第1節(jié)靜電場(chǎng)中力的性質(zhì)第八章【課程標(biāo)準(zhǔn)】

1.通過實(shí)驗(yàn)了解靜電現(xiàn)象。能用原子結(jié)構(gòu)模型和電荷守恒的知識(shí)分析靜電現(xiàn)象。2.知道點(diǎn)電荷模型。知道兩個(gè)點(diǎn)電荷間相互作用的規(guī)律。體會(huì)探究庫(kù)侖定律過程中的科學(xué)思維和方法。3.知道電場(chǎng)是一種物質(zhì)。了解電場(chǎng)強(qiáng)度,體會(huì)用物理量之比定義新物理量的方法。會(huì)用電場(chǎng)線描述電場(chǎng)。4.了解生產(chǎn)生活中關(guān)于靜電的利用與防護(hù)。5.知道靜電場(chǎng)中的電荷具有電勢(shì)能。了解電勢(shì)能、電勢(shì)和電勢(shì)差的含義。知道勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系。能分析帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況,能解釋相關(guān)的物理現(xiàn)象。6.觀察常見電容器,了解電容器的電容,觀察電容器的充、放電現(xiàn)象。能舉例說明電容器的應(yīng)用【核心素養(yǎng)】

【試題情境】

生活實(shí)踐類在日常生產(chǎn)生活、科技方面的主要試題情境有示波管的原理與應(yīng)用、電容器種類、電容器的應(yīng)用以及靜電的防止與應(yīng)用等具體問題學(xué)習(xí)探索類涉及的主要問題是描述電場(chǎng)性質(zhì)的有關(guān)物理量的理解與應(yīng)用,帶電粒子在電場(chǎng)中的平衡、加速、偏轉(zhuǎn)問題等【考向預(yù)測(cè)】

本章是高考的熱點(diǎn)與難點(diǎn),對(duì)于電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)、電勢(shì)能、電勢(shì)差、電場(chǎng)線、等勢(shì)面及電容器等部分內(nèi)容,高考中多以選擇題形式出現(xiàn);對(duì)于帶電粒子或帶電體在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題,高考中多以計(jì)算題形式出現(xiàn),綜合性較強(qiáng),難度大,并與磁場(chǎng)等知識(shí)結(jié)合考查,難度較大強(qiáng)基礎(chǔ)增分策略一、靜電現(xiàn)象

電荷守恒定律1.電荷(1)兩種電荷:自然界中只存在兩種電荷——正電荷和負(fù)電荷。同種電荷相互

,異種電荷相互

。

不是帶電體(2)元電荷:電荷的多少叫電荷量,把最小的電荷量叫作元電荷,用e表示。通常取e=

C。

密立根最早用油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)出2.起電方式:摩擦起電、接觸起電、

起電。

排斥吸引1.60×10-19感應(yīng)3.電荷守恒定律內(nèi)容:電荷既不會(huì)創(chuàng)生,也不會(huì)消滅,它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分;在轉(zhuǎn)移過程中,電荷的總量

。

易錯(cuò)辨析

(1)物體通常呈現(xiàn)電中性,是因?yàn)槲矬w沒有電荷。(

)(2)摩擦起電、接觸起電、感應(yīng)起電的帶電實(shí)質(zhì)是創(chuàng)造電荷,或電荷消失。(

)(3)油罐車尾部拖有落地金屬鏈條,金屬鏈條不能防止靜電現(xiàn)象帶來的危險(xiǎn)。(

)(4)物體不帶電是因?yàn)樗鶐У恼姾蓴?shù)目和負(fù)電荷數(shù)目相等。(

)(5)自然界只有兩種電荷,點(diǎn)電荷和元電荷。(

)保持不變×××√×應(yīng)用提升1.(多選)如圖所示,A、B為相互接觸并用絕緣支柱支持的金屬導(dǎo)體,起初都不帶電,在它們的下部貼有金屬箔片,C是帶正電的小球,下列說法正確的是(

)A.把C移近導(dǎo)體A時(shí),A、B上的金屬箔片都張開B.把C移近導(dǎo)體A,再把A、B分開,然后移去C,A、B上的金屬箔片仍張開C.把C移近導(dǎo)體A,先把C移走,再把A、B分開,A、B上的金屬箔片仍張開D.把C移近導(dǎo)體A,先把A、B分開,再把C移走,然后重新讓A、B接觸,A上的金屬箔片張開,而B上的金屬箔片閉合AB解析

