高二第一章静电场

PAGEPAGE28 第一章静电场电荷和电荷守恒定律电荷和电荷守恒定律电场电场力的性质场强E=F/q矢量电场线匀强电场E=U/d真空中点电荷的电场E=KQ/r2电场能的性质电势：φ=ε/q标量等势面电势差：UAB=UA—UB=Δε/q=wAB/q电场力F=E·q（任何电场）F=Kq1q2/r2(真空中点电荷)电势能：ε=QφΔεAB=qUAB电场力的功W=qUAB=ΔεAB做功与路径无关带电粒子在电场中运动平衡直线加速偏转电场中的导体静电感应静电平衡电容器电容：C=Q/U第一节电荷及其守恒定律一、教学目标1、认识电荷及元电荷2、掌握电荷守恒定律二、重点难点1、电荷的认识电荷守恒定律三、教具无四、教学方法讲授五、教学过程引题公元前600年左右，古希腊人泰勒斯——摩擦过的琥珀能吸引轻小物体。公元前一世纪，我国王充在《论衡》也记录了这一现象。16世纪英国的御医吉尔伯特首先根据希腊文“琥珀”的拼写创造了英语中的“电”这个单词（Electricity）并且认为摩擦过的琥珀带有电荷。后来人们发现很多物体经过摩擦都会带电，但是摩擦后的物体所带的电荷呢，只有两种，美国科学家富兰克林把丝绸摩擦的玻璃棒所带的电荷命名为正电荷，把毛皮摩擦的橡胶棒所带的电荷命名为负电荷。电荷：带正负电的基本粒子。我们知道构成物质的原子本身就包括带电粒子，也就是电荷：带正电的质子和不带电的中子构成原子核，核外有带负电的电子。由于电子数与质子数相同，所以整个原子对外界较远的位置表现为电中性。由于强相互作用，原子核内部的质子和中子紧密的束缚在一起，核外的电子由于质子的吸引力，在原子核周围旋转，但是距离原子核较远的的电子受到的吸引力较弱，当有两个物体摩擦时，这些被束缚的不紧的电子就会转移到另一个物体上，于是原来电中性的物质得到电子而带负电，失去电子的物体则带正电，这就是摩擦起电的原因。接着我们看一看导体和绝缘体的区别，不同物质的微观结构是不同的，不同物质中的电子运动也是不同的，例如。金属中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，这种电子叫做自由电子。失去这个这种电子的原子就成为带正电的离子，他们在在自己的为之震动，而不移动，只有自由电子来回穿梭，这就是金属导电的原因，而绝缘体就不存在这种自由电子。当一个带电体靠近一个导体时，由于电荷间的相互吸引和排斥，导体中的电荷便会靠近或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带异号电荷，远离带电体的一端带同种电荷，这种现象叫做静电感应。利用静电感应使导体带电的过程叫做感应起电。电荷守恒定律这里我们要想一下，能使物体起电都有什么办法，其实是有三种方法:摩擦起电，感应起电，接触起电，但是在这三种起点方式中，并没有电荷的产生，只是电荷发生了转移,电荷的总数没有变化，这就是电荷守恒定律——电荷既不会创生，也不会消失，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；在转移过程中，电荷的总量保持不变，我们现在想想正负电荷碰到一起会怎样？首先我们要知道中和：等量的正负电荷相互抵消的现象。那么不等量的正负电荷呢？如果是同样的带电载体，那么就是先中和后平分。元电荷一个带电体，我们是否可以知道它带了多少电荷呢，这里面我们引进了一个物理量电荷量：物体所带电荷的多少。在国际单位制中，他的单位是库伦。简称库，用C表示。正电荷的电荷量为正值，负电荷的电荷量为负值。迄今为止，科学实验发现的最小电荷量就是电子所带的电荷量。质子、正电子所带的电荷量与电子相同，但符号相反。人们把这个最小的电荷量叫做元电荷。用e表示。试验还指出，所有带电体的电荷量或者等于e或者是e的整数倍。也就是说电荷量是不能连续的物理量。电荷量的数值最早是由美国物理学家密立根测得的，现在公认的元电荷的值为1.60217733*1019c。电子的电荷量e与电子的质量me之比叫做比荷。玻璃棒丝绸玻璃棒丝绸1、电荷（泰勒斯——王充——吉尔伯特——富兰克林）1）原子的构成原子核（带正电的质子不带电的中子）核外电子（带负电）#由于电子数等于质子数，所以对于很远的地方表现为电中性2）自然界中只有两种电荷，美国科学家富兰克林规定用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电#电荷没有质量3）电荷之间相互作用：同性相斥，异性相吸提问：两个带电梯接触后电荷量的分布情况a同种电荷均分总电荷b异种电荷先中和再平分（中和:等量的正负电荷相互抵消的现像）4）三种带电方式a摩擦带电b感应带电：利用静电感应（带电体靠近导体使导体内电荷定向移动的现象）使金属导体带电的过程c接触带电5）不同物体中电荷的存在形式（自由电子离子）2、电荷守恒定律1）三种带电方式的深刻理解及本质——电荷的转移2）表述（1）电荷既不能创造，也不能消灭，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，在转移的过程中，电荷的总量保持不变。