高中物理《静电场》

静电场主讲人：陈智主要内容：1.电荷及其守恒定律

2.库仑定律

3.电场强度4.电势能和电势

5.电势差

6.电势差与电场强度的关系

7.电容器与电容

8.带电粒子在电场中的运动a.电荷有两类以及性质，正电荷、负电荷。b:电荷之间的作用1.有关电荷知识的回顾2.起电的方式

a.摩擦起电b.感应起电c.接触起电a.摩擦起电原子的核式结构及摩擦起电的微观解释构成物质的原子包括了带电粒子：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。通常离原子核较远的电子受到的束缚较弱，容易受到外界的作用而脱离原子。当两个物体相互摩擦时会产生热量，使得电子能量增加，一些束缚的不紧的电子往往会从一个物体转移到另一个物体，于是原来电中性的物体由于得到电子而带负电，失去电子的物体则带正电，这就是摩擦起电

结果：两个相互摩擦的物体带上了等量异种电荷．电荷总量没有变。

静电感应：把电荷移近不带电的异体，可以使导体带电的现象。利用静电感应使物体带电，叫做感应起电．感应起电的本质原因：把带电的球C移近金属导体A和B时，由于同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，使导体上的自由电子被吸引过来，因此导体A和B带上了等量的异种电荷．感应起电也不是创造是电荷从物体的一部分转移到另一部分，电荷总量没有变了电荷，而是使物体中的正负电荷分开，是电荷从物体的一部分转移到另一部分，电荷总量没有变。b.感应起电

电荷守恒定律：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，或者从物体的一部分转移到另一部分．另一种表述：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是保持不变。

3、起电的本质：不是创造了电荷，而是使物体中的电荷分开和转移．电荷守恒定律电荷量：电荷的多少叫做电荷量．符号：q

或Q单位：库仑

符号：C元电荷:最小的电荷量，用e表示，即电子的电荷量比荷：电子的电荷量e和电子的质量me的比值,为C/㎏密立根油滴法测定：e=1.60217733×10-19库仑(C)

e=1.6×10-19库仑(C)

4.元电荷依据实验现象猜想：力的大小与什么因素有关，会不会与万有引力的大小具有相似的形式呢？即静电力常量：k=9.0×109N·m2/C2内容表述：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力的大小跟两个点电荷的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比．作用力的方向在两个点电荷的连线上公式：

适用条件：真空中，点电荷点电荷——理想化模型，实际上是不存在的．但只要带电体本身的大小跟它们之间的距离相比可以忽略，带电体就可以看作点电荷．并非是体积小就能当点电荷（理想化研究方法）5、库仑定律【例题2】：试比较电子和质子间的静电引力和万有引力．已知电子的质量m1=9.10×10-31kg，质子的质量m2=1.67×10-27kg．电子和质子的电荷量都是1.60×10-19C．分析：这个问题不用分别计算电子和质子间的静电引力和万有引力，而是列公式，化简之后，再求解．解：电子和质子间的静电引力和万有引力分别是启示与小结：可以看出，万有引力公式和库仑定律公式在表面上很相似，只有质量和电荷量的区别，体现了科学的一种对称美，它们的实质区别是：首先万有引力公式计算出的力只能是相互吸引的力，绝没有相排斥的力．其次，由计算结果看出，电子和质子间的万有引力比它们之间的静电引力小的很多，因此在研究微观带电粒子间的相互作用时，主要考虑静电力，万有引力虽然存在，但相比之下非常小，所以可忽略不计．a:力的作用媒介：电荷之间的相互作用是通过特殊形式的物质——电场发生的，电荷的周围都存在电场.b:电场的基本特征：①引入电场中的任何带电体都将受到电场力的作用。③当带电体在电场中移动时，电场力将对带电体做功，这表示电场具有能量.可见，电场具有力和能的特征c:电场的物质性是客观存在的，具有物质的基本属性——质量和能量。它不同于生活中常见的物质，看不见，摸不着，无法称量，可以叠加.静电场：静止电荷产生的电场6.电场a:电场强度概念的提出：同一电荷q在电场中不同点受到的电场力的方向和大小一般不同，因此电场具有方向性以及各点强弱的不同，引出电场强度的概念来描述电场这种性质的不同。b:检查强度的方法：用同一检验电荷q在电场中不同点受到的电场力的方向和大小不同，用来表示电场的强弱和方向的不同．c:电场强度的定义：虽然可用同一检验电荷q在电场中各点所受电场力F的大小来比较各点的电场强弱，但是电场力F的大小还和电荷q的电量有关，所以不能直接用电场力的大小表电场的强弱．实验表明：在电场中的同一点，电场力F与电荷电量q成正比，比值F/q由电荷q在电场中的位置所决定，跟电荷电量无关，是反映电场性质的物理量，所以我们用这个比值F/q来表示电场的强弱．

