高二物理选修3-1静电场

第一章静电场第一节电荷及其守恒定律一、电荷：1正电荷：用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷P22负电荷：把用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷P23相互作用：同种电荷，异种电荷。思考：为什么自然界没有第三种电荷？相互排斥相互吸引二、起电的三种方式：1.摩擦起电：两个物体相互摩擦时，一些束缚得不紧的电子往往从一个物体转移到另一个物体，于是原来电中性的物体由于得到电子而带负电，失去电子的物体则带正电。P2实质：电子的转移！2.感应起电：当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带异号电荷的现象。P3实质：电荷的重新分布！3.接触起电：相互接触的物体带上电荷的现象实质：电荷从一个物体转移到另一个物体！二、电荷守恒定律：大量事实表明：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。P4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。P4三、元电荷：1.电量q：电荷的多少叫电荷量。简称电量。单位：库仑（符号C）2.元电荷e:最小的电荷量。e=1.60×10-19C(密立根油滴实验）电子：e=－1.60×10-19C质子：e=＋1.60×10-19C※一切带电体所带电量都是元电荷的整数倍电荷量是不能连续变化的物理量3.电子的比荷:电子的电荷量e与电子的质量me之比.kgCmee/1076.111第一章静电场第二节库仑定律思考：电荷之间作用力的大小决定于哪些因素呢？1.实验装置：2.实验方法：控制变量法。3.通过丝线偏离竖直方向的角度来显示力的大小。4.结论：①距离不变时，电量Q越大，作用力F越大②电量不变时，距离r越大，作用力F越小一、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.电荷间这种相互作用力叫做静电力或库仑力。1.大小：221rqqkF静电力常量k=9.0×109N·m2/C22.方向：在两电荷的连线上4.适用条件：①真空中（空气中近似成立）②点电荷二、点电荷当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体就可以看做带电的点，叫做点电荷。※点电荷是实际带电体在一定条件下的抽象，是为了简化某些问题的讨论而引进的一个理想化的模型。※点电荷本身的线度不一定很小，它所带的电量也可以很大。点电荷这个概念与力学中的“质点”类似。（有电量,没大小的点）第一章静电场第三节电场强度电场电荷A电荷B用场的观点分析电荷A和B间的相互作用一、电场的概念：1、带电体周围客观存在的特殊物质。具有质量、能量。2、任何带电体的周围都存在电场。3、基本性质：电场对放入其中的电荷有电场力的作用，这种电荷间的作用总是通过电场进行的。静止电荷产生的电场，称为静电场！场源电荷（源电荷）试探电荷（检验电荷）放入该点的检验电荷的电荷量检验电荷受到库仑力F电场强度E电场中的B点(与场源电荷相距r）q2q电场中的C点(与场源电荷相距R）q2q21rQqkFB研究场源电荷A(电荷量为Q）所产生的电场21RQqkFC222RqQkFC222rqQkFB21rQkqFEB21RQkqFEC222RQkqFEC222rQkqFEB二、电场强度：1、定义:放入电场中某点的电荷所受的静电力F跟它的电量q的比值，叫做该点的电场强度。2、定义式：3、单位：牛顿/库仑（N/C）qFE计算时，若电荷是负电荷只需将它的绝对值代入4、方向：E的方向跟正电荷在该点所受静电力F的方向相同，跟负电荷在该点所受静电力F的方向相反。E是矢量。5、物理意义：是描述电场的力的性质的物理量。能描述该点的电场强弱和方向。注意：（1）为定义式，适用于一切电场。