（2）一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变（近代表述，由于光子的研究）3、元电荷及几个基本概念1）电荷量：物体带电量的多少。单位：库伦简称：库符号：C2）元电荷：最小的电荷量,用e表示，1e＝1.6×10－19C。（所有的带电体的电量都是e的整数倍，如、）3）比荷：电子的电荷量与电子的质量之比。4．净电荷：导体中正负电荷中和后所剩余的电荷七、教学反馈第二节库仑定律一、教学目标1、掌握库仑定律2、理解库仑定律实验二、重点难点库仑定律的掌握三、教具无四、教学方法讲授五、教学过程引题其实最早之前，人们是通过电荷之间的相互作用来认识电荷的，那么电荷之间的相互作用具体是怎么样的的呢？大小方向都是如何的呢？大量实验证明，电荷之间的作用力随着电荷的增大而增大，随着距离的增大而减小，大家想一想这些特性是不是与万有引力很相似,所以卡文迪许和普利斯特利等人确信“平方反比”的规律适合电荷之间的力。但是当时他们并不能证实这个猜想，这个问题最终由法国科学家库伦通过实验加以验证。1、库仑定律库伦在前人的基础上通过实验研究确认，真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们电荷量的乘积成正比，与它们距离的二次方成反比，作用力的方向在他们的连线上。电荷间这种相互作用力叫做静电力。公式：(静电力常数)理解：1）真空中，在空气中也可以近似的认为符合库仑定律2）点电荷：带电体的距离比他们本身的大小大得多，以至于带电体的形状，大小及电荷分布情况对他们之间的作用力的影响可以忽略不计。理想模型，类似于“质点”3）数据处理，绝对值2、库伦实验库伦做实验用的装置叫做库仑扭秤。【例1】电子m1＝9.1×10－31kg，质子m2＝1.67×10－27kg解：∴计算静电力的时候不用考虑万有引力【例2】在真空中同一条直线上的A、B两点固定有电荷量分别为+4Q和-Q的点电荷。①将另一个点电荷放在该直线上的哪个位置，可以使它在电场力作用下保持静止？②若要求这三个点电荷都只在电场力作用下保持静止，那么引入的这个点电荷应是正电荷还是负电荷？电荷量是多大？解：C点处引入的点电荷QC=+4Q【例3】已知如图，带电小球A、B的电荷分别为QA、QB，OA=OB，都用长L的丝线悬挂在O点。静止时A、B相距为d。为使平衡时AB间距离减为d/2，可采用哪些方法OABmBgOABmBgFNLd小球A、B的电荷量都减小到原来的一半小球A、B的电荷量都减小到原来的一半，同时将解：，而，可知，选BD【例4】（与力学综合的问题）已知如图，光滑绝缘水平面上有两只完全相同的金属球A、B，带电量分别为-2Q与-Q。现在使它们以相同的初动能E0（对应的动量大小为p0）开始相向运动且刚好能发生接触。接触后两小球又各自反向运动。当它们刚好回到各自的出发点时的动能分别为E1和E2，动量大小分别为p1和p2。有下列说法：AB-Q-2Q①E1=E2>E0，p1=p2>p0②E1=E2=E0，p1AB-Q-2Q③接触点一定在两球初位置连线的中点右侧某点④两球必将同时返回各自的出发点。其中正确的是C。A．②④B．②③C．①④D．③④六、板书提纲1、库仑定律：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们电荷量的乘积成正比，与它们距离的二次方成反比，作用力的方向在他们的连线上。公式：(静电力常数)理解：1）真空中，在空气中也可以近似的认为符合库仑定律2）点电荷：带电体的距离比他们本身的大小大得多，以至于带电体的形状，大小及电荷分布情况对他们之间的作用力的影响可以忽略不计。理想模型，类似于“质点”3）数据处理，绝对值2、库伦实验库伦做实验用的装置叫做库仑扭秤。七、教学反馈第三节电场强度一、教学目标1、认识电场2、掌握电场强度的计算方式3、掌握点电荷的电场电场强度的叠加4、电场线二、重点难点1、电场强度的计算2、电场的叠加3、掌握电场线三、教具无四、教学方法讲授五、板书提纲一、电场1.安培认为存在超距现象（万有引力库仑力）————错误的19世纪30年代英国物理学家法拉第提出了电荷周围存在电场赫兹证明了电磁场的存在2.定义：电荷产生的一种客观存在的物质3.来源：（1）只要有电荷的存在，无论如何，在它们的周围都会产生电场，电场是由电荷决定的。（2）变化的磁场（麦克斯韦）4.性质：（1）对放入电场中的电荷由电场力的作用（库仑力）（2）对放入其中的的电荷有能的作用（第四节电势能电势）电荷电场电荷检验电荷场源电荷检验电荷场源电荷二、电场强度（场强E，矢量）1.检验点和（试探电荷）：用来检验电场是否存在及其分布情况的带电小球（电荷量及尺寸足够小）2.场源电荷：产生电场的电荷3．电场强度：对于电场中的某个确定的点，电场力与检验电荷的电量的比值是确定的即为电场强度。（定义式适应于所有电场）N/CV/m4、场强的方向：（或叫电场的方向）规定正电荷的受力的方向为场强的方向，与负电荷的受力方向相反。理解：1、矢量性即叠加性（有大小有方向可以合成或分解）3、唯一性E是描述电场的性质只要电场中某点确定，场强就确定，场强与检验电荷无关，F和q同时变化，但比值不变。