a.电场强度4、决定因素:电场中某一点处的电场强度E是唯一的，它的大小和方向与放入该点电荷q无关，它决定于电场的源电荷及空间位置，电场中每一点对应着的电场强度与是否放入电荷无关.1、定义：电场中某一点的电荷受到的电场力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度，简称场强．用E表示。2、公式（大小）：E=F/q（适用于所有电场）单位：N/C意义：3、方向性：电场强度是矢量物理学中规定，电场中某点的场强方向跟正电荷在该点所受的电场力的方向相同．指出：负电荷在电场中某点所受的电场力的方向跟该点的场强方向相反．a真空中点电荷的电场强度的决定式(检验电荷与产生电场的电荷)E=F/q和E=kQ/r2

b点电荷电场的方向：如果是正电荷，E的方向就是沿着PQ的连线并背离Q；如果是负电荷：E的方向就是沿着PQ的连线并指向Q．

c多个点电荷的电场的求解：某点的场强等于该点周围各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和．b.点电荷的电场电场线的基本性质①电场线上每点的切线方向就是该点电场强度的方向.②电场线的疏密反映电场强度的大小(疏弱密强).③静电场中电场线始于正电荷或无穷远，止于负电荷或无穷远.它不封闭，也不在无电荷处中断.④任意两条电场线不会在无电荷处相交电场线是为了形象描述电场而引入的假想的线，不是实际存在的线。

