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库仑定律、电场强度主讲：李超一周强化一、一周知识强化静电场知识是高考常见考点，重点要能用物质的微观模型和电荷守恒定律分析、解释常见的静电现象，知道电荷量的概念；知道库仑定律，认识点电荷间的相互作用规律，会计算真空中两个点电荷的相互作用力大小，认识电场、知道电场力、会用电场线、电场强度描述电场。二、重难点知识归纳及讲解（一）电荷库仑定律1、电荷守恒定律和元电荷自然界中只有两种电荷，正电荷和负电荷。电荷的多少叫做电荷量，正电荷的电荷量用正数表示，负电荷的电荷量用负数表示。同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。使物体带电的方法有：（1）摩擦起电；（2）接触带电；（3）感应起电。不管哪种方式使物体带电，都是由于电荷转移的结果。元电荷e=1.60×10－19C.2、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，电荷的总量保持不变。这个结论叫做电荷守恒定律。3、比荷：带电粒子的电荷量与粒子的的质量之比，叫做该粒子的比荷。4、库仑定律真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。（1）公式（2）k=9.0×109N·m2/c2（3）适用于点电荷（注意：看作点电荷的前提是带电体间的距离远大于带电体的尺寸5、由于物体带电是由于电荷的转移，可知，物体所带电荷量或者等于电荷量e，或者等于电荷量e的整数倍。电荷量e称为元电荷，e=1.60×10－19C，比荷C/kg.6、点电荷：如果带电体的距离比它们自身的大小大得多，带电体的大小和形状忽略不计。这样的带电体可看作点电荷，它是一种理想化的物理模型。（二）电场电场强度1、电场的基本性质：就是对放入其中的电荷有力的作用，这种力叫做电场力。2、电场是一种特殊的物质形态。3、电场强度放入电场中某点的电荷受到的电场力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度，简称场强。（1）公式（2）单位V/m1V/m=1N/C（3）矢量性：规定正电荷在该点受电场力的方向为该点场强的方向。4、点电荷电场的场强5、电场的叠加原理：如果有几个点电荷同时存在，它们的电场就互相叠加，形成合电场。这时某点的场强等于各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。这叫做电场的叠加原理。6、电场强度：电场强度是反映电场“力的性质”的物理量，是定义式，而仅适用于点电荷产生的电场。电场强度由表达，但E与F和q无关，E由场源和位置决定。7、匀强电场(1)定义：电场中各点场强的大小相等、方向相同的电场就叫匀强电场.(2)匀强电场的电场线：是一组疏密程度相同(等间距)的平行直线.例如，两等大、正对且带等量异种电荷的平行金属板间的电场中，除边缘附近外，就是匀强电场.如图所示。8、电场线在电场中画出一系列从正电荷或无穷远处出发到负电荷或无穷远处终止的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致，此曲线叫电场线。电场线的特点：(1)电场线是起源于正电荷或无穷远处，终止于负电荷或无穷远处的有源线。(2)电场线不闭合、不相交、不间断的曲线。(3)电场线的疏密反映电场的强弱，电场线密的地方场强大，电场线稀的地方场强小。(4)电场线不表示电荷在电场中的运动轨迹，也不是客观存在的曲线，而是人们为了形象直观的描述电场而假想的曲线。常见电场的电场线电场电场线图样简要描述正点电荷发散状负点电荷会聚状等量同号电荷相斥状等量异号电荷相吸状匀强电场平行的、等间距的、同向的直线典型例题：例1、有三个完全相同的金属小球A、B、C，其中A、B分别带＋14Q和－Q的电量，C不带电，A、B球心间的距离为r（远大于球的直径），相互吸引力为F。现让C球先接触A球后，再与B球接触，当把C球移开后，A、B两球的作用力的大小将变为__________F。