第一节-电场力的性质的描述

1.了解静电现象及其在生活和生产中的应用。用原子结构和电荷守恒的知识分析静电现象。2．知道点电荷，体会科学研究中的理想模型方法。知道两个点电荷间相互作用的规律。通过静电力与万有引力的对比，体会自然规律的多样性与统一性。物质的电结构，电荷守恒Ⅰ静电现象的解释Ⅰ点电荷Ⅰ库仑定律Ⅱ静电场Ⅰ电场强度，点电荷的场强Ⅱ电场线Ⅰ电势能，电势Ⅰ电势差Ⅱ匀强电场中电势差与电场强度的关系Ⅰ带电粒子在匀强电场中的运动Ⅱ3．了解静电场，初步了解场是物质存在的形式之一。理解电场强度。会用电场线描述电场。4．知道电势能、电势，理解电势差。了解电势差与电场强度的关系。示波管Ⅰ常见电容器Ⅰ电容器的电压、电荷量和电容的关系Ⅰ5．观察常见电容器的构造，了解电容器的电容。举例说明电容器在技术中的应用。第一节电场力的性质的描述一、元电荷及电荷守恒定律1．元电荷：科学实验发现的最小电荷量是电子的电荷量，质子、正电子所带的电荷量与它相同，但符号相反。人们把这个最小的电荷量叫做元电荷，用e表示，e＝①。2．电荷守恒定律(1)起电方式：②、③、④。(2)带电实质：物体带电的实质是⑤。(3)内容：电荷既不会创生，也不会消灭，它只能从一个物体⑥，或者从物体的一部分⑦；在转移的过程中，电荷的总量⑧。1.60×10－19C摩擦起电接触起电感应起电电荷的转移转移到另一个物体转移到另一部分保持不变1．已知π＋介子、π－介子都是由一个夸克(夸克或夸克)和一个反夸克(反夸克或反夸克)组成的，它们的电荷量如下表所示，表中e为元电荷。udπ＋π－udud带电荷量＋e－e＋23e－13e－23e＋13e下列说法正确的是()A．π＋由和组成B．π＋由和组成C．π－由和组成D．π－由和组成uudd【解析】根据题目列表信息可知，π＋带一个单位的正电荷，π－带一个单位的负电荷。只要想到了电荷守恒定律，就可以轻松判断A、D正确。由于受思维惯性的影响，有些学生总认为任何物体的带电量都是基本电荷e的整数倍。其实，近代物理学认为，夸克是比质子和中子等亚原子粒子更基本的物质组成单位，夸克组成了质子和中子，质子和中子组成原子核，最终才由原子构成宇宙万物．科学研究还表明，一般没有自由的单个夸克，只有两个或三个夸克的集合体才能够处于自由状态。【答案】AD二、点电荷及库仑定律1．点电荷：忽略⑨和电荷分布状况的可看成一个点的带电体，是一种理想化的模型。2．库仑定律(1)内容：⑩中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的⑪成正比，与它们的⑫成反比，作用力的方向在⑬。(2)表达式：⑭，式中k＝⑮·m2/C2，叫静电力常量。(3)适用条件：⑯中的⑰。F＝kq1q2r2形状、大小真空电荷量的乘积距离的二次方它们的连线上9.0×109_N真空点电荷2．如图所示，q1、q2、q3、分别表示在一条直线上的三个点电荷，已知q1与q2之间的距离为l1，q2与q3之间的距离为l2，且每个电荷都处于平衡状态。(1)如果q2为正电荷，则q1为________电荷，q3为________电荷。(2)q1、q2、q3三者电荷量大小之比是________∶________∶________。【解析】(1)若q2为正电荷，且每个电荷都处于平衡状态，q1、q3均要带负电荷才能满足要求。(2)据库仑定律和平衡条件对q2有：kq1q2l21＝kq2q3l22对q1有：q1q2l21＝kq1q3l1＋l22由以上两式可解得：q1∶q2∶q3＝(l1＋l2l2)2∶1∶(l1＋l2l1)2【答案】(1)负负(2)(l1＋l2l2)21(l1＋l2l1)2三、电场、电场强度、电场线1．电场：带电体周围客观存在的一种物质。它是电荷间相互作用的媒体，具有力和能的性质。2．电场强度(1)意义：描述电场强弱和方向的物理量。(2)定义：放入电场中某点的电荷所受的⑱跟它的⑲电荷量q的比值。(3)公式：E＝Fq，单位：V/m或⑳。(4)方向：○21在该点的受力方向，是矢量。(5)决定因素：电场强度决定于电场本身，与q无关。