第一章-静电场(全课件).ppt

第一章静电场,第一节电荷及其守恒定律,电荷及其守恒定律,一、两种电荷及其作用规律1.正电荷和负电荷2.相互作用规律：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引.二、三种起电形式1.摩擦起电：通过摩擦的方式实现电子的转移，从而使物体带电的方式.2.感应起电：通过静电感应使物体带电的方式.说明:(1)只有导体才能发生感应起电，而绝缘体不能.(2)带电体靠近导体时，靠近带电体近端带异种电荷，远离带电体的远端带同种电荷.(3)当遇到接地问题时，该导体与地球组成一个导体，则该导体为近端物体，带异种电荷，地球为远端，带同种电荷.,摩擦起电与感应起电的异同点,1.毛皮与橡胶棒摩擦后，毛皮带正电，这是因为（）A.毛皮上的一些电子转移到橡胶棒上B.毛皮上的一些正电荷转移到橡胶棒上C.橡胶棒上的一些电子转移到毛皮上D.橡胶棒上的一些正电荷转移到毛皮上2.某验电器金属小球和金属箔均不带电，金属箔闭合。现将带负电的硬橡胶棒接近验电器金属小球，则将出现的现象是（）A.金属箔带负电，其两片张开B.金属箔带正电，其两片张开C.金属箔可能带正电，但两片一定张开D.由于硬橡胶棒并没有接触验电器小球，故金属箔两片因不带电仍闭合,3.如图所示，当带正电的球C移近不带电的金属导体AB时，导体上的电荷移动情况是A.金属导体上的正电荷向B端移动，负电荷不移动B.金属导体上的带负电的电子向A端移动，正电荷不移动C.金属导体上的正、负电荷同时分别向B端和A端移动D.金属导体上的正、负电荷同时分别向A端和B端移动,4.如图，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D.选项A中两对金箔分别带异种电荷，先项C中两对金箔带同种电荷,电荷及其守恒定律,3.接触起电：通过接触的方式实现电子的转移，使电荷重新分布，从而使物体带电的方式.5.用与丝稠摩擦过的玻璃棒接触不带电的验电器的金属球后，验电器的金属箔片张开，则下列说法正确的是（）A.金属箔片带正电荷B.金属箔片带负电荷C.部分电子由金属球转移到玻璃棒上D.部分电子由玻璃棒转移到金属球上,电荷及其守恒定律,接触起电过程中电子转移的规律：1.带正电的物体与带负电的物体接触，电子由带负电的物体转移到带正电的物体上.2.带正电的物体与不带电的中性物体接触，电子由中性物体转移到带正电的物体上.3.带负电的物体与不带电的中性物体接触，电子由带负电的物体转移到中性物体上.,原子结构及物体带电的实质：原子由原子核和绕核旋转的电子组成，在物质内部，原子核是相对固定的,内部的质子更不能脱离原子核而移动.所以，物体带电的实质是电子的得失，通过摩擦、接触、静电感应等方式使电子从一个物体转移到另一个物体上，或是从物体的一部分转移到另一部分.,电荷及其守恒定律,三、电荷守恒定律:(两种表述方式）两带电体接触后电荷分布情况：两个完全相同的小球，接触后将平分电荷。具体分三种情况：1.若两小球一个带电（设为q），一个不带电，两小球接触后再分开，则电荷量平分，每个小球带电量为q/2.2.若两小球分别带同种电荷q1和q2，两者接触后分开，则每个小球带电量为（q1q2）/2.3.若两小球分别带异种电荷q1和q2，两者接触后分开，则先中和再平分电荷，且每个小球带电量为（q1q2）/2，如q1q2，则称之为中和,6.有两个相同的带电绝缘金属小球A、B，分别带有电荷量QA6.4109C，和QB3.2109C，让两个绝缘金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移？转移了多少？,电荷及其守恒定律,四、元电荷：1.电荷量：物体所带电荷的多少，叫做电荷量，也叫电量，用Q或是q表示.单位：库仑，简称库，符号C电荷有正、负之分，正负电荷可用“”和“”表示，一般“”号省略不写.,电荷及其守恒定律,2.元电荷：电子所带电荷量的数值e=1.6010-19C，这个最小电荷量叫做元电荷.说明：（1）元电荷是最小的电荷量，所有带电体的电荷量或者等于e，或者是e的整数倍。电荷量是不能连续变化的.（2）电子和质子带有等量的异种电荷，都等于一个元电荷的电量.,电荷及其守恒定律,3.