靜電場,物理選修3-1,電荷,電荷守恒定律,庫侖定律,電場,電場力的性質(zhì),電場能的性質(zhì),場強(qiáng)定義式：,點(diǎn)電荷電場場強(qiáng)：,勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)：,電勢：,電勢差：,電場力：,電勢能：,形象描述,電場線,等勢面,切線方向反映某點(diǎn)場強(qiáng)方向,疏密表示場強(qiáng)的強(qiáng)弱,電場線垂直于等勢面,沿場強(qiáng)方向電勢降落最快,電場線密集處等勢面也密,應(yīng)用,帶電粒子在電場中的1、平衡；2、直線運(yùn)動；3、偏轉(zhuǎn),電場中的導(dǎo)體：靜電感應(yīng)；靜電平衡,電容器,場強(qiáng)的疊加原理：,三種起電方式,電場力,電場強(qiáng)度,電勢差,電勢,電勢能,電場力的功,電場力做功與路徑無關(guān),一、電荷及庫侖定律,起電的三種方式,摩擦起電,感應(yīng)起電,接觸起電,規(guī)律：近、遠(yuǎn)端帶上等量的異種電荷.(近端感應(yīng)異種電荷，遠(yuǎn)端感應(yīng)同種電荷),結(jié)果：兩個相互摩擦的物體帶上了等量異種電荷。,規(guī)律：相同金屬球平分總電量；不同金屬球比例分配,電荷的轉(zhuǎn)移,電荷守恒定律電荷既不會創(chuàng)生，也不會消滅，它只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。在轉(zhuǎn)移的過程中，電荷的總量保持不變。,或：一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和保持不變。,起電的三種方式的原因：電荷的轉(zhuǎn)移,一、電荷及庫侖定律,元電荷是指最小的電量e=1.601019C。點(diǎn)電荷是指不考慮形狀和大小的帶電體。檢驗(yàn)電荷場源電荷,一、電荷及庫侖定律,內(nèi)容：真空中兩個靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力,與它們的電荷量的乘積成正比,與它們的距離的二次方成反比,作用力的方向在它們的連線上.,電荷守恒定律,方向：,計(jì)算時，若電荷是負(fù)電荷只需它的絕對值代入,在兩電荷的連線上,同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引.,庫侖定律,k=9109Nm2/C2，稱為靜電力常量。,一、電荷及庫侖定律,練習(xí)1：如圖所示，帶電量分別為4q和-q的小球A、B固定在水平放置的光滑絕緣細(xì)桿上,相距為d。若桿上套一帶電小環(huán)C，帶電體A、B和C均可視為點(diǎn)電荷.求小環(huán)C的平衡位置?,一、電荷及庫侖定律,解：,（1）設(shè)C在AB連線的延長線上距離B為l處達(dá)到平衡，帶電量為Q，,由平衡條件,解得,所以平衡位置在AB連線的延長線上距離B為d處,一、電荷及庫侖定律,練習(xí)2：光滑絕緣的水平面上固定著三個帶電小球A、B、C,它們的質(zhì)量均為m,間距均為r,A、B帶等量正電荷q.現(xiàn)對C球施一水平力F的同時,將三個小球都放開,如圖所示,欲使得三個小球在運(yùn)動過程中保持間距r不變,求:(1)C球的電性和電荷量.(2)力F及小球的加速度a.,一、電荷及庫侖定律,解析設(shè)取A、B、C系統(tǒng)為研究對象,由牛頓第二定律有:F=3ma.以A為研究對象,畫出其受力圖如右圖所示,A球受到B球的庫侖斥力F1和C球的庫侖力F2后,要產(chǎn)生水平向右的加速度,故F2必為引力,所以C球帶負(fù)電荷.又由庫侖定律得,答案(1)負(fù)電2q(3),一、電荷及庫侖定律,定義式，適用于一切電場,僅對點(diǎn)電荷的電場適用,q是檢驗(yàn)電荷，E與q無關(guān),Q是場源電荷，E與Q成正比,1、，,和,的區(qū)別：,僅對勻強(qiáng)電場適用,d為沿電場線方向的距離,二、電場的描述,【例1】圖中邊長為a的正三角形ABC的三個頂點(diǎn)分別固定三個點(diǎn)電荷+q、+q、-q，求該三角形中心O點(diǎn)處的場強(qiáng)大小和方向。