物理选修3-1学案

1 第第 1 1 章章 静电场静电场 第第 1 1 节节 静电现象及其微观解释静电现象及其微观解释 1 自然界中只存在两种电荷 电荷和 电荷 电荷间的作用规律是 同种电荷相互 异种电荷相互 2 用毛皮摩擦橡胶棒时 橡胶棒带 电荷 毛皮带 电荷 用丝绸摩擦玻 璃棒 玻璃棒带 电荷 丝绸带 电荷 3 原子核的正电荷数量与电子的负电荷数量一样多 所以整个原子对外界表现为 金属 中距离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动 这种电子叫做 失去这种电子的原子便成为带 电的离子 离子都在自己的平衡位置上振动而 不移动 只有自由电子穿梭其中 所以金属导电时只有 在移动 4 把带电体移近不带电的导体 可以使导体靠近带电体的一端带 远离的一端带 这种现象叫静电感应 利用静电感应使物体带电叫 起电 常见的起电方式还有 和 等 5 电荷既不能创生 也不能消灭 只能从一个物体 到另一物体 或者从物体的一部分 到另一部分 6 物体所带电荷的多少叫 在国际单位制中 它的单位是 用 表示 7 最小的电荷量叫 用 e 表示 e 所有带电体的电荷量都等于 e 的 电子的电荷量与电子的质量之比叫做电子的 一 电荷 问题情境 在干燥的冬天 当你伸手接触金属门把的一刹那 突然听到 啪 的一声 手麻了一下 弄得你 虚惊一场 是谁在恶作剧 原来是电荷在作怪 1 这些电荷是哪里来的 物质的微观结构是怎样的 摩擦起电的原因是什么 2 什么是自由电子 金属成为导体的原因是什么 3 除了摩擦起电 还有其它方法可以使物体带电吗 2 要点提炼 1 摩擦起电的原因 在两个物体相互摩擦时 一些束缚不紧的电子会从一个物体转移到另一个物 体 于是原来呈电中性的物体由于得到电子而带 电 失去电子的物体则 带 电 2 感应起电的原因 当一个带电体靠近导体时 由于电荷间的相互吸引和排斥 导体中的自由电 子便会趋向或远离带电体 使导体靠近带电体的一端带 电荷 远离的一端带 电荷 3 常见的起电方式有摩擦起电 感应起电和接触起电 三种起电方式的实质都是 的转 移 问题延伸 感应起电现象中实验物体必须是导体吗 二 电荷守恒定律 问题情境 现代生活中电无处不在 济南市一天的耗电量可达千万度 那么 电荷会不会像煤和石油一样总 有一天会被用完呢 1 电荷是摩擦的过程中创造出来的吗 2 在电荷转移的过程中其总量是否守恒 要点提炼 1 电荷守恒定律的内容 电荷既不能创生 也不能消灭 只能从一个物体转移到另一物体 或者 从物体的一部分转移到另一部分 2 电荷的中和 是指电荷的种类和数量达到等量 异号 这时正 负电荷的代数和为 而不是正 负电荷一起消失了 问题延伸 怎样理解电荷守恒定律中 电荷的总量 例 1 如图所示 不带电的枕形导体的 A B 两端各贴有一对金箔 当枕形导体的 A 端靠近一带 电导体 C 时 A A 端金箔张开 B 端金箔闭合 B 用手触摸枕形导体后 A 端金箔仍张开 B 端金箔闭合 C 用手触摸枕形导体后 将手和 C 都移走 两对金箔均张开 3 D 选项 A 中两对金箔分别带异种电荷 选项 C 中两对金箔带同种电荷 变式训练 1 如图所示 A B C 是三个安装在绝缘支架上的金属体 其中 C 球带正电 A B 两 个完全相同的枕形导体不带电 试问 1 如何使 A B 都带等量正电 2 如何使 A B 都带等量负电 3 如何使 A 带负电 B 带等量的正电 例 2 有两个完全相同的带电绝缘金属小球 A B 分别带有电荷量 6 4 10 9 C 和 3 2 10 9 C 让两绝缘金属小球接触 在接触过程中 电子如何转移并转移了多少 变式训练 2 有三个相同的金属小球 A B C 其中小球 A 带有 2 0 10 5 C 的正电荷 小球 B C 不带电 现在让小球 C 先与球 A 接触后取走 再让小球 B 与球 A 接触后分开 最后让小球 B 与 小球 C 接触后分开 最终三球的带电荷量分别为 qA C qB C qC C 即学即练 1 关于元电荷的理解 下列说法正确的是 A 元电荷就是电子 B 元电荷就是质子 C 元电荷是表示跟电子所带电荷量数值相等的电荷量 D 元电荷就是自由电荷的简称 2 关于摩擦起电和感应起电的实质 下列说法中正确的是 A 摩擦起电说明电荷可以被创造 B 摩擦起电是由于电荷从一个物体转移到另一个物体上 C 感应起电是由于电荷从带电物体转移到另一个物体上 D 感应起电是电荷在同一物体上的转移 3 如图所示 将带正电的球 C 移近不带电的枕形金属导体时 枕形导体上电荷的移动情况是 A 枕形导体中的正电荷向 B 端移动 负电荷不移动 B 枕形导体中电子向 A 端移动 正电荷不移动 C 枕形导体中的正 负电荷同时分别向 B 端和 A 端移动 D 枕形导体中的正 负电荷同时分别向 A 端和 B 端移动 4 带电微粒所带电荷量不可能是下列值中的 A 2 4 10 19 C B 6 4 10 19 C C 1 6 10 18 C D 4 0 10 17 C 4 1 下列关于电现象的叙述中正确的是 A 玻璃棒无论与什么物体摩擦都带正电 橡胶棒无论与什么物体摩擦都带负电 B 摩擦可以起电是普遍现象 相互摩擦的两个物体总是同时带等量的异种电荷 C 带电现象的本质是电子的转移 物体得到电子一定显负电性 失去电子显正电性 D 当一种电荷出现时 