比荷：电子的电荷量e与电子质量me之比，叫做电子的比荷，其数值为:e/me1.761011C/kg,本节小结,第2节库仑定律,探究影响电荷间相互作用力的因素：实验表明：电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小.库仑定律：真空中的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.,对库仑定律的理解,1.点电荷：当带电体间的距离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的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体就可以看做带电的点，叫做点电荷.2.公式:F=kQ1Q2/r2，静电力常量k=9.0109Nm2/2(由实验方法测得）3.计算时Q1、Q2只代入绝对值，具体方向根据“同性”相斥，“异性”相吸，进行判断.4.适用范围:真空中点电荷（空气中也近似适用）5.库仑力的合成与分解遵循“平行四边形定则”,思考,对于F=kQ1Q2/r2，当r0时F是否正确？给出解释.,万有引力与库仑定律的异同点,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2.两个半径为R的带电球所带电量分别为q1和q2,当两球心相距3R时,相互作用的静电力大小为（）A.F=kq1q2/(3R)2B.Fkq1q2/(3R)2C.FEBABB.EAEBAB3.将一个正电荷从无穷远处移入电场中的M点，电势能减少了8.0109j；若将另一等量负电荷从无穷远处移入电场中的N点，能增加了9.8109j。下列说法中正确的是（）A.MM0D.MN0,电势差与电场强度的关系,使电荷q从A点移动到B点，静电力做功为WqUAB（1）q受到的静电力为F=qE静电力做功也可以表示为W=Fd=qEd（2）综合（1）和（2）可得：UABEd或E=UAB/d即：匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积,电势差与电场强度的关系,对公式UABEd和E=UAB/d的理解：1.两公式的适用条件均为“匀强电场”,对于非匀强电场仍可用该公式进行“定性分析”。2.公式中的d为沿场强方向的距离或是沿场强方向的“投影”。3.E=UAB/d表示沿场强方向电势降低的最快。,1.如图，在场强为E4.0103N/C的匀强电场中有相距5.0cm的A、B两点，两点连线与场强成300.求A、B两点间的电势差。2.如图，为某一电场的电场线和等势面，已知A5V，C3V,ab=bc,则A.B4VB.B4VC.BE2B.两处的电场方向相反，E1E2C.两处的电场方向相同，E1E2D.两处的电场方向相反，E1E2,3.三个质量相等的带电小球，置于光滑绝缘的水平桌面上的一个边长为的正三角形的三个顶点上，已知a、b两球皆带正电荷q，如图，现给c球一个恒定的拉力，恰好使三个球在相对位置不变的情况下以相同的加速度一起做加速运动，则：（1）c球带电，带电量为；（2）c球所受到的拉力为多大？,4.如图，M、N为两个等量同种电荷，在其连线的中垂线的P点放一个静止的点电荷q（负电荷），不计重力，下列说法中正确的是（）A.点电荷在从P到O的过程中，加速度越来越大，速度也越来越大B.点电荷在从P到O的过程中，加速度越来越小，速度越来越大C.点电荷运动到O点时加速度为零，速度达最大值D.点电荷越过O点后，速度越来越小，加速度越来越大，直到粒子速度为零,5.如图，A、B、C、D是匀强电场中一正方形的四个顶点。已知A、B、C点的电势分别为UA=15V,UB=3V,UC=-3V,由此可得D点电势UD=,6.一带电粒子从电场中的A点运动到B点，轨迹如图中虚线所示。不计粒子重力，则（）A.粒子带正电B.粒子加速度逐渐减小C.A点的速度大于B点的速度D.粒子的初速度不为零,静电感应的应用,静电平衡状态下导体的电场,一、演示实验,静电平衡状态下导体的电场,1.静电平衡：导体中（包括表面）处处无电荷定向移动的状态。2.处于静电平衡状态导体的特点：（1）导体内部场强处处为零,但表面场强不为零。