人教版物理选修3-1《静电场》小结

《静电场》小结物理选修3-1电荷电荷守恒定律库仑定律电场电场力的性质电场能的性质场强定义式：点电荷电场场强：匀强电场的场强：电势：电势差：电场力：qFEpEq2rQkEdUE221rQQkFqEFqWUABABBAABU电势能：形象描述电场线等势面方向反映某点场强方向疏密表示场强的强弱电场线垂直于等势面沿场强方向电势降落最快电场线密集处等势面也密应用带电粒子在电场中的1、平衡；2、直线运动；3、偏转电场中的导体：静电感应；静电平衡电容器场强的叠加原理：中和均分Epq()ABABABABpApBWqqUEEE电场电荷守恒定律电荷电场力真空中的点电荷）任何电场()(221rqqkFEqF电势能电场力做功BAPPBAABABEEqqUW)(AAPqWEA（匀强电场）cosqElWAB)(仅电场力做功ABKKABEEW电场中的导体：静电感应静电平衡电容器：电容平行板电容器UQCkdSCr4带电粒子在电场中的运动：①平衡②直线运动③偏转EP●UE金属丝金属板vdYYyq0vlpabcd静电场知识结构电场力的性质场强矢量电场线匀强电场真空中点电荷的电场dUE2rQkE疏→E小密→E大qFE电场能的性质电势标量等势面电势差EdqWUBAABAB疏→E小密→E大pAEq电场电荷守恒定律电荷电场力真空中的点电荷）任何电()(221rqqkFEqE电势能电场力做功BAPPBAABABEEqqUW)(qWEAPA（匀强电场）cosqElWAB)(仅电场力做功ABKKABEEW电场中的导体：静电感应静电平衡电容器：电容平行板电容器UQCkdSCr4带电粒子在电场中的运动：①平衡②直线运动③偏转EP●UE金属丝金属板vdYYyq0vlpabcd静电场知识结构电场力的性质场强矢量电场线匀强电场真空中点电荷的电场dUE2rQkE疏→E小密→E大qFE电场能的性质电势标量等势面电势差EdqWUBAABAB疏→E小密→E大pAEq电场力电场强度电势差电势电势能电场力的功电场力做功与路径无关试探电荷在场中某点受的电场力与电荷量的比值跟试探电荷无关E＝F/q和重力与重力势能类比WAB＝EpA－EpB试探电荷在电场中某点的电势能与电荷量的比值跟试探电荷无关φ＝Ep/q电场中两点电势之差叫电势差UAB＝φA－φBE数值等于沿场强方向单位距离的电势差U＝Ed一、电荷及库仑定律•起电的三种方式（1）摩擦起电（2）感应起电（3）接触起电原因——不同物质的原子核束缚电子的能力不同。实质——电子的转移。带正电的物体失去电子；带负电的物体得到电子。结果——两个相互摩擦的物体带上了等量异种电荷。定义——导体在电场的作用下电荷重新分布的现象。规律——近、远端带上等量的异种电荷.(近端感应异种电荷，远端感应同种电荷)实质——电荷的重新分布（转移）定义——相互接触的物体带上电荷的现象。规律——相同金属球平分总电量；不同金属球比例分配实质——电荷的转移•电荷守恒定律电荷既不会创生，也不会消灭，它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，电荷的总量保持不变。或：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。•起电的三种方式的原因：电荷的转移内容：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,与它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上.电荷守恒定律方向：计算时，若电荷是负电荷只需它的绝对值代入在两电荷的连线上,同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引.221rqqkF•库仑定律元电荷是指所带的电量e=1.60×10－19C的电荷。点电荷是指不考虑形状和大小的带电体。