必然有等量的异种电荷出现 当一种电荷消失时 必然有等量的异种电 荷消失 2 以下说法正确的是 A 摩擦起电是自由电子的转移现象 B 摩擦起电是通过摩擦产生的正电荷和电子 C 感应起电是自由电子的转移现象 D 金属导电是由于导体内有可以移动的正电荷 3 将两个完全相同的金属球 A 和 B 接触一下 再分开一小段距离 发现两小球之间相互排斥 则 A B 两球原来带电情况可能是 A A 和 B 原来带有等量异种电荷 B A 和 B 原来带有同种电荷 C A 和 B 原来带有不等量异种电荷 D A 和 B 原来只有一个带电 4 将带电棒移近两个不带电的导体球 两个导体球开始时互相接触且对地绝缘 如图所示 下列 几种方法能使两球都带电的是 A 先把两球分开 再移走棒 B 先移走棒 再把两球分开 C 先将棒接触一下其中一球 再把两球分开 D 棒带的电荷量如果不变 不能使两导体球带电 5 如图所示 有一带正电的验电器 当一金属球 A 靠近验电器的小球 B 不接触 时 验电器的金 箔张角减小 则 A 金属球 A 可能不带电 B 金属球 A 可能带负电 C 金属球 A 可能带正电 D 金属球A 一定带正电 6 绝缘细线上端固定 下端挂一轻质小球 a a 的表面镀有铝膜 在 a 的近旁 有一绝缘金属球 b 开始时 a b 都不带电 如图所示 现使 b 带正电 则 A b 将吸引 a 吸住后不放开 B b 先吸引 a 接触后又把 a 排斥开 5 C a b 之间不发生相互作用 D b 立即把 a 排斥开 7 M 和 N 是原来都不带电的物体 它们互相摩擦后M 带正电荷 1 6 10 10 C 下列判断中正确 的是 A 在摩擦前 M 和 N 的内部没有任何电荷 B 摩擦的过程中电子从 N 转移到了 M C N 在摩擦后一定带负电荷 1 6 10 10 C D M 在摩擦过程中失去了 1 6 10 10个电子 8 某人做静电感应实验 有下列步骤及结论 把不带电的绝缘导体球甲移近带负电的绝缘导体 球乙 但甲 乙两球不接触 用手指摸甲球 手指移开 移开乙球 甲球带正电 甲球不 带电 下列操作过程和所得结论正确的有 A B 1 C D 1 9 两个完全相同的金属球 一个带 6 10 8 C 的电荷量 另一个带 2 10 8 C 的电荷量 把 两球接触后再分开 两球分别带电多少 10 如图所 示 通过调节控制电子枪产生的电子束 使其每秒钟有 104个电子到达收集电子的金 属瓶 经过一段时间 金属瓶上带有 8 10 12 C 的电荷量 求 1 电子瓶上收集到多少个电子 2 实验的时间为多长 6 第第 1 1 章章 静电场静电场 第第 2 2 节节 静电力静电力 库仑定律库仑定律 1 探究电荷间作用力的大小跟距离的关系 保持电荷的电荷量不变 距离增大时 作用力 距离减小时 作用力 2 探究电荷间作用力的大小跟电荷量的关系 保持两个电荷之间的距离不变 电荷量增大时 作 用力 电荷量减小时 作用力 3 静电力 间的相互作用力 也叫 它的大小与带电体的 及 有关 4 点电荷 自身的 比相互之间的距离 的带电体 5 库仑定律 真空中的两个点电荷之间的相互作用力的大小 与它们电荷量的乘积成 与它们距离的二次方成 作用力的方向在它们的 6 库仑定律的公式 F 式中 k 叫做静电力常量 k 的数值是 一 点电荷 问题情境 1 点电荷是不是指带电荷量很小的带电体 是不是体积很小的带电体都可看做点电荷 2 点电荷与元点荷一样吗 要点提炼 1 点电荷是只有电荷量 没有 和 的理想化模型 2 带电体看成点电荷的条件 当带电体间的 比它们自身的大小大得多 以至带电体的形 状 大小及电荷分布状况对它们之间相互作用力的影响可以忽略时 这样的带电体就可以看做点电 荷 二 库仑定律 问题情境 1 什么是库仑力 其大小如何确定 方向又如何确定 2 库仑定律及表达式与哪个定律相似 要点提炼 7 库仑定律的适用条件是 1 2 问题延伸 有人根据 F 推出当 r 0 时 F 正确吗 kq1q2 r2 三 库仑的实验 问题情境 库仑扭秤是如何把力的作用效果放大的 如何确定力 F 的大小 此实验是如何把带电金属球所带 的电荷量均匀改变的 例 1 两个半径为 R 的带电球所带电荷量分别为 q1和 q2 当两球心相距 3R 时 相互作用的静电 力大小为 A F k B F k q1q2 3R 2 q1q2 3R 2 C F k D 无法确定 q1q2 3R 2 变式训练 1 下列关于点电荷的说法正确的是 A 点电荷可以是带电荷量很多的带电体 B 带电体体积很大时不能看成点电荷 C 点电荷的带电荷量可能是 2 56 10 20 C D 一个带电体能否看做点电荷应以具体情况而定 例 2 有三个完全一样的球 A B C A 球带电荷量为 7Q B 球带电荷量为 Q C 球不带电 将 A B 两球固定 然后让 C 球先跟 A 球接触 再跟 B 球接触 最后移去 C 球 则 A B 两球间的 作用力变为原来的多少 变式训练 2 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 它们间库仑力的大小为 F 两小球相互接触后将其固定距离变为 则两球间库仑力的大小 r 2 8 为 A F B F C F D 12F 1 12 3 4 4 3 例 3 两个正电荷 q1和 q2的电荷量都是 