精析：A、B可看成点电荷，，C球与A球接触后，由电荷守恒定律知：A、C两球各带＋7Q的电量；C球再与B球接触后，B、C两球各带＋3Q的电量，此时A、B两球间的相互作用为斥力.答案：例2、真空中的两个点电荷A、B相距20cm，A带正电QA=4.0×10－10C，已知A对B的吸引力F=5.4×10－8N，则B在A处产生的场强大小为______V/m，方向_________；A在B处产生的场强大小是______V/m，方向是_________.精析：A对B的作用力是A的电场对B的作用力，B对A的作用力是B的电场对A的作用力，由牛顿第三定律知FBA=5.4×10－8N，则，方向由A指向B，又由，方向由B指向A.例3、如图所示，真空中有两个点电荷Q1=Q2=3.0×10－8C，它们相距0.1m，求与它们的距离都为0.1m的A点的场强.精析：点电荷Q1和Q2在A点场强分别为E1和E2，合场强在E1和E2的角平分线上，如图所示，例4、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之间的距为l1，q2与q3之间的距为l2，且每个电荷都处于平衡状态。(1)如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：就q2而言，q1和q3只要带同种电荷便可能使其处于平衡状态，而对q1和q3，若都带正电荷，各自均受制另外两个电荷的斥力而不能保持平衡，只有同带负电荷，q2对其为吸引力，另外一个电荷对其为斥力，当两力大小相等时才能处于平衡状态。现再对q1列方程有：可得：q2︰q3=l12︰(l1＋l2)2对q2列方程有：可得：q1︰q3=l12︰l22∴q1︰q2︰q3=l12(l1＋l2)2︰l12l22︰(l1＋l2)2l22总结：1、三点电荷都平衡规律，三个点电荷一定满足：(1)在同一直线上；(2)两同类一异；(3)两大夹一小。2、分析带电体平衡问题的方法与力学分析物体的平衡方法是一样的，学会把电学问题力学化，分析方法是：(1)确定研究对象，如果有几个物体相互作用时，要依据题意，适当选取“整体法”和“隔离法”，一般是先整体后隔离。(2)对研究对象进行受力分析。(3)外平衡方程或根据牛顿第二定律方程求解(经常用到动量守恒定律，动能定理等)。例5、图中边长为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。解：每个点电荷在O点处的场强大小都是由图可得O点处的合场强为，方向由O指向C。电势差、电势能和等势面主讲：李超一周强化一、本周知识综述本周我们学习电势差与电势、等势面三节内容。上周学习的电场强度是从电场的力的特性出发研究电场的性质，而电势差与电势则是从电场的能的属性出发研究电场的性质。可以说电场强度和电势分别从电场的不同属性出发来研究电场，是一个问题的两个方面，大家要注意比较这两个物理量的异同。等势面则是描述电势的一种辅助方法，这与用电场线辅助地描述电场是类似的。二、重难点知识归纳与讲解1、电势差：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WAB与电荷电量q的比值，叫做AB两点的电势差。表达式为：说明：（1）定义式中，为q从初位置A移动到末位置B电场力做的功，可为正值，也可为负值，q为电荷所带的电量，正电荷取正值，负电荷取负值。（2）电场中两点的电势差，由这两点本身的初、末位置决定。与在这两点间移动电荷的电量、电场力做功的大小无关。在确定的电场中，即使不放入电荷，任何两点间的电势差都有确定的值，不能认为与成正比，与q成反比。只是可以利用、q来计算A、B两点电势差。（3）公式适用于任何电场。2、电势：在电场中某点的电势等于该点相对零电势点的电势差；也等于单位正电荷由该点移动到参考点（零电势点）时电场力所做的功，电势记作，电势是相对的，某点的电势与零电势点的选取有关，沿电场线的方向，电势逐点降低。说明：（1）电势的相对性。（2）电势是标量。