上海高二物理靜電場必備教案

上海高二物理靜電場必備教案第二章 靜電場第1課時(shí) 庫侖定律 電場強(qiáng)度- 10 -基礎(chǔ)知識(shí)回顧1電荷、電荷守恒自然界中只存在兩種電荷：正電荷、負(fù)電荷使物體帶電的方法有摩擦起電、接觸起電、感應(yīng)起電靜電感應(yīng)：當(dāng)一個(gè)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)，由于電荷間的相互吸引或排斥，使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異號(hào)電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端帶同號(hào)電荷電荷守恒：電荷即不會(huì)創(chuàng)生，也不會(huì)消失，它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分；在轉(zhuǎn)移過程中，電荷總量保持不變（一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和保持不變）元電荷：指一個(gè)電子或質(zhì)子所帶的電荷量，用表示1.610-19C2庫侖定律真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間相互作用的電場力，跟它們電荷量的乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上即： 其中k為靜電力常量， k=9.010 9 Nm2/c2成立條件真空中（空氣中也近似成立），點(diǎn)電荷，即帶電體的形狀和大小對(duì)相互作用力的影響可以忽略不計(jì)（對(duì)帶電均勻的球， r為球心間的距離）3電場強(qiáng)度電場：帶電體的周圍存在著的一種特殊物質(zhì)，它的基本性質(zhì)是對(duì)放入其中的電荷有力的作用，這種力叫電場力電荷間的相互作用就是通過電場發(fā)生作用的電場還具有能的性質(zhì)電場強(qiáng)度E：反映電場強(qiáng)弱和方向的物理量，是矢量定義：放入電場中某點(diǎn)的試探電荷所受的電場力F跟它的電荷量的比值，叫該點(diǎn)的電場強(qiáng)度即：單位：V/，/ 場強(qiáng)的方向：規(guī)定正電荷在電場中某點(diǎn)的受力方向?yàn)樵擖c(diǎn)的場強(qiáng)方向（說明：電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)與放入場中的試探電荷無關(guān)，而是由該點(diǎn)的位置和場源電何來決定）點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度：，其中Q為場源電荷，E為場中距Q為r的某點(diǎn)處的場強(qiáng)大小對(duì)于求均勻帶電的球體或球殼外某點(diǎn)的場強(qiáng)時(shí)，r為該點(diǎn)到球心的距離電場強(qiáng)度的疊加：當(dāng)存在多個(gè)場源電荷時(shí)，電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)為各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的矢量和電場線：為形象描述電場而引入的假想曲線電場線從正電荷或無限遠(yuǎn)出發(fā)，終止于無限遠(yuǎn)或負(fù)電荷電場線不相交，也不相切，更不能認(rèn)為電場就是電荷在電場中的運(yùn)動(dòng)軌跡同一幅圖中，場強(qiáng)大的地方電場線較密，場強(qiáng)小的地方電場線較疏勻強(qiáng)電場：電場中各點(diǎn)場強(qiáng)大小處處相等，方向相同，勻強(qiáng)電場的電場線是一些平行的等間距的平行線重點(diǎn)難點(diǎn)例析一、電荷守恒、庫侖定律的理解1兩個(gè)完全相同的金屬球接觸后，所帶正、負(fù)電荷先中和然后平均分配于兩球分配前后正、負(fù)電荷之和不變 2當(dāng)求兩個(gè)導(dǎo)體球間的庫侖力時(shí)，要考慮電荷的重新分布，例：當(dāng)兩球都帶正電時(shí)，電荷相互非斥而使電荷主要分布于兩球的外側(cè),此時(shí)r將大于兩球球心間的距離3庫侖定律是長程力，當(dāng)r0時(shí)，帶電體不能看成質(zhì)點(diǎn)，庫侖定律不再適用4.