3 C 静止于真空中的 A B 两点 相距 r 2 m 1 在它们的连线 AB 的中点 O 放入正电荷 Q 求 Q 受的静电力 2 在它们连线上 A 点左侧 P 点 AP 1 m 放置负电荷 q3 q3 1 C 求 q3所受的静电力 变式训练 3 如图所示 两个点电荷 电荷量分别为 q1 4 10 9 C 和 q2 9 10 9 C 两者固 定于相距 20 cm 的 a b 两点上 有一个点电荷 q 放在 a b 所在直线上且静止不动 该点电荷所处的 位置是 A 距 a 点外侧 40 cm 处 B 距 a 点内侧 8 cm 处 C 距 b 点外侧 20 cm 处 D 无法确定 即学即练 1 下列关于点电荷的说法中 正确的是 A 体积大的带电体一定不是点电荷 B 当两个带电体的形状对它们间相互作用力的影响可忽略时 这两个带电体可看做点电荷 C 点电荷就是体积足够小的电荷 D 点电荷是电荷量和体积都很小的带电体 2 关于库仑定律 以下说法中正确的是 A 库仑定律适用于点电荷 点电荷其实就是体积很小的带电体 B 库仑定律是实验定律 C 库仑定律仅适用于静止电荷间的相互作用 D 根据库仑定律 当两个点电荷间的距离趋近于零时 则库仑力趋近于无穷大 3 相隔一段距离的两个点电荷 它们之间的静电力为 F 现使其中一个点电荷的电荷量变为原来 的 2 倍 同时将它们间的距离也变为原来的 2 倍 则它们之间的静电力变为 A B 4F C 2F D F 2 F 4 4 如图所示 三个点电荷 q1 q2 q3固定在一直线上 q2与 q3间距离为 q1与 q2间距离的 2 倍 每个电荷所受静电力的合力均为零 由此可以判定 三个电荷的电荷量之比为 9 A 9 4 36 B 9 4 36 C 3 2 6 D 3 2 6 1 对于库仑定律 下列说法正确的是 A 只要是计算真空中两个点电荷间的相互作用力 就可使用公式 F k Q1Q2 r2 B 两个带电小球即使相距非常近 也能用库仑定律计算库仑力 C 相互作用的两个点电荷 不论它们的电荷量是否相同 它们受到的库仑力大小一定相等 D 库仑定律中的静电力常量 k 只是一个比例常数 只有数值 没有单位 2 A B 两个点电荷之间的距离恒定 当其他电荷移到 A B 附近时 A B 之间的库仑力将 A 可能变大 B 可能变小 C 一定不变 D 不能确定 3 两个完全相同的小金属球 它们的带电荷量之比为 5 1 皆可视为点电荷 它们在相距一定距 离时相互作用力为 F1 如果让它们接触后再放回各自原来的位置上 此时相互作用力变为 F2 则 F1 F2可能为 A 5 2 B 5 4 C 5 6 D 5 9 4 两个带有同种电荷的小球 A B 放在光滑绝缘水平面上 其中小球 A 固定 小球 B 只在库仑 力作用下由静止开始沿水平面运动 在运动过程中 小球 B 的加速度 a 和速度 v 的变化是 A a 一直在增大 B a 一直在减小 C v 一直在增大 D v 一直在减小 5 如图所示 两根细线挂着两个质量相同的小球 A B 上 下两根细线的拉力分别为 FA FB 现使两球带同种电荷 此时上 下细线受力分别为 FA FB 则 A FA FA FB FB B FA FA FB FB C FA FA FB FB D FA FA FB FB 6 如图所示 两个带电小球 A B 的质量分别为 m1 m2 电荷量分别为 q1 q2 静止时两悬线与 竖直方向的夹角分别为 1 2 且恰好处于同一水平面上 下列说法正确的是 A 若 q1 q2 则 1 2 B 若 q1 q2 则 1 2 C 若 m1 m2 则 1 2 D 若 m1 m2 则 1 2 7 如图所示 把质量为 2 0 10 3 kg 的带电小球 B 用细线悬挂起 来 若将带电荷量为 4 0 10 8 C 的小球 A 靠近 B 则平衡时细线与竖直方 10 向成 45 角 已知 A B 在同一水平面上且相距 0 3 m B 球所带的电荷量为 C 取 g 10 m s2 8 真空中光滑绝缘平面上 分别放置两个电荷量为 Q 9Q 的点电荷 A B 如图所示 且 A B 间的距离为 60 cm 然后在另一位置放置点电荷 C 这时三个点电荷都处于平衡状态 求 C 的电 荷量以及相对 A 的位置 9 两个完全相同的小球 A 和 B 只有 A 带有一定的电荷量 A B 接触后分开 相距 1 m 时测得 相互作用力等于 1 N 求接触前 A 的电荷量是元电荷的多少倍 10 行星绕恒星运动由万有引力提供向心力 电子绕原子核运动由库仑力提供向心力 已知电子 的质量为 m 原子核与电子的带电荷量都为 e 电子绕原子核做圆周运动的半径为 r 静电力常量为 k 求 1 电子转动的线速度 2 电子做圆周运动的周期 11 第第 1 1 章章 静电场静电场 第第 3 3 节节 电场及其描述电场及其描述 1 电场 电荷的周围存在着由它产生的一种特殊 它的特征之一是对放入其中的 有力的作用 甲电荷对乙电荷的作用力 就是甲电荷的 对乙电荷的作用力 2 静电场是指 的电荷产生的电场 3 试探电荷是用来检验电场 及其 分布情况的电荷 是研究电场的工具 激发 或产生我们正在研究的电场的电荷是电场的 4 放入电场中某点的试探电荷所受的 跟它的 的比值 叫做该点的电场强度 简 称场强 其定义式为 E 单位是 符号是 电场强度是 量 有大 小也有方向 