电场力FN/C正电荷3．几种典型电场线的分布(1)正点电荷的电场如下图甲所示：电场线由○22出发，到○23终止。(2)负点电荷的电场如下图乙所示：电场线由○24出发，到○25终止。(3)匀强电场的电场线分布如下图己所示。特点：○26。(4)点电荷与带电金属板的电场线的分布如下图戊所示。(5)等量同种、异种电荷的电场线分布如图丁、丙所示。正电荷无穷远处无穷远处负电荷间隔相等的平行直线3．下列关于电场强度的两个表达式E＝F/q和E＝kQ/r2的叙述，正确的是()A．E＝Fq是电场强度的定义式，F是放入电场中的电荷所受的力，q是产生电场的电荷的电荷量B．E＝Fq是电场强度的定义式，F是放入电场中电荷所受的电场力，q是放入电场中电荷的电荷量，它适用于任何电场C．E＝kQr2是点电荷场强的计算式，Q是产生电场的电荷的电荷量，它不适用于匀强电场D．从点电荷场强计算式分析库仑定律的表达式F＝kq1q2r2，式kq2r2是点电荷q2产生的电场在点电荷q1处的场强大小，而kq1r2是点电荷q1产生的电场在q2处场强的大小【解析】公式E＝F/q是电场强度的定义式，适用于任何电场，E＝kQr2是点电荷场强的计算公式，只适用于点电荷电场；库仑定律公式F＝kq1q2r2可以看成q1在q2处的电场E1＝kq1r2对q2的作用力。【答案】BCD库仑定律的理解和应用1．适用条件(1)在空气中，两个点电荷的作用力近似等于真空中的情况，可以直接应用公式。(2)当两个带电体的间距远大于本身的大小时，可以把带电体看成点电荷。2．库仑力的方向：由相互作用的两个带电体决定，且同种电荷相互排斥，为斥力；异种电荷相互吸引，为引力。(2011·启东模拟)如右图所示，两个质量均为m的完全相同的金属的球壳a与b，其壳层的厚度和质量分布均匀，将它们固定于绝缘支座上，两球心间的距离L为球半径的3倍。若使它们带上等量异种电荷，使其电荷量的绝对值均为Q，那么a、b两球之间的万有引力F引、库仑力F库分别为()A．F引＝Gm2L2，F库＝kQ2L2B．F引≠Gm2L2，F库≠kQ2L2C．F引≠Gm2L2，F库＝kQ2L2D．F引＝Gm2L2，F库≠kQ2L2【解题切点】两球之间的作用力是否符合万有引力定律及库仑定律的运用条件。【解析】因为a、b两球所带异种电荷相互吸引，使它们各自的电荷分布不均匀，即相互靠近的一侧电荷分布较密集，又L＝3r，不满足L≫r的要求，故不能将带电球壳看成点电荷，所以不能应用库仑定律，故F库≠kQ2L2。此时两个电荷间的实际距离L′＜L，所以F库＞kQ2L2。万有引力定律适用于两个可看成质点的物体，虽然不满足L≫r，但因为其壳层的厚度和质量分布均匀，两球壳可看做质量集中于球心的质点，可以应用万有引力定律，故F引＝Gm2L2。故D项正确。【答案】D【发散思维】由于对万有引力定律和库仑定律的适用条件理解不深，会出现错解：a、b既可以看做质点，也可以看做点电荷，两个定律均可使用，错选A项。1．如下图所示，在光滑绝缘水平面上放置3个电荷量均为q(q＞0)的相同小球，小球之间用劲度系数均为k0的轻质弹簧绝缘连接。当3个小球处在静止状态时，每根弹簧长度为l。已知静电力常量为k，若不考虑弹簧的静电感应，则每根弹簧的原长为()A．l＋5kq22k0l2B．l－kq2k0l2C．l－5kq24k0l2D．l－5kq22k0l2【解析】对最右边的小球受力分析可知，小球受到另外两个带电小球对它向右的库仑力，大小分别为F1＝kq22l2和F2＝kq2l2，由力的平衡可知弹簧弹力的大小F＝F1＋F2＝5kq24l2；故弹簧的伸长量为Δl＝Fk0＝5kq24k0l2，所以选C。【答案】C1．对场强的三个表达式的正确理解场强的三个表达式的比较及电场的叠加表达式比较E＝FqE＝kQr2E＝Ud公式的意义电场强度定义式真空中点电荷场强的决定式匀强电场E与U关系式适用条件一切电场(1)真空；(2)点电荷匀强电场比较决定因素电场本身决定，与F、q无关场源电荷Q和场源电荷到该点的距离r共同决定电场本身决定，与U、d无关2.