微觀粒子間的庫侖力遠(yuǎn)大于它們之間的萬有引力，當(dāng)計(jì)算微觀粒子間的相互作用時(shí)可忽略粒子間的萬有引力5.計(jì)算庫侖力時(shí)，先將電荷量的絕對(duì)值代入進(jìn)行計(jì)算，然后根據(jù)電性來判斷力的方向【例1】 兩個(gè)半徑相同的金屬小球，帶電量之比為17，相距為r(可視為點(diǎn)電荷)，兩者相互接觸后再放回原來的位置上，則相互作用力可能為原來的 ( )A. B. C. D二、與電場力相關(guān)的力學(xué)綜合的問題電場力可以和其它力平衡，也可以和其它力一起產(chǎn)生加速度，因此這類問題實(shí)質(zhì)上仍是力學(xué)問題，仍是按力學(xué)問題的基本思路來解題，只不過多了一個(gè)電場力而已，特別是帶電體之間的庫侖力由于是一對(duì)相互作用力，因而考慮孤立帶電體之間相互作用的過程時(shí)，一般可考慮用動(dòng)量守恒；動(dòng)能與電勢能之和守恒來處理【例2】 如圖612，在真空中同一條直線上的A、B兩點(diǎn)固定有電荷量分別為+4Q和-Q的點(diǎn)電荷將另一個(gè)點(diǎn)電荷放在該直線上的哪個(gè)位置，可以使它在電場力作用下保持靜止？若要求這三個(gè)點(diǎn)電荷都只在電場力作用下保持靜止，那么引入的這個(gè)點(diǎn)電荷應(yīng)是正電荷還是負(fù)電荷？電荷量是多大？圖6圖651【例3】如圖613，在光滑絕緣水平面上有三個(gè)質(zhì)量都是m的相同小球，彼此間的距離都是l，A、B電荷量都是+q給C一個(gè)外力F，使三個(gè)小球保持相對(duì)靜止共同加速運(yùn)動(dòng)求：C球的帶電性和電荷量；外力F的大小圖613圖651三、電場與電場線場強(qiáng)是矢量，疊加遵循平行四邊形定則，場強(qiáng)的疊加是高考的熱點(diǎn)，是本節(jié)的重點(diǎn)，需要重點(diǎn)突破電場線是認(rèn)識(shí)和研究電場問題的有利工具，必須掌握典型電場的電場線的分布，知道電場線的切線方向與場強(qiáng)方向一致，其疏密可反映場強(qiáng)大小清除對(duì)電場線的一些錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)圖616圖651【例4】等量異種點(diǎn)電荷的連線和中垂線如圖616示，現(xiàn)將一個(gè)帶負(fù)電的檢驗(yàn)電荷先從圖中的a點(diǎn)沿直線移動(dòng)到b點(diǎn)，再從b點(diǎn)沿直線移動(dòng)到c點(diǎn)，則檢驗(yàn)電荷在此全過程中（ ）A所受電場力的方向不變 B所受電場力的大小恒定Cb點(diǎn)場強(qiáng)為0，電荷在b點(diǎn)受力也為0 D在平面內(nèi)與c點(diǎn)場強(qiáng)相同的點(diǎn)總共有四處四、如何運(yùn)用場強(qiáng)的三個(gè)表達(dá)式分析問題1.定義式：適用一切電場，E與試探電荷q的電荷量及所受電場力F無關(guān)，與試探電荷是否存在無關(guān)決定式：只適應(yīng)于真空中的點(diǎn)電荷，E由場源電荷Q及研究點(diǎn)到場源電荷的距離r有關(guān)關(guān)系式：；只適應(yīng)于勻強(qiáng)電場，d是指場中兩點(diǎn)沿電場線方向上的距離圖6110圖651 易錯(cuò)門診【例5】如圖示6110，帶電小球A、B的電荷分別為QA、QB，OA=OB，都用長L的絲線懸掛在O點(diǎn)靜止時(shí)A、B相距為d為使平衡時(shí)AB間距離減為d/2，可采用以下哪些方法A將小球B的質(zhì)量都增加到原來的2倍B將小球B的質(zhì)量增加到原來的8倍C將小球B的電荷量都減小到原來的一半D將小球A、B的電荷量都減小到原來的一半，同時(shí)將小球B的質(zhì)量增加到原來的2倍課堂自主訓(xùn)練1使帶電的金屬球靠近不帶電的驗(yàn)電器，驗(yàn)電器的箔片開.