（2）导体表面上任意一点的场强方向必跟该点的表面垂直，即电场线与导体表面垂直。（3）导体是一个等势体，它的表面是一个等势面,静电平衡状态下导体的电场,二、导体上电荷的分布现象1.金属小球与圆筒外部接触后，B验电器的箔片张角变小，而A验电器的箔片张角变大。说明：电荷通过金属球从B转移到A。2.金属小球与圆筒内部接触后，B验电器的箔片张角不变，而A验电器的箔片张角也不变。说明：圆筒内部没有（净）电荷。导体上电荷的分布特点1.导体内没有（净）电荷，（净）电荷只分布在导体的外表面。2.在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有电荷。,1.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的作用的效果B.导体内的自由电子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为零D.导体静电平衡时，导体内部没有多余的电荷,2.如图，在真空中把一绝缘导体向带负电的小球缓慢地靠近（不相碰），则下列说法中正确的是（）A.M端的感应电荷越来越多。B.导体内场强越来越大。C.感应电荷在M点产生的场强大于在N点产生的场强。D.感应电荷在M点和N点产生的场强相等。,3.如图，在水平放置的光滑金属板中心正上方有一带正电荷，另一表面绝缘、带正电的金属小球（可视为质点，且不影响原电场）自左以初速度V0向右运动。在运动过程中（）A.小球做先减速后加速运动B.小球做匀速直线运动C.小球受到电场力做的功为零D.以上说法可能都不正确,4.如图，A为空心金属球壳，将另一个带正电的小球C从A球开口处放入A球中央，不接触A球，然后用手摸一下A球，再移走C球，则（）A.A球带负电B.A球带正电C.A球不带电D.无法判断,知识回顾,一、静电平衡：二、处于静电平衡状态下导体的特点：三、导体上电荷的分布特点：1.导体内没有（净）电荷，（净）电荷只分布在导体的外表面。2.在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有电荷。,静电平衡状态下导体的电场,二、尖端放电1.电离:2.应用:避雷针避雷针关键是要良好的接地3.尖端放电可造成高压设备上的电能损失（即平时我们所说的漏电）,故高压设备中导体的表面应尽量平滑.,静电平衡状态下导体的电场,三、静电屏蔽导体壳或金属网套可以使其内部所包围的区域不受外部电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。应用：1.电子仪器和电子设备外套有金属网罩、通讯电缆外包一层金属防护等。2.电力工人穿戴的金属丝制衣。接地的封闭的导体壳内部电场对壳外空间没有影响,思考：导体壳或金属网套所包括的内部区域“不受外部电场的影响”，是否说外部电荷在导体壳或金属网套内不产生电场？,静电感应、静电平衡与静电屏蔽之间的关系,1.在一个原来不带电的金属导体壳的球心处放一带正电的带电体，A、B分别是球壳内、外的两点，C是金属内部一点，其电场分布是()A.EA0，EB0，EC0B.EA0，EB0，EC0C.EA0，EB0，EC0D.EA0，EB0，EC0,2.将悬在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不和球壁接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近，则()A.A往左偏离竖直方向，B往右偏离竖直方向B.A的位置不变，B往右偏离竖直方向C.A往左偏离竖直方向，B的位置不变D.A和B的位置都不变,3.一个带有绝缘座的空心金属球A带有410-8C的正电荷，有绝缘金属小球B带有210-8C的负电荷，使B球与A球的内部接触后，将B球取出，则A、B球各带电量为()A.QA10-8C，QB10-8CB.QA210-8C，QB0C.QA0，QB210-8CD.QA410-8C，QB210-8C此题考察知识为“孤立”带电体的静电平衡问题。,4.