其方向与 在该点所受电场力的方向相同 5 真空中点电荷的场强 E Q 为正电荷时 在电场中的 P 点场强 E 的方向 Q 为负电荷时 E 的方向 6 匀强电场 电场中各点场强的 都相同的电场 7 电场线是画在电场中的一条条 曲线上每点的 表示该点的电场强度 方向 电场线的特点有 1 起始于无限远或 终止于 或 2 任意两条电场线 3 电场线的疏密表示场强的 一 电场 问题情境 天体之间没有直接接触 就有引力作用如图所示 这种作用是通过引力场传递 的 电荷与电荷之间的相互作用是通过电场来实现的 1 你知道哪里有电场吗 2 电场具有怎样的特征呢 要点提炼 电场是存在于电荷周围的一种特殊物质 并非由分子 原子组成 但客观存在 电荷间的相互作 用是通过电场发生的 二 电场强度 12 问题情境 1 检验电荷的作用是什么 2 同一检验电荷 放在电场中的不同位置受力不同 表明不同位置电场的强弱不同 如何准确描 述这种性质 要点提炼 电场强度是描述电场的强弱和方向的物理量 是 量 其大小由 E 来计算 其方向与 F q 电荷的受力方向相同 问题延伸 根据公式 E 可以得出 E 与 F 成正比或 E 与 q 成反比的结论吗 F q 三 点电荷的电场 问题情境 1 在点电荷形成的电场中 某点的场强大小由哪些因素决定 2 公式 E 与 E 有何区别 F q kQ r2 要点提炼 公式 E 与 E 的对比理解 F q kQ r2 项目意义适用条件Q 或 q 的意义公式中各量的关系 E F q 电场强度 的定义式 任何电场q 是试探电荷 E 用 F 与 q 的比值来表示 但 E 大小与 F q 大小无 关 E k Q r2 点电荷的 场强公式 点电荷 在真空中 Q 是场源电荷 E 不仅由 Q r 决定且 E Q E 1 r2 13 四 电场线 问题情境 1 电场线是如何表示电场方向的 2 电场线能不能相交 3 电场线是如何表示电场强弱的 要点提炼 1 电场线是为了描述电场而引入的一种假想曲线 曲线的 方向表示场强方向 曲线的 表示场强的相对大小 2 电场线从 电荷或无穷远出发 终止于无穷远或 电荷 电场线不相交 3 几种常见电场的电场线画法 五 匀强电场 问题情境 1 匀强电场有什么显著特点 电场线有什么特点 2 匀强电场通常存在于什么地方 要点提炼 1 匀强电场是电场强度的大小 方向 的电场 2 匀强电场的电场线是 相等的 线 例 1 如图所示 在一带负电的导体 A 附近有一点 B 如在 B 处放置一个 q1 2 0 10 8 C 的 电荷 测出其受到的静电力 F1大小为 4 0 10 6 N 方向如图 则 B 处场强是多大 如果换用一个 q2 4 0 10 7 C 的电荷放在 B 点 其受力多大 此时 B 处场强多大 14 变式训练 1 如图所示是点电荷 Q 周围的电场线 图中 A 到 Q 的距离小于 B 到 Q 的距离 以下判断正确的是 A Q 是正电荷 A 点的电场强度大于 B 点的电场强度 B Q 是正电荷 A 点的电场强度小于 B 点的电场强度 C Q 是负电荷 A 点的电场强度大于 B 点的电场强度 D Q 是负电荷 A 点的电场强度小于 B 点的电场强度 例 2 在真空中 O 点放一个电荷 Q 1 0 10 9 C 直线 MN 通过 O 点 OM 的距离 r 30 cm M 点放一个点电荷 q 1 0 10 10 C 如图所示 求 1 q 在 M 点受到的作用力 2 M 点的场强 3 拿走 q 后 M 点的场强 4 若 MN 30 cm 则 N 点的场强多大 即学即练 1 电场强度的定义式为 E F q A 该定义式只适用于点电荷产生的电场 B F 是检验电荷所受到的力 q 是产生电场的电荷的电荷量 C 场强的方向与 F 的方向相同 D 由该定义式可知 场中某点电荷所受的电场力大小与该点场强的大小成正比 2 A 为已知电场中的一固定点 在 A 点放一电荷量为 q 的电荷 所受电场力为 F A 点的场强为 E 则 A 若在 A 点换上 q A 点场强方向发生变化 B 若在 A 点换上电荷量为 2q 的电荷 A 点的场强将变为 2E C 若在 A 点移去电荷 q A 点的场强变为零 D A 点场强的大小 方向与 q 的大小 正负 有无均无关 3 关于电场线的说法 正确的是 A 电场线的方向 就是电荷受力的方向 B 正电荷只在电场力作用下一定沿电场线运动 C 电场线越密的地方 同一电荷所受电场力越大 D 静电场的电场线不可能是闭合的 4 如图所示 带箭头的直线是某一电场中的一条电场线 在这条线上有 A B 两点 用 EA EB 表示 A B 两处的场强 则 A A B 两处的场强方向相同 15 B 因为 A B 在一条电场线上 且电场线是直线 所以 EA EB C 电场线从 A 指向 B 所以 EA EB D 不知 A B 附近电场线的分布情况 EA EB的大小不能确定 1 下列说法正确的是 A 靠近正点电荷 电场线越密 电场强度越大 靠近负点电荷 电场线越密 电场强度越小 B 沿电场方向电场强度越来越小 C 在电场中没画电场线的地方场强为零 D 电场线虽然是假想的一簇曲线或直线 但可以用实验方法模拟出来 2 关于电场强度 下列说法正确的是 A 以点电荷为球心 r 为半径的球面上 各点的场强都相同 B 正电荷周围的电场一定比负电荷周围的电场场强大 C 若放入正电荷时 