qFE（2）某点的电场强度的大小及方向取决于电场本身（即场源电荷及这点的位置），与检验电荷的正负、电量的大小及受到的电场力无关。具有唯一性。三、点电荷的电场：1.大小：2.方向：当Q为正电荷时，E的方向沿半径向外；当Q为负电荷时，E的方向沿半径向内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FEq2QEkr和的区别：E+P＋Q1−Q2四、电场强度的叠加：1.电场中某点的电场强度为各个点电荷在该点产生的电场强度的矢量和。P122.一个半径为R的均匀带电球体（或球壳）在外部产生的电场与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相同.P12QrPrQP2QEkr（rR)3.电场强度的叠加，应遵循平行四边形法则。五、电场线：——画在电场中的一条条有方向的曲线规定：1.电场线上每一点的切线方向跟该点的场强方向一致。2.电场线的疏密表示场强的大小（1）、孤立的点电荷＋正点电荷－负点电荷（2）、两个等量的正、负电荷等量的异种电荷电羽带异种电荷（3）、两个等量的正电荷电羽带同种电荷等量的正电荷1.电场线是假想的,不是真实存在的；2.电场线从正电荷或无穷远出发，终止于无穷远或负电荷；3.电场的疏密程度表示场强的大小，越密的地方越强，越疏的地方越弱；4.电场线不相交、不闭合；等量的正(同种）电荷(1)连线中点O处的场强为零。(2)从中点O沿中垂面（线）到无限远，电场线先变密后变疏，即场强先变大后变小.O(3)连线的中垂线上各点的场强方向和该直线平行。等量的异种电荷（1）连线上各点的场强方向从正电荷指向负电荷，沿电场线方向场强先变小再变大。连线中点的电场强度最小，但不为零。（2）连线的中垂面（线）上，场强的方向都相同，且与中垂面）线）垂直。.O六、匀强电场:如果电场中各点电场强度的大小相等、方向相同，这个电场就叫做匀强电场。三个自由点电荷的平衡问题：例题：有两个带正电的小球，电荷量分别为Q和9Q，在真空中相距L，如果引入第三个小球，恰好使得三个小球只在它们相互的静电力作用下都处于平衡状态，第三个小球应带何种电荷，应放在何处，电荷量又是多少？在例题中，若两小球带电荷量分别为Q和-9Q，其他条件不变，则放入的第三个小球的带电性质、带的电荷量及位置如何？三个自由电荷，在静电力作用下处于平衡状态，则这三个电荷一定在同一条直线上。规律：（1）两边电荷电性相同，中间电荷电性与两边相反，且靠近电荷量较小的一边；（2）中间电荷电荷量最小。两同夹一异，两大夹一小，近小远大！练习：a、b两个点电荷，相距40cm，电荷量分别为9Q和Q，都是正电荷，现引入点电荷c，这时a、b、c三个电荷都恰好处于平衡状态，试问：点电荷c的性质是什么？电荷量有多大？它放在什么地方？P3.4(单选)对于摩擦起电现象，下列说法中正确的（）A.摩擦起电是用摩擦的方法将其他物质变成了电荷B.摩擦起电是通过摩擦将一个物体中的质子转移到另一个物体C.通过摩擦起电的两个原来不带电的物体，一个带有等量异种电荷D.通过摩擦起电的两个原来不带电的物体，可能带有同种电荷P3.5(单选)验电器已经带有正电荷，现将另一带正电的导体球移近验电器小球，但不接触，在移近的过程中，验电器的金属箔片间的夹角将（）A.减小B.不变C.增大D.增大后再减小P4.12(双选)挂在绝缘细线下的两轻质通草球，由于电荷的相互作用或靠近或远离，如图所示，则（）A.甲图中两球一定带异种电荷B.乙图中两球一定带同种电荷C.甲图中至少有一个带电D.乙图中两球至少有一个带电P7.4(单选)使两个带正电的小球相距一定距离，放在光滑的水平绝缘板上，若同时释放两球，则它们的加速度大小之比将（）A.不断增大B.先增大后减小C.始终保持不变D.不断减小P7.6(单选)如图所示，用两根细绳，把两个质量相等的小球悬挂在同一点上，两球带同种电荷，但甲球的电荷量大于乙球的电荷量且两球处于同一水平线，则α和β的关系是（）A.α＞βB.α=βC.α＜βD.