如图，一带电金属壳内、外各有一个验电器P和Q，P的金属球用导线与壳外部相连，Q的金属球用导线与壳内部相连，则（）A.P的金属箔片张开，Q不张开B.P的金属箔片张开，Q张开C.P的金属箔片不张开，Q不张开D.P的金属箔不张开，Q张开,第8节电容器的电容,电容器的电容,1.电容器：电容器是一种可以储存电荷的“容器”2.平行板电容器结构：由两块彼此绝缘、互相靠近的平行金属板组成，两块金属板叫做电容器的极板。带电特点：两板电荷等量异号，分布在相对的两板的内侧。电容器的带电量：电容器一个极板上所带电荷量的绝对值叫做电容器的电量。板间电场：板间形成匀强电场，方向垂直板面。,电容器的电容,3.电容：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值，叫做电容器的电容。用字母C表示。定义式：C=Q/U，单位为法拉（F）变化式：C=Q/U物理意义：是表示电容器容纳电荷本领的物理量。由电容器本身属性决定，与Q和U无直接关系。,平行板电容器的电容,探究影响平行板电容器电容的因素：1.Q不变，改变两板间距离d结论：C=Q/U,C1/d2.Q不变，改变两板间的正对面积S结论：CS3.Q、S、d都不变，两板间插入电介质结论：Cr综合分析得到：C=rS/4kd,平行板电容器的两类典型问题,1.平行板电容器充电后，继续保持电容器两极板与电池两极相连接，电容器的d、S、r变化，将引起电容器的C、Q、U、E怎样变化？由于电容器始终连接在电源上，即U不变,平行板电容器的两类典型问题,2.平行板电容器充电后，切断与电源的连接，电容器的d、S、r变化，将引起电容器的C、Q、U、E怎样变化？电容器充电后切断与电源的连接，即Q不变,处理平行板电容器内部E、U、Q变化问题的基本思路,1.要区分两种基本情况：(1)电容器两极板间电势差U体持不变；(2)电容器的带电荷量Q保持不变。2.进行讨论、解决问题的理论依据：(1)电容C与板距d、正对面积S、介质介电常数间的关系:C=rS/4kd;(2)电容器内部是匀强电场，E=U/d(3)电容器所带的电荷量:Q=CU解决问题时，通常以不变的那个量为突破点，结合给出的发生变化的量进而分析其他各量的变化。,1.两块大小、形状完全相同的金属平板平行放置，构成一平行板电容器，与它相连的电路如图，接通开关S，电源即给电容器充电（）A.保持S接通，减小两极板间的距离，则两极板间电场的电场强度减小B.保持S接通，在两极板间插入一块介质，则极板上的电荷量增大C.断开S，减小两极板间的距离，则两极板间的电势差减小D.断开S，在两极板间插入一块介质，则两极板间的电势差增大,2.如图，平行板电容器经开关K与电池连接，a处有一带电荷量非常小的点电荷，K是闭合的，a表示a点的电势，F表示点电荷受到的电场力。现将电容器的B板向下稍微移动，使两极板间的距离增大，则（）A.a变大，F变大B.a变大，F变小C.a变小，F不变D.a不变，F变小,3.如图，两平行金属板水平放置并接到电源上，一带电微粒P位于两板间恰好平衡。现用外力将P固定住，然后固定导线各接点，使两板均转过角，如图中虚线所示，再撤去外力，则P在两板间（）A.保持静止B.水平向左做直线运动C.向左下方运动D.不知的具体数值，无法确定P运动状态,第9节带电粒子在电场中的运动,知识准备,1.动力学：牛顿第二定律F=ma2.功能关系：(1)静电力做功求解方法及特点W=Uq，与路径无关(2)动能定理的应用W=Ek=Ek2-Ek13.曲线运动类平抛运动的分析与计算,带电粒子在电场中的两种运动形式,一、带电粒子在电场中的加速与偏转1.加速过程（如图，设为电子加速）该电场为加速电场，两极板间电势差为加速电压。设电子离开加速电场的速度为V，则有：UemV2/2,带电粒子在电场中的加速与偏转,2.偏转过程（设为电子偏转）该电场为偏转电场，两极板间电势差为偏转电压电子从偏转电场射出时水平位移：LVt(1)竖直位移：y=at2/2(2)a=eE/m=eU/dm(3)则有：y=eUL2/2dmV2,带电粒子在电场中的加速与偏转,3.综合应用(设加速电压为U0、偏转电压为U1）U0emV2/2y=eU1L2/2dmV2由V22U0e/m则有：y=U1L2/4U0d注：1.此式说明，初速度为零的带电粒子，经同一加速电场和偏转电场后，偏转位移y与偏转电压U1成正比，与加速电压U0成反比，而与带电粒子的电荷量和质量无关。