下列各圖表示驗(yàn)電器上感應(yīng)電荷的分布情況，正確的是（ ）ABCD圖6112圖6512如圖6112，帶箭頭的線段表示某一電場中的電場線的分布情況一帶電粒子從A運(yùn)動(dòng)到B，在電場中運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖示若不考慮其他力，則下列判斷中正確的是（）A若粒子是從A運(yùn)動(dòng)到B，則粒子帶正電；若粒子是從B運(yùn)動(dòng)到A，則粒子帶負(fù)電B不論粒子是從A運(yùn)動(dòng)到B，還是從B運(yùn)動(dòng)到A，粒子必帶負(fù)電C若粒子是從A運(yùn)動(dòng)到B，則其加速度變大D若粒子是從B運(yùn)動(dòng)到A，則其速度減小3如圖6113，一電子在某一外力作用下沿等量異種電荷的中垂線由AOB勻速飛過，電子重力不計(jì)，則電子所受電場力的大小和方向變化情況是（）A先變大后變小，方向水平向左B先變大后變小，方向水平向右C先變小后變大，方向水平向左D先變小后變大，方向水平向右課后創(chuàng)新演練帶負(fù)電的粒子在某電場中僅受電場力作用，能分別完成以下兩種運(yùn)動(dòng)：在電場線上運(yùn)動(dòng)，在電場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)該電場可能由（）A.一個(gè)帶正電的點(diǎn)電荷形成B.一個(gè)帶負(fù)電的點(diǎn)電荷形成C.兩個(gè)分立的帶等量負(fù)電的點(diǎn)電荷形成D.兩塊平行、帶等量異號(hào)電荷的無限大平板形成圖6114圖6512在同一電場中的A、B、C三點(diǎn)分別引入檢驗(yàn)電荷時(shí)，測得的檢驗(yàn)電荷的電荷量和它所受電場力的函數(shù)圖象如圖6114，則此三點(diǎn)的場強(qiáng)大小EA、EB、EC的關(guān)系是（ ）AEAEBEC BEBEAECCECEAEBDEAECEB圖6115圖6513.如圖6115，三個(gè)完全相同的金屬小球a、b、c位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上a和c帶正電，b帶負(fù)電a所帶電荷量的大小比b的小已知c受到a和b的靜電力的合力可用圖中四條有向線段中的一條來表示，它應(yīng)是（ ）A. B. C. D. 圖6116圖651A、B是某點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場中的一條電場線，若在某點(diǎn)釋放一初速為零的電子，電子僅受電場力作用，并沿電場線從A運(yùn)動(dòng)到B，其速度隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖6116.則（ ） A電場力 B電場強(qiáng)度 C該點(diǎn)電荷可能帶負(fù)電 D該點(diǎn)電荷一定在B點(diǎn)的右側(cè)如圖6117， A、B為兩個(gè)帶異種電荷的質(zhì)點(diǎn)，且AB電量之比這：，在A附近有一帶電質(zhì)點(diǎn)P，只受電場力作用下從靜止開始沿AB連線向右運(yùn)動(dòng)，則它的加速度大小 ( )圖6117圖651A不斷增大 B不斷減小C先減小后增大 D先增大后減小如圖6118在勻強(qiáng)電場中，有一質(zhì)量為m，電量為q的小球從A點(diǎn)由靜止釋放，運(yùn)動(dòng)軌跡為一直線，該直線與豎直方向的夾角為，那么勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小具有 ( )圖6118圖651A唯一值， B最大值，C最小值， D最大值，用兩根等長的細(xì)線各懸一個(gè)小球，并掛于同一點(diǎn)，已知兩球質(zhì)量相等，當(dāng)它們帶上同種電荷時(shí)，相距L而平衡，如圖6119若使它們的帶電量都減少一半，待它們重新平衡后，兩球間距離（ ）A大于L/2 B等于L/2圖6119圖651C小于L/2 D等于L 第2課時(shí) 電場能的性質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)回顧電勢能、電勢、電勢差、等勢面的概念電勢能：與重力勢能一樣，電荷在電場中也具有勢能，這種勢能叫電勢能，規(guī)定零勢點(diǎn)后，電荷在某點(diǎn)的電勢能，等于把它從該點(diǎn)移到零勢能位置時(shí)靜電力所做的功不同的電荷在同一點(diǎn)所具有的電勢能不一樣：電勢：電荷在電場中某一點(diǎn)的電勢能與它的電荷量的比值叫該點(diǎn)的電勢電勢的大小與試探電荷大小無關(guān)定義式：，單位：伏特VJ/C意義：電場中某一點(diǎn)的電勢在數(shù)值等于單位電荷在那一點(diǎn)所具有的電勢能相對(duì)性：某點(diǎn)的電勢與零電勢點(diǎn)的選取有關(guān)通常取無限遠(yuǎn)或大地的電勢為零標(biāo)量性：電勢只有大小，沒有方向，但有正、負(fù)之分，這里正負(fù)只表示比零電勢高還是低電場線也可判定電勢高低：沿著電場線方向，電勢越來越低等勢面：即電勢相等的點(diǎn)構(gòu)成的面電場線與等勢面垂直并由電勢 