4、物理意义：描述电场的力的性质三、点电荷的场强检验电荷场源电荷检验电荷场源电荷四、电场的叠加：多个电场相互叠加，某点的场强就等于各个场单独存在时在该点场强的矢量和――场的叠加原理六、教学过程1、电场万有引力曾被认为是一种不需要媒介，也不需要时间，而是超越空间和时间直接发生的力，并被称为超距作用。库仑的平方反比定律似乎证明了电场力也像万有引力一样，是一种超距力，大家想一想，这是不是很神秘，与我们人类理智和科学的追求不相符合。19世纪三十年代英国物理学家法拉第使人们摆脱了这一困境，他认为，在电荷的周围存在着由它产生的电场，处在电场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场给予的。电荷A的电场对电荷B的作用力。电荷B对电荷A的作用力，就是电荷B的电场对电荷A的作用。近代物理学的理论和实验证实和发展了法拉利的学说，电场以及磁场已经被证明了是一种客观存在，并且是相互联系的，统称为电磁场。变化的电磁场以光速传播。本章只讨论静止电荷产生的电场——静电场。电场可以传递力的性质和能的性质。2、电场强度其实电场强度是描述电场的力的性质的物理量，实验证明小球受到的静电力的大小和方向与小球的位置有关，这表明电场的强弱与位置有关。我们在实验中呢，会选取这样的一个带电小球，用它来检验电场是否存在以及强弱分布的情况，这个小球我们叫他试探电荷。而能够激发电场的电荷叫做场源电荷，或者源电荷。这里试探电荷的电荷量及尺寸必须足够小，以保证它产生的电场不影响所要检测的电场。我们把一个带电q的小球放入电场中，他所受到的力为F,我们如果把两个带电的q的小球放入电场中，那么它们受到的力为2F。以此类推，我们可以总结出试探电荷所受到的电场力与试探电荷的电荷量成正比。即F=Eq。这里面E是比例常数，与q的大小无关。其实这个比例常数E就是我们所说的电场强度，即放入电场中某点的电荷受到的电场力与他的电荷量的比值。单位牛顿每库仑，符号N/C还有一个单位V/m。电场强度是矢量，有大小，有方向，方向规定为与该点的正电荷受力方向相同，与负电荷受力方向相反。3、点电荷的电场电场强度的叠加电场种不同位置的电场强度往往是不同的，那么电场强度与场源电荷有什么关系呢？点电荷是最简单的场源电荷，设场源电荷的电荷量为Q，与之相距r的试探电荷的电荷量为q,根据库仑定律，试探电荷所受的电场力依据电场强度的定义所以。实验还证明了，电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。这说明了电场是可以叠加的。ABCOEBEAEC【例5】图中边长为a的正三角形ABC的三点顶点分别固定三个点电荷+ABCOEBEAEC解：每个点电荷在O点处的场强大小都是由图可得O点处的合场强为，方向由O指向C。-5-3-11-4Q+9Q【例6】如图，在x轴上的x=-1和x=1两点分别固定电荷量为-4Q和+9Q的点电荷。求：-5-3-11-4Q+9Q解：由库仑定律得合场强为零的点坐标为x=-5。x=-5、x=-1、x=1这三个点把x轴分成四段，可以证明：同一直线上的两个点电荷所在的点和它们形成的合场强为零的点把该直线分成4段，相邻两段上的场强方向总是相反的。本题从右到左，4个线段（或射线）上的场强方向依次为：向右、向左、向右、向左，所以x=-3点处的合场强方向为向右。4、电场线我们形象的了解和描述电场中没一点的电场强度大小和方向是很必要的，但我们不能每次都去用一个试探小球去测，那怎么办呢？法拉第采取了一个比较简单的方法来描述，那就是电场线。电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向。电场线的几个特点；A、从正电荷出发，终止于负电荷b、不闭合，不相交意义c、切线的方向表示电场的方向或正电荷的受力方向意义d、疏密程度表示场强的大小，场的强弱匀强电场等量异种点电荷的电场等量同种点电荷的电场匀强电场等量异种点电荷的电场等量同种点电荷的电场－－－－点电荷与带电平板+孤立点电荷周围的电场电场线的形状可以用奎宁的针状晶体或蓖麻油中的头发屑模拟5、匀强电场我们来看一下，如果我们把相距很近的两块金属板分别接在电源的正负极，那我们看一下电场线是什么样子？这中间的这个区域，场强的大小和方向各处均相同，电场线平行、等距、同向，这样的电场我们就叫做匀强电场。+－aOc【例7】如图所示，在等量异种点电荷的电场中，将一个正的试探电荷由A点沿直线移到O点，再沿直线由O+－aOc随堂练习：1．处在如图所示的四种电场中P点的带电粒子，由静止释放后只受电场力作用，其加速度一定变大的是Ｄ2．如图所示，带箭头的线段表示某一电场中的电场线的分布情况．一带电粒子在电场中运动的轨迹如图中虚线所示．若不考虑其他力，则下列判断中正确的是BCA．若粒子是从A运动到B，则粒子带正电；若粒子是从B运动到A，则粒子带负电B．不论粒子是从A运动到B，还是从B运动到A，粒子必带负电C．若粒子是从B运动到A，则其加速度减小D．若粒子是从B运动到A，则其速度减小 4．在图所示的竖直向下的匀强电场中，用绝缘的细线拴住的带电小球在竖直平面内绕悬点O做圆周运动，下列说法正确的是①带电小球有可能做匀速率圆周运动②带电小球有可能做变速率圆周运动③带电小球通过最高点时，细线拉力一定最小④带电小球通过最低点时，细线拉力有可能最小DA．