静电场复习课件

1、静电场静电场物理选修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：qFE 2rQkE dUE 221rQQkF qEF qWUABAB BAABU 电势能：形象描述电场线等势面切线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：三种起电方式pEqEpq()ABABABABpApBWqqUEEE EF/qWABEpAEpB Ep /qUABABUEd一、电荷及库

2、仑定律一、电荷及库仑定律起电的三种方式起电的三种方式摩擦起电摩擦起电感应起电感应起电接触起电接触起电近、远端带上等量的异种电荷近、远端带上等量的异种电荷. (近端感应异种电荷，近端感应异种电荷， 远端感应同种电荷远端感应同种电荷)：两个相互摩擦的物体带上了等量异种电荷。两个相互摩擦的物体带上了等量异种电荷。相同相同金属球平分总电量；金属球平分总电量； 不同金属球比例分配不同金属球比例分配电荷的转移电荷的转移 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。在转从物体的

3、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。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：电荷的转移起电的三种方式的原因：电荷的转移一、电荷及库仑定律一、电荷及库仑定律元电荷元电荷 是指最小的电量是指最小的电量e=1.601019C。点电荷点电荷 是指不考虑形状和大小的带电体。是指不考虑形状和大小的带电体。 检验电荷检验电荷 场源电荷场源电荷 一、电荷及库仑定律一、电荷及库仑定律内容：内容：真空真空中两个静止中两个静止点电荷点电荷之间的相互作用力之间的相互作用力, ,与与它们的电荷量的乘积成正比它们的电荷量的乘积

4、成正比, ,与它们的距离的二次方与它们的距离的二次方成反比成反比, ,作用力的方向在它们的连线上作用力的方向在它们的连线上. .电荷守恒定律方向：方向：计算时，若电荷是负电荷只需它的计算时，若电荷是负电荷只需它的绝对值绝对值代入代入在两电荷的连线上在两电荷的连线上, ,同种电荷相互排斥同种电荷相互排斥, ,异种电荷相互吸引异种电荷相互吸引. .221rqqkF 库仑定律k=9109Nm2/C2，称为静电力常量。，称为静电力常量。一、电荷及库仑定律一、电荷及库仑定律AB4q-qd练习练习1：如图所示，带电量分别为：如图所示，带电量分别为4q和和-q的小球的小球A、B固定在水平放置的光滑绝缘细杆上

5、固定在水平放置的光滑绝缘细杆上,相距为相距为d。若。若杆上套一带电小环杆上套一带电小环C，带电体，带电体A、B和和C均可视为点均可视为点电荷电荷.求小环求小环C的平衡位置的平衡位置?一、电荷及库仑定律一、电荷及库仑定律解：解：AB4q-qd （1）设）设C在在AB连线的延长线上距离连线的延长线上距离B为为l处达到平衡，带电量为处达到平衡，带电量为Q，Cl由平衡条件由平衡条件22)(4lkqQldkqQ解得解得（舍去）3121dldl 所以平衡位置在所以平衡位置在AB连线的延长线上距离连线的延长线上距离B为为d处处 一、电荷及库仑定律一、电荷及库仑定律练习练习2 2：光滑绝缘的水平面上固定着三个

6、带电小球光滑绝缘的水平面上固定着三个带电小球A A、B B、C C, ,它们的质量均为它们的质量均为m m, ,间距均为间距均为r r,A,A、B B带等量正电荷带等量正电荷q q. .现现对对C C球施一水平力球施一水平力F F的同时的同时, ,将三个小球都放开将三个小球都放开, ,如图所示如图所示, ,欲使得三个小球在运动过程中保持间距欲使得三个小球在运动过程中保持间距r r不变不变, ,求求: :(1)C(1)C球的电性和电荷量球的电性和电荷量. .(2)(2)力力F F及小球的加速度及小球的加速度a.a.一、电荷及库仑定律一、电荷及库仑定律解析解析 设取设取A A、B B、C C系统为