c.电场线(1行)定义是：电烟场中喊各点凳场强努的大枪小相堂等、咐方向新相同掌的电识场就断叫匀占强电肿场.(2课)匀强兵电场御的电限场线眠：是习一组溪疏密右程度芒相同(等间鹿距)的平便行直肝线.例如抖，两等创大、行正对刺且带逆等量雁异种役电荷进的平著行金智属板艇间的底电场中，返除边恋缘附雅近外摆，就是午匀强姓电场.如右图习所示d.匀强活电场电场电场线图样简要描述正点电荷发散状负点电荷会聚状等量同号电荷相斥状等量异号电荷相吸状匀强电场平行的、等间距的、同向的直线常见晕电场魄的电遥场线结合桌课本令图1。4-膊1（右翻图）协分析猫试探夕电荷q在场烤强为E的均左强电堪场中饭沿不肺同路血径从A运动敬到B电场院力做司功的牙情况应。（1）q沿直番线从A到B（2）q沿折素线从A到M、再钱从M到B（3）q沿任与意曲肺线线A到B结果浑都一姨样即灯：W=qE扫LAM=qE制LABco讽s【结论】：在浴任何门电场六中，台静电店力移缠动电士荷所史做的显功，魂只与模始末端两点爷的位宇置有翅关，逼而与寇电荷尝的运动拖路径无关夺。与重缘瑞力做秋功类寒比，妇引出词：电示势能引入攀新课络：从支静电超力做誓功使侵试探打电荷汉获得漂动能秤入手袄，提涌出问救题：烦是什柏么能侍转化考为试源探电见荷的康动能这？e.电场富力做腥功1、电银势能要：由板于移阴动电绢荷时戏静电傻力做瓣功与源移动楚的路呆径无驳关，杰电荷销在电饶场中松也具仪有由蜡位置牲决定桶的势依能，劝这种衬势能枪叫做板电势史能。2、静唯电力膨做功雷与电咏势能刚变化挥的关唱系：静电弟力做尼的功汤等于辜电势倒能的膛减少通量。鸽写成慌式子嘱为：注意雕：①．电良场力糠做正狱功，夕电荷揭的电利势能猜减小绑；电蓝场力轰做负皱功，翠电荷摩的电往势能丙增加②．盘电场妈力力哑做多石少功例，电槽势能忍就变躁化多没少，井在只柔受电黎场力共作用忌下，像电势援能与巴动能浙相互捉转化耗，而线它们裹的总源量保数持不伪变。③．求掀电荷桃在电刷场中另某点煎具有他的电紫势能电荷剃在电果场中己某一改点A具有响的电摧势能EP等于雄将该围点电悲荷由A点移换到电拨势零利点电关场力坏所做育的功W的。酸即EP=W④类比圣于重电力势驴能，油有正飞负无沫方向f.电势科能电势--俩-表征槽电场太性质如的重把要物务理量暖度，通过慕研究近电荷域在电灰场中亮电势夹能与妨它的缺电荷改量的来比值粉得出宋。（运类比宋电场守强度宇的定装义）（1）、排定义茫：电咸荷在票电场甚中某阶一点够的电麻势能摆与它猎的电顶荷量情的比推值，杜叫做昆这一衣点的告电势瓶。用槐表示田。标脸量，裙只有套大小宫，没惭有方潮向，稻但有饮正负蚊。（2）公肝式：撞（排与试昏探电坝荷无幼关）（3）单低位：毅伏特咸（V）（4）电外势与归电场樱线的绪关系夫：电姜势顺盆线降溉低。招（电拍场线呜指向电势雪降低孟最快希的方棍向）（5）零姑电势惹位置铺的规怕定：办电场染中某喘一点求的电恐势的纤数值卧与零板电势佣的选跌择有姐关，适即电宪势的尸数值芒决定灵于零滑电势勤的选凝择．踢（大忍地或预无穷隔远默骨认为江零）g.电势⑴．定冒义：怎电场馅中电甜势相滑等的沾点构酸成的鉴面⑵．等势疫面的刊性质幅：①．摸在同纱一等豆势面唯上各谦点电荣势相司等，构所以愤在同驱一等牛势面盛上移绣动电扰荷，植电场针力不是做功②．络电场此线跟漆等势傅面一呈定垂摧直，侮并且码由电条势高妹的等橡势面诸指向淘电势么低的休等势苦面。③．路等势透面越脖密，元电场奴强度朱越大④．块等势怪面不吊相交芬，不滋相切⑶．几种蚀电场卡的电舱场线烈及等捧势面杆（课疲本21页）说明:这里季讨论叨等势唉面与哲电场殿线的饼关系梳时用逼到了裹反证稻法。黑反证法是宋科学业研究图中重坛要的贿逻辑馆方法逆，在啊日常租生活右中也裙常用屠到。h.等势漠面通过泡对重客力场送中的耀高度俘、高醋度差欠和电沈场中培的电敬势、造电势斯的差絮值进迅行类教比，售引出舰电势渣差。（1）定橡义：文电场携中两趁点间嗓电势挪的差塌值，梁也叫孝电压长。用婆表示馆。或注意吧：电圾势差膊也是是标量献，可叮正，秩可负漏。一、驱电势删差电荷Q在电孕场中右从A移动赛到B时，姨静电伍力做像的功WAB等于枣电荷陈在A、B两点询的电焦势能捕之差阔。推导万：所以细有：或即：电场支中A、B两点什间的庙电势部差等带于电浊场力值做的织功与熟试探掠电荷Q的比免值。注意盐：电缸场中A、B两点偿间的失电势表差跟误移动份电荷岗的路签径无并关，量只与AB位置左有关二、静电命力做傅功与居电势晴差的川关系引导站学生采结合握图1、6—1用电贿场力棉做功麦的两浑种不急同途象径求棵出电伟场力泼做的启功。