检验电荷是指电量很小的点电荷，当它放入电场后不会影响该电场的性质。点电荷和检验电荷属理想模型。二、电场的描述适用范围电荷的意义FEq2QEkr定义式，适用于一切电场仅对点电荷的电场适用q是检验电荷，E与q无关Q是场源电荷，E与Q成正比1、，FEq2QEkr和的区别：dUEdUE仅对匀强电场适用d为沿电场线方向的距离【例1】图中边长为a的正三角形ABC的三个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。ABCOEBEAEC23/3akqE26akqEO2、电场线的性质及作用•判断场强的大小与方向•判断电荷在电场的受力方向•判断电势的高低•判断在电场中移动电荷做功的正负•判断电荷电势能的大小•解释静电感应现象•2、将一个-7.0μC的电荷从无限远处移到图示电场中的A点时，电荷的电势能为-140μJ，问此过程中静电力做功是多少？•3、甲是等量异号电荷的电场线分布图，乙是等量同号点电荷的电场线分布图。AOB是两点电荷的连线的垂直平分线，O是连线中点。（1）在甲图中，把单位正试探电荷从O点沿OA移动到无限远处，静电力是否做功？电势能是否变化？怎样变化？（2）在乙图中，把单位正试探电荷从O点沿OA移动到无限远处，静电力是否做功？电势能是否变化？怎样变化？如何比较电场中任两点的场强大小和方向呢？判断电场强度大小的几种方法：方法一:由定义式E=F／q决定；方法二:在点电荷电场中，E=kQ／r2；方法三:在匀强电场中，场强处处相等；方法四:电场线密（疏）处强大（小）。判断电场强度方向的几种方法：方法一:根据规定，正电荷所受电场力的方向即是该点的场强方向；方法二:电场线上每一点的切线方向即是该点的场强方向；方法三:电势降低最快的方向就是场强的方向。3、电势、电势差、电势能、电场力的功【例2】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点的过程中，克服电场力做功6×10-9J。已知A点的电势为A=-4V，求B点的电势和电荷在B点的电势能。+ABFv如右图，平行带电金属板AB间可看作匀强电场，场强E＝1.2×102v/m，极板间距离d=5cm，电场中C和D分别到A、B两极板距离均为0.5cm。B极接地，求：(1)C和D两点的电势，两点间的电势差?(2)点电荷q1=-2×10-2c分别在C和D两点的电势能?(3)将点电荷q2＝2×10-2c从C匀速移到D时外力做功多少?4、等势面4、如图，虚线a、b、c势某静电场中的三个等势面，它们的电势a最大，c最少，一带正电的粒子射入电场中，其运动轨迹如图实线KLMN所示，由图可知（）A.粒子从K到L的过程中，电场力做负功B.粒子从L到M的过程中，电场力做负功C.粒子从K到L的过程中，电势能增加D.粒子从L到N的过程中，动能减少ACKNMLabc【例3】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abcPQ1、孤立点电荷电场中的一簇等势面如图所示中虚线所示，其电势分别为ψ1、ψ2、ψ3，A、B、C是某电场线与这簇等势面的交点，且ab=bc.现将一正电荷由a移到b，电场力做正功W1；再由b移至C，电场力做正功W2,则（）A.W1=W2，ψ1＜ψ2＜ψ3B.W1=W2，ψ1＞ψ2＞ψ3C.W1＞W2，ψ1＞ψ2＞ψ3D.W1＜W2，ψ1＞ψ2＞ψ3C123如何比较电场中任两点电势的高低呢？方法一:根据电场线方向判断，顺着电场线方向，电势越来越低；方法二:根据电势的定义式ψ=Ep/q=-W/q，从电势的物理意义上分析判断;如：将+q从无穷远处移至+Q电场中的某点，外力克服电场力做功越多，则该点的电势越高；方法三:根据场强方向判断，场强方向即为电势降低最快的方向.方法四:根据电势差判断，若UAB＞0，则ψA＞ψB方法一:根据电场力做功的正负判断，若电场力对移动电荷做正（负）功，则电势能减少（增加）；方法二:根据公式Ep=qφ；WAB＝qUAB计算。