7、研究对象系统为研究对象, ,由牛顿第二定律由牛顿第二定律有有: :F F=3=3mama. .以以A A为研究对象为研究对象, ,画出其受力图如右图所示画出其受力图如右图所示, ,A A球受球受到到B B球的库仑斥力球的库仑斥力F F1 1和和C C球的库仑力球的库仑力F F2 2后后, ,要产生水平向右的要产生水平向右的加速度加速度, ,故故F F2 2必为引力必为引力, ,所以所以C C球带负电荷球带负电荷. .又由库仑定律得又由库仑定律得mrkqrkq2221333221222212222222,cos 60sin 60332 ,3 3ccq qkqFFkrrFFFFmakqkqqq m

8、aarr mkqFr分解得解得所以答案答案 (1)(1)负电负电 2 2q q (3) (3) 一、电荷及库仑定律一、电荷及库仑定律适用范围适用范围电荷的意义电荷的意义FEq2QEkr定义式，适用于定义式，适用于一切电场一切电场仅对仅对点电荷点电荷的的电场适用电场适用q是检验电荷，是检验电荷，E与与q无关无关Q是场源电荷，是场源电荷，E与与Q成正比成正比FEq2QEkr：dUE dUE 仅对仅对匀强电场匀强电场适用适用d为为沿电场线沿电场线方向方向的距离的距离二、电场的描述二、电场的描述【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

9、大小和方向。ABCOEBEAEC23/3akqE 26akqEO二、电场的描述二、电场的描述1.1.场强的叠加问题场强的叠加问题求场强的叠加问题的方法：求场强的叠加问题的方法：1.补偿法补偿法2.对称法对称法3.极限法极限法4.微元法微元法见小专题（一）见小专题（一）1.1.场强的叠加问题场强的叠加问题二、电场的描述二、电场的描述 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 解释静电感应现象二、电场的描述二、电场的描述2.2.电场线的性质及作用电场线的性质及作用电场线的性质电场线的性质二、电场的描述二、电场的描述【例例2

10、 2】 如图如图5 5所示所示, ,点电荷的静电场中电场线用实线点电荷的静电场中电场线用实线表示表示, ,但其方向未标明但其方向未标明, ,虚线是某一带电粒子通过该电场虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹区域时的运动轨迹.a.a、b b是轨迹上的两点是轨迹上的两点. .若带电粒子在若带电粒子在运动中只受到电场力的作用运动中只受到电场力的作用, ,根据此图可作出正确判断根据此图可作出正确判断的是的是 ( )( )A.A.带电粒子所带电荷的性质带电粒子所带电荷的性质B.aB.a、b b两点电场强度方向两点电场强度方向C.C.带电粒子带电粒子a a、b b两点处的受力方向两点处的受力方向D.

11、D.带电粒子在带电粒子在a a、b b两点的速度何两点的速度何 处较大处较大图图5 5CD二、电场的描述二、电场的描述练习练习1 1 一负电荷从电场中一负电荷从电场中A A点由静点由静止释放止释放, ,只受电场力作用只受电场力作用, ,沿电场线运沿电场线运动到动到B B点点, ,它运动的速度它运动的速度时间图象如时间图象如图图6 6所示所示. .则则A A、B B两点所在区域的电场两点所在区域的电场线分布情况可能是下图中的线分布情况可能是下图中的 ( )( )图图6 6C二、电场的描述二、电场的描述练习练习2. 某电场的电场线分布如图所示，以下说法某电场的电场线分布如图所示，以下说法正确的是（

12、正确的是（ ） A. c点场强大于点场强大于b点场强点场强B. a点电势高于点电势高于b点电势点电势C. 若将一试电荷若将一试电荷+q由由a点释放，它将沿电场线运点释放，它将沿电场线运动到动到b点点D. 若在若在d点再固定一点电荷点再固定一点电荷-Q，将一试探电荷，将一试探电荷+q由由a移至移至b的过程中，电势能减小的过程中，电势能减小abcdBD解见下页解见下页二、电场的描述二、电场的描述A. 根据电场线疏密表示电场强度大小，根据电场线疏密表示电场强度大小，c点点场强小于场强小于b点场强，点场强，A错误；错误； 解：解：B. 根据沿电场线方向电势降低（最快），根据沿电场线方向电势降低（最快）

