电荷的种类和相互作用.doc

本文作者：第十章 电 场1电荷的种类和相互作用本单元重要的科学研究方法:（1）用比值定义物理量 （2）类比（3）运用形象思维 （4）寻求守恒规律（5）实验检测（1）自然界的电荷只有两种：正电荷：用丝绸摩擦过的玻璃棒负电荷：用毛皮摩擦过的橡胶棒（2）物体带电的实质：电子的得失和转移的过程（3）电荷之间有相互作用，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引2物体带电的三种方式：摩擦起电、感应起电和接触带电。(1)摩擦起电本质是 电荷从一个物体转移到另一个物体玻璃棒与丝绸摩擦时，由于玻璃棒容易失去电子而带正电；硬橡胶棒与毛皮摩擦时，由于硬橡胶棒容易得到电子而带负电。 (2)感应起电本质是 利用静电感应使物体带电的方式,电荷从物体的一部分转移到另一部分。(3)接触带电指一个不带电的金属导体跟另一个带电的金属导体接触后分开，而使不带电的导体带上电荷的方式。 有一个带正电的验电器，当一金属球接近它时，观察到验电器金属箔的张角减小了由此可以判定金属球 （ BCD ）A、可能带正电荷； B可能带负电荷 C可能不带电； D一定不带正电荷3电量的单位和元电荷 （1）最小电荷量：元电荷的值e= 1.610-19C任何带电物体所带的电量均为e的整数倍，质子和电子带最小的电量e （2）电量的单位是 库仑 ，符号是 C （3）电荷守恒定律：电荷既不能 创生 ，也不能 消失 ，它只能从一个物体转移到另一个物体或从物体的一部分转移到另一部分。 （4）点电荷：点电荷是一种理想化带电体模型，当带电体间的距离 远大于 带电体的线度，以致带电体的形状和大小对作用力的影响可以 忽略 时，此带电体可以看作点电荷。 (5)比荷：电荷量与质量的比值q/m如何区别元电荷、点电荷、试探电荷这三类电荷？哪些类电荷属理想模型？元电荷是指最小的电荷量。点电荷是指不考虑形状和大小的带电体。试探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。点电荷和试探电荷属理想模型。例：元电荷是 （D ）A、电子；B正电子；C质子；D电量的一种单位1库仑定律的内容、表达式及物理意义 真空中两个点电荷间的作用力跟它们电量的乘积 成正比，跟它们的距离的平方 成反比，作用力的方向在两电荷的连线上 .公式：真空中， K=9109牛米2/库2（库仑扭秤）适用条件：（1）真空中. （2）点电荷（对于两均匀带电球体可作为点电荷处理）.2.点电荷概念:建立物理模型,理想化方法与万有引力对比： 对质量均匀分布的球，无论两球相距多近，r都等于球心间距离；库仑定律应用注意点：1、适用条件：真空中点电荷2、r往往是变量，涉及变加速运动3、Q的正负，是否等大：多解4、注意作用力反作用力等大5、注意受力分析，运动性质分析6、灵活应用数学知识（Q1Q2）7、方法：整体隔离；相似三角形；极端法；割补法；微元法；镜像法；等效法等 带电导体球.距离近了以后，电荷会重新分布，不能再用球心距离代替r。例1 相距为d的两个带正电的点电荷固定不动，电荷量之比为Q1：Q2=1:4，引入第三个电荷q，为使q能处于平衡状态，应把q放在什么位置? 由力的平衡条件可知：要q平衡，q受Q1、Q2的库仑力F1、F2必等大反向，所以q必在Q1、Q2连线上，且在Q1、Q2之间，靠近电量较小的电荷Q1设q与Q1的距离为x则 例2真空中两个相同的带等量异号电荷的金属小球A和B(A、B均可看作点电荷)，分别固定在两处，两球间静电力为F用一个不带电的同样的金属小球C先和A接触，再与B接触，然后移去C，则A、B球间的静电力应为多大? 一、电场及电场的物质性 二、电场强度：表示电场的力的性质.（1）、定义：大小 E=F/q 。此式适用于一切电场 能不能认为 E与q成反比，E与 F成正比？（对比R=U/I，C=Q/U）（2）是矢量，规定正电荷所受电场力的方向作为场强方向。平行四边形法则叠加（3）点电荷电场_E=kQ/r2_，是E的决定式。匀强电场E=U/d ，d表示沿电场方向两点间距离。 