电场中某点场强向右 则当放入负电荷时 该点的场强仍向右 D 电荷所受到的电场力很大 即该点的电场强度很大 3 如图所示 空间有一电场 电场中有两个点 a 和 b 下列表述正确的是 A 该电场是匀强电场 B a 点的电场强度比 b 点的大 C b 点的电场强度比 a 点的大 D 正电荷在 a b 两点受力方向相同 4 一个检验电荷在电场中某点受到的电场力为 F 这点的电场强度为 E 在图中能正确反映 q E F 三者关系的是 5 如图所示 表示一个电场中 a b c b 四点分别引入检验电荷时 测得检验电荷所受电场力 与电荷量间的函数关系图象 那么下列说法中正确的是 A 该电场是匀强电场 B 这四点场强的大小关系是 Ed Ea Eb Ec C 这四点场强的大小关系是 Ea Eb Ec Ed D 无法比较这四点场强的大小关系 6 如图所示 A 为带正电荷 Q 的金属板 沿金属板的垂直平分线在距离板 r 处放 一质量为 m 电荷量为 q 的小球 小球受水平向右的电场力作用而偏转 角后静 止 设小球是用绝缘丝线悬挂于 O 点 求小球所在处的电场强度 16 17 第第 1 1 章章 静电场静电场 第第 4 4 节节 电场中的导体电场中的导体 一 场强叠加原理 电场强度的叠加 如果场源电荷不只是一个点电荷 则电场中某点的电场强度为 在该点产生的电场强度的 二 静电平衡状态下导体的电场 1 静电平衡状态 导体中 包括表面 不再发生移动 我们就认为导体达到了静电平衡状 态 2 静电平衡状态下导体的特点 1 处于静电平衡状态的导体 内部 处处为零 2 表面处的场强不为零 表面处的场强方向跟导体表面 三 导体上电荷的分布 处于静电平衡状态的导体 内部没有电荷 电荷只分布在 四 静电屏蔽 导体处于静电平衡时 内部场强处处为零 表现为电中性 若导体是空腔的 空腔部分的 也处处为零 无论导体外部的电场是什么样的 电场都不会 导体内部 金 属壳的这种作用叫做静电屏蔽 一 场强叠加原理 1 什么是电场强度的叠加 它遵循什么原则 二 静电平衡状态下导体的电场 问题情境 当一个带电体靠近不带电导体时 由于导体内的自由电子受到库仑力的作用 将向着与电场相反 的方向定向移动 从而使导体两端出现等量异种电荷 这就是前面学习的静电感应现象 这种定向移 动是无休止的吗 电荷的移动对导体内部的电场有何影响 1 自由电子定向移动的原因是什么 2 此处涉及到几个电场 它们分别是来自哪里 3 什么是静电平衡状态 18 要点提炼 处于静电平衡状态的导体 内部的场强处处为 二 导体上电荷的分布 问题情境 在课本 23 页图 1 41 中 a b 两图有何不同 得出怎样的结论 要点提炼 处于静电平衡状态的导体内部没有电荷 电荷只能分布在导体的 上 三 静电屏蔽 问题情境 1 处于静电平衡状态的导体 其内部场强处处为零 若导体是空心的 则空心部分的场强怎样 2 静电屏蔽是怎样起到屏蔽作用的 例 1 如图所示 真空中 带电荷量分别为 Q 和 Q 的点电荷 A B 相距 r 则 1 两点电荷连线的中点 O 的场强为多大 2 在两点电荷连线的中 垂线上 距 A B 两点都为 r 的 O 点的场强如何 变式训练 1 如图所示 在正六边形的 a c 两个顶点上各放一带正电的点电 荷 电荷量的大小都是 q1 在 b d 两个顶点上各放一带负电的点电荷 电荷量 的大小都是 q2 q1 q2 已知六边形中心 O 点处的场强可用图中的四条有向线段 中的一条来表示 它是哪一条 A E1 B E2 C E3 D E4 例 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 距棒左端 R 处 如图所示 当棒达到静电平衡后 棒上感应电荷在棒内中 点处产生的场强大小等于 方向为 变式训练 2 如图所示 在孤立点电荷 Q 形成的电场中 金属圆盘 A 处于静电平衡状态 若金 属圆盘平面与点电荷在同一平面内 试在圆盘 A 内作出由盘上感应电荷形成的附加电场的三条电场线 用实线表示 要求严格作图 19 例 3 如图所示为一空腔球形导体 不带电 现在将一个带正电的小金属球 A 放入空腔中 当静 电平衡时 图中 a b c 三点的场强 E 和电势 的关系是 A Ea Eb Ecc B Ea Eb Ec C Ea Eb Ec D Ea Ec Eb 即学即练 1 下列关于静电感应和静电平衡的说法中 正确的是 A 静电感应是由于导体内的自由电子受电场力作用的结果 B 导体内的自由电荷都不运动称为静电平衡 C 导体静电平衡时 导体所占空间各处场强均为零 D 导体静电平衡时 导体内部将没有 净 电荷 2 某农村小塑料场的高频热合机产生的电磁波频率和电视信号频率接近 由于该村尚未接通有线 电视信号 空中的信号常常受到干扰 在电视荧屏上出现网状条纹 影响正常收看 为了使电视机不 受干扰 可采取的办法是 A 将电视机用一金属笼子罩起来 B 将电视机用一金属笼子罩起来 并将金属笼子接地 C 将高频热合机用一金属笼子罩起来 D 将高频热合机用一金属笼子罩起来 并将金属笼子接地 3 一个带电的金属球 当它带的电荷量增加后 稳定 其内部的场强 A 一定增强 B 不变 C 一定减弱 D 可能增强也可能减弱 4 如图所示 在真空中把一原来不带电的绝缘导体向带负电的小球 P 缓缓靠近 不相碰 下列说 法正确的是 A B 