1、物理必 修第三册普通高中教科书上海科学技术出版社WULI物理第三册上海科学技术出版社物理必 修第三册必修普通高中教科书定价：11.00元物理普通高中教科书必 修第三册上海科学技术出版社主编：蒋最敏 高 景本册主编：严 明编写人员：（以姓氏笔画为序）王肇铭 严 明 李沐东 陈琪琪 赖佳颖责任编辑：施 成 张 燕 李林高美术设计：房惠平普通高中教科书 物理 必修 第三册上海市中小学（幼儿园）课程改革委员会组织编写出版上海世纪出版(集团)有限公司上海科学技术出版社（上海市钦州南路71号邮政编码200235）发行上海新华书店印刷上海中华印刷有限公司版次2021 年 1 月第 1 版印次2021 年 1
2、 月第 1 次开本890 毫米 1240 毫米1/16印张8.75字数195 千字书号ISBN978-7-5478-5220-0/G1025定价11.00 元版权所有未经许可不得采用任何方式擅自复制或使用本产品任何部分违者必究如发现印装质量问题或对内容有意见建议，请与本社联系。电话：021-64848025，邮箱：全国物价举报电话：12315声明按照中华人民共和国著作权法第二十三条有关规定，我们已尽量寻找原作者支付报酬。原作者如有关于支付报酬事宜可及时与出版社联系。目录1目录第九章静电场/1第一节 静电现象 电荷/2第二节 电荷的相互作用 库仑定律/7第三节 电场力 电场强度/12第四节 电势
3、能 电势/18第五节 带电粒子在电场中的运动/23第六节 电容 电容器/29第七节 静电的利用与防范/36第十章电路及其应用/44第一节 简单串联、并联组合电路/45第二节 电阻定律/51第三节 测量金属丝的电阻率/56第四节 多用电表/63第五节 闭合电路欧姆定律、电源电动势及内阻/68第六节 电源电动势和内阻的测量/73第七节 电功、电功率及焦耳定律/77第八节 家庭电路/812目录第十一章电磁场与电磁波初步/89第一节 磁现象 磁感线/90第二节 电流的磁场 磁感应强度/93第三节 磁通量 电磁感应现象/99第四节 电磁场与电磁波/105第十二章能源与可持续发展/114第一节 能源及其应
4、用/115第二节 能量的转化/121第三节 能源与环境/1251 第九章静电场 在本章中我们将：1.了解静电现象，知道两个电荷间相互作用的规律。知道电场是一种物质。2.体会探究库仑定律过程中的科学思想。体会运用类比、比值等方法定义物理量。3.了解生产生活中关于静电的利用与防护，了解电容器的作用。本章的学习涉及电场强度、电场力等概念，会从多视角描述电场的特性，解释相关的静电现象。本章的学习有助于提升物质、相互作用和能量的观念。图示为经头发反复摩擦后的塑料梳子靠近细小水流，使竖直下落的细小水流发生偏转。我国东汉王充论衡书中就有“顿牟掇芥”的记载，就是玳瑁摩擦后能吸引轻小物体的静电现象。摩擦后的梳子
5、为何能使细小水流偏转？2第九章 静电场图 9-1 摩擦后的气球可使猫毛竖起在生活中静电现象是十分常见的。比如章导图所示的摩擦过的梳子可以吸引细小水流；摩擦后的气球可使猫毛竖起（图 9-1）；冬天脱毛衣的时候常会听到“噼噼啪啪”的声音，黑暗中还能看见毛衣“冒火星”；有时候用钥匙去开门或触摸金属门把手的时候会突然感觉被刺了一下；自然界中的闪电等都是静电现象。第一节静电现象 电荷日常生活中你还经历过哪些静电现象？大家谈我们已经知道，电荷分为两种：正电荷和负电荷。电荷间存在相互作用：同号电荷间相互排斥，异号电荷间相互吸引。静电是如何产生的？静电可通过物体间的摩擦、接触、感应等方法来产生。1.摩擦起电物
6、体是由分子、原子组合而成，而原子的基本结构为原子核和核外的电子，原子核由3第一节 静电现象 电荷质子和中子组成。科学家们发现质子带的电荷为正电荷，中子不带电，而电子带负电荷。在正常状况下，一个原子的核内质子与核外电子正、负电荷彼此平衡，物体对外表现不出带电性。但是，如果物体受到摩擦的作用，就会使原子中的电子发生转移而使自身的正负电荷不平衡，从而使物体呈现带电性。两个物体发生摩擦时，得到电子的物体带负电，失去电子的物体带正电。在日常生活中所说的摩擦起电实质上就是两种物体间相互摩擦而使电子转移的过程。如图 9-2 所示，当橡胶棒和毛皮在一起互相摩擦时，毛皮上的电子转移到橡胶棒上，橡胶棒得到电子导致
