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物理选修3-1学科网第一章电场学科网第一节电荷电荷间的相互作用学科网一、电荷守恒定律学科网在初中的学习中，我们已经知道，自然界存在两种电荷，叫做正电荷与负电荷。用毛皮摩擦橡胶棒，用丝绸摩擦有机玻璃棒后，橡胶棒带负电，毛皮带正电，有机玻璃棒带正电，丝绸带负电。物体带电后，能吸引轻小物体，而且带电越多，吸引力就越大。学科网在实践中使物体带电有三种方式：学科网1、起电的方法学科网（1）、摩擦起电：实质是；学科网（2）、接触起电：实质是；学科网（3）、感应起电：实质是。学科网2、电荷守恒定律：学科网电荷既不能被创造，也不能被消灭，它们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。学科网学科网二、元电荷：学科网电荷的多少叫电量，电量的单位是库仑。电子带有最小的负电荷，质子带有最小的正电荷，它们电量的绝对值相等，一个电子电量e=1.6×10-19C。任何带电物体所带电量要么等于电子（或质子）电量，要么是它们的整数倍，因此，把1.6×10－19C称为元电荷。学科网三、库仑定律学科网1、实验：如图2，先把表面光滑洁净的绝缘导体放在A处，然后把铝箔包好的草球系在丝线下，分别用丝绸摩擦过的玻璃棒给导体和草球带上正电，把草球先后挂在P1、P2、P3的位置，带电小球受到A的作用力的大小可以通过丝线对竖直方向的偏角大小显示出来。观察实验发现带电小球在P1、P2、P3各点受到的A的作用力依次减小；再增大丝线下端带电小球的电量，观察实验发现，在同一位置小球受到的A的作用力增大了。学科网总结：电荷之间存在着相互作用力，力的大小与电量的大小、电荷间距离的大小有关，电量越大，距离越近，作用力就越大；反之电量越小，距离越远，作用力就越小。作用力的方向，可用同种电荷相斥，异种电荷相吸的规律确定。学科网2、库仑定律学科网法国物理学家库仑，他用精确实验研究了电荷间的相互作用力，于1785年发现了后来用他的名字命名的库仑定律。学科网真空中两个静止电荷间的相互作用力，跟它们的电量的乘积成正比，跟它们间的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上，这就是库仑定律。学科网若两个点电荷Q1，Q2静止于真空中，距离为r，如图所示，则Q1受到Q2的作用力F为式中F、Q1、Q2、r诸量单位都已确定，分别为牛（N）、库（C）、库（C）、米（m），由实验可测得k=9．0×109Nm2/C2学科网Q1对Q2的作用力F12与Q2对Q1的作用力与F21互为作用力与反作用力，它们大小相等，方向相反，统称静电力，又叫库仑力。学科网什么是点电荷？简而言之，带电的质点就是点电荷。点电荷的电量、位置可以准确地确定下来。点电荷也是理想化模型。真正的点电荷是不存在的，但是，如果带电体间的距离比它们的大小大得多，以致带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时，这样的带电体就可以看成点电荷。均匀带电球体或均匀带电球壳也可看成一个处于该球球心，带电量与该球相同的点电荷。学科网3、库仑定律的应用学科网例2．两个正电荷q1与q2电量都是3C，静止于真空中，相距r=2m。学科网（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。学科网（2）在O点放入负电荷Q，求Q受的静电力。学科网（3）在连线上A点的左侧C点放上负点电荷q3，q3=1C且AC=1m，求q3所受静电力。学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网例3．两个完全相同的均匀带电小球，分别带电量q1=2C正电荷，q2=4C负电荷，在真空中相距为r且静止，相互作用的静电力为F。学科网（1）今将q1、q2、r都加倍，相互作用力如何变？学科网（2）只改变两电荷电性，相互作用力如何变？学科网（3）只将r增大4倍，相互作用力如何变？学科网（4）将两个小球接触一下后，仍放回原处，相互作用力如何变？学科网（5）接上题，为使接触后，静电力大小不变应如何放置两球？