端的感应电荷越来越多 B 导体内场强越来越大 C 导体的感应电荷在 M 点产生的场强恒大于 N 点产生的场强 D 导体的感应电荷在 M N 两点产生的场强相等 1 用金属罩把验电器罩住 然后靠近带电金属球 验电器的箔片不张开 下列说法正确的是 A 金属球上的电荷产生的电场被金属罩挡在外面 B 金属罩上的感应电荷的电场被金属罩挡在外面 C 金属罩上的感应电荷的电场和金属球上的电荷的电场都不能被挡在外面 只是这两个电场在 罩中区域的合电场为零 D 以上说法都不正确 2 如图所示 把一个带正电的小球放入原来不带电的金属空腔球壳内并与内壁接触 其结果是 A 只有球壳外表面带正电 B 只有球壳内表面带正电 C 球壳的内外表面都带正电 D 球壳的内表面带正电 外表面带负电 20 3 使带电的金属球靠近不带电的验电器 验电器的箔片张开 下列各图表示验电器上的感应电荷 的分布情况 正确的是 4 在下列措施中 哪些能将产生的静电导走 A 飞机轮子上搭地线 B 印染车间保持湿度 C 复印图片 D 电工钳柄上装有绝缘套 5 一个带绝缘座的空心金属球 A 带有 4 10 8C 的正电荷 有绝缘柄的金属小球 B 带有 2 10 8C 的负电荷 使 B 球和 A 球的内壁接触 如图所示 则 A B 所带的电荷 量为 A QA 10 8C QB 10 8C B QA 2 10 8C QB 0 C QA 0 QB 2 10 8C D QA 4 10 8C QB 2 10 8C 6 如图所示 在水平放置的光滑金属板中心的正上方有一正电荷 Q 另一表面绝缘且带正电的金 属小球 可视为质点 且正电荷 Q 对其无影响 从左边以初速度 v0沿板向右运动 在运动过程中 A 小球做先减速后加速的运动 B 小球做匀速直线运动 C 小球所受电场力做的功为零 D 以上说法可能都不正确 7 在一个导体球壳内放一个电荷量为 Q 的点电荷 用 EP表示球壳外任一点 P 的场强 则 A 当 Q 在球壳中央时 EP 0 B 不论 Q 在球壳内何处 EP一定为零 C 只有当 Q 在球心且球壳接地时 才有 EP 0 D 只要球壳接地 不论 Q 在球壳内何处 均有 EP 0 8 如图所示 在边长为 L 的正方形四个顶点 A B C D 上依次放置电荷量为 q q q 和 q 的点电荷 求正方形中心 O 点的电场强度 21 第第 1 1 章章 静电场静电场 习题课习题课 1 三价铝离子的电荷量为 C 2 真空中两相距 0 2 m 的点电荷 A B 已知 QA 4QB 且 A 受 B 的斥力为 3 6 10 2 N 则 QB C 且 A 受 B 的斥力 FA和 B 受 A 的斥力 FB的大小之比 FA FB 3 将一电荷量为 4 10 9 C 的检验电荷放入电场中 电荷所受的电场力为 2 10 5 N 则该点的 场强为 N C 4 匀强电场的电场线是 5 在点电荷 Q 2 0 10 8 C 产生的电场中有一点 A 已知 A 点距点电荷 Q 的距离为 30 cm 那 么点电荷在 A 点产生的场强为 N C 一 静电场中的受力平衡问题 1 同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引 库仑力实质也是电场力 与重力 弹力一样 它也是 一种基本力 注意力学规律的应用及受力分析 2 明确带电粒子在电场中的平衡问题 实际上属于力学平衡问题 其中仅多了一个电场力而 已 3 求解这类问题时 需应用有关力的平衡知识 在正确的受力分析基础上 运用平行四边形定则 三角形定则或建立平面直角坐标系 应用共点力作用下物体的平衡条件去解决问题 例 1 一根长为 3l 的丝线穿着两个相同的质量均为 m 的小金属圆环 A 和 B 将 丝线的两端系于同一点 O 如图所示 当金属环带电后 由于两环间的静电斥力使丝 线构成一等边三角形 此时两环处于同一水平线上 如果不计环与线的摩擦 问两环 各带多少电荷量 已知静电力常量为 k 变式训练 1 如图所示 悬挂在 O 点的一根不可伸长的绝缘细线下端有一个带电荷 量不变的小球 A 在两次实验中 均缓慢移动另一带同种电荷的小球 B 当 B 到达悬点 O 的正下方并与 A 在同一水平线上 A 处于受力平衡时 悬线偏离竖直方向的角度为 若两次实验中 B 的电荷量分别为 q1和 q2 分别为 30 和 45 则为 q2 q1 22 A 2 B 3 C 2 D 3 33 例 2 如图所示 在一电场强度沿纸面方向的匀强电场中 用一绝缘丝线系一带 电小球 小球的质量为 m 电荷量为 q 为了保证当丝线与竖直方向的夹角 60 时 小球处于平衡状态 则匀强电场的电场强度大小可能为 A B C D mgtan 60 q mgcos 60 q mgsin 60 q mg q 变式训练 2 如图所示 竖直墙面与水平地面均光滑且绝缘 两个带有同种电荷的小球 A B 分 别处于竖直墙面和水平地面上 且处于同一竖直平面内 若用图示方向的水平推力 F 作用于小球 B 则两球静止于图示位置 如果将小球 B 向右推动少许 则两球重新达到平衡时 两个小球的受力情况 与原来相比 A 推力 F 将增大 B 竖直墙面对小球 A 的弹力将减小 C 地面对小球 B 的弹力一定不变 D 两个小球之间的距离增大 二 静电场与牛顿第二定律的结合 用牛顿第二定律解答动力学问题的前提是做好受力分析 在匀强电场中 F