雖然A、B起初都不帶電,但帶正電的小球C對(duì)A、B內(nèi)的電荷有力的作用,使A、B中的自由電子向左移動(dòng),使得A端積累了負(fù)電荷,B端積累了正電荷,其下部的金屬箔片因?yàn)榻佑|帶電,也分別帶上了與A、B相同的電荷,所以金屬箔片都張開,A正確;帶正電的小球C只要一直在A、B附近,A、B上的電荷就因受C的作用而使A、B帶等量的異種感應(yīng)電荷,把A、B分開,因A、B已經(jīng)絕緣,此時(shí)即使再移走C,A、B所帶電荷量也不變,金屬箔片仍張開,B正確;但如果先移走C,A、B上的感應(yīng)電荷會(huì)馬上中和,不再帶電,所以金屬箔片都不會(huì)張開,C錯(cuò)誤;先把A、B分開,再移走C,A、B仍然帶電,但重新讓A、B接觸后,A、B上的感應(yīng)電荷完全中和,金屬箔片都不會(huì)張開,D錯(cuò)誤。二、點(diǎn)電荷及庫(kù)侖定律

是理想化模型,類似于質(zhì)點(diǎn)1.點(diǎn)電荷:當(dāng)帶電體之間的距離比它們自身的大小大得多,以致帶電體的

、

及電荷分布狀況對(duì)它們之間的作用力的影響可以忽略時(shí),可以將帶電體視為點(diǎn)電荷。

形狀大小2.庫(kù)侖定律(1)內(nèi)容:真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力,與它們的電荷量的

成正比,與它們的距離的

成反比,作用力的方向在它們的連線上。

(2)表達(dá)式:

,式中k=9.0×109N·m2/C2,叫作靜電力常量。

庫(kù)侖用扭秤測(cè)出

(3)適用條件:①真空中;②

。

均勻帶電的絕緣球可以視為點(diǎn)電荷乘積二次方點(diǎn)電荷易錯(cuò)辨析

(6)兩個(gè)帶電體無論多大,只要它們之間的距離遠(yuǎn)大于它們的大小,這兩個(gè)帶電體就可以看作點(diǎn)電荷。(

)(7)兩個(gè)帶電的金屬小球,不一定能將它們作為電荷集中在球心的點(diǎn)電荷處理。(

)(8)庫(kù)侖定律表達(dá)式,適用于任何電場(chǎng)。(

)√√×應(yīng)用提升2.有兩個(gè)完全相同的金屬小球A、B(它們的大小可忽略不計(jì)),A所帶電荷量為9Q,B所帶電荷量為―Q,當(dāng)A、B在真空中相距為r時(shí),兩球之間的相互作用的庫(kù)侖力為F;現(xiàn)用絕緣工具使A、B球相互接觸后距離變?yōu)樵瓉淼?倍,則A、B間相互作用的庫(kù)侖力大小是(

)答案

A三、電場(chǎng)、電場(chǎng)強(qiáng)度及電場(chǎng)線1.電場(chǎng)

法拉第最早提出基本性質(zhì):對(duì)放入其中的電荷有

的作用。

2.電場(chǎng)強(qiáng)度(1)意義:描述電場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量,描述靜電力的性質(zhì)的物理量。

比值定義法(2)定義式:,單位:N/C或

。

(3)方向定義:規(guī)定

在電場(chǎng)中某點(diǎn)所受靜電力的方向?yàn)樵擖c(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向。

力V/m正電荷(4)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度決定式:,適用于計(jì)算真空中的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)。(5)電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加:電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的

。

矢量和3.電場(chǎng)線

不是電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡(1)為了形象地描述電場(chǎng)中各點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的

及

,在電場(chǎng)中畫出一些有方向的曲線,曲線上每點(diǎn)的

方向都跟該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向一致,曲線的

表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱。

強(qiáng)弱方向切線疏密(2)電場(chǎng)線的特點(diǎn)

(3)六種典型電場(chǎng)的電場(chǎng)線

易錯(cuò)辨析

(9)電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度與試探電荷在該點(diǎn)所受的靜電力成正比。(

)(10)電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向即為正電荷在該點(diǎn)所受的靜電力的方向。(

)(11)真空中點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度表達(dá)式

中,Q就是產(chǎn)生電場(chǎng)的點(diǎn)電荷的電荷量。(

)(12)在點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中,以點(diǎn)電荷為球心的同一球面上各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度都相同。(