如何比较电荷电势能的大小呢？三、电场中的导体电容器1如图所示在真空中把一绝缘导体AB向带负电的小球P缓慢的靠近时，下列说法正确的是（）A、B端的感应电荷越来越多B、导体内部场强越来越大C、导体的感应电荷在M点产生的场强大于在N点产生的的场强D、导体的感应电荷在M、N两点产生的的场强相等MBANP•2.长为L的导体棒原来不带电，现将一电荷量为+q的点电荷放在与棒的左端距离为R的地方，如图所示。达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点O处产生的场强有多大？方向如何？RLO+q答：达到静电平衡后导体内部处处场强为零则E感＝E源＝k(R+L/2)2E感方向与E源方向相反，即指向点电荷+q.q3．关于静电平衡，下列说法中正确的是()A．当导体达到静电平衡时，导体上任意两点间的电势一定相等B．当导体达到静电平衡时，其外表面附近的电场方向一定与导体的表面垂直C．绝缘体也有静电平衡状态D．达到静电平衡时，电荷分布在导体的外表面ABD4．在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电器A和一个带正电荷的空腔导体B，下列实验方法中能使验电器箔片张开的是()A．用取电棒(带绝缘柄的导体棒)先跟B的内壁接触一下后再跟A接触B．用取电棒先跟B的外壁接触一下后再跟A接触C．用绝缘导线把验电器跟取电棒的导体部分相连，再把取电棒与B的内壁接触D．使验电器A靠近BBCD5．在一个导体球壳内放一个电量为＋Q的点电荷，用E表示球壳外任一点的场强，则()A．当＋Q在球壳中央时，E＝0B．不论＋Q在球壳内何处，E一定为零C．只有当＋Q在球心且球壳接地时，E＝0D．只要球壳接地，不论＋Q在球壳内何处，E一定为零D6．一个不带电的空心金属球，在它的球心处放一个正点荷。图中的哪一个能正确表示其电场分布的情况()B7．如图所示，一带正电的绝缘金属球壳A，顶部开孔，有两只带正电的金属球B、C用金属导线连接，让B球置于球壳A的空腔中与内表面接触后又提起到如图所示的位置，C球放在A球壳外离A球较远，待静电平衡后，正确的说法是()A．B、C球都带电B．B球不带电，C球带电C．让C球接地后，B球带负电D．C球接地后，A球壳空腔中场强为零BC8．如图所示，在真空中有两个点电荷A和B，电荷量分别为－Q和＋2Q，它们相距L。如果在两点电荷连线的中点O有一个半径为r(2r＜L)的空心金属球，且球心位于O点，则球壳上的感应电荷在O点处的场强大小＿＿＿＿方向＿＿＿＿。12KQ/L2AB9.平行板电容器充电后断开电源，然后将两极板间的正对面积逐渐增大，则在此过程中：()A.电容器电容将逐渐增大B.两极板间的电场强度将逐渐增大C.两极板间的电压将保持不变D.两极板上带电量不变10.平行板电容器保持与直流电源两极连接，充电平衡后，两极板间的电压是U，充电量为Q，两极板间场强为E，电容为C，将两极板间的距离减小，则引起变化情况是：()A.Q变大B.C变大C.E变小D.U变小11、（2011天津）．板间距为d的平行板电容器所带电荷量为Q时，两极板间的电势差为U1，板间场强为E1。现将电容器所带电荷量变为2Q，板间距变为d/2，其他条件不变，这时两极板间电势差为U2，板间场强为E2，下列说法正确的是A．U2=U1，E2=E1B．U2=2U1，E2=4E1C．U2=U1，E2=2E1D．U2=2U1，E2=2E1C12、如图所示，平行板电容器A、B间有一带电油滴P正好静止在极板正中间，现将两极板间稍错开一些，其它条件不变。则（）A．油滴将向上加速，电流计中电流由b流向aB．油滴将向下加速，电流计中电流由a流向bC．油滴将静止不动，电流计中电流由b流向aD．极板带电量减少，两板间电势差和场强不变不变USCQ不变d不变ED（北京卷）18．用控制变量