学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网四、课堂小结：学科网（1）电荷间相互作用规律：同性相斥，异性相吸，大小用库仑定学科网（2）电荷间作用力为一对相互作用力，遵循牛顿第三定律。学科网（3）库仑定律适用条件：真空中静止点电荷间的相互作用力（均匀带电球体间、均匀带电球壳间也可）。学科网学科网学科网221rQQkF··rQ1Q2第二节电场电场强度学科网一、电场学科网（1）电荷之间的相互作用是通过特殊形式的物质——电场发生的，电荷的周围都存在电场.学科网特殊性：不同于生活中常见的物质，看不见，摸不着，无法称量，可以叠加.学科网物质性：是客观存在的，具有物质的基本属性——质量和能量.学科网（2）基本性质：学科网主要表现在以下几方面学科网①引入电场中的任何带电体都将受到电场力的作用，且同一点电荷在电场中不同点处受到的电场力的大小或方向都可能不一样；学科网②电场能使引入其中的导体产生静电感应现象；学科网③当带电体在电场中移动时，电场力将对带电体做功，这表示电场具有能量。学科网可见，电场具有力和能的特征学科网二、电场强度学科网（1）将同一个检验电荷q，分别放在电场中的不同点，它所受的电场力的大小和方向一般说来是不同的。学科网（2）电场强度的定义：学科网电场强度（简称场强）是描写电场有关力的性质的物理量，它是矢量。学科网检验电荷在电场中某点所受电场力的大小F与检验电荷的电量q的比值F/q，叫做电场中该点的电场强度的大小，即：学科网E=F/q学科网方向：规定以正电荷所受的电场力的方向为该点的电场强度的方向。在国际单位制中，电场强度的单位是牛/库。学科网例1根据库仑定律和电场强度的定义，推导场电荷为点电荷的电场强度的表达式。学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网场强的唯一性和固定性学科网电场中某一点处的电场强度E是唯一的，它的大小和方向与放入该点电荷q无关，它决定于电场的源电荷及空间位置，电场中每一点对应着的电场强度与是否放入电荷无关.学科网二、电场的叠加学科网电场强度的叠加原理：某点的场强等于该点周围各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。学科网例1在真空中有两个点电荷Q1=＋3.0×10-8C和Q2=－3.0×10-8C，它们相距0.1m，求电场中A点的场强．A点与两个点电荷的距离相等，r=0.1m学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网第三节电场线学科网一、电场线学科网电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度的方向。学科网学科网学科网学科网a、点电荷电场的电场线学科网b、等量异号点电荷的电场线c、等量同号点电荷电场的电场线二、电场线的基本性质a、电场线是假想的，不是真实的。b、电场线起于正电荷止于负电荷，电场线不闭合。对于单个点电荷，正电荷假想无穷远处有负电荷，电场线终止于那里；负电荷同理。c、电场线的疏密表示电场的强弱。d、电场线不能相交。e、电场线不能相切。巩固练习1．下列说法中正确的是：[]A．只要有电荷存在，电荷周围就一定存在着电场B．电场是一种物质，它与其他物质一样，是不依赖我们的感觉而客观存在的东西C．电荷间的相互作用是通过电场而产生的，电场最基本的性质是对处在它里面的电荷有力的作用2．下列说法中正确的是：[]A．电场强度反映了电场的力的性质，因此场中某点的场强与检验电荷在该点所受的电场力成正比B．电场中某点的场强等于F/q，但与检验电荷的受力大小及带电量无关C．电场中某点的场强方向即检验电荷在该点的受力方向D．公式E=F/q和E=kQ/r2对于任何静电场都是适用的3．下列说法中正确的是：[]A．场强的定义式E=F/q中，F是放入电场中的电荷所受的力，q是放入电场中的电荷的电量B．场强的定义式E=F/q中，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量C．在库仑定律的表达式F=kq1q2/r2中kq2/r2是电荷q2产生的电场在点电荷q1处的场强大小，此场对q1作用的电场力F=q1×kq2/r2，同样kq1/r2是电荷q1产生的电场在点电荷q2处的场强的大小，此场对q2作用的电场力F=q2×kq1/r2D．