7、带负电荷，毛皮失去电子导致带正电荷。2.接触起电接触起电是指带电体和不带电的物体相接触而使后者带电的现象。例如，用毛皮摩擦过的橡胶棒与验电器接触，使验电器带电，这就是接触起电的例子。3.感应起电如图 9-3 所示，一对用绝缘柱支撑的不带电的导体 A 和 B 彼此接触，A、B 下方均连有两片闭合的金属箔。观察下列几种情况下金属箔的变化情况。把带正电荷的物体 C移近导体 A；把 A 和 B 分开，然后移去 C；再让 A 和 B 接触。图 9-3 静电感应现象（a）（b）图 9-2 摩擦起电毛皮橡胶棒我们可观察到带电体 C 移近导体 A 时，A、B 下方的金属箔张开；把 A 和 B 分开，然后移去C
8、时，可观察到A、B下方的金属箔仍然继续张开；再让A和B接触时，可观察到A、B 下方的金属箔立即闭合。这说明 A、B 两部分带上了电性相反的异号电荷。4第九章 静电场大量实验发现，若将一个带电体靠近一个不带电的导体，该导体在靠近带电体的一端聚集了与带电体相反的电荷，而远离带电体的一端聚集了与带电体相同的电荷。这种现象叫作静电感应（electrostatic induction）。通过静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电。摩擦起电、接触起电、感应起电从本质上都源于物质的原子中的电子在不同物体间或者同一物体的不同部分间发生了转移，它们之间电荷的总量并没有发生变化。物理学中往往把研究的物体或物体的
9、集合作为一个系统。对于一个孤立系统，不论发生什么样的物理过程，系统内电荷总量保持不变。电荷可以从一个物体转移到其他物体，或者从物体的一部分转移到其他部分，但在转移过程中电荷的总量保持不变。这就是电荷守恒定律（law of conservation of charge），它是物理学的一条基本定律。现代物理研究表明，在粒子的相互作用过程中，电荷是可以产生和消失的，然而电荷守恒定律依然成立。例如，在正、负电子对的产生与湮灭过程中，正、负电荷总量始终为零。为了观察静电现象，人们设计了许多专门产生静电的设备，如图 9-4 所示就是两种常用的起电机。如何描述物体所带电荷的多少？不同带电体带电的多少往往是不
10、同的。物体所带电荷的多少叫做电荷量（amount of electric charge），用符号 Q 或 q 表示。电荷量是标量，我们通常取正电荷的电荷量为正值，取负电荷的电荷量为负值。电荷量的国际单位是库仑，简称库；符号为 C。库仑是一个相当大的电荷量单位，因此通常还用微库作电荷量单位，符号为 C。库仑和微库的换算关系是1 C=10-6 C物体所带电荷的电荷量不是任意的，而是某个最小电荷量的整数倍。人们把最小电荷量叫做元电荷（elementary charge），用符号 e 来表示，通常 e 取 1.610-19 C。任何带电体所带电荷都是 e 的整数倍。实验表明，单个质子携带的电荷量为 e
11、，单个电子携带的电荷量则为-e。图 9-4 两种常用的起电机（b）范德格拉夫起电机（a）手摇起电机5第一节 静电现象 电荷实验器材包括验电器（图 9-6）、数字式静电计（图 9-7）、玻璃棒、橡胶棒、丝绸、毛皮。图 9-6 用验电器检测物体是否带电图 9-7 用数字式静电计检测物体所带的电荷量金属球金属杆金属箔金属球金属杆金属箔美国科学家密立根（R.A.Millikan，18681953）在 19071913 年间首次测定了元电荷的电荷量，为此获得了 1923 年的诺贝尔物理学奖。他设计的实验装置如图 9-5 所示，实验中用一个喷雾器向一个透明的圆柱形容器里喷入带电油滴；容器中的 A、B 板分