)(13)電場(chǎng)線的方向即為帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向。(

)×√√××應(yīng)用提升3.如圖所示,A、B、C、D是正方形的四個(gè)頂點(diǎn),在A點(diǎn)和C點(diǎn)放有電荷量都為q的正電荷,在B點(diǎn)放了某個(gè)未知電荷q'后,D點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度恰好等于0,則放在B點(diǎn)的電荷電性和電荷量分別是(

)A.正電荷,2q

B.負(fù)電荷,2qC.正電荷,2q

D.負(fù)電荷,2q答案

D4.(2022山東濟(jì)寧期末)如圖所示,用粗細(xì)均勻的絕緣線制成半徑為l的圓環(huán),OE為圓環(huán)的半徑,圓環(huán)上均勻地分布著負(fù)電荷,在圓環(huán)上E處取下足夠短的電荷量為q的小段,將其沿OE連線向右移動(dòng)2l的距離到F點(diǎn)處,設(shè)圓環(huán)其他部分的電荷量與電荷分布保持不變,已知靜電力常量為k,則圓心O處電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為(

)答案

B

旁欄邊角人教版教材必修第三冊(cè)P16閱讀“科學(xué)方法”——用物理量之比定義新物理量,完成下面題目。下列說法正確的是(

)B增素能精準(zhǔn)突破考點(diǎn)一庫(kù)侖定律及庫(kù)侖力作用下的平衡問題[師生共研]1.對(duì)庫(kù)侖定律的理解(1),r指兩點(diǎn)電荷間的距離。對(duì)可視為點(diǎn)電荷的兩個(gè)均勻帶電球,r為兩球的球心間距。(2)當(dāng)兩個(gè)電荷間的距離r→0時(shí),電荷不能視為點(diǎn)電荷,它們之間的靜電力不能認(rèn)為趨于無限大。2.三個(gè)自由點(diǎn)電荷的平衡問題(1)條件:兩個(gè)點(diǎn)電荷在第三個(gè)點(diǎn)電荷處的合電場(chǎng)強(qiáng)度為零,或每個(gè)點(diǎn)電荷受到的兩個(gè)庫(kù)侖力必須大小相等,方向相反。(2)規(guī)律“三點(diǎn)共線”——三個(gè)點(diǎn)電荷分布在同一直線上;“兩同夾異”——正負(fù)電荷相互間隔;“兩大夾小”——中間電荷的電荷量最小;“近小遠(yuǎn)大”——中間電荷靠近電荷量較小的電荷3.分析點(diǎn)電荷平衡問題的方法和步驟點(diǎn)電荷平衡問題的分析方法與純力學(xué)平衡問題的分析方法是相同的,只是在原來受力的基礎(chǔ)上多分析一個(gè)靜電力。具體步驟如下:【典例突破】典例1.(多選)(2021湖北卷)如圖所示,一勻強(qiáng)電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度E大小未知、方向水平向右。兩根長(zhǎng)度均為L(zhǎng)的絕緣輕繩分別將小球M和N懸掛在電場(chǎng)中,懸點(diǎn)均為O。兩小球質(zhì)量均為m、帶等量異種電荷,電荷量大小均為q(q>0)。平衡時(shí)兩輕繩與豎直方向的夾角均為θ=45°。若僅將兩小球的電荷量同時(shí)變?yōu)樵瓉淼?倍,兩小球仍在原位置平衡。已知靜電力常量為k,重力加速度大小為g,下列說法正確的是(

)思維點(diǎn)撥

本題考查庫(kù)侖定律、受力分析以及共點(diǎn)力的平衡。隔離法,分別選M和N為研究對(duì)象,根據(jù)受力平衡確定電性;根據(jù)受力平衡分兩種情況列方程求解。答案

BC解析

對(duì)小球M受力分析如圖甲所示,對(duì)小球N受力分析如圖乙所示,由受力分析圖可知小球M帶負(fù)電,小球N帶正電,故B正確,A錯(cuò)誤;由幾何關(guān)系可知,兩小球之間的距離為r=L,當(dāng)兩小球的電荷量為q時(shí),由力的平衡條件得【對(duì)點(diǎn)演練】1.如圖所示,在兩個(gè)對(duì)接的絕緣光滑斜面上放置了電荷量大小均為q的兩個(gè)小球A和B(均看成質(zhì)點(diǎn)),兩個(gè)斜面的傾角分別是30°和45°,小球A和B的質(zhì)量分別是m1和m2。若平衡時(shí),兩小球均靜止在離斜面底端高度為h的同一水平線上,斜面對(duì)兩個(gè)小球的彈力分別是FN1和FN2,靜電力常量為k,下列說法正確的是(

