、电荷守恒定律
1．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，电荷的总量不变．
2．元电荷：所有带电物体的电荷量或者等于e，或者是e的整数倍．因此，电荷量e叫做元电荷．元电荷的电荷量为1.60×10－19库仑；一个电子的电荷量为－1.60×10－19库仑．
三、库仑定律
1．内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，跟它们电荷量的乘积成正比，跟它们距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上．
2．数学表达式：F＝k，式中k叫静电力常量，其数值为k＝9.0×109N·m2/C2.
3．点电荷：是指没有大小的带电体，是一种理想化的物理模型，实际上并不存在.
一、电荷
[问题设计]
1．在北方的冬天，如果天气干燥，我们会听到“噼啪”声，还会看到电火花；当我们用手去拉车门或把手时也会有触电的感觉，这种现象我们叫静电现象．阅读教材并回答静电现象是如何产生的？
答案 物体间摩擦时电荷发生了转移，失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电．
2．阅读教材中演示实验“感应起电”，思考：如果先把C移走，再分开A、B，A、B还能分别带负、正电荷吗？为什么？
答案 不能．移走C后，A、B上的负、正电荷发生了中和，对外不再显示电性．
[要点提炼]
1．电荷的种类
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自然界中只存在两种电荷：正电荷和负电荷．用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷，用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷．
2．电荷的作用
带电体能吸引轻小物体；同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．
3．摩擦起电：摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体上，失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电．
4．感应起电：把电荷移近不带电的导体，可以使导体带电的现象，叫做感应起电．在这个过程中，导体中的电子从导体的一部分转移到另一部分．导体上靠近电荷的一端的电性与电荷的电性相反，远离电荷的一端的电性与电荷的电性相同．
5．电荷量：电荷的多少叫做电荷量，符号：Q或q，单位：库仑，单位的符号：C.
二、电荷守恒定律
[问题设计]
我们要使一个导体带电，可以采取哪些方式？它们带电的方式有哪些相同之处？
答案 带电方式：摩擦起电、感应起电和接触带电．它们都是电荷在导体间或导体内部发生了转移．
[要点提炼]
1．三种起电过程都没有创造电荷，也没有消灭电荷．本质都是电子发生了转移，也就是物体所带电荷的重新分配，电荷总量并未发生变化．
2．电荷守恒定律的理解
(1)“电中性”、“中和”的本质：电中性的物体是有电荷存在的，只是代数和为零，对外不显电性；电荷的中和是指电荷的种类、数量达到异号、等量时，正负电荷相互抵消．
(2)“总量”的含义：指电荷的代数和．
3．元电荷是电荷量而不是电荷，所有带电体的电荷量或者等于元电荷，或者是元电荷的整数倍．
三、库仑定律
[问题设计]
请同学们观察教材“研究电荷之间作用力的大小与哪些因素有关”的演示实验，分析小球挂在P1、P2、P3三个位置时丝线与竖直方向的夹角关系，由此可知两带电小球间的相互作用力与什么因素有关？
答案 由实验可知，两小球间的距离越小，丝线与竖直方向的夹角越大，说明两带电小球间的作用力跟小球间的距离有关．
[要点提炼]
1．对点电荷的理解
(1)“点电荷”指的是一种没有大小的带电体．
(2)看成点电荷的条件：
带电体间的距离比它们自身线度的大小大得多，以至带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计，这样的带电体就可以看成点电荷．
2．对库仑定律的理解
(1)内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，跟它们电荷量的乘积成正比，跟它们距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上．即：F＝k.
(2)适用条件：①真空中；②点电荷．
(3)静电力的方向：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，作用力的方向在两点电荷的连线上．
(4)静电力常量k
5
①数值：k＝9.0×109 N·m2/C2.
②物理意义：真空中两个相距为1 m、电荷量都为1 C的点电荷之间的相互作用力为9.0×109 N.