Eq 电场力由电场和 电荷的电荷量及电性决定 库仑力的计算要注意电性和点电荷间的间距 例 3 如图所示 光滑绝缘水平面上固定着 A B C 三个带电小球 它们的质量均为 m 间距均 为 r A B 带正电 电荷量均为q 现对 C 施一水平力 F 的同时放开三个小球 欲使三小球在运动过程 中保持间距 r 不变 求 1 C 球的电性和电荷量 2 水平力 F 的大小 变式训练 3 如图所示 在光滑绝缘水平面上固定着质量相等的三个带电小球 a b c 三球在一 条直线上 取向右为正方向 若释放 a 球 a 球的初始加速度为 1 m s2 若释放 c 球 c 球的初始加 速度为 3 m s2 则释放 b 球时 b 球的初始加速度为多少 23 即学即练 1 如图所示 质量 电荷量分别为 m1 m2 q1 q2的两球 用绝缘丝线悬于同一点 静止后它 们恰好位于同一水平面上 细线与竖直方向夹角分别为 则 A 若 m1 m2 q1 q2 则 B 若 m1 m2 q1 q2 则 C 若 q1 q2 m1 m2 则 D 若 m1 m2 则 与 q1 q2是否相等无关 2 设星球带负电 一电子粉尘悬浮在距星球表面 1 000 km 的地方 又若将同样的电子粉尘带到 距星球表面 2 000 km 的地方相对于该星球无初速释放 则此电子粉尘 A 向星球下落 B 仍悬浮 C 推向太空 D 无法判断 3 两个正负点电荷 在库仑力的作用下 它们以两者连线上的某点为圆心做匀速圆周运动 以下 说法中正确的是 A 它们所受到的向心力的大小不相等 B 它们做匀速圆周运动的角速度相等 C 它们的线速度与其质量成反比 D 它们的运动半径与电荷量成反比 4 如图所示 场强为 E 方向竖直向下的匀强电场中 有两个质量均为 m 电荷量分别为 2q 和 q 的小球 A 和 B 两小球用绝缘细线相连 另用绝缘细线系住带正电的小球 A 悬挂于 O 点 处于平 衡状态 已知重力加速度为 g 求细线对悬点 O 的作用力 1 如图所示 在电场强度为 E 方向水平向右的匀强电场中 A B 为一竖直线上的两点 相距 为 L 外力 F 将质量为 m 带电荷量为 q 的粒子从 A 点匀速移到 B 点 重力不能忽略 则下列说法中 正确的是 A 外力的方向水平 B 外力的方向竖直向上 C 外力的大小等于 qE mg 24 D 外力的大小等于 qE 2 mg 2 2 如图所示 带正电的金属圆环竖直放置 其中心处有一电子 若电子某一时刻以初速度 v0从圆 环中心处水平向右运动 则此后电子将 A 做匀速直线运动 B 做匀减速直线运动 C 以圆心为平衡位置振动 D 以上说法均不对 3 如图所示 把一带正电的小球 a 放在光滑绝缘斜面上 欲使球 a 能静止在斜面上 需在 M N 间放一带电小球 b 则 b 应 A 带负电 放在 A 点 B 带正电 放在 B 点 C 带负电 放在 C 点 D 带正电 放在 C 点 4 如图所示 一质量为 m 带电荷量为 q 的物体处于场强按 E E0 kt E0 k 均为大于零的常数 取水平向左为正方向 变化的电场中 物体与竖直墙壁间动摩擦因数为 当 t 0 时刻物体处于静止状 态 若物体所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力 且电场空间和墙面均足够大 下列说法正确的是 A 物体开始运动后加速度先增大 后保持不变 B 物体开始运动后加速度不断增大 C 经过时间 t 物体在竖直墙壁上的速度达最大值 E0 k D 经过时间 t 物体运动速度达最大值 qE0 mg kq 5 如图所示 A B 是某点电荷电场中的一条电场线 在电场线上 P 处自由释放一个负检验电荷 时 它沿直线向 B 点运动 对此现象 下列判断正确的是 不计电荷重力 A 电荷向 B 做匀速运动 B 电荷向 B 做加速度越来越小的运动 C 电荷向 B 做加速度越来越大的运动 D 电荷向 B 做加速运动 加速度的变化情况不能确定 6 A B 两带电小球 A 固定不动 B 的质量为 m 在库仑力作用下 B 由静止开始运动 已知初 始时 A B 间的距离为 d B 的加速度为 a 经过一段时间后 B 的加速度变为 此时 A B 间的距 a 4 离应为 7 如图所示 带电小球 A 和 B 放在倾角为 30 的光滑绝缘斜面上 质量为 m1 m2 1g 所带电 荷量 q1 q2 10 7C A 带正电 B 带负电 沿斜面向上的恒力 F 作用于 A球 可使 A B 一起运动 且保持间距 d 0 1 m 不变 求 F g 取 10 m s2 25 8 如图所示 A B 是两个点电荷 电荷量均为 q A 固定在绝缘支架上 处于 A 的正上方的 B 放在一块绝缘板上 现在手持绝缘板使 B 从静止开始以加速度 a 竖直向下做匀加速运动 a g B 的 质量为 m 求 B 运动到离 A 多远的地方恰对绝缘板无压力 26 第第 2 2 章章 电势能与电势差电势能与电势差 第第 1 1 节节 电场力做功与电势能电场力做功与电势能 一 电场力做功的特点 在匀强电场中移动电荷时 静电力做的功与电荷的 位置和 位置有关 但与电荷经过的 无关 这个结论对非匀强电场 填 同样成立 或 不成立 二 电势能 1 电势能 电荷在 中具有的势能叫做电势能 2 静电力做功与电势能变化的关系 静电力做的功等于电势能的 用公式表示 