13、，a点电势高于点电势高于b点电势，点电势，B正确；正确；C. 若将一试电荷若将一试电荷+q由由a点释放，因受力方向点释放，因受力方向沿电场方向（电场线切线），它不能沿电场沿电场方向（电场线切线），它不能沿电场线运动到线运动到b点，点，C错误；错误；D. 若在若在d点再固定一点电荷点再固定一点电荷-Q，叠加后电势，叠加后电势仍然仍然a高于高于b，将一试探电荷，将一试探电荷+q由由a移至移至b的过的过程中，因电势降低，所以电势能减小，程中，因电势降低，所以电势能减小，D正正确；确；二、电场的描述二、电场的描述如何比较电场中任两点的场强大小和如何比较电场中任两点的场强大小和方向呢？方向呢？判断电场强

14、度大小的几种方法：判断电场强度大小的几种方法：方法一方法一: 公式公式E=Fq决定；决定；F-q图像斜率图像斜率方法二方法二: 在点电荷电场中，在点电荷电场中，E=kQr2；方法三方法三:在匀强电场中，场强处处相等；在匀强电场中，场强处处相等；方法四方法四:电场线电场线密（疏）密（疏）处强处强大（小）。大（小）。二、电场的描述二、电场的描述判断电场强度方向的几种方法：判断电场强度方向的几种方法：方法一方法一:根据规定，根据规定，正电荷所受电场力正电荷所受电场力的方向的方向即是该点的场强方向；即是该点的场强方向；方法二方法二:电场线电场线上每一点的上每一点的切线方向切线方向即即是该点的场强方向；

15、是该点的场强方向；方法三方法三:电势降低最快的方向电势降低最快的方向就是场强就是场强的方向。的方向。 例例 3. 两带电量分别为两带电量分别为q和和q的点电荷放在的点电荷放在x轴上，相距为轴上，相距为L，能正确反映两电荷连线，能正确反映两电荷连线上场强大小上场强大小E与与x关系的是图（关系的是图（ ）AOq-qLExAOq-qLExBLOq-qExCOq-qLExD类型三类型三 电场强度的考察电场强度的考察3、电势、电势差、电势能、电场力的功1.如何比较电场中任两点电势的高低呢？如何比较电场中任两点电势的高低呢？方法一方法一: 根据电场线方向判断，根据电场线方向判断，沿着电场线方向，电势越沿着

16、电场线方向，电势越来越低；来越低；方法二方法二: 根据电势的定义式根据电势的定义式= /q，各物理量都带正负，各物理量都带正负，正值比零大，零比负值大。正值比零大，零比负值大。方法三方法三: 根据场强方向判断，场强方向即为根据场强方向判断，场强方向即为电势降低最快电势降低最快的方向的方向.方法四方法四: 根据电势差判断，若根据电势差判断，若UAB0，则，则AB2.等势面等势面甲 等量异号点电荷的电场乙 等量同号点电荷的电场丙 正点电荷的电场丁 孤立带电体的电场图1-4-9电场线与等势面分布等势面的性质：等势面的性质： 在同一等势面上在同一等势面上各点电势相等，所以各点电势相等，所以在同一等势面

17、上移动在同一等势面上移动电荷，电场力不做功电荷，电场力不做功电场线跟等势面电场线跟等势面一定垂直，并且由电一定垂直，并且由电势高的等势面指向电势高的等势面指向电势低的等势面。势低的等势面。等势面越密，电等势面越密，电场强度越大场强度越大等势面不相交，等势面不相交，不相切不相切练习练习. . 如图所示，虚线如图所示，虚线a a、b b、c c是电场中的三个等势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，的质点仅在电场力作用下，通过该区域的运动轨迹，P P、Q Q是轨迹上的两点。下列说法

18、中正确的是（）是轨迹上的两点。下列说法中正确的是（） A.A.三个等势面中，等势面三个等势面中，等势面a a的电势最高的电势最高 B.B.带电质点一定是从带电质点一定是从P P点向点向Q Q点运动点运动 C.C.带电质点通过带电质点通过P P点时的加速度比通过点时的加速度比通过Q Q点时小点时小 D.D.带电质点通过带电质点通过P P点时的动能比通过点时的动能比通过Q Q点时小点时小a ab bc cP PQ Q练习练习2假设空间某一静电场的假设空间某一静电场的x轴方向电势轴方向电势随随x轴轴变变化情况如图化情况如图9所示，根据图中信息可以确定下列说法所示，根据图中信息可以确定下列说法中正确的