② B．①②C．①②③ D．①②④【例5】在一高为h的绝缘光滑水平桌面上，有一个带电量为+q、质量为m的带电小球静止，小球到桌子右边缘的距离为s，突然在空间中施加一个水平向右的匀强电场E，且qE=2mg，如图所示，求：（1）小球经多长时间落地？（2）小球落地时的速度．解：（1）小球在桌面上做匀加速运动，t1=,小球在竖直方向做自由落体运动，t2=,小球从静止出发到落地所经过的时间：t=t1+t2=．(2)小球落地时vy=gt2=,vx=at=·t=2gt=2．落地速度v=．七、教学反馈第四节电势能和电势教学目标一、静电力做功的特点二、认识电势能三、掌握电势四、掌握等势面及等势面特点重点难点一、静电力做功的特点二、认识电势能三、掌握电势四、掌握等势面及等势面特点教学方法讲解板书提纲一、静电力做功的特点静电力做功与路径无关，只与初末位置有关二、电势能：与电荷在电场中的位置有关的能量1、定义：电荷的位置有关的能量，称电势能或电能。（ε标量焦耳J）2、相对性――选择零势能面，一般选择大地或无穷远为零势能面。（等效）3、标量（大小即静电力把它从该点移到零势能所做的功）4、电场力做功与电势能改变的关系——方法与重力势能相对比①无论电荷的正负，电场力做正功，动能增加，电势能减小，电场力做负功，动能减小，电势能增加，做功和电势能的变化量在数值上是相等的ABABA到B，正功，EPA>EPBABA到B，负功，EPA《EPBAABC②静电场中，电场力做功与路径无关，电势能的改变量与路径无关三、1J/C＝1V/m地位：u（或φ）与力学中的高度相当（标量）相对性：选取大地或无穷远处为零电势点∞E＝0∞E＝0φ＝0ABEPA＝6J＝3VEPB＝10Jφ＝5Vφ2C2C电势由电场本身性质决定电势是描述电场中能量性质的物理量意义：电场中某一点的电势在数值等于单位电荷在那一点所具有的电势能。二、等势面——电场中，电势相等的各点所构成的面(等高线和等压线)1、常见等势面的形状987666654321098766665432102、等势面的特点在等势面上移动电荷，电场力不做功20100电场线（或E）20100电场线由高的等势面指向低的等势面闭合、等势面不相交静电平衡导体是等势体，表面是等势面等差等势面――相邻的等势面的电势差相等8V0V－8V差等势面越密的地方，电场越强，场强越大8V0V－8V相邻的等差等势面移动同一个电荷电场力做功相等7）、沿电场方向电势降低最快（场强方向是电势降落最快的地方）8）、匀强电场中，平行等长的线段两个端点间的电势差相等，即匀强电场中的电势均匀变化。教学过程引题：前面我们已经学习过了电场强度的概念，知道了它是描述电场力的性质的物理量，那我们知道电场除了具有力的性质，还有能的性质，有没有一个物理量可以描述电场能的性质呢？这节课我们就来探讨这个问题。一、静电力做功的特点我们既然想要描述能的性质，就离不开功，因为功是能量的量度。那我们就先看看静电力做功的特点。我们在电场中移动试探电荷，沿着不同路径从A移到B，我们来看看静电力做功的情况，根据W=FS，我们发现静电力做功与路径无关，只与初始位置有关。我们想一想这个特点是不是与重点做功的特点出奇的相似啊，也就是物体由于具有了重力势能，所以可以对外界做功，那么在电场中的电荷也可以对外界做功，我们是否也可以认为他有势能呢？实际上是可以的，电荷在电场中具有的这种势能，我们叫电势能，电荷在某点的电势能等于静电力把它从该点移到零势能位置时所做的功，我们通常认为离场源电荷无限远处或者大地为零。用EP表示。电场力做正功，试探电荷的速度增加，电势能减少，电势能转化为动能，电场力做负功，试探电荷的速度减少，电势能增加，动能转化为电势能。三、电势在研究电场强度的时候我们用了电场力与电荷的比值来研究的，大量实验证明，电势也同样可以通过比值关系来确定，那就是电荷在电场中某点的电势能与电荷量的比值就是电势，Φ=EP/q。单位是福特，V.顺着电场线的方向电势降低。与电视能的情况来类似，我们在说某一点的电势时，我们要先规定电场中某处的电势为零。在物理学中，我们经常取离场源电荷无穷远处或者大地的电势为零。这样我们就能确定电场中每一个点的电势了，电势是有正负值得，不过电势是标量，没有方向。四、等势面在地图上我们经常可以看见用等高线来描述地势高低，与此类似，在电场中我们也可以用等势面来描述电势的高低。什么是等势面呢？即使电场中电势相等的点构成的平面，所以在等势面移动电荷，电场力不做功。其实电场线是与等势面垂直的，并且由高等势面指向低等势面。练习等量异种电荷（1）中垂线的电场强度和电势的特点（2）带电粒子从无穷远处移动到中点，分析电场力的做功情况和电势能的改变情况（3）一个电子由8V到－8V电场力做功情况，电势能的变化情况。练习：沿电场线方向移动正电荷，电势能减小沿电场线方向移动负电荷，电势能增加正电荷的电场中，电势为正，负电荷的电场中，电势为负正电荷的电场中，正的检验电荷电势能为正，负的检验电荷电势能为负负电荷的电场中，正的检验电荷电势能为负，负的检验电荷电势能为正只在电场力的作用下，正电荷顺着电场线运动，由高电势向低电势只在电场力的作用下，负电荷逆着电场线运动，由低电势向高电势比较5J和－7J的大小，理解标量负号的意义。