无论定义式E=F/q中的q值(不为零)如何变化，在电场中的同一点，F与q的比值始终不变4．在电场中某一点，当放入正电荷时受到的电场力向右，当放入负电荷时受到电场力向左，下列说法正确的是：[]A．当放入正电荷时，该点的场强向右，当放入负电荷时，该点的场强向左B．只有在该点放入电荷时，该点才有场强C．该点的场强方向一定向右D．以上说法均不正确5．真空中，两个等量异种点电荷电量数值均为q，相距r．两点电荷连线中点处的电场强度的大小为：[]A．kq/2r2B．2kq/r2C．4k/r2D．8kq/r26．真空中，A，B两点上分别设置异种点电荷Q1、Q2，已知两点电荷间引力为10N，Q1=1.0×10-2C，Q2=2.0×10-2C．则Q2在A处产生的场强大小是________N/C，方向是_______；若移开Q2，则Q1在B处产生的场强的大小是________N/C，方向是________．第四节电势能、电势一、静电力做功的特点结合课本图1。4-1（右图）分析试探电荷q在场强为E的均强电场中沿不同路径从A运动到B电场力做功的情况。（1）q沿直线从A到B（2）q沿折线从A到M、再从M到B（3）q沿任意曲线线A到B结果都一样即：W=qELAM=qELABcos在任何电场中，静电力移动电荷所做的功，与始末两点的位置有关，与电荷的运动路径无关。二、电势能（1）电势能：由于移动电荷时静电力做功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能叫做电势能。（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变化量。写成式子为：PBPAEEWAB注意：①．电场力做正功，电荷的电势能减小；电场力做负功，电荷的电势能增加②．电场力力做多少功，电势能就变化多少，在只受电场力作用下，电势能与动能相互转化，而它们的总量保持不变。③．在正电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为正，负电荷在任一点具有的电势能都为负。在负电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为负，负电荷在任意一点具有的电势能都为正。④．求电荷在电场中某点具有的电势能电荷在电场中某一点A具有的电势能EP等于将该点电荷由A点移到电势零点电场力所做的功W的。即EP=W⑤．求电荷在电场中A、B两点具有的电势能高低将电荷由A点移到B点根据电场力做功情况判断，电场力做正功，电势能减小，电荷在A点电势能大于在B点的电势能，反之电场力做负功，电势能增加，电荷在B点的电势能小于在B点的电势能。⑥．电势能零点的规定若要确定电荷在电场中的电势能，应先规定电场中电势能的零位置。关于电势能零点的规定：P19（大地或无穷远默认为零）所以：电荷在电场中某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零电势能位置时电场力所有做的功。如上式若取B为电势能零点，则A点的电势能为：ABABPAqELWE三．电势---表征电场性质的重要物理量度通过研究电荷在电场中电势能与它的电荷量的比值得出。（1）定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势。用表示。标量，只有大小，没有方向，但有正负。（2）公式：qEp（与试探电荷无关）（3）单位：伏特（V）（4）电势与电场线的关系：电势顺线降低。（电场线指向电势降低的方向）（5）零电势位置的规定：电场中某一点的电势的数值与零电势的选择有关，即电势的数值决定于零电势的选择．（大地或无穷远默认为零）四．等势面（1）定义：电场中电势相等的点构成的面（2）等势面的性质：①．在同一等势面上各点电势相等，所以在同一等势面上移动电荷，电场力不做功②．电场线跟等势面一定垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。③．等势面越密，电场强度越大④．等势面不相交，不相切（3）等势面的用途：由等势面描绘电场线。（4）几种电场的电场线及等势面注意：①等量同种电荷连线和中线上连线上：中点电势最小中线上：由中点到无穷远电势逐渐减小，无穷远电势为零。②等量异种电荷连线上和中线上连线上：由正电荷到负