电势是只有大小、没有方向的物理量，电势的正负表示该点的电势高于和低于零电势。（3）电势与电势差的比较电势与电势差都是反映电场本身的性质（能的性质）的物理量，与检验电荷无关；电势与电势差都是标量，数值都有正负，单位相同，UAB=A－B。某点的电势与零电势点的选取有关，两点间的电势差与零电势点的选取无关。3、电场力做功与电势能变化的关系。（1）电场力做功的特点在电场中移动电荷时，电场力所做的功只与电荷的起止位置有关，与电荷经过的路径无关，这一点与重力做功相同。（2）电势能ε电荷在电场中具有的势能叫做电势能，电势能属于电荷和电场系统所有。（3）电场力做功与电势能变化的关系电场力的功与电势能的数量关系WAB=εA－εB=△ε。电场力做正功时，电荷的电势能减小；电场力做负功时，电荷的电势能增加，电场力做了多少功，电荷的电势能就变化多少，即△ε=WAB=qUAB。4、等势面的概念及特点（1）等势面电场中电势相同的各点构成的曲面叫做等势面。（2）等势面的特点①电场线与等势面处处垂直，且总是由电势高的等势面指向电势低的等势面；②在同一等势面上移动电荷时电场力不做功；③处于静电平衡的导体是一个等势体，导体表面是一个等势面；④导体表面的电场线与导体表面处处垂直。（3）熟悉匀强电场、点电荷的电场、等量异种电荷的电场、等量同种点电荷的电场的等势面的分布情况。①点电荷电场中的等势面，是以电荷为球心的一簇球面；②等量同种点电荷电场中的等势面，是两簇对称曲面③等量异种点电荷电场中的等势面，是两簇对称曲面；④匀强电场中的等势面，是垂直于电场线的一簇平面.三、重难点知识剖析5、电势与等势面（1）电势是描述电场中单个点的电场性质，而等势面是描述电场中各点的电势分布。（2）电场线是为了描述电场而人为引入的一组假想线，但等势面却是实际存在的一些面，它从另一角度描述了电场。（3）等势面的性质①同一等势面上任意两点间的电势差为零；②不同的等势面一定不会相交或相切；③电场强度方向垂直等势面且指向电势降低的方向。6、比较电荷在电场中某两点电势能大小的方法(1)场源电荷判断法离场源正电荷越近，试验正电荷的电势能越大，试验负电荷的电势能越小．离场源负电荷越近，试验正电荷的电势能越小，试验负电荷的电势能越大．(2)电场线法正电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大．负电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小．(3)做功判断法无论正、负电荷，电场力做正功，电荷从电势能较大的地方移向电势能较小的地方．反之，如果电荷克服电场力做功，那么电荷将从电势能较小的地方移向电势能较大的地方．7、电场中电势高低的判断和计算方法(1)根据电场线方向判断．因沿电场线方向各点电势总是越来越低，而逆着电场线方向电势总是逐渐升高．(2)根据等势面的分布和数值，都画在同一图上，直接从图上判定电势高低．(3)根据电场力做功公式判定．当已知q和WAB时，由公式WAB=qUAB，则UAB=WAB/q判定．8、电势能与电势的关系(1)电势是反映电场电势能的性质的物理量．还可以从能的角度定义电势：电场中某点的电荷具有的电势能ε跟它的电荷量的比值，叫做该点的电势，即或者ε=qφ，某点的电势与该点是否有电荷无关．(2)正电荷在电势为正值的地方电势能为正值，在电势为负值的地方电势能为负值；负电荷在电势为正的地方电势能为负值，在电势为负的地方电势能为正值．(3)电势是由电场决定，电势能是由电场和电荷共同决定的．它们都是标量、相对量．当零势点确定以后，各点电势有确定的值．由于存在两种电荷，则在某一点不同种电荷的电势能有的为正值，也有的为负值．(4)在实际问题中，我们主要关心的是电场中两点间的电势差UAB和在这两点间移动电荷时，电荷电势能的改变量△εAB。UAB和△εAB都与零电势点的选择无关．有关系式：△εAB=qUAB．9、电势与场强的比较(1)场强是反映电场力的性质，电势是反映电场能的性质，它们都是由比值定义的物理量，因而它们都是由电场本身确定的，与该点放不放电荷无关．(2)电场强度是矢量，电场确定后，各点的