七、教学反馈第五节电势差教学目标一、掌握电势差二、能用电势差解决问题重点难点一、掌握电势差二、能用电势差解决问题教具无教学方法讲授板书提纲一、电势差——电场力做功与电荷电量的比值叫电势差SM0V－2VSM0V－2VSM0V－2VN5VUAB＝φA－φB2、3、意义：①对应于高度差，由电场本身的性质决定②电势与选择的零电势点有关，电势差与零电势点的选择无关4、运用要求：1、UAB＝ΦA－ΦB＝1－4＝－3V带正负号2、U＝W/q或W＝qU用绝对值，正负号另行判断（）二、电势差解决实际问题【例】将电量为q＝－2×108C的点电荷从零电场中点S移动到M点要克服电场力做功4×10－8J，求M点的电势＝？。若再从M点移动到N点，电场力又做正功14×10－8+ABC解：(1)S到M，对负电荷做负功，电势降低+ABCM到N对负电荷做正功，电势升高(2)【例】：电子伏是研究微观粒子时常用的能量单位。1ev就是电势差为1V的两点间移动一个元电荷电场力所做的功。1ev＝1.6×10－19C×1V＝1.6×10－19J，把一个二价正离子从大地移动到电场中的A点，w＝6ev，求：UA解：ABCD【例】如图所示，三个同心圆是同一个点电荷周围的三个等势面，已知这三个圆的半径成等差数列。A、B、C分别是这三个等势面上的点，且三点在同一条电场线上。A、C两点的电势依次为φA=10V和φCABCDA.一定等于6VB.一定低于6VC.一定高于6VD.无法确定【例】已知ΔABC处于匀强电场中。将一个带电量q=-2×10-6C的点电荷从A移到B的过程中，电场力做功W1=-1.2×10-5J；再将该点电荷从B移到C，电场力做功W2=6×10-6J。已知A点的电势φA=5V，则B、C两点的电势分别为____V和____V。试在右图中画出通过A解：先由W=qU求出AB、BC间的电压分别为6V和3V，再根据负电荷A→B电场力做负功，电势能增大，电势降低；B→C电场力做正功，电势能减小，电势升高，知φB=-1VφC=2V。沿匀强电场中任意一条直线电势都是均匀变化的，因此AB中点D的电势与C点电势相同，CD为等势面，过A做CD的垂线必为电场线，方向从高电势指向低电势，所以斜向左下方。教学过程引题：在我们测量物体的高度是我们都会选取一个测量起点，也就是说我们测量的大多都是高度差。其实在电场中，由于零势面的选取是任意的，所以测量某点的电势几乎没有意义，我们更关注某两点的电势之差，也就是我们所说的电势差，也叫做电压。设电场中A点的电势为Φa，B店的电势为Φb，纳闷他们之间的电势差UAB=Φa-Φb，UBA=Φb-Φa教学反馈第六节电势差与电场强度的关系教学目标掌握电场强度与电势之间的关系重点难点掌握电场强度与电势之间的关系教具无教学方法讲授板书提纲一、公式的推导说明：1、适用于匀强电场2、U是两点间的电势差，d是沿电场方向的距离3、单位1V./m=1N/C4、在匀强电场中，场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上降低的电势。二、场强的三种求法E＝F/q定义式，适用于任何电场（真空、介质）E＝KQ/r2适用于点电荷的电场（真空、点电荷）E＝U/d适用于匀强电场（真空）教学过程电场强度和电势都是描述电场性质的物理量，那么他们之间有什么关系呢？我们以匀强电场为例来看一下，在匀强电场中，电场强度为E,我们把电荷从A点移到B点，A,B两点间的电势差为UAB,所以电场力做的功W=qUAB。我们也可以从点电荷所受的电场力来计算功，电场力F=qE,所以W=qEd。咱们来比较一下得出的这两个式子，会发现UAB=Ed，也就是说匀强电场中两点的电势差等于与这两点沿电场线方向的乘积。这个公式也可以变形。咱们现在回想一下咱们是不是学过了场强的三种求法1、E＝F/q定义式，适用于任何电场（真空、介质）2、E＝KQ/r2适用于点电荷的电场（真空、点电荷）3、E＝U/d适用于匀强电场（真空）针对训练1.电场中有A、B两点，一个点电荷在A点的电势能为1.2×10-8J，在B点的电势能为0.80×10-8J.已知A、B两点在同一条电场线上，如图所示，该点电荷的电荷量为1.0×10-9CA.该电荷为负电荷B.该电荷为正电荷C.A、B两点的电势差UAB=4.0VD.把电荷从A移到B，电场力做功为W=4.0J2.某电场中等势面分布如图所示，图中虚线表示等势面，过a、b两点的等势面电势分别为40V和10V，则a、b连线的中点c处的电势应CA.肯定等于25VB.大于25VC.小于25VD.可能等于25V3如图所示，在粗糙水平面上固定一点电荷Q，在M点无初速释放一带有恒定电荷量的小物块，小物块在Q的电场中运动到N点静止，则从M点运动到N点的过程中ABD4A小物块所受电场力逐渐减小B.小物块具有的电势能逐渐减小C.M点的电势一定高于N点的电势D.小物块电势能变化量的大小一定等于克服摩擦力做的功4.如图所示，M、N两点分别放置两个等量种异电荷，A为它们连线的中点，B为连线上靠近N的一点，C为连线中垂线上处于A点上方的一点，在A、B、C三点中.CA.