再引单导学袍生比暮较得乡丰出：楼匀强诵电场障中电势泡差与础电场哨强度涌的关虚系：结论既一：匀强访电场赢中两暮点间串的电势裳差等樱于电号场强对度与欢这两蒙点沿电堤场方约向的瞧距离的乘锄积。军即结论对二：扣在匀强起电场妨中，电场冻强度薄的大沸小等觉于两消点间岂的电课势差肥与两翼点沿电栽场线殃方向惜的距青离的比屋值。逝即适用窝条件轧：匀强年电场归纳樱总结吸一：电场乎强度妨与电衔势无坟直接巷关系晚，而信是与电木势的州变化冬相联睁系，并庸举例器说明①．锯电场杀强度和为零针的地花方电首势不梦一定归为零浊，电武势为蹲不为晌零取葛决于孝电势唐零点亡。②．级电势级为零宴的地娇方电吨场强汪度不似一定敲为零雄。③．主电场魔强度控相等创的地肌方电踪蝶势不害一定纵相等牵。④．榜电势喝相等目的地香方电深场强弓度不汽一定打相等遮。归纳督总结阴二：甜并引鬼导学盛生概川括场叹强三断个公胖式E=占F/售q、E=哨kQ恢/r2和E=介UAB/d，对比养其适关用条胶件。强调d是沿电碍场方故向的厌距离一、繁电容宏器电容助器的再结构望：任何劫两个彼此劫绝缘又相汇隔很益近的妈导体鸟都可惑以看饲成一众个电服容器想。电容偶器的戏充电姑、放金电：把电千容器本的一吵个极宰板与绞电池搁组的沃正极右相连后，另睁一个古极板很与负赶极相唇连，贯两个迫极板缺上就荐分别汤带上型了等量的异素种电编荷。递这个曲过程谜叫做充电。把充财电后尖的电绸容器革的两码个极澡板接招通,两极量板上御的电旧荷互绑相中腰和,电容校器就财不带炊电了,这个誉过程塔叫放电.内部摧能量：充猛电后,切断隔与电挥源的绳联系,两个推极板殖间有除电场勇存在,充电龙过程谋中由电恳源获管得的格电能另贮存槽在电托场中,称为醒电场脖能.放电轮后,两极宾板间臂不存疏在电舟场,电场洒能转躲化为蝴其他蛛形式搅的能擦量.归纳更：充嫩电——带电拔量Q增加,板间兔电压U增加,板间错场强E增加,电能汤转化炒为电府场能放电——带电软量Q减少,板间控电压U减少,板间笛场强E减少,电场粉能转呢化为衡电能二：爽电容(类比)2.与储乘水容资器类鹿比。似对于连给定事电容故器，图相对巨于给柳定柱栗形水洲容器济，C（类歪比于盏横截晕面积累）不旨变,U阴(类比谁于水挨的深伏度),滨Q(类比冲于储胡水的景体积)。在C一定蹲情况叙下，Q=逮CU，Q正比圈于U,穿Q/掉U是一雀个缘瑞常量.4.电容探的定斗义:电容曾器所歼带的离电量Q与电摧容器陷两极践板间当的电乖势差U的比登值，虹叫做瓶电容裳器的关电容可。5.电容浑的定卸义式:6.单位(数量第级的派名称):法拉巩（F）还详有微冒法（μF）和蹲皮法链（pF）1F揭=1帖0-6F=晨10-1砌2pF7.物理繁意义:电容衔是表驱示电垃容器咱容纳住电荷屠本领浊的物能理量妈，是照由电锹容器纵本身迷的性密质（撇由导叹体大喉小、斤形状彻、相兼对位叛置及妇电介昨质）记决定语的,与电绣容器斯是不虫是带泛电无飞关电容燥器的载定义阅式不是甩决定柿式,电容民大小与鞋电容拼器的崇带电量呈和两屑极间准电压美大小无举关.1、电容猾的引异入:讨论骗充电攀后的仁电容迈器Q与U的比妖值Q/捎U的意缎义。三.平行工板电这容器文的电劲容1.保持Q和d不变异，S越小,静电售计的稳偏转划角度鸽越大,截U越大,电容C越小装；2.保持Q和S不变等，d越大侦，偏纱转角够度越筹小，C越小.3.保持Q、d、S都不感变,在两转极板线间插纵入电载介质画板,静电发计的磨偏转姜角度建并且森减小,电势哄差U越小勒电容C增大.结论:平行健板电庭容器诞的电耻容C与介鸽电常企数ε成正但比,跟正烂对面止积S成正络比,跟极讽板间荣的距觉离d成反柏比.平行派板电报容器哪的决址定式没：真逐空鸡介泄质静电猜计是毫在验分电器洞的基础摆上制循成的,用来测量荡电势拜差.把它日的金属球餐与一垄个导头体相众连,把它寺的金故属外扛壳与望另一个妨导体白相连,从指鼻针的偏脊转角渠度可翠以量出两倒个导饥体之绵间的电势取差U.四、增常用翼电容渴器铝质拾电解非电容框器聚苯债乙烯刮电容亭器1、固届定电初容器知道旦电容朽器的罢击穿.额定潮电压稳和击拥穿电钓压甲观察电容器放电的电路图乙实验装置图1.7-7用传感器在计算机上观察电容器的放电做一愈做（1）在羽图中扣画一眯个竖均立的义狭长击矩形法，它辅的面粥积的悉物理炕意义诊是什拾么？（2）怎抓样根缓据右愈图估