2.带电粒子射出电场时的偏转角tan具有同样规律。,带电粒子在电场中的加速与偏转,如图，一电子在电势差为U0的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为U1的两块平行板间的电场中，入射方向与极板平行。整个装置处在真空中，重力可忽略。在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.U0变大，U1变大B.U0变小，U1变大C.U0变大，U1变小D.U0变小，U1变小,带电粒子能飞出偏转电场的条件,若带电粒子沿中线射入偏转电场，若使带电粒子能飞出偏转电场的条件为：t=L/V时，偏转位移：yd/2如右图：偏转位移：y=U1L2/4U0dyd/2即：U1L2/4U0dd/2由上式可分析当满足飞出电场条件时的偏转电压1、加速电压0、入射速度应满足的条件。,y=eU1L2/2dmV2,例：一束电子流在经U=5000V的加速电压后，在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场，如图，若两板间距d=1.0cm，板长L=5.0cm，那么，要使电子能从平行板间飞出，两相极板上最多能加多大电压？解：要使电子能从平行板间飞出则：y=U1L2/4Udd/2可得：U12Ud2/L2代入数据得：U14.0102V,二、示波管的原理,1.结构：电子枪、偏转电极、荧光屏2.yy加的电压为信号电压，xx加的电压为扫描电压。,如图所示是示波器的原理图。分析下列情况中，示波器荧光屏上观察到的现象。（1）偏转电极YY上加稳定的电压，荧光屏上出现什么现象？,（2）只在YY电极上加如图所示的正弦规律变化的电压Uy，荧光屏上出现什么现象？,如果电压按正弦规律变化U=Umaxsint，偏移量也将按正弦规律变化Y=Ymaxsint，即亮斑在竖直方向上作简谐运动，当电压变化很快时，亮斑的移动也很快，由于视觉暂留和荧光物质的残光特性，亮斑看起来就成为一条竖直的亮线。,（3）在YY电极上不加电压，在XX电极上加如图所示Ux从-U均匀变化到U的电压，荧光屏上出现什么现象？加上特定的周期性变化的电压，亮斑从一侧匀速运动到另一侧，然后迅速返回原处，再匀速移向另一侧，如此反复继续。这个过程叫扫描，所加电压叫扫描电压。如果电压变化很快，亮斑看起来就成为一条水平亮线。,（4）在YY电极上加上左图所示的正弦规律变化的电压，在XX电极上加如右图所示从-U到U均匀变化的电压，两电压同时开始，周期相同，在荧光屏上出现什么现象？,事实证明，如信号电压是周期性的，并且扫描电压的周期与信号电压的周期相同，则在荧光屏上会得到随信号变化的波形。,如图所示,由静止开始被电场（加速电压为U0）加速的带电粒子平行于两正对的平行金属板且从两板正中间射入,从右侧射出，设在此过程中带电粒子没有碰到两极板.若金属板长为L,板间距离为d、两板间电压为U1,试分析计算以下带电粒子的运动情况。（1）电子穿越加速电场获得的速度V1（2）电子穿越偏转电场的时间t（3）电子穿越偏转电场时沿电场方向的加速度a（4）电子离开偏转电场时的侧移距离y（5）电子离开偏转电场时沿电场方向的速度V（6）电子离开偏转电场时的偏角,作业,89节习题课,三、分析粒子运动时，重力是否忽略的问题：基本粒子：电子、质子、粒子、离子等，除有说明外，一般都不考虑重力。带电粒子：油滴、液滴、尘埃、小球等，除有说明外，一般都不能忽略重力。,1.两块大小、形状完全相同的金属平板平行放置，构成一平行板电容器，与它相连的电路如图，接通开关S，电源即给电容器充电（）A.保持S接通，减小两极板间的距离，则两极板间电场的电场强度减小B.保持S接通，在两极板间插入一块介质，则极板上的电荷量增大C.断开S，减小两极板间的距离，则两极板间的电势差减小D.断开S，在两极板间插入一块介质，则两极板间的电势差增大,考点：电容器的两种类型及定性分析1.带电量Q不变2.两极板间电压不变,2.如图，平行板电容器经开关K与电池连接，a处有一带电荷量非常小的点电荷，K是闭合的，a表示a点的电势，F表示点电荷受到的电场力。现将电容器的B板向下稍微移动，使两极板间的距离增大，则（）A.a变大