场强最小的点是A点，电势最高的点是B点B.场强最小的点是A点，电势最高的点是C点C.场强最小的点是C点，电势最高的点是B点D.场强最小的点是C点，电势最高的点是A点5.AB连线是某电场中的一条电场线，一正电荷从A点处自由释放，电荷仅在电场力作用下沿电场线从A点到B点运动过程中的速度图象如图所示，比较A、B两点电势φ的高低和场强E的大小，下列说法中正确的是AA.φA＞φB，EA＞EBB.φA＞φB，EA＜EBC.φA＜φB，EA＞EBD.φA＜φB，EA＜EB6.如图所示，平行的实线代表电场线，方向未知，电荷量为1×10-2C的正电荷在电场中只受电场力作用，该电荷由A点移到B①B点电势为零②电场线方向向左③电荷运动的轨迹可能是图中曲线①④电荷运动的轨迹可能是图中曲线②A.① B.①② C.①②③ D.①②④7.如图所示，光滑绝缘的水平面上M、N两点各放一电荷量分别为+q和+2q，完全相同的金属球A和B，给A和B以大小相等的初动能E0（此时动量大小均为p0）使其相向运动刚好能发生碰撞，碰后返回M、N两点时的动能分别为E1和E2，动量大小分别为p1和p2，则BA.E1=E2=E0p1=p2=p0B.E1=E2＞E0p1=p2＞p0C.碰撞发生在M、N中点的左侧D.两球不同时返回M、N两点8.已知空气的击穿电场强度为2×106V/m，测得某次闪电火花长为600m，则发生这次闪电时放电路径两端的电势差U=_______.若这次闪电通过的电荷量为20C，则释放的能量为_______.（设闪电的火花路径为直线）(8.1.2×109V；2.4×1010J)9.如图所示，A、B、C、D是匀强电场中一正方形的四个顶点，已知A、B、C三点的电势分别为φA=15V，φB=3V，φC=-3V，由此可得D点的电势φD=_______V.10.有两个带电小球m1与m2，分别带电+Q1和+Q2，在绝缘光滑水平面上，沿同一直线相向运动，当它们相距r时，速率分别为v1与v2，电势能为E，在整个运动过程中（不相碰）电势能的最大值为多少?(Em=E+)11.如图所示，小平板车B静止在光滑水平面上，一可以忽略大小的小物块A静止在小车B的左端，已知物块A的质量为m，电荷量为+Q；小车B的质量为M，电荷量为-Q，上表面绝缘，长度足够长；A、B间的动摩擦因数为μ，A、B间的库仑力不计，A、B始终都处在场强大小为E、方向水平向左的匀强电场中.在t=0时刻物块A受到一大小为I，方向水平向右的冲量作用开始向小车B的右端滑行.求：（1）物块A的最终速度大小；（2）物块A距小车B左端的最大距离.(（1）（2），)教学反馈第七节静电现象的应用教学目标一、掌握静电平衡下导体电场的特点二、掌握静电平衡时导体的分布三、掌握经典平衡的应用即尖端放电，静电平衡重点难点一、掌握静电平衡下导体电场的特点二、掌握静电平衡时导体的分布教具无教学方法讲授板书提纲一、静电感应1、静电平衡金属导体的特征整块金属＝正离子＋自由电子（热振动）（自由移动）2、静电感应现象：放入电场中的导体，其内部的自由电子在电场力的作用下向电场的反方向作定向移动，致使导体的两端分别出现等量的正、负电荷。这种现象叫静电感应现象。3、静电平衡状态导体(包括表面)没有电荷定向移动的状态叫做静电平衡状态。二．处于静电平衡状态导体的性质(1)导体内部的场强处处为零。(2)导体表面上任何一点的场强方向跟该点的表面垂直。(3)导体所带的净电荷只分布在导体的外表面上，导体内部没有净电荷。(4)处于静电平衡状态的导体是等势体，导体表面是等势面。图是孤立导体周围的等势面和电场线形状。(5)地球是个大导体，静电平衡状态的地球以及跟它相连的导体都是等势体。(6)孤立导体表面的电荷分布特点：在孤立导体表面，向外突出的地方电荷较密，比较平坦的地方电荷较疏，向里凹进的地方电荷最疏。因而导体尖端电荷面密度较大致使该处场强较大，从而可能使得空气被电离成导体而发生尖端放电现象。夜间看到的高压电线周围笼罩着的一层绿色光晕(电晕)就是一种微弱的尖端放电形式。尖端放电致使高压线及高压电极上电荷的丢失，因此，凡对地有高压的导体(或两个相互有高压的导体)，其表面都应尽量光滑。避雷针即利用尖端放电的道理制成的。三、静电屏蔽：导体网（壳）在静电平衡时，内部场强处处为零，这样就可以保护它所包围的区域，使区域内不受外界电场的影响。叫做静电屏蔽。”1、静电的防止和利用(1)危害：静电由于吸附尘埃会给印刷、制药、合成纤维等工业生产中带来危害。静电对高精密仪器有干扰甚至毁坏作用。静电的最大危害是有可能因静电火花点燃某些易燃物质而引起爆炸。(2)防止：最简单而又最可靠的办法是用导线把设备接地，这样可以把电荷引入大地，避免静电积累。油罐车尾部拖的铁链就是一根接地线。调节空气的温度也是防止静电危害的有效方法。(3)利用：静电利用依据的物理原理几乎都是让带电的物质微粒在电场力的作用下，奔向并吸附到电极上。如图1-25是静电除尘示意图，除尘器由金属管A和管中的金属丝B组成，A接高压电源正极，B接高压电源负极。A、B之间有很强的电场，而且距B越近电场越强。B附近的空气分子被强电场电离为电子和正离子，正离子跑到B上得到电子又变成空气分子。