19、是（中正确的是（ ）A空间各点场强的方向均与空间各点场强的方向均与x轴垂直轴垂直B电荷沿电荷沿x轴从轴从0移到移到x1的过程中，一定不受电场力的过程中，一定不受电场力的作用的作用C正电荷沿正电荷沿x轴从轴从x2移到移到x3的过程中，电场力做正功，的过程中，电场力做正功，电势能减小电势能减小D负电荷沿负电荷沿x轴从轴从x4移移到到x5的过程中，电场力的过程中，电场力做负功，电势能增加做负功，电势能增加图图90 xx1x3x4x5x2D解见下页解见下页 空间各点场强的方向均与等势面垂直，沿空间各点场强的方向均与等势面垂直，沿x轴各点电势不等，轴各点电势不等，x轴不是等势面，轴不是等势面，A错；错；

20、 解：解：由电场力做功由电场力做功W=q(2-1)，电荷沿，电荷沿x轴从轴从0移到移到x1的过程中，的过程中，W=0，可能电场力方向与，可能电场力方向与x轴垂直，轴垂直，B错；错； 正电荷沿正电荷沿x轴从轴从x2移到移到x3的过程中的过程中, 电场力做电场力做负功负功,电势能增加，电势能增加，C错；只有选项错；只有选项D正确。正确。0 xx1x3x4x5x2练习练习3.空间有一沿空间有一沿x轴对称分布的电场轴对称分布的电场,其电场其电场强度强度E随随x变化的图象如图所示变化的图象如图所示.下列下列说法中正确的是（说法中正确的是（ ）（A）O点的电势最低点的电势最低（B）x2点的电势最高点的电势

21、最高（C）x1和和 -x1两点的电势相等两点的电势相等（D）x1和和x3两点的电势相等两点的电势相等 可画出电场线如下：沿电场线电势降落最快可画出电场线如下：沿电场线电势降落最快,所所以以O点电势最高，选项点电势最高，选项A、B错误；错误；解：解：AOxEx1x3x2-x1根据根据U=Ed，电场强度是变量，电场强度是变量,可用可用E-x图像面图像面积表示电势，所以积表示电势，所以x1和和-x1两点的电势相等，两点的电势相等，C正确正确;x1和和x3两点电场强度大小相等，电势不相等，两点电场强度大小相等，电势不相等，CD错误。错误。方法一方法一: 根据电场力做功的正负判断，根据电场力做功的正负判

22、断，若电场力对移动电荷做正（负）功，则若电场力对移动电荷做正（负）功，则电势能减少（增加）；电势能减少（增加）；方法二方法二: 根据公式根据公式 Ep=q ；WABqUAB计算计算。如何比较电荷电势能的大小呢？如何比较电荷电势能的大小呢？题题5是非题（并简要说明理由。）是非题（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。）电荷沿电场线方向移动时，其电势能一定减小。（B）检验电荷在电场中某点所受的电场力很大时，它在）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。该点具有的电势能也一定大。 （C）把两个异号电荷靠近时，电荷电势能增大。）把两个异号电荷靠

23、近时，电荷电势能增大。 （D）若电场中）若电场中A、B两点间的电势差为零，则同一点电两点间的电势差为零，则同一点电荷在荷在A、B两点所具有的电势能必定相同。两点所具有的电势能必定相同。 （E）将一电荷匀速地从电场中的一点移至另一点，外）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。力所做的功等于该电荷电势能的变化量。 （F）电荷在电场中移动时，若电场力对电荷做正功，）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，而电荷的动能不一定减小。电荷的电势能一定减小，而电荷的动能不一定减小。 4 4、如图，虚线、如图，虚线a a、b b、c c势某静电场