,二、電場的描述,1.場強(qiáng)的疊加問題,求場強(qiáng)的疊加問題的方法：1.補(bǔ)償法2.對稱法3.極限法4.微元法見小專題（一）,1.場強(qiáng)的疊加問題,二、電場的描述,判斷場強(qiáng)的大小與方向判斷電荷在電場的受力方向判斷電勢的高低判斷在電場中移動電荷做功的正負(fù)判斷電荷電勢能的大小解釋靜電感應(yīng)現(xiàn)象,二、電場的描述,2.電場線的性質(zhì)及作用,電場線的性質(zhì),二、電場的描述,【例2】如圖5所示,點(diǎn)電荷的靜電場中電場線用實(shí)線表示,但其方向未標(biāo)明,虛線是某一帶電粒子通過該電場區(qū)域時的運(yùn)動軌跡.a、b是軌跡上的兩點(diǎn).若帶電粒子在運(yùn)動中只受到電場力的作用,根據(jù)此圖可作出正確判斷的是()A.帶電粒子所帶電荷的性質(zhì)B.a、b兩點(diǎn)電場強(qiáng)度方向C.帶電粒子a、b兩點(diǎn)處的受力方向D.帶電粒子在a、b兩點(diǎn)的速度何處較大,圖5,CD,二、電場的描述,練習(xí)1一負(fù)電荷從電場中A點(diǎn)由靜止釋放,只受電場力作用,沿電場線運(yùn)動到B點(diǎn),它運(yùn)動的速度時間圖象如圖6所示.則A、B兩點(diǎn)所在區(qū)域的電場線分布情況可能是下圖中的(),圖6,C,二、電場的描述,練習(xí)2.某電場的電場線分布如圖所示，以下說法正確的是（）A.c點(diǎn)場強(qiáng)大于b點(diǎn)場強(qiáng)B.a點(diǎn)電勢高于b點(diǎn)電勢C.若將一試電荷+q由a點(diǎn)釋放，它將沿電場線運(yùn)動到b點(diǎn)D.若在d點(diǎn)再固定一點(diǎn)電荷-Q，將一試探電荷+q由a移至b的過程中，電勢能減小,BD,解見下頁,二、電場的描述,A.根據(jù)電場線疏密表示電場強(qiáng)度大小，c點(diǎn)場強(qiáng)小于b點(diǎn)場強(qiáng)，A錯誤；,解：,B.根據(jù)沿電場線方向電勢降低（最快），a點(diǎn)電勢高于b點(diǎn)電勢，B正確；,C.若將一試電荷+q由a點(diǎn)釋放，因受力方向沿電場方向（電場線切線），它不能沿電場線運(yùn)動到b點(diǎn)，C錯誤；,D.若在d點(diǎn)再固定一點(diǎn)電荷-Q，疊加后電勢仍然a高于b，將一試探電荷+q由a移至b的過程中，因電勢降低，所以電勢能減小，D正確；,二、電場的描述,如何比較電場中任兩點(diǎn)的場強(qiáng)大小和方向呢？,判斷電場強(qiáng)度大小的幾種方法：方法一:公式E=Fq決定；F-q圖像斜率方法二:在點(diǎn)電荷電場中，E=kQr2；方法三:在勻強(qiáng)電場中，場強(qiáng)處處相等；方法四:電場線密（疏）處強(qiáng)大（小）。,二、電場的描述,判斷電場強(qiáng)度方向的幾種方法：方法一:根據(jù)規(guī)定，正電荷所受電場力的方向即是該點(diǎn)的場強(qiáng)方向；方法二:電場線上每一點(diǎn)的切線方向即是該點(diǎn)的場強(qiáng)方向；方法三:電勢降低最快的方向就是場強(qiáng)的方向。,例3.兩帶電量分別為q和q的點(diǎn)電荷放在x軸上，相距為L，能正確反映兩電荷連線上場強(qiáng)大小E與x關(guān)系的是圖（）,A,類型三電場強(qiáng)度的考察,3、電勢、電勢差、電勢能、電場力的功,1.如何比較電場中任兩點(diǎn)電勢的高低呢？,方法一:根據(jù)電場線方向判斷，沿著電場線方向，電勢越來越低；方法二:根據(jù)電勢的定義式=/q，各物理量都帶正負(fù)，正值比零大，零比負(fù)值大。方法三:根據(jù)場強(qiáng)方向判斷，場強(qiáng)方向即為電勢降低最快的方向.,方法四:根據(jù)電勢差判斷，若UAB0，則AB,2.