人教版物理选修3-1《静电场》.ppt

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 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 静电场知识结构 静电场知识结构 电场能的性质电势标量等势面电势差 疏 E小密 E大 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 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 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 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 和 的区别 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 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 0 C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 140 J 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 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 粒子从K到L的过程中 电场力做负功粒子从L到M的过程中 电场力做负功粒子从K到L的过程中 电势能增加粒子从L到N的过程中 动能减少 AC 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 1 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 1 2 3 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 1 2 3B W1 W2 1 2 3C W1 W2 1 2 3D W1 W2 1 2 3 C 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 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 A B 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 q 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 AC 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 3 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 ABD 4 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B BCD 5 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 D 6 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 B 7 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 BC 8 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 L2 AB 9 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 2E1 C 12 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 D 北京卷 18 用控制变量法 可以研究影响平行板电容器的因素 如图 设两极板正对面积为 极板间的距离为 静电计指针偏角为 实验中 极板所带电荷量不变 若A 保持S不变 增大d 则变大B 保持S不变 增大d 则变小C 保持d不变 增大S 则变小D 保持d不变 增大S 则不变 答案 A 四 带电粒子在电场中的运动 1 水平放置的平行板电容器 两板相距5mm 电容为2 F 当将其充电到两板电压为100V时 一个质量为10 10g的带电尘埃正好在板间静止 则尘埃的电荷量为C mg F 2 如图 电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始加速 然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中 入射方向跟极板平行 整个装置处在真空中 重力可忽略 在满足电子能射出平行板区的条件下 下述四种情况中 一定能使电子的偏转角 变大的是 A U1变大 U2变大B U1变小 U2变大C U1变大 U2变小D U1变小 U2变小 B 析与解 对加速过程由动能定理 对偏转过程由偏转角正切公式 与粒子的电量q 质量m无关 3 如图所示 二价氦离子和质子的混合体 经同一加速电场加速后 垂直射入同一偏转电场中 偏转后 打在同一荧光屏上 则它们 A 侧移相同B 偏转角相同C 到达屏上同一点D 到达屏上不同点 与粒子的电量q 质量m无关 ABC 20 试证明 带电粒子垂直进入偏转电场 离开电场时就好象是从初速度所在直线的中点沿直线离开电场的 x 4 如图所示 有一电子 电量为e 质量为m 经电压U0加速后 沿平行金属板A B中心线进入两板 A B板间距为d 长度为L A B板间电压为U 屏CD足够大 距离A B板右边缘2L AB板的中心线过屏CD的中心且与屏CD垂直 试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的距离 析与解 电子离开电场 就好象从中点沿直线离开的 对加速过程由动能定理 22 质量为1 10 25kg 电量为 1 10 16C的带电粒子以2 106m s速度从水平放置的平行金属板A B中央沿水平方向飞入板间 如图所示 已知板长L 10cm 间距d 2cm 当AB间电压在范围内时 此带电粒子能从板间飞出 v0 强化练习 v0 析与解 对偏转过程由偏转角正切公式 或对偏转过程由侧移公式 思考题3 有三个质量相等 分别带正电 负电和不带电粒子 从极板左侧中央以相同的初速度先后垂直场强射入 分别落在正极板的A B C处 如图 则下述正确的是 A A带正电 B不带电 C带负电B 三个粒子的加速度大小aC aB aAC 三个粒子的运动时间相等D 三个粒子到达下板的动能EKA EKB EKC 思考题1 如图 平行实线代表电场线 但未标明方向 带电量为 10 2C的粒子在电场中只受电场力作用 由A点移到B点 动能损失了0 1J 若A点电势为 10V 则 A B点电势为为0B 电场线的方向从右向左C 粒子的运动轨迹可能是 D 粒子的运动轨迹可能是 思考题2 空间有一水平方向的匀强电场 在竖直平面内 有一带电粒子沿图中虚线由A运动到B 其能量变化的情况是A 动能减少 重力势能增加 电势能减少B 动能减少 重力势能增加 电势能增加C 动能不变 重力势能增加 电势能减少D 动能增加 重力势能增加 电势能减少 例题1 如图所示 倾角为30o的直角三角形底边长为 放置在竖直平面内 底边处于水平位置 斜边为光滑绝缘导轨 现在底边中点 处固定一正点电荷 电荷量为 让一质量为 电荷量为 的带正电的质点 从斜面顶端 沿斜轨滑下 滑到斜边的垂足 时速度为 则 1 质点滑到非常接近底端C点时加速度大小为多少 2 到达C点时速度VC为多少 例题 2 如图所示 A B为平行金属板 两板相距d 分别与电源两极相连 两板的中央各有一个小孔M N 今有一质量m的带电小球 自A板上方相距为h的P点由静止自由下落 P M N在同一竖直线上 刚好能到达N孔 若空气阻力不计 且只要考虑极板间的电场 则 1 小球受力如何 运动情况如何 2 极板间电压大小U为多少 3 若将B板向下移动少许 U保持不变 小球能否穿过N孔 例题3 一绝缘 形杆由两段相互平行的足够长的水平直杆PQ MN和一半径为R的光滑半圆环MAP组成 固定在竖直平面内 其中MN杆是光滑的 PQ杆是粗糙的 现将一质量为m的带正电荷的小环套在MN杆上 小环所受的电场力为重力的1 2 1 若将小环由D点静止释放 则刚好能到达P点 求DM间的距离 2 若将小环由M点右侧5R处静止释放 设小环与PQ杆间的动摩擦因数为 小环所受最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等 求小环在整个运