无法判断P7.9(单选)两个分别带有电荷量－Q和＋3Q的相同金属小球（均可视为点电荷），固定在相距为r的两处，它们间库仑为F，两小球相互接触后将其固定距离变为r/2，则两球间库仑力的大小为（）A.B.C.D.F121F43F34F12P12.4(单选)关于电场线的以下说法中，正确的是（）A.电场线上每一点的切线方向都跟电荷在该点的受力方向相同B.沿电场线的方向电场强度越来越小C.电场线越密的地方同一检验电荷受的电场力就越大D.在电场中凡是有电场线的地方，场强不为零，不画电场线的区域上各点则无电场P12.7(单选)正电荷q在电场力作用下由P向Q做加速运动，并且加速度越来越大，那么可以判定，它所在的电场是下图中的哪一个（）第一章静电场第四节电势能和电势三、电势：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P182.定义式：3.单位:伏特(V)4.物理意义：是描述电场能量性质的物理量5.电势具有相对性6.电势是标量qEP1V=1J/C(计算时要代入正负号)7.电势高低的判断：①沿着电场线方向电势逐渐降低；②根据静电力做功与电势能变化判断;正电荷运动时：若电场力做正功，电势能减少，电势减少；----------负功，------增加，----增加；负电荷运动时；若电场力做正功，电势能减少，电势增加；----------负功，------增加，----减少；③根据场源电荷的电场判断;正电荷电场中电势为正，负电荷电场中电势为负。四、等势面：1.定义：电势相等的点所构成的面2.特点：①电场线跟等势面垂直；②电场线从电势高的等势面指向电势低的等势面；③在同一等势面上移动电荷时，静电力不做功；④等差等势面的疏密反映了电场的强弱；匀强电场的等势面正点电荷的等势面负点电荷的等势面两个等量正电荷的电场的等势面若是两个等量正电荷的连线的中点：电势最小；即沿着连线电势先减小再增大。若是两个等量负电荷的连线的中点：电势最大；即沿着连线电势先增大再减小。.O两个等量异种电荷的电场的等势面连线中点的电场强度最小，但不为零。电势则是沿着电场线降低。中点的电势为零。中垂线是一条等势线，其电势为零问题讨论:•两个等势面能相交吗?•在等势面上移动电荷,电场力一定不做功?•起点和终点在同一等势面上,电场力做不做功?•等势面上各点,电场强度一定相等?一定不能一定每时每刻都不做功不做功不一定,电势和电场强度无必然联系第一章静电场第六节电势差与电场强度的关系ABdEWAB=qEd又∵WAB=q·UAB∴q·UAB=qEdUAB=E·dqE++电荷q从A点移动到B点：AC++LACEqEWAC=qE·LAC·cosα又∵WAC=q·UAC∴q·UAC=qE·LAC·cosαUAC=E·LAC·cosαα电荷q从A点移动到C点：=E·d电荷q从A点移动到B点：ABLABEqE++电荷q从A点移动到C点：AC++LACEqEαUAB=E·dUAC=E·d注意（1）d是两点之间在电场方向上的距离（2）U与d要一一对应结论一：匀强电场中，两点间的电势差，等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积。结论二：匀强电场中，电场强度等于两点间的电势差与两点沿电场方向距离的比值。UAB=EddUEABCAB沿电场线，电势下降最快AB间和AC间距离相等UAB和UAC的大小关系？UAB＞UAC结论一：匀强电场中，两点间的电势差，等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积。结论二：匀强电场中，电场强度等于两点间的电势差与两点沿电场方向距离的比值。结论三：沿电场线，电势下降最快。UAB=EddUEAB•电场强度E2EQKrEFqEUd——此式适用于点电荷所产生的电场。Q为源电荷。——此式适用于任意电场。q为试探电荷。——此式适用于匀强电场。d为沿电场线的距离。•电势差UBAABUqWUABABUAB=E·d此式适用于匀强电场。d为沿电场线的距离。此式适用于任意电场。q为试探电荷。代入公式注意正负号第一章静电场第九节带点粒子在电场中的运动带电粒子：1.基