24、中的三个势某静电场中的三个等势面，它们的电势等势面，它们的电势a a最大，最大，c c最少，一带正最少，一带正电的粒子射入电场中，其运动轨迹如图实线电的粒子射入电场中，其运动轨迹如图实线KLMNKLMN所示，由图可知（所示，由图可知（ ）A.A. 粒子从粒子从K K到到L L的过程中，电场力做负功的过程中，电场力做负功B.B. 粒子从粒子从L L到到M M的过程中，电场力做负功的过程中，电场力做负功C.C. 粒子从粒子从K K到到L L的过程中，电势能增加的过程中，电势能增加D.D. 粒子从粒子从L L到到N N的过程中，的过程中，动能减少动能减少ACACK KN NM ML La ab bc

25、 c三、电场中的导体三、电场中的导体 电容器电容器1 1如图所示在真空中把一绝缘导体如图所示在真空中把一绝缘导体ABAB向带负电的小向带负电的小球球P P缓慢的靠近时，下列说法正确的是（缓慢的靠近时，下列说法正确的是（ ）A A、B B端的感应电荷越来越多端的感应电荷越来越多B B、导体内部场强越来越大、导体内部场强越来越大C C、导体的感应电荷在、导体的感应电荷在M M点产生的场强大于在点产生的场强大于在N N点产点产生的的场强生的的场强D D、导体的感应电荷在、导体的感应电荷在M M、N N两点产生的的场强相等两点产生的的场强相等MBANP8 8如图所示，在真空中有两个点电荷如图所示，在真

26、空中有两个点电荷A A和和B B，电荷量分别为电荷量分别为Q Q和和2 2Q Q，它们相距，它们相距L L。如。如果在两点电荷连线的中点果在两点电荷连线的中点O O有一个半径为有一个半径为r r(2(2r rL L) )的空心金属球，且球心位于的空心金属球，且球心位于O O点，点，则球壳上的感应电荷在则球壳上的感应电荷在O O点处的场强大小点处的场强大小 方向。方向。12KQ/L2A B 不变USCQ不变d不变ED练习练习. . 如图所示，在平行板电容器正中有一个带电微粒。如图所示，在平行板电容器正中有一个带电微粒。K K闭合时，该微粒恰好能保持静止。在闭合时，该微粒恰好能保持静止。在保持保持

27、K K闭合；闭合；充充电后将电后将K K断开；两种情况下，各用什么方法能使该带电微断开；两种情况下，各用什么方法能使该带电微粒向上运动打到上极板？粒向上运动打到上极板？A.A.上移上极板上移上极板M M B. B.上移下极板上移下极板N N C.C.左移上极板左移上极板M M D. D.把下极板把下极板N N接地接地 K KM MN N答案：答案：选选B B，选选C C。（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

28、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四、带电粒子在电场中的运动 mgFNmgF12101CNdUE/1024CEFq17105练习练习2如图所示，足够长的两平行金属板正对如图所示，足够长的两平行金属板正对着竖直放置，它们通过导线与电源着竖直放置，它们通过导线与电源E、定值电阻、定值电阻R、开关、开关S相连。闭合开关后，一个带电的液滴相连。闭合开关后，一个带电的液滴从两板上端的中点处无初速度释放，最终液滴落从两板上端的中点处无初速度释放，最终液滴落在某一金属板上。下列说法中正确的是（在某一金属板上。下列说法中正确的是（ ）A液滴在两板间运动

29、的轨迹是一条抛物线液滴在两板间运动的轨迹是一条抛物线B电源电动势越大，液滴在板间电源电动势越大，液滴在板间运动的加速度越大运动的加速度越大C电源电动势越大，液滴在板间电源电动势越大，液滴在板间运动的时间越短运动的时间越短D定值电阻的阻值越大，液滴在定值电阻的阻值越大，液滴在板间运动的时间越长板间运动的时间越长RSEBC解见下页解见下页液滴受到重力和电场力的作用，其轨迹不是抛液滴受到重力和电场力的作用，其轨迹不是抛物线，物线，A错；错； 解：解：电源电动势越大，则板间场强越大，液滴受到电源电动势越大，则板间场强越大，液滴受到的电场力越大，加速度越大，运动时间越短，的电场力越大，加速度越大，运动时间越短，BC对；对； 定值电阻的阻值大小不影响液滴的运动，定值电阻的阻值