电子奔向正极A的过程中吸附到煤粉上便煤粉带负电，吸附到正极A上，排除的烟就成为清洁的了。教学过程一、静电感应1、静电平衡金属导体的特征整块金属＝正离子＋自由电子（热振动）（自由移动）2、静电感应现象：放入电场中的导体，其内部的自由电子在电场力的作用下向电场的反方向作定向移动，致使导体的两端分别出现等量的正、负电荷。这种现象叫静电感应现象。3、静电平衡状态导体(包括表面)没有电荷定向移动的状态叫做静电平衡状态。二．处于静电平衡状态导体的性质(1)导体内部的场强处处为零。(2)导体表面上任何一点的场强方向跟该点的表面垂直。(3)导体所带的净电荷只分布在导体的外表面上，导体内部没有净电荷。(4)处于静电平衡状态的导体是等势体，导体表面是等势面。图是孤立导体周围的等势面和电场线形状。(5)地球是个大导体，静电平衡状态的地球以及跟它相连的导体都是等势体。(6)孤立导体表面的电荷分布特点：在孤立导体表面，向外突出的地方电荷较密，比较平坦的地方电荷较疏，向里凹进的地方电荷最疏。因而导体尖端电荷面密度较大致使该处场强较大，从而可能使得空气被电离成导体而发生尖端放电现象。夜间看到的高压电线周围笼罩着的一层绿色光晕(电晕)就是一种微弱的尖端放电形式。尖端放电致使高压线及高压电极上电荷的丢失，因此，凡对地有高压的导体(或两个相互有高压的导体)，其表面都应尽量光滑。避雷针即利用尖端放电的道理制成的。三、静电屏蔽：导体网（壳）在静电平衡时，内部场强处处为零，这样就可以保护它所包围的区域，使区域内不受外界电场的影响。叫做静电屏蔽。”1、静电的防止和利用(1)危害：静电由于吸附尘埃会给印刷、制药、合成纤维等工业生产中带来危害。静电对高精密仪器有干扰甚至毁坏作用。静电的最大危害是有可能因静电火花点燃某些易燃物质而引起爆炸。(2)防止：最简单而又最可靠的办法是用导线把设备接地，这样可以把电荷引入大地，避免静电积累。油罐车尾部拖的铁链就是一根接地线。调节空气的温度也是防止静电危害的有效方法。(3)利用：静电利用依据的物理原理几乎都是让带电的物质微粒在电场力的作用下，奔向并吸附到电极上。如图1-25是静电除尘示意图，除尘器由金属管A和管中的金属丝B组成，A接高压电源正极，B接高压电源负极。A、B之间有很强的电场，而且距B越近电场越强。B附近的空气分子被强电场电离为电子和正离子，正离子跑到B上得到电子又变成空气分子。电子奔向正极A的过程中吸附到煤粉上便煤粉带负电，吸附到正极A上，排除的烟就成为清洁的了。课堂练习【例】图1-27中平行金属板A、B间距离为6厘米，电势差保持为300伏，将一块3厘米厚的矩形空腔导体放入A、B之间，它的左侧面P与A平行正对且离A板1厘米。则A、A．变为零；B．仍为150伏；C．升高50伏；D．降低50伏。【解题方法】平行正对导体间的电场性质为匀强电场；处于静电解:未放空腔前，板间场强由题意知UB=0，UA=300伏，则UC=150伏。放入空腔导体后，腔内场强为零，设此时C，点电势变为U′C。因导体为等势体，故有UP=UQ=U′C。由于空腔两个侧面与A、B板平行正对，因此A、P之间和Q、B之间场强相等，令其为E′。由题给条件，若设A、P间距为d′，则,即2(UA-U′C)=U′C-UB同理因UB=0，UA=300伏，所以U′C=200伏。即C点电势从150伏变为200伏，升高了50伏，所以应选C选项。教学反馈第八节电容器的电容教学目标一、了解电容器二、掌握电容的含义三、掌握平行板电容器电容的计算方式四、认识常见的电容器重点难点一、了解电容器二、掌握电容的含义三、掌握平行板电容器电容的计算方式教具无教学方法讲授板书提纲一.电容器——两个彼此绝缘又相隔很近的导体都可以看成一个电容器。1、电解质：中间夹杂的绝缘物质2、充电：两个极板带上电荷的过程3、放电：两极板相连，正负电荷中和的过程二、电容器的电容——电容器带电时，两极板就存在了电势差，电容器的电量跟两极板的电势差的比值叫电容器的电容表示电容器容纳电荷本领的物理量，是由电容器本身的性质（导体大小、形状、相对位置及电介质）决定的。单位：法拉（F）、皮法（pF）、微法（μF）1F＝106μF1μF＝106pF三、平行板电容器的电容1、静电计实验（测量电势差）电计与金属板的连接方法指针的偏角与电势差的关系电容器的电量基本不变变距离、正对面积、电介质（绝缘体）观察偏角的变化介电常数的定义介电常数的定义ε为电介质的介电常数（极板间充满电介质使电容增大的倍数），s为正对面积、d为距离、k为静电力常量（注意：额定电压和击穿电压）2、两种不同变化电容器和电源连接如图，改变板间距离、改变正对面积或改变板间电解质材料，都会改变其电容，从而可能引起电容器两板间电场的变化。这里要分清两种常见的变化：K（1）电键K保持闭合，则电容器两端的电压恒定（等于电源电动势），这种情况下带电量而K（2）充电后断开K，保持电容器带电量Q恒定，这种情况下教学过程今天我们来认识一下电容器，电容器是一个很重要的电学元件，有广泛的应用，。两个相距很近的平行金属板中间夹杂上一层绝缘物质——电介质（空气也是一种电介质），就组成一个最简单的电容器，叫做平行板电容器。这两个金属板叫做电容器的极板，。