第一章第一二三四节认识静电探究静电力电场强度

名思教育专用教案1/7教学理念：使学生会学、擅学、乐学。学生姓名：年级：上课时间：老师：主题认识静电、探究静电力、电场强度教学目标掌握描述电场的几个基本概念，理解库仑定律教学重点库伦定律教学难点对新知识点的理解教学内容专题一：认识静电、库伦定律◎知识梳理1．电荷：自然界中只存在两种电荷，即正电荷和负电荷。用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷为正电荷，用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷为负电荷。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。2．电荷量：电荷量是指物体所带电荷的多少。单位是库仑，字母为“C”。物体不带电的实质是物体带有等量的异种电荷。3．元电荷：电子所带电荷量e=1.610-19C，所有带电体的电荷量都是e的整数倍，因此电荷量e称为元电荷。4．点电荷：点电荷是一种理想化的模型，当带电体的尺寸比它们之间的距离小得很多，以致带电体的大小、形状对相互作用力影响不大时，这样的带电体就可以看做点电荷。5．物体带电方法：（1）摩擦起电；（2）感应起电；（3）接触起电。6．电荷守恒定律：电荷既不能创造，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，在转移过程中电荷总量保持不变。7．库仑定律：（1）适用条件：①真空中，②点电荷（2）公式：221rQQkF说明：①两个点电荷间的相互作用力是一对作用力与反作用力，不论两个带电体的电量是否相等，甚至相差悬殊，但它们间的作用力一定大小相等、方向相反，并与它们的质量无关。②均匀带电的圆球、圆板、圆环，等效为电荷都集中在球心、圆心。③微观粒子（如电子、质子）间的万有引力比它们之间的库仑力小得多，万有引力通常忽略不计，电荷在电场中受力分析时，一般情况下物体的重力不计。◎例题评析【例1】在真空中同一条直线上的A、B两点固定有电荷量分别为+4Q和-Q的点电荷。①将另一个点电荷放在该直线上的哪个位置，可以使它在电场力作用下保持静止？②若要求这三个点电荷都只在电场力作用下保持静止，那么引入的这个点电荷应是正电荷还是负电荷？电荷量是多大？【例2】已知如图，带电小球A、B的电荷分别为QA、QB，OA=OB，都用长L的丝线悬挂在O点。静止时A、B相距为d。为使平衡时AB间距离减为d/2，可采用以下哪些方法ABCθθvtym，qv0+4Q-QOABmBgFNLd名思教育专用教案2/7教学理念：使学生会学、擅学、乐学。A．将小球A、B的质量都增加到原来的2倍B．将小球B的质量增加到原来的8倍C．将小球A、B的电荷量都减小到原来的一半D．将小球A、B的电荷量都减小到原来的一半，同时将小球B的质量增加到原来的2倍【例3】已知如图，在光滑绝缘水平面上有三个质量都是m的相同小球，两两间的距离都是l，A、B电荷量都是+q。给C一个外力F，使三个小球保持相对静止共同加速运动。求：C球的带电电性和电荷量；外力F的大小。专题二：电场强度◎知识梳理一、电场强度1．电场（1）电场：带电体周围存在的一种物质，是电荷间相互作用的媒体．它是一种看不见的客观存在的物质．它具有力的特性和能的特性；（2）电场最基本的性质：对放入电场中的电荷由电场力的作用；（3）电场力：放入电场中的电荷受到电场的力的作用，此力叫电场力。2．电场强度E：描述电场力的性质的物理量（1）定义：放入电场中某点的电荷所受电场力与此电荷所带电荷量的比值，叫电场强度；（2）定义式：qFE/；（3）物质性：电场是电荷周围客观存在的物质，电荷之间的相互作用力通过电场而发生；（4）客观性：场强是描述电场力的性质的物理量，只由电场本身决定．电场中某点的场强与检验电荷的电性和电量q无关，与检验电荷所受的电场力F无关，即使无检验电荷存在，该点的场强依然是原有的值；（5）矢量性：电场中某点的电场强度方向规定为正电荷在该点所受电场力的方向．