1两个带同种电荷的小球a和b用相同长度的细线悬挂于同一点，平衡时悬线偏离竖直方向的偏角相等（如图所示），下列判断中正确的是（ACD）A、两小球所受的库仑力的大小一定相等；B两小球的带电量一定相等C两小球的质量一定相等D两悬线对小球的拉力大小一定相等 2在X轴上有两个点电荷，一个带正电Q1，一个带负电Q2，且Q1=2Q2用E1和E2分别表示两个点电荷所产生的场强的大小，则在X轴上（ B ）AE1E2之点只有一处，该处合场强为0；BE1=E2之点共有两处，一处合场强为0，另一处合场强为2E2CE1E2之点共有三处，其中两处合场强为0，另一处合场强为2E2DE1=E2之点共有三处，其中一处合场强为0，另两处合场强为2E2三、电场线 （1）作用：形象化地描述电场电场线上各点的切线方向表示场强方向；电场线的疏密程度表示场强大小。 （2）特点： 1）电场线是假想的，不是真实的。2）不闭合（始于正电荷或无穷远处，终于负电荷或无穷远处） 3）不相交（空间任何一点只能有一个确定的场强方向） 4）电场线不能相切。5）沿电场线的方向，电势降低。 6）不是电荷运动的轨迹只有当电场线是直线，且带电粒子初速度为零或初速度方向在这条直线上，运动轨迹才和电场线重合（3）几种常见电场的电场线匀强电场：平行、等距（平行一定等距）例1、如图所示，在半径为R的大球中，挖去半径为R/2的小球，小球与大球内切。大球余下的部分均匀带电，总电量为Q。试求距大球球心O点半径为r处(rR)P点的场强大小。已知OP连线经过小球球心O。解答：设电荷的体密度为，完整大球的电量为1、电场力做功的特点：WAB=qUAB电场力做功只与始末位置 有关，与路径 无关。用这个公式WAB、q、UAB都有正负，计算时都要带正负号。2.电势能:（1）电荷在电场中某点的电势能在数值上等于静电力把电荷从该点移到零势能位置时所做的功。静电力把电荷从该点移到零势能位置时所做的功。通常规定：无限远处、大地的电势能为零（2）电势能是电荷和电场所组成的系统共有的。（3）电势能的正负和大小是相对的，电势能的差值是绝对的， 3电场力做功与电势能变化的关系（1）电场力对电荷做功，电荷的电势能减少， 电荷克服电场力做功，电荷的电势能增加（2）静电力对电荷做功电势能的减少量（3）电势高处电势能一定大吗？正电荷在电势高处电势能大；负电荷：小。4、电势：（1）定义：电场中某点电势能与它的电荷量的比值（2）物理意义：反映电场中某点能量的性质。3）电势是 标量 （填标量矢量），有正有负，单位：伏特（V）（4）电势的大小与该点在电场中的位置和零势点有关。与检验电荷存在与否无关。 注意：电势差的大小与零电势点无关。规定：无限远处的电势为零，电势的正负和大小是相对的，电势的差的值是绝对的； （5）沿电场线方向电势逐点降低 。5、电势差：（1）定义：电场中两点间的电势的差值也叫电压。（2）公式 ： 即单位电荷电场力做的功（3）单位：伏特（V） 1V=1J/C（4）电势差是标量 ，（5）决定的因素：与检验电荷以及电场力对检验电荷所做的功 无关，只与电场及始末两点的位置 有关。（6）在匀强电场中： 有关U=E*d （为电场中两点沿电场线方向的距离） 电势为零处场强就为零吗?电势越高场强就越大吗? 电场强度与电势 1、电场强度与电势物理意义不同，它们在数值上无必然联系 2、场源确定，则某点的场强确定，但该点电势还与零点电势选取有关。实用中通常选无穷远，或地球为零电势。 3、场强是矢量，电势是标量 4 、E =U/d是场强与电势差的关系不是场强与电势的关系(只适用于匀强电场)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 ； W的正负F的方向E的方向电势高低方法二: 根据电势差计算式如何比较电荷电势能的大小呢？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功，则电势能 减少 ；方法二: 将q、带符号代入EP=q计算方法三：沿电场线正电荷电势能 减小 ，负电荷电势能 增加 。判断题（并简要说明理由。）（A）电荷沿电场线方向移动时，其电势能一定减小。F（B）检验电荷在电场中某点所受的电场力很大时，它在该点具有的电势能也一定大。F （C）把两个异号电荷靠近时，电荷电势能增大。 F（D）若电场中A、B两点间的电势差为零，则同一点电荷在A、B两点所具有的电势能必定相同。 T （E）将一电荷匀速地从电场中的一点移至另一点，外力所做的功等于该电荷电势能的变化量。 T （F）电荷在电场中移动时，若电场力对电荷做正功，电荷的电势能一定减小，而电荷的动能一定增加。 