等勢面,等勢面的性質(zhì)：在同一等勢面上各點(diǎn)電勢相等，所以在同一等勢面上移動電荷，電場力不做功電場線跟等勢面一定垂直，并且由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面。等勢面越密，電場強(qiáng)度越大等勢面不相交，不相切,練習(xí).如圖所示，虛線a、b、c是電場中的三個等勢面，相鄰等勢面間的電勢差相同，實(shí)線為一個帶正電的質(zhì)點(diǎn)僅在電場力作用下，通過該區(qū)域的運(yùn)動軌跡，P、Q是軌跡上的兩點(diǎn)。下列說法中正確的是（）A.三個等勢面中，等勢面a的電勢最高B.帶電質(zhì)點(diǎn)一定是從P點(diǎn)向Q點(diǎn)運(yùn)動C.帶電質(zhì)點(diǎn)通過P點(diǎn)時的加速度比通過Q點(diǎn)時小D.帶電質(zhì)點(diǎn)通過P點(diǎn)時的動能比通過Q點(diǎn)時小,練習(xí)2假設(shè)空間某一靜電場的x軸方向電勢隨x軸變化情況如圖9所示，根據(jù)圖中信息可以確定下列說法中正確的是（）A空間各點(diǎn)場強(qiáng)的方向均與x軸垂直B電荷沿x軸從0移到x1的過程中，一定不受電場力的作用C正電荷沿x軸從x2移到x3的過程中，電場力做正功，電勢能減小D負(fù)電荷沿x軸從x4移到x5的過程中，電場力做負(fù)功，電勢能增加,D,解見下頁,空間各點(diǎn)場強(qiáng)的方向均與等勢面垂直，沿x軸各點(diǎn)電勢不等，x軸不是等勢面，A錯；,解：,由電場力做功W=q(2-1)，電荷沿x軸從0移到x1的過程中，W=0，可能電場力方向與x軸垂直，B錯；,正電荷沿x軸從x2移到x3的過程中,電場力做負(fù)功,電勢能增加，C錯；只有選項(xiàng)D正確。,練習(xí)3.空間有一沿x軸對稱分布的電場,其電場強(qiáng)度E隨x變化的圖象如圖所示.下列說法中正確的是（）（A）O點(diǎn)的電勢最低（B）x2點(diǎn)的電勢最高（C）x1和-x1兩點(diǎn)的電勢相等（D）x1和x3兩點(diǎn)的電勢相等,可畫出電場線如下：沿電場線電勢降落最快,所以O(shè)點(diǎn)電勢最高，選項(xiàng)A、B錯誤；,解：,根據(jù)U=Ed，電場強(qiáng)度是變量,可用E-x圖像面積表示電勢，所以x1和-x1兩點(diǎn)的電勢相等，C正確;,x1和x3兩點(diǎn)電場強(qiáng)度大小相等，電勢不相等，,C,D錯誤。,方法一:根據(jù)電場力做功的正負(fù)判斷，若電場力對移動電荷做正（負(fù)）功，則電勢能減少（增加）；方法二:根據(jù)公式Ep=q；WABqUAB計(jì)算。,如何比較電荷電勢能的大小呢？,題5是非題（并簡要說明理由。）（A）電荷沿電場線方向移動時，其電勢能一定減小。（B）檢驗(yàn)電荷在電場中某點(diǎn)所受的電場力很大時，它在該點(diǎn)具有的電勢能也一定大。（C）把兩個異號電荷靠近時，電荷電勢能增大。,（D）若電場中A、B兩點(diǎn)間的電勢差為零，則同一點(diǎn)電荷在A、B兩點(diǎn)所具有的電勢能必定相同。（E）將一電荷勻速地從電場中的一點(diǎn)移至另一點(diǎn)，外力所做的功等于該電荷電勢能的變化量。（F）電荷在電場中移動時，若電場力對電荷做正功，電荷的電勢能一定減小，而電荷的動能不一定減小。,4、如圖，虛線a、b、c勢某靜電場中的三個等勢面，它們的電勢a最大，c最少，一帶正電的粒子射入電場中，其運(yùn)動軌跡如圖實(shí)線KLMN所示，由圖可知（）,粒子從K到L的過程中，電場力做負(fù)功粒子從L到M的過程中，電場力做負(fù)功粒子從K到L的過程中，電勢能增加粒子從L到N的過程中，動能減少,AC,三、電場中的導(dǎo)體電容器,1如圖所示在真空中把一絕緣導(dǎo)體AB向帶負(fù)電的小球P緩慢的靠近時，下列說法正確的是（）A、B端的感應(yīng)電荷越來越多B、導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)越來越大C、導(dǎo)體的感應(yīng)電荷在M點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)大于在N點(diǎn)產(chǎn)生的的場強(qiáng)D、導(dǎo)體的感應(yīng)電荷在M、N兩點(diǎn)產(chǎn)生的的場強(qiáng)相等,AC,8如圖所示，在真空中有兩個點(diǎn)電荷A和B，電荷量分別為Q和2Q，它們相距L。