)D.若同時(shí)移動(dòng)兩球在斜面上的位置,只要保證兩球在同一水平線上,則兩球仍能平衡答案

A2.(2022河北石家莊期末)如圖所示,A、B、C是光滑絕緣水平桌面上位于同一圓周且等間距的三點(diǎn),現(xiàn)在這三點(diǎn)分別放置完全相同的電荷量為-q的金屬小球,同時(shí)在圓心O處放置一個(gè)電荷量為+Q的小球,已知所有小球均可看作點(diǎn)電荷且均處于靜止?fàn)顟B(tài),則Q與q的比值為(

)答案

B

解析

以圓周上三個(gè)金屬小球中的一個(gè)金屬小球?yàn)檠芯繉?duì)象,如以左下角的一個(gè)金屬小球?yàn)檠芯繉?duì)象,其受到另外兩個(gè)金屬小球的庫(kù)侖斥力作用,同時(shí)受到圓心上小球的庫(kù)侖引力作用,設(shè)圓的半徑為r,根據(jù)受力平衡得3.(2023湖南長(zhǎng)沙長(zhǎng)郡中學(xué)開學(xué))如圖所示,絕緣水平天花板上的O點(diǎn)用絕緣絲線懸掛一電荷量為+q的小球A,絲線長(zhǎng)為l,在同一水平線距離O點(diǎn)為l處固定另一電荷量為+Q的點(diǎn)電荷(Q未知)。當(dāng)小球靜止時(shí),絲線和豎直方向的夾角θ=30°,已知小球質(zhì)量為m,重力加速度為g,靜電力常量為k,下列說法正確的是(

)A.絲線的拉力大小為mgC解析

小球受力情況如圖所示,由于lAO=lOQ=l,因此△AOQ為等腰三角形。根據(jù)幾何關(guān)系可知∠AOQ=90°+θ=90°+30°=120°,因此φ=30°,由于θ=φ=30°,因此平行四邊形為菱形,根據(jù)菱形的性質(zhì)可知,兩帶電體的相互考點(diǎn)二電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量性以及大小的計(jì)算[師生共研]1.電場(chǎng)強(qiáng)度的一般計(jì)算方法電場(chǎng)強(qiáng)度是靜電學(xué)中極其重要的概念,也是高考中?？嫉囊粋€(gè)基本概念。關(guān)于電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算,主要方法有:(1)定義式法定義式法就是首先根據(jù)力學(xué)規(guī)律、物體平衡條件、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能定理或動(dòng)量定理先求出帶電物體在電場(chǎng)中所受到的靜電力F,然后再由電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式

求出電場(chǎng)強(qiáng)度E。(2)點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度公式法中學(xué)階段絕大多數(shù)情況下只研究點(diǎn)電荷在真空中的電場(chǎng)分布情況,故可直接用點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度公式

求,其方向由場(chǎng)源電荷的正負(fù)確定,若場(chǎng)源電荷為正電荷時(shí),電場(chǎng)強(qiáng)度E的方向沿半徑r向外;若場(chǎng)源電荷為負(fù)電荷時(shí),電場(chǎng)強(qiáng)度E的方向沿半徑r向內(nèi)。若求多個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度,則可先分別求出各個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度,然后利用矢量疊加法求出合電場(chǎng)強(qiáng)度。2.分析電場(chǎng)疊加問題的一般步驟(1)確定分析計(jì)算的空間位置;(2)分析該處有幾個(gè)分電場(chǎng),先計(jì)算出各個(gè)分電場(chǎng)在該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向;(3)依次利用平行四邊形定則求出矢量和。【典例突破】典例2.(2021湖南卷)如圖所示,在(a,0)位置放置電荷量為q的正點(diǎn)電荷,在(0,a)位置放置電荷量為q的負(fù)點(diǎn)電荷,在距P(a,a)為

a的某點(diǎn)處放置正點(diǎn)電荷Q,使得P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為零。則Q的位置及電荷量分別為(

)思維點(diǎn)撥

先確定兩等量異種點(diǎn)電荷在P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小和方向,然后再根據(jù)三點(diǎn)電荷的合電場(chǎng)強(qiáng)度為0,確定Q的位置及電荷量。答案