F（G）电势高的地方电势能一定大 F（H）电荷只受电场力作用，从静止开始：电荷总是从电势能大处移动到电势能小处 T总是从电势高处向电势低处移动 F（I）电势有正负，是矢量 F（J）正点电荷周围电势为正，负点电荷周围电势为负 T6、 等势面 1）.等势面的定义：电场中电势相同的各点构成的面，叫等势面2）.等势面的几个性质：(1)在等势面上移动电荷，电场力做功为 零 ；(2)等势面与电场线处处 垂直 ； (3)电场线总是由电势 高 的等势面指向电势 低 的等势面，是电势减少最快的方向； (4)等势面间的疏密程度表示了 场强的大小 ；电场强度较大的地方, 等差的等势面较密 。(5)任意两等势面不相交；(6)处于静电平衡状态的导体是一个等势体 ，表面是一个 等势面 ；(7)匀强电场的等势面是一组 相互平行的疏密均匀的平面； 推论：地球是一个大导体，处于静电平衡状态的地球以及与它相连的导体是等势体实际上常取地球和与地球相连的导体作为电势的参考位置，认为它们的电势为零几种常见电场的等势面分布图谱： (本页五图)一、静电感应1静电感应产生的原因：导体中的自由电荷受到电场力的作用而定向移动2静电平衡状态：导体中(包括表面)没有电荷移动的状态叫做静电平衡状态 二、处于电场中静电平衡的导体：特点：（1）场强：内部 E=_0_。表面E的方向与该点表面_垂直 （2）电势：表面和内部各点电势相等,是等势体 。 （3）电荷：只能分布在外表面,内部没有净电荷 越尖锐的位置，电荷密度 越大 ， 凹陷的位置几乎没有电荷 注意：在导体内部E=0，但不一定等于零。 净电荷是指导体内未被中和抵消的剩余电荷；感应电荷是指由于静电感应而使导体两端出现的等量异种电荷在分析静电感应过程时应明确(1)对金属导体，在电场力作用下发生定向移动的开关电源是自由电子，而正离子并不定向移动(2)由于电子定向移动在导体的两端出现等量异种电荷，故感应电荷在导体中要产生附加电场(3)导体达到静电平衡时，内部场强处处为零的本质为：外电场和感应电荷产生的附加电场的合场强为零 三、尖端放电和避雷针1、电离： 使分子中的正负电荷分离。2、尖端放电：那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于 被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷。3、避雷针：利用尖端放电避免雷击 的一种设施。4、尖端放电会导致高压设备上电能的损失，所以高压设备中导体的表面应该尽量 光滑 。 夜间高压线周围有时会出现一层绿色的电晕，这是一种微弱的 尖端放电 。四、静电屏蔽 1、导体静电平衡后，内部场强总是为零，不受外部电场变化的干扰。2、金属网也能起到屏蔽作用 三条高压输电线的上方还有两条导线，它们与大地相连，形成一个稀疏的金属网，把高压线屏蔽起来，免遭雷击。一、电容器：1电容器：两块彼此靠近又互相绝缘的导体组成的器件2电容器的作用：容纳电荷3电容器的充电：使电容器带电的过程。充电后电容器的两极板分别带等量异种电荷，两极板之间有电场 4电容器的带电量：电容器 一个 极板所带电量的绝对值5电容器的放电：使充电后的电容器失去电荷的过程。二、电容：1定义：电容器所带电量与两极板间电势差 的比值叫电容器的电容，用C表示。2公式：C = QU 注意：C与Q、U无关，由电容器本身决定。 3单位：国际制单位为法拉 ，符号为 F 。常用单位： 1F= 106 F= 1012 pF4物理意义：表征电容器容纳电荷本领的大小。三平行板电容器电容的决定式四、电容器的分类及符号：固定电容器、电解电容器、可变电容器五、加在电容器两极上的极限电压叫击穿电压，电容器外壳上标的是工作电压，叫额定电压，比击穿电压小。电容值大小与耐压值大小是电容器的两个重要参数 用验电器检测物体上是否带电、带何种电、带多少电。 用静电计检测导体间电势差。平行板电容器内的电场强度(1)与电源连接不断开，则电势差恒定，故：E=U/d d增大，E减小(2)与电源连接断开，则带电量恒定，故d增大，E不变一、加速过程 （任何电场） （匀强电场）（任何电场） 电场力做正(负)功电势能减少(增加) 电场力做功与路径无关。偏转过程：类似于平抛运动的分析处理板间距为d，板长为l，初速度v0,板间电压为U2，带电粒开关电源子质量为m,带电电为-q。 vt反向延长线与v0延长线的交点在1/2处 垂直电场方向：匀速直线运动平行电场方向：初速为零的匀加速直线运动偏 移： （u1为加速电压 u2为偏转电压。）偏向角： 处理带电粒子在电场中