说明 静电力具有力的共性，遵循牛顿第三定律和力的平行四边形定则．
[延伸思考]
根据公式F＝k，当r→0时，则库仑力F→∞，这种认识对吗？为什么？(“→”表示“趋向于”，“∞”表示“无穷大”)
答案 这种认识是错误的．因为当r→0时，两电荷已失去了作为点电荷的前提条件，何况实际电荷都有一定大小，根本不会出现r＝0的情况，也就是说当r→0时，电荷已不能再看成是点电荷，所以违背了库仑定律的适用条件．
一、对“起电”方式的理解
例1 M和N是两个原来都不带电的物体，它们互相摩擦后，M带正电荷．下列判断正确的是( )
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N
C．M在摩擦过程中创造了正电荷
D．N在摩擦过程中失去电子
解析 物体内部既有正电荷又有负电荷，正负电荷数量相等，物体看起来不带电，故A错；M、N摩擦时电子从M转移到N，故M带正电；在转移过程中，电荷的总量不变．正确选项为B.
答案 B
例2 如图1所示，在真空中，把一个绝缘导体向带负电的球P慢慢靠近．关于绝缘导体两端的电荷，下列说法中正确的是( )
图1
A．两端的感应电荷越来越多
B．两端的感应电荷是同种电荷
C．两端的感应电荷是异种电荷
D．两端的感应电荷电荷量相等
解析 由于导体内有大量可以自由移动的电子，当它向带负电的球P慢慢靠近时，由于同种电荷相互排斥，导体上靠近P的一端的电子被排斥到远离P的一端，从而带正电荷，远离P的一端带上了等量的负电荷．导体离P球距离越近，电子被排斥得越多，感应电荷越多，两端的电荷量相等．
答案 ACD
二、对库仑定律的理解和应用
例3 对于库仑定律的理解错误的是( )
A．库仑定律适用于真空中的点电荷
B．当半径为r的两带电小球相距为r时，可用库仑定律计算它们间的静电力
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C．在干燥空气中的两个点电荷间的静电力可用库仑定律计算
D．相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相同，它们各自所受的库仑力大小一定相等
解析 由库仑定律可知A、C、D正确，当半径为r的两个带电小球相距为r时，不能看成点电荷，故B选项错．
答案 B
例4 真空中两个点电荷Q1、Q2，距离为R，当Q1增大到2倍时，Q2减为原来的，而距离增大到原来的3倍，电荷间的库仑力变为原来的( )
A. B.
C. D.
解析 由库仑定律公式F＝k可得：F1＝k，
F2＝k＝
＝，
D选项正确．
答案 D
1．(对起电方式的理解)关于摩擦起电与感应起电，以下说法正确的是( )
A．摩擦起电是因为电荷的转移，感应起电是因为产生电荷
B．摩擦起电是因为产生电荷，感应起电是因为电荷的转移
C．不论是摩擦起电还是感应起电，都是电荷的转移
D．以上说法均不正确
答案 C
解析 摩擦起电是电荷从一个物体转移到另一个物体，感应起电是导体在其他带电体的影响下，电荷从导体的一端转移到另一端，二者都是电荷的转移而不是产生了电荷．
2．(对元电荷的理解)带电微粒所带的电荷量不可能是下列数值中的( )
A．2.4×10－19 C B．－6.4×10－19 C
C．－1.6×10－18 C D．4.0×10－17 C
答案 A
解析 任何带电体的电荷量都只能是元电荷电荷量的整数倍或和元电荷电荷量相等，元电荷电荷量为e＝1.6×10－19 C，选项A中电荷量为e，B中电荷量为－4e，C中电荷量为－10e，D中电荷量为250e.B、C、D选项中的电荷量数值均是元电荷的整数倍，所以只有选项A是不可能的．
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3．(对库仑定律的理解)关于库仑定律的公式F＝k，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．当真空中两个电荷间的距离r→∞时，库仑定律的公式就不适用了
D．当真空中两个电荷间的距离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
答案 AD
4．(库仑定律的应用)点电荷A、B固定在真空中，所带电荷量均为q，若此时它们之间的库仑力为F，将两点电荷所带电荷量均变为－2q，则B所受的库仑力将变成( )
A．2F，方向与原来相同 B．4F，方向与原来相同
C．大小和方向均不变 D．4F，方向与原来相反
答案 B
解析 由库仑定律公式可得F＝k，若两点电荷电荷量均变为－2q，则它们之间的库仑力大小F′＝k＝＝4F.库仑力的方向沿两点电荷的连线，由于两次均为同种电荷，故B受库仑力的方向仍与原来方向相同，选项B正确.
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