与放在该点的负电荷受的电场力的方向相反。（6）场强大小判断a．根据电场力判断：qFE/b．根据电场线判断：只与电场线疏密有关，与电场线方向无关c．根据匀强电场中电势差判断：E=U/d。（7）电场强度的计算qFE/（定义式，普遍适用）2rQkE（用于真空中点电荷形成的电场）U/dE（用于匀强电场）3．电场线：在电场中画出一系列从正电荷出发到负电荷终止的曲线，使曲线上每一点的切线方向跟该点的场强方向一致，这些曲线就叫做电场线。ABCFABFBFCBF名思教育专用教案3/7教学理念：使学生会学、擅学、乐学。（1）电场线是为了形象地表示电场的方向和强弱引入的假想线，它不是电场中实际存在的线．电场线也不是电荷在电场中运动的轨迹；（2）电场线的疏密表示场强的大小，电场线越密的地方，其场强就越大；（3）电场线上某点的切线方向即该点的场强力向，也就是正电荷在该点所受电场力的方向；（4）静电场的电场线是不闭合的曲线，总是从正电荷(或无穷远处)发出，终止于负电荷(或无穷远处)；在没有电荷的地方电场线不会中断，也不会相交．正电荷一定要发出电场线，负电荷一定要接收电场线；（5）电场线不会相交或相切。4．电场的叠加：同时存在几个产生电场的场源时，电场中某点的合场强是各场源单独在该点产生场强的矢量和。二、电势、电势能1．电势差UAB（1）定义：电荷在电场中，由一点A移动到另一点B时，电场力所做的功与移动电荷电荷量的比值WAB/q，叫做A、B两点间的电势差，用UAB表示；（2）定义式：UAB=WAB/q；（3）电势差是标量，但有正负，正负表示电势的高低。2．电势φ：描述电场能的性质的物理量（1）定义：电势实质上是和标准位置的电势差．即电场中某点的电势，在数值上等于把单位正电荷从某点移到标准位置（零电势点）时电场力所做的功；（2）定义式：φA=UA∞=WA∞/q；（3）电势是标量，但有正负，正负表示该点电势比零电势点高还是低；（4）电势高低判断：a．根据移动检验电荷做功判断：移动正电荷电场力做正功(负功)时，电势降落(升高)；移动负电荷电场力做正功(负功)时，电势升高(降落)；b．根据电场线判断：沿着电场线方向，电势越来越低，逆着电场线方向电势越来越高；c．根据场源电荷判断：离正电荷越近，电势越高，离场源负电荷越近，电势越低；d．根据电势差判断：ABU0，则A点电势比B点高；ABU0，则A点电势比B点低。3．电势能EP：（1）电荷在电场中具有的与电荷位置有关的能量叫电荷的电势能；（2）电势能是标量；（3）电场力做功与电势能的变化的关系：电场力对电荷做正功，电荷的电势能减少，做功量等于电势能的减少量；电场力对电荷做负功，电荷的电势能增加，做功量等于电势能的增加量，即W电=－△EP（类比于WG=－△EP）。4．电场力做功的计算：（1）根据电势能的变化与电场力做功的关系计算：即W电=－△EP；（2）应用公式WAB=qUAB计算：①正负号运算法：按照符号规约把电量q和移动过程的始、终两点的电势差UAB的值代入公式WAB=qUAB．②绝对值运算法：公式中的q和UAB都取绝对值代入计算，功的正负再另判断：当正（或负）电荷从电势较高的点移动到电势较低的点时，是电场力做正功（或电场力做负功）；当正（或负）电荷从电势较低的点移动到电势较高的点时，是电场力做负功（或电场力做正功）。5．等势面：（1）定义：电场中电势相同的点构成的面叫做等势面；（2）等势面的特点：①等势面是为了形象描述电场中各点电势高低分布而引入的假想图，不是电场中实际存在的面；②同一等势面上各点间的电势差为零，电荷在等势面上移动时电场力不做功；名思教育专用教案4/7教学理念：使学生会学、擅学、乐学。③电场线垂直于等势面，并指向电势降低最快的方向；④等势面不相交；⑤电场强度较大的地方，等差的等势面较密；⑥电场线的描绘：利用电场线和等势面的垂直关系，先描绘出电场中的等势面，再画出电场线。6．匀强电场中场强和等势面的关系：在匀强电场中，沿着场强方向的两点间的电势差等于电场强度跟这两点间距离的乘积，即U=Ed，也可理解为：在匀强电场中，电场强度在数值上等于沿场强方向上单位长度的电势降落，即E=U/d。