高 的等勢面指向電勢 低 的等勢面沿等勢面移動(dòng)電荷，電場力不做功電勢差U：電場中兩間電勢之差，也叫電壓，電場力做功靜電力做功的特點(diǎn)：在電場中確定的兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷時(shí)，它的電勢能的變化量是確定的，移動(dòng)電荷時(shí)電場力做的功也是確定的，和重力做功一樣，與路徑無關(guān)（只與這兩點(diǎn)間電勢差有關(guān)）電場力做功與電勢能改變的關(guān)系：靜電力做正功，電勢能減小，電勢能轉(zhuǎn)化為其它形式的能量；靜電力做負(fù)功，電勢能增加，其它形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能靜電力做的功等于電勢能的減少量：或勻強(qiáng)電場中電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系勻強(qiáng)電場中兩點(diǎn)間的電勢差等于電場強(qiáng)度與這兩點(diǎn)沿電場方向的距離的乘積或注意：上式只適用于勻強(qiáng)電場d是沿場方向上的距離重點(diǎn)難點(diǎn)例析一、靜電力做功及電勢差、電勢能的計(jì)算方法靜電力做功與路徑無關(guān)，只與初末位置有關(guān)計(jì)算方法：用功的定義式W=FScos來計(jì)算（F為恒力，僅適用于勻強(qiáng)電場中）用“靜電力做的功等于電勢能的減少量”來計(jì)算，即q(AB )，適用于任何電場但、均有正負(fù)，要帶符號(hào)進(jìn)行運(yùn)算用由動(dòng)能定理計(jì)算【例1】 將一正電荷q110-5C從無窮遠(yuǎn)處移向電場中點(diǎn)，電場力做功為6.010-5J，若將一個(gè)等量的負(fù)電荷從電場中N點(diǎn)移向無窮遠(yuǎn)處，電場力做功為7.010-5J，則M、N兩點(diǎn)的電勢m、n之間關(guān)系正確的是（ ）Amn0Bnm0Cnm0Dmn0NM兩點(diǎn)間電勢差為正電荷在M點(diǎn)的電勢能為負(fù)電荷在M點(diǎn)的電勢能【解析】取無窮遠(yuǎn)電勢=0對(duì)正電荷：Wm=qUm=q(m)=0qm 對(duì)負(fù)電荷：Wn=qUn=q (n)=qn n=Wn/q、所以nm0，選項(xiàng)C正確NM間電勢差 NM -7V（-6V）-1V正電荷在M點(diǎn)電勢能qM -610-5J負(fù)電荷在M點(diǎn)電勢能M-610-5J二、電場中電勢、電勢能高低的判定1.根據(jù)場源電荷判斷（取無窮遠(yuǎn)為0勢點(diǎn)）離場源正電荷越近：電勢越高（電勢大于0），正檢驗(yàn)電荷的電勢能q越大，負(fù)檢驗(yàn)電荷的電勢能q越小離場源負(fù)電荷越近：電勢越低（電勢小于0），正檢驗(yàn)電荷的電勢能q越小，負(fù)檢驗(yàn)電荷的電勢能q越大2.根據(jù)電場線判斷電勢、電場力做功判斷電勢能順著電場線的方向，電勢一定依次降低，與放入場中的檢驗(yàn)電荷的正、負(fù)無關(guān)而電勢能q則與q有關(guān)電場力對(duì)（正、負(fù)）電荷做正功，該電荷的電勢能一定減少，由知當(dāng)q為正時(shí)，電勢亦減小，當(dāng)q為負(fù)時(shí)，電勢反而增加【例2】如圖622，固定在Q點(diǎn)的正點(diǎn)電荷的電場中有M、N兩點(diǎn)，已知下列敘正確的是（）A若把一正的點(diǎn)電荷從M點(diǎn)沿直線移到N點(diǎn)，則電場力對(duì)該電荷做正功，電勢能減少B若把一正的點(diǎn)電荷從M點(diǎn)沿直線移到N點(diǎn)，則該電荷克服電場力做功，電勢能增加CMN兩點(diǎn)由于沒在同一條電場線上，因而無法比較其電勢高低D若把一負(fù)的點(diǎn)電荷從M點(diǎn)沿直線移到N點(diǎn)，再從N點(diǎn)沿另一路徑移回到M點(diǎn)，則圖622圖651【例3】如圖623，在粗糙絕緣的水平面上固定一點(diǎn)電荷Q，在M點(diǎn)無初速釋放一帶有恒定電量的小物塊，小物塊，在Q的電場中運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)靜止，則從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的過程中（）A小物塊所受電場力逐漸減小圖623圖651B小物塊具有的電勢能逐漸減小C