把电容器的一个极板与电池组的正极相连，另一个极板与电池组的负极相连，两个极板就分别带上等量的的异号电荷，这个过程叫做充电。用导线把充电后的电容器的两个极板接通，两极板上的电荷中和，这个过程叫做放电。一、电容充电后电容器的两极板间有电势差，这个电势差跟电容器所带的电荷量有关。实验表明，一个电容器所带的电荷量Q与电容器两极间的电势差U成正比，比值是一个常量。但是不同的电容器，这个比值是不同的，可见这个比值表征了电容器储存电荷的本领的特性。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C表示。所以又C=Q/U.在国际单位制中，电容的单位是法拉，简称法，符号F.其他单位还有皮法（pF）、微法（μF）1F＝106μF1μF＝106pF。二、平行板电容器的电容平行板电容器是最简单的电容，几乎其他所有的电容器都是平行板电容器的变形，所以我们先来研究一下平行板电容器的电容。如果两极板间的正对面积是S，极板间的距离为d，从过理论分析可知，其中K为静电力常数，为一个常数，与电介质的性质有关，叫做电介质的相对介质常数。我们现在来探讨一下电容器的以下基本属性发生变化后，两板间电势差与电荷量的变化情况，电容器和电源连接如图，改变板间距离、改变正对面积或改变板间电解质材料，都会改变其电容，从而可能引起电容器两板间电场的变化。这里要分清两种常见的变化：K（1）电键K保持闭合，则电容器两端的电压恒定（等于电源电动势），这种情况下带电量而K（2）充电后断开K，保持电容器带电量Q恒定，这种情况下【例】在平行板电容器正中有一个带电微粒。K闭合时，该微粒恰好能保持静止。在①保持K闭合；②充电后将K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？（①选B，②选C。）A.上移上极板MB.上移下极板NC.左移上极板MD.把下极板N接地KKMN【例】计算机键盘上的每一个按键下面都有一个电容传感器。电容的计算公式是，其中常量ε=9.0×10-12Fm-1，S表示两金属片的正对面积，d表示两金属片间的距离。当某一键被按下时，d发生改变，引起电容器的电容发生改变，从而给电子线路发出相应的信号。已知两金属片的正对面积为50mm2，键未被按下时，两金属片间的距离为0.60mm。只要电容变化达0.25pF，电子线路就能发出相应的信号。那么为使按键得到反应，至少需要按下多大距离？A解：未按下时电容C1=0.75pF，再得和C2=1.00pF，得Δd=0.15mm。AP＋－【例】一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地，在两极板间有一正电荷（电量很小）固定在P点，如图所示，以E表示两极板间的场强，U表示电容器的电压，W表示正电荷在P＋－AU变小，E不变BE变大，W变大CU变小，W不变DU不变，W不变三、电容器的利用1、电容器与恒定电流相联系在直流电路中，电容器的充电过程非常短暂，除充电瞬间以外，电容器都可以视为断路。应该理解的是：电容器与哪部分电路并联，电容器两端的电压就必然与那部分电路两端电压相等。【例7】如图电路中，，，忽略电源电阻，下列说法正确的是（）EC2R2R1KC1①开关K处于断开状态，电容的电量大于的电量；②开关处于断开状态，电容的电量大于的电量；③开关处于接通状态，电容的电量大于的电量；④开关处于接通状态，电容的电量大于EC2R2R1KC1A.①B.④C.①③D.②④解析：开关断开时，电容、两端电压相等，均为E，因为，由知，即，所以①正确；当开关K接通时，与串联，通过R1和R2的电流相等，与并联，与并联，故的电压为，的电压为又，又，，所以即两电容的电量相等；所以正确选项应为A。2、电容器力学综合ER1R2CR4R3CKOCC【例8】如图所示，四个定值电阻的阻值相同都为R，开关K闭合时，有一质量为m带电量为q的小球静止于平行板电容器板间的中点ER1R2R4R3KOCC解析：⑴开关闭合时，电容器两极板间电场方向竖直向上，由小球在O点处静止可知，小球带正电。设两极板间电压为U，则，即；由于无电流，电容器两极板间电压U等于电阻的端电压，则，所以。⑵开关断开后，两极板间电压为，，设此时两极板间场强为，；因小球所受的向上的电场力小于重力，小球向下加速运动与下极板碰撞，碰后小球上升至上极板时速度恰好为零。设小球与下极板碰撞后的电量变为，对小球从运动过程应用动能定理有，所以。三、针对训练1.如图所示，虚线a、b和c是某静电场中的三个等势面，它们的电势分别为φa、φb和φc，φa＞φb＞φc，一带正电的粒子射入电场中，其运动轨迹如实线KLMN所示，由图可知A.粒子从K到L的过程中，电场力做负功B.粒子从L到M的过程中，电场力做负功C.粒子从K到L的过程中，静电势能增加D.粒子从L到M的过程中，动能减小2.离子发动机飞船，其原理是用电压U加速一价惰性气体离子，将它高速喷出后，飞船得到加速，在氦、氖、氩、氪、氙中选用了氙，理由是用同样电压加速，它喷出时A.速度大 B.动量大C.动能大 D.质量大3.a、b、c三个α粒子由同一点垂直场强方向进入偏转电场，其轨迹如图所示，其中b恰好飞出电场，由此可以肯定