WAB 电场力做正功 电势能 电场力做负功 电势能 3 电荷在某点的电势能 等于静电力把它从该点移动到 位置时所做的功 一 电场力做功的特点 问题情境 1 如图 试探电荷 q 在电场强度为 E 的匀强电场中 沿直线从 A 移动到 B 静电力做的功为多 少 2 q 沿折线 AMB 从 A 点移动到 B 点 静电力做的功为多少 3 根据问题 1 和问题 2 可以得到什么结论 要点提炼 电场力做功的特点 电场力对电荷所做的功 与电荷的 有关 与电荷经过的 无 关 1 虽然此结论从匀强电场中推导出来 但也 适用于非匀强电场 2 电场力做功与重力做功相似 只要初末位置确定了 移动电荷 q 做的功就是确定值 3 课本中提到的 静电力 与 电场力 是同一个力的两种不同说法 问题延伸 如何判断电场力做功的正负 二 电势能 27 问题情境 对比 重力势能的定义 重力做功与重力势能的变化关系 回答下列问题 1 什么是电势能 2 电场力做功与电势能变化的关系是怎样的 3 电势能的零点在什么地方 要点提炼 1 电场力做正功 电势能一定减小 电场力做负功 电势能一定增大 电场力做功的值等于电 势能的变化量 即 WAB 2 电荷在某点的电势能 等于静电力把它从该点移到 位置时所做的功 例 1 如图所示 在场强为 E 的匀强电场中有相距为 l 的 A B 两点 连线 AB 与电场线的夹角为 将一电荷量为 q 的正电荷从 A 点移到 B 点 若沿直线 AB 移动该电荷 电场力做的功 W1 若沿路径 ACB 移动该电荷 电场 力做的功 W2 若沿曲线 ADB 移动该电荷 电场力做的功 W3 变式训练 1 如图所示 在场强为 E 的水平匀强电场中 一根长为 l 的绝缘杆 两端分别固定着带有电荷量 q 和 q 的小球 大小不计 现让绝缘杆绕中点 O 逆 时针转动 角 则转动中带电小球克服电场力所做的功为 例 2 下列说法中正确的是 A 无论是正电荷还是负电荷 从电场中某点移到无穷远处时 电场力做的正功越多 电荷在该 点的电势能越大 B 无论是正电荷还是负电荷 从电场中某点移到无穷远处时 电场力做的正功越少 电荷在该 点的电势能越大 C 无论是正电荷还是负电荷 从无穷远处移到电场中某点时 克服电场力做功越多 电荷在该 点的电势能越大 D 无论是正电荷还是负电荷 从无穷远处移到电场中某点时 电场力做功越多 电荷在该点的 电势能越大 变式训练 2 如图所示 Q1和 Q2是两个固定的负点电荷 在它们的连线上有 a b c 三点 其中 b 点的合场强为零 现将另一正点电荷 q 由 a 点沿 28 连线移到 c 点 在移动的过程中 点电荷 q 的电势能变化的情况是 A 不断减小 B 不断增大 C 先减小后增大 D 先增大后减小 即学即练 1 下列说法正确的是 A 电荷从电场中的 A 点运动到了 B 点 路径不同 电场力做功的大小就可能不同 B 电荷从电场中的某点开始出发 运动一段时间后 又回到了该点 则说明电场力做功为零 C 正电荷沿着电场线运动 电场力对正电荷做正功 负电荷逆着电场线运动 电场力对负电荷 做正功 D 电荷在电场中运动 因为电场力可能对电荷做功 所以能量守恒定律在电场中并不成立 2 下列说法正确的是 A 电场中顺着电场线移动电荷 电场力做功 电荷电势能减少 B 在电场中逆着电场线移动电荷 电场力做功 电荷电势能减少 C 在电场中顺着电场线移动正电荷 电场力做正功 电荷电势能减少 D 在电场中逆着电场线移动负电荷 电场力做负功 电荷电势能增加 3 电子在电场中由电势高处运动到电势低处的过程中 下列说法中正确的是 A 电子动能一定越来越小 B 电子电势能一定越来越大 C 电子速度一定越来越大 D 电子电势能可能越来越小 1 两带电小球 电量分别为 q 和 q 固定在一长度为 l 的绝缘细杆的两端 置于电场强度为 E 的匀强电场中 杆与场强方向平行 其位置如图所示 若此 杆绕过 O 点垂直于杆的轴线转过 1800 则在此转动过程中电场力做的功为 A 0 B qEl C 2 qEl D qEl 2 如图所示 M N 是电场中某一电场线上的两点 已知负电荷从 M 移至 N 时 克服电场力做 功 今有下列说法 其中错误的是 A M 点的电场力大于 N 点的电场力 B N 点的电场强度一定大于 M 点的电场强度 C 电场线的方向是从 M 指向 N D 正电荷放在 M 点时所具有的电势能一定比放在 N 点时大 3 如图所示 有一带负电的粒子 自 A 点沿电场线运动到 B 点 在此过程中该带电粒子 A 所受的电场力逐渐增大 电势能逐渐增大 B 所受的电场力逐渐增大 电势能逐渐减小 C 所受的电场力逐渐减小 电势能逐渐增大 D 所受的电场力逐渐减小 电势能逐渐减小 4 下列说法正确的是 29 A 当两个正点电荷互相靠近时 它们之间的库仑力增大 它们的电势能也增大 B 当两个负点电荷互相靠近时 它们之间的库仑力增大 它们的电势能也增大 C 一正点电荷与一负点电荷互相靠近时 它们间的库仑力增大 它们的电势能也增大 D 一正点电荷与一负点电荷互相靠近时 它们间的库仑力减小 它们的电势能也减小 5 如图所示 MN 是负点电荷产生的电场中的一条电场线 一个带正电 的粒子 不计重力 从 a 到 b 穿越这条电场线的轨迹如图中虚线所示 则该 带电粒子在 a 点的加速度一定 于在 b 点的加速度 带电粒子在 a 点时