M點(diǎn)的電勢一定高于N點(diǎn)的電勢D小物塊電勢能變化量的大小一定等于克服摩擦力做的功三、電場線、等勢面、運(yùn)動(dòng)軌跡的綜合問題電場線的切線方向?yàn)樵擖c(diǎn)的場強(qiáng)方向，電場線的疏密表示場強(qiáng)的大小電場線互不相交，等勢面也互不相交電場線和等勢面互相垂直電場線的方向是電勢降低的方向，而且是降低最快的方向電場線密的地方等差等勢面密，電場強(qiáng)度越大；等差等勢面密的地方電場線也密而軌跡則由力學(xué)性質(zhì)來決定，即軌跡總是向合外力所指的方向彎曲CADB圖6-2-4【例4】圖624中A、B、C、D是勻強(qiáng)電場中一正方形的四個(gè)頂點(diǎn)，已知A、B、C三點(diǎn)的電勢分別為A=15 V，B=3 V，C=3 V，由此可得D點(diǎn)電勢D=_ V. 試畫出電場線的方向？ 易錯(cuò)門診圖626圖651【例5】如圖626，虛線a、b、c代表電場中三個(gè)等勢面，相鄰等勢面之間的電勢差相等，即Uab = Ubc，實(shí)線為一帶負(fù)電的質(zhì)點(diǎn)僅在電場力作用下通過該區(qū)域時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡，P、Q是這條軌跡上的兩點(diǎn)，據(jù)此可知 ( )AP點(diǎn)電勢高于Q點(diǎn)電勢B帶電質(zhì)點(diǎn)在P點(diǎn)具有的電勢能比在Q點(diǎn)具有的電勢能大C帶電質(zhì)點(diǎn)通過P點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能比通過Q點(diǎn)時(shí)大D帶電質(zhì)點(diǎn)通過P點(diǎn)時(shí)的加速度比通過Q點(diǎn)時(shí)大課堂自主訓(xùn)練圖627圖6511 如圖627，在P和Q兩處固定著等量異號(hào)的點(diǎn)電荷+q和q，B為其聯(lián)結(jié)的中點(diǎn)，MN為其中垂線，A和C為中垂線上的兩點(diǎn)，E和D是P、Q連線上的兩點(diǎn)，則（ ）AA、B、C三點(diǎn)點(diǎn)勢相等BA、B、C三點(diǎn)場強(qiáng)相等CA、B、C三點(diǎn)中B點(diǎn)場強(qiáng)最大 DA、B、C、D、E五點(diǎn)場強(qiáng)方向相同 2.如圖628，把電量為5109C的電荷，從電場中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)，其電勢能（選填“增大”、“減小”或“不變”）；若A點(diǎn)的電勢A15V，B點(diǎn)的電勢B10V，則此過程中電場力做的功為J【答案】增大，2.5108圖628圖6513.帶電粒子M只在電場力作用下由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)，在此過程中克服電場力做了2.6104J的功則( ) AM在P點(diǎn)的電勢能一定小于在Q點(diǎn)的電勢能 BP點(diǎn)的場強(qiáng)小于Q點(diǎn)的場強(qiáng) CP點(diǎn)的電勢一定高于Q點(diǎn)的電勢 DM在P點(diǎn)的動(dòng)能一定大于它在Q點(diǎn)的動(dòng)能課后創(chuàng)新演練某一勻強(qiáng)電場的電場線如圖629，把一正電荷從B點(diǎn)移到A點(diǎn)關(guān)于這個(gè)過程中電場力做功的正負(fù)及A、B兩點(diǎn)的電勢高低的說法正確的是 （） 圖629圖651 A電場力做正功，B點(diǎn)的電勢高于A點(diǎn) B電場力做正功，A點(diǎn)的電勢高于B點(diǎn) C電場力做負(fù)功，B點(diǎn)的電勢高于A點(diǎn) D電場力做負(fù)功，A點(diǎn)的電勢高于B點(diǎn)圖6210圖651如圖6210，實(shí)線為電場線，虛線為等勢線，且AB=BC，電場中的A、B、C三點(diǎn)的場強(qiáng)分別為EA、EB、EC，電勢分別為、，AB、BC間的電勢差分別為UAB、UBC，則下列關(guān)系中正確的有（）ABECEBEACUABUBC DUABUBC3如圖6211，實(shí)線是一個(gè)電場中的電場線，虛線是一個(gè)負(fù)檢驗(yàn)電荷在這個(gè)電場中只受電場力作用的運(yùn)動(dòng)軌跡， a、b為軌跡上的兩點(diǎn)，以下判斷正確的是： （）圖6211圖651A電荷從a到b加