电场的叠加原理多个电荷在电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和，这种关系叫电场强度的叠加，电场强度的叠加遵循平行四边形定则。如右图所示，两等量异号的点电荷相距为2a。M与两点电荷共线，N位于两点电荷连线的中垂线上，两点电荷连线中点到M和N的距离都为L，且L≫a。略去(a/L)n(n≥2)项的贡献，则两点电荷的合电场在M和N点的强度()A．大小之比为2，方向相反B．大小之比为1，方向相反C．大小均与a成正比，方向相反D．大小均与L的平方成反比，方向相互垂直【解题切点】M点和N点的场强均为－q和＋q两点电荷形成的合场强，利用矢量运算法则求出合场强后，再利用L≫a求出场强的近似值。【解析】两点电荷在M点的合场强为EM＝kqL－a2－kqL＋a2＝4kqLaL2－a22，由于L≫a，所以EM＝4kqaL3，所以EM∝a，方向水平向右；两点电荷在N点的合场强为EN＝2×kqa2＋L2·aa2＋L2，由于L≫a，所以EN＝2kqaL3，所以EN∝a，方向水平向左，且EM＝2EN，故选项A、C正确，B、D错误。【答案】AC2.如右图所示，A、B、C、D、E是半径为r的圆周上等间距的五个点，在这些点上各固定一个点电荷，除A点处的电荷量为－q处，其余各点处的电荷量均为＋q，则圆心O处()A．场强大小为kqr2，方向沿OA方向B．场强大小为kqr2，方向沿AO方向C．场强大小为2kqr2，方向沿OA方向D．场强大小为2kqr2，方向沿AO方向【解析】在A处放一个－q的点电荷与在A处同时放一个＋q和－2q的点电荷的效果相当，因此可以认为O处的场是5个＋q和一个－2q的点电荷产生的场合成的，5个＋q处于对称位置上，在圆心O处产生的合场强为0，所以O点的场强相当于－2q在O处产生的场强。故选C。【答案】C对电场线的认识1．孤立点电荷的电场(1)正(负)点电荷的电场线呈空间球对称分布指向外(内)。(2)离点电荷越近，电场线越密(场强越大)；(3)不存在场强相同的点，若以点电荷为球心作一球面，则电场线处处与球面垂直，在此球面上场强大小相等，但方向不同。2．等量点电荷的电场线比较比较等量异种点电荷等量同种点电荷电场线分布图连线中点O处的场强最小，指向负电荷一方为零连线上的场强大小沿连线先变小，再变大沿连线先变小，再变大沿中垂线由O点向外场强大小O点最大，向外逐渐减小O点最小，向外先变大后变小关于O点对称的A与A′，B与B′的场强特点等大同向等大反向3.电场线与带电粒子在电场中的运动轨迹的关系根据电场线的定义，一般情况下，带电粒子在电场中的运动轨迹不会与电场线重合，只有同时满足以下三个条件时，两者才会重合。(1)电场线为直线；(2)电荷初速度为零，或速度方向与电场线平行；(3)电荷仅受电场力或所受其他力合力的方向与电场线平行。(2011·广州模拟)如右图所示，图中实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线，虚线是某带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹，a、b是轨迹上的两点，若带电粒子在运动过程中只受到电场力作用，根据此图可以作出的正确判断是()A．带电粒子所带电荷的正、负B．带电粒子在a、b两点的受力方向C．带电粒子在a、b两点的加速度何处较大D．带电粒子在a、b两点的速度何处较大【解题切点】(1)由轨迹弯曲方向判断电场力的方向。(2)由电场线的疏密判断加速度的大小。(3)根据动能定理分析速度的大小。【解析】因不知电场线方向，无法确定粒子电性，A错；电场力指向凹陷一侧，故B正确；由电场线疏密知，Ea＞Eb，故Fa＞Fb，C正确；从a到b电场力做负功，va＞vb，D正确。【答案】BCD3.如右图所示，一电子在外力作用下沿等量异种电荷的中垂线由A→O→B匀速运动，电子重力不计，则电子所受的外力的大小和方向变化情况是()A．先变大后变小，方向水平向左B．先变大后变小，方向水平向右C．先变小后变大，方向