B考題點(diǎn)睛

考點(diǎn)考向點(diǎn)睛電場(chǎng)的疊加——點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度合成的應(yīng)用規(guī)律:電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量,疊加遵循平行四邊形定則模型:點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加易錯(cuò):注意電場(chǎng)強(qiáng)度的方向性【對(duì)點(diǎn)演練】4.(2022重慶一中適應(yīng)卷)如圖所示,正方體ABCD-A'B'C'D'的頂點(diǎn)A、D'處有電荷量為-q(q>0)的點(diǎn)電荷,B、C'處有電荷量為+q的點(diǎn)電荷,O點(diǎn)為正方體的中心,取無窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為0,則下列說法正確的是(

)A.O點(diǎn)的電勢(shì)為0B.O點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度為0C.A'與C點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大小、電勢(shì)均相同D.A'與C點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大小、電勢(shì)均不相同答案

A

解析

由點(diǎn)電荷激發(fā)電場(chǎng)的電勢(shì)表達(dá)式可知O點(diǎn)電勢(shì)為零,故A正確;B、D'位置的電荷為等量異種電荷,在O點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度方向由O指向D',同理A、C'位置在O點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度由O指向A,根據(jù)矢量合成可知O點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度不為零,故B錯(cuò)誤;根據(jù)點(diǎn)電荷激發(fā)電場(chǎng)的電勢(shì)表達(dá)式得,C點(diǎn)離正電荷較近且離負(fù)電荷較遠(yuǎn),所以C點(diǎn)電勢(shì)比A點(diǎn)高,再由矢量合成可知A'、C兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大小方向均相同,故C、D錯(cuò)誤。5.(2023遼寧五校聯(lián)考期末)如圖所示,M、N、P、G分別為正方形ABCD四條邊的中點(diǎn),O為正方形的中心,將電荷量分別為-q和+q的兩點(diǎn)電荷放在C、D兩點(diǎn)上,要使中心O點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度為零,可在正方形邊上再放一個(gè)電荷量為Q的點(diǎn)電荷,則該點(diǎn)電荷(

)D考點(diǎn)三電場(chǎng)線的理解及應(yīng)用[自主探究]1.兩種等量點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度及電場(chǎng)線的比較

比較等量異種點(diǎn)電荷等量同種點(diǎn)電荷電場(chǎng)線分布圖電荷連線上的電場(chǎng)強(qiáng)度沿連線先變小后變大O點(diǎn)最小,但不為零O點(diǎn)為零比較等量異種點(diǎn)電荷等量同種點(diǎn)電荷中垂線上的電場(chǎng)強(qiáng)度O點(diǎn)最大,向外逐漸減小O點(diǎn)最小,向外先變大后變小關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱位置的電場(chǎng)強(qiáng)度A與A'、B與B'、C與C'等大同向等大反向2.“電場(chǎng)線+運(yùn)動(dòng)軌跡”組合模型模型特點(diǎn):當(dāng)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條與電場(chǎng)線不重合的曲線時(shí),這種現(xiàn)象簡(jiǎn)稱為“拐彎現(xiàn)象”。其實(shí)質(zhì)為“運(yùn)動(dòng)與力”的關(guān)系,可以運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律的知識(shí)進(jìn)行分析。(1)“運(yùn)動(dòng)與力兩線法”——畫出“速度線”(運(yùn)動(dòng)軌跡在某一位置的切線)與“力線”(在同一位置電場(chǎng)線的切線方向且指向軌跡的凹側(cè)),從二者的夾角情況來分析帶電粒子做曲線運(yùn)動(dòng)的情況。(2)“三不知時(shí)要假設(shè)”——電荷的正負(fù)、電場(chǎng)的方向、電荷運(yùn)動(dòng)的方向,是題目中相互制約的三個(gè)方面,若已知其中一個(gè),可分析判定各待求量,若三個(gè)都不知(三不知),則要用“假設(shè)法”進(jìn)行分析。3.電場(chǎng)線的應(yīng)用(涉及電勢(shì)部分將在下一節(jié)進(jìn)一步研究)【對(duì)點(diǎn)演練】6.(2023陜西渭南期末)反天刀魚是生活在尼羅河的一種魚類,沿著它身體的長(zhǎng)度方向分布著帶電器官,這些器官能在魚周圍產(chǎn)生電場(chǎng),反天刀魚周圍的電場(chǎng)線分布如圖所示,A、