三、电场强度与电势的关系1．要牢记以下6种常见的电场的电场线和等势面，注意电场线、等势面的特点和电场线与等势面间的关系：（1）电场线的方向为该点的场强方向，电场线的疏密表示场强的大小。（2）电场线互不相交，等势面也互不相交。（3）电场线和等势面在相交处互相垂直。（4）电场线的方向是电势降低的方向，而且是降低最快的方向。（5）电场线密的地方等差等势面密；等差等势面密的地方电场线也密。2．电荷引入电场（1）将电荷引入电场：将电荷引入电场后，它一定受电场力Eq，且一定具有电势能φq。（2）在电场中移动电荷电场力做的功：在电场中移动电荷电场力做的功W=qU，只与始末位置的电势差有关。在只有电场力做功的情况下，电场力做功的过程是电势能和动能相互转化的过程。W=-ΔE=ΔEK。a．无论对正电荷还是负电荷，只要电场力做功，电势能就减小；克服电场力做功，电势能就增大；b．正电荷在电势高处电势能大；负电荷在电势高处电势能小；c．利用公式W=qU进行计算时，各量都取绝对值，功的正负由电荷的正负和移动的方向判定；d．每道题都应该画出示意图，抓住电场线这个关键。（电场线能表示电场强度的大小和方向，能表示电势降低的方向。有了这个直观的示意图，可以很方便地判定点电荷在电场中受力、做功、电势能变化等情况。）◎例题评析【例4】如图所示，在等量异种点电荷的电场中，将一个正的试探电荷由a点沿直线移到o点，再沿直线由o点移到c点。在该过程中，检验电荷所受的电场力大小和方向如何改变？其电势能又如何改变？【例5】边长为a的正三角形ABC的三点顶点分别固定三个点电荷+q、+q、-q，求该三角形中心O点处的场强大小和方向。【例6】如图，在x轴上的x=-1和x=1两点分别固定电荷量为-4Q和+9Q的点电荷。求：x轴上合场强为零的点的坐标。并求在x=-3点处的合场强方向。+－aoc-5-3-11-4Q+9Q名思教育专用教案5/7教学理念：使学生会学、擅学、乐学。【例7】如图所示，三个同心圆是同一个点电荷周围的三个等势面，已知这三个圆的半径成等差数列。A、B、C分别是这三个等势面上的点，且这三点在同一条电场线上。A、C两点的电势依次为φA=10V和φC=2V，则B点的电势是A．一定等于6VB．一定低于6VC．一定高于6VD．无法确定【例8】如图所示，将一个电荷量为q=+3×10-10C的点电荷从电场中的A点移到B点过程，克服电场力做功6×10-9J。已知A点的电势为φA=-4V，求B点的电势。【例9】α粒子从无穷远处以等于光速十分之一的速度正对着静止的金核射去（没有撞到金核上）。已知离点电荷Q距离为r处的电势的计算式为φ=rkQ，那么α粒子的最大电势能是多大？由此估算金原子核的半径是多大？【例10】已知ΔABC处于匀强电场中。将一个带电量q=-2×10-6C的点电荷从A移到B的过程中，电场力做功W1=-1.2×10-5J；再将该点电荷从B移到C，电场力做功W2=6×10-6J。已知A点的电势φA=5V，则B、C两点的电势分别为____V和____V。试在右图中画出通过A点的电场线。【例11】如图所示，虚线a、b、c是电场中的三个等势面，相邻等势面间的电势差相同，实线为一个带正电的质点仅在电场力作用下，通过该区域的运动轨迹，P、Q是轨迹上的两点。下列说法中正确的是A．三个等势面中，等势面a的电势最高B．带电质点一定是从P点向Q点运动C．带电质点通过P点时的加速度比通过Q点时小D．带电质点通过P点时的动能比通过Q点时小◎课后巩固练习1．绝缘细线上端固定，下端悬挂一轻质小球a，a的表面镀有铝膜．在a的近旁有一底座绝缘金属球b，开始时a、b都不带电，如图所示，现使b带电，则：A．ab之间不发生相互作用B．b将吸引a，吸在一起不放开C．b立即把a排斥开D．b先吸引a，接触后又把a排斥开2．如图所示，两个可视为质点的金属小球A、B质量都是m、带正电电荷量都是q，连接小球的绝缘细线长度+ABC+ABFvABCDabcPQ名思教育专用教案6/7教学理念：使学生会学、擅学