如果在兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)O有一個半徑為r(2rL)的空心金屬球，且球心位于O點(diǎn)，則球殼上的感應(yīng)電荷在O點(diǎn)處的場強(qiáng)大小方向。,12KQ/L2,AB,12、如圖所示，平行板電容器A、B間有一帶電油滴P正好靜止在極板正中間，現(xiàn)將兩極板間稍錯開一些，其它條件不變。則（）A油滴將向上加速，電流計(jì)中電流由b流向aB油滴將向下加速，電流計(jì)中電流由a流向bC油滴將靜止不動，電流計(jì)中電流由b流向aD極板帶電量減少，兩板間電勢差和場強(qiáng)不變,D,練習(xí).如圖所示，在平行板電容器正中有一個帶電微粒。K閉合時，該微粒恰好能保持靜止。在保持K閉合；充電后將K斷開；兩種情況下，各用什么方法能使該帶電微粒向上運(yùn)動打到上極板？A.上移上極板MB.上移下極板NC.左移上極板MD.把下極板N接地,答案：選B，選C。,（北京卷）18用控制變量法，可以研究影響平行板電容器的因素（如圖）。設(shè)兩極板正對面積為，極板間的距離為，靜電計(jì)指針偏角為。實(shí)驗(yàn)中，極板所帶電荷量不變，若A、保持S不變，增大d，則變大B、保持S不變，增大d，則變小C、保持d不變，增大S，則變小D、保持d不變，增大S，則不變【答案】A,四、帶電粒子在電場中的運(yùn)動,1、水平放置的平行板電容器，兩板相距5mm，電容為2F，當(dāng)將其充電到兩板電壓為100V時，一個質(zhì)量為10-10g的帶電塵埃正好在板間靜止。則塵埃的電荷量為C。,mg,F,練習(xí)2如圖所示，足夠長的兩平行金屬板正對著豎直放置，它們通過導(dǎo)線與電源E、定值電阻R、開關(guān)S相連。閉合開關(guān)后，一個帶電的液滴從兩板上端的中點(diǎn)處無初速度釋放，最終液滴落在某一金屬板上。下列說法中正確的是（）A液滴在兩板間運(yùn)動的軌跡是一條拋物線B電源電動勢越大，液滴在板間運(yùn)動的加速度越大C電源電動勢越大，液滴在板間運(yùn)動的時間越短D定值電阻的阻值越大，液滴在板間運(yùn)動的時間越長,BC,解見下頁,液滴受到重力和電場力的作用，其軌跡不是拋物線，A錯；,解：,電源電動勢越大，則板間場強(qiáng)越大，液滴受到的電場力越大，加速度越大，運(yùn)動時間越短，BC對；,定值電阻的阻值大小不影響液滴的運(yùn)動，D錯,2、如圖，電子在電勢差為U1的加速電場中由靜止開始加速，然后射入電勢差為U2的兩塊平行極板間的電場中，入射方向跟極板平行。整個裝置處在真空中，重力可忽略。在滿足電子能射出平行板區(qū)的條件下，下述四種情況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角變大的是（）A、U1變大、U2變大B、U1變小、U2變大C、U1變大、U2變小D、U1變小、U2變小,B,析與解,對加速過程由動能定理：,對偏轉(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切公式：,與粒子的電量q、質(zhì)量m無關(guān),3、如圖所示，二價氦離子和質(zhì)子的混合體，經(jīng)同一加速電場加速后，垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場中，偏轉(zhuǎn)后，打在同一熒光屏上，則它們（）A、側(cè)移