12、别连接电源的两极，使A 板为正极板、B 板为负极板；带负电的油滴在 A、B 之间受重力、电场力和空气阻力的作用而运动，可以通过改变极板间的电压来控制油滴的运动。当油滴所受的重力与极板间电场的作用力和空气阻力平衡时，油滴可静止悬浮于电场中。为测得电荷量，还需测得油滴质量。两极板间不加电压，油滴受重力作用而加速下降。由于空气阻力的作用，下降一段距离达到某一速度后，油滴所受的重力与阻力平衡，油滴将匀速下降，通过计算得到油滴的质量。经过反复实验，得出结论：油滴的电荷量是某个最小固定值的整数倍，这个最小固定值就是单个电子的电荷量的绝对值。现在得到的元电荷的精确值在 2019 年更正为：e=1.602 1
13、76 63410-19 C，一般情况下可取值 e=1.6010-19 C。自 主 活 动图 9-5 密立根油滴实验使用验电器或数字式静电计观察、测量摩擦后物体的带电情况。使用验电器时，将带电体接触验电器的金属球，根据下方金属箔张角的变化可定性显示金属球所带的电荷量的多少。使用数字式静电计时，按下数字式静电计的调零按键将电荷量的显示归零。将物体接触数字式静电计的金属球，数字式静电计的屏幕定量显示金属球所带的电荷量。6第九章 静电场问题思考与1.木髓球是一种由轻质材料制成、外部涂一层石墨或铝的轻质小球。现有一个悬挂在绝缘线上的木髓球，如何判断木髓球是带正电荷、带负电荷还是不带电？2.某次雷雨时一次
14、闪电从云层向地面输送了 32 C 的负电荷，在这个过程中有多少个电子到达地面？3.高速飞行的飞机机身会带上静电；当飞机靠近带电的云层时，飞机靠近云的一侧会带上与之相反的电荷。试分析上述两种情况下机身带电的主要原因。4.四个完全相同、相互间隔较远的导体球，A 球所带电荷量为+16 Q，B 球所带电荷量为-32 Q，C 球所带电荷量为+48 Q，D 球不带电荷。首先，将 D 球接触 A 球后分开；然后，将 D 球接触 B 球后分开；最后，将 D 球接触 C 球后分开。问：D 球上最终的电荷量是多少？5.密立根通过实验测得了元电荷的电荷量为 e=1.60210-19 C。实际测量时测得的部分油滴电荷
15、量的数据如表 9-1 所示，通过对这些实验数据作分析，给出结论。表 9-1序号电荷量序号电荷量序号电荷量16.56310-19 C413.1310-19 C719.7110-19 C28.20410-19 C516.4810-19 C822.8910-19 C311.5010-19 C618.0810-19 C926.1310-19 C7第二节 电荷的相互作用 库仑定律在如图 9-9 所示的场景中，将塑料丝的一半撕成细丝，用干燥的手掌握住塑料丝捋几下，塑料丝就会散开。我们在初中已经知道，电荷之间有相互作用，同号电荷间相互排斥、异号电荷间相互吸引。塑料丝散开正是因为手掌的摩擦在其上产生同号电荷相
16、互排斥的结果。这种静止电荷之间的相互作用又叫做静电力。静电力的大小由哪些因素决定？如图 9-10 所示，把一个带正电的物体放在 M 处，然后把系在丝线上带正电的小球悬挂在 P 位置，小球带动丝线发生偏转；改变 M 处带电体与小球之间的距离，观察偏角 的变化；固定带电体的位置，改变其所带电荷量的大小，观察偏角 的变化。带正电物体和小球间有静电排斥力作用，我们可以通过偏角 的大小来定性判断小球受到的静电力的大小；偏角 越大表示小球受到的静电力越大。通过这样的实验，我们可初步知道电荷间相互作用力的大小与带电体间的距离有关，距离越小，作用力越大；静电力的大小还与两电荷的电荷量的大小有关，电荷量越大，作用力越大。第二节电荷的相互作用 库仑定律图 9-8 库仑扭秤实验装置图手稿图 9-9 相互排斥的塑料绳细丝图 9-10同号电荷间的相互排斥8第九章 静电场如何定量探究电荷间相互作用力的规律？18 世纪中叶以前，研究带电体之间的静电力遇到三大困难：一是任意带电体上的电荷分布难以确定，无法确定相互作用的电荷间的距离；二是这种静电力非常小，没有测量如此小力的工具；三是当时还没有度量电荷量的单位，也就无法
