1、 物理高二静电场学案 1000 字第一章 静电场一、电荷及其守恒定律 课前预备一、小小信息窗摩擦起电现象早在公元前 585 年， 古希腊著名哲学家、数学家泰勒斯就有这样的记载：“用木块摩擦过的琥珀，能够吸引碎草等轻小物体。 ”我国古人在汉初也发现了琥珀和玳瑁在摩擦后出现的静电吸引现象。中学物理课本在讲述电学入门篇的时候，也特别提到了生活中的“摩擦生电”现象，进而指出“自然界中只存在两种电荷” ，并且给出了区分两种电荷的一种简单方法：“用丝绸摩擦玻璃棒后，玻璃棒上所带的电荷为正电荷；用毛皮摩擦橡胶棒后，橡胶棒上所带的电荷为负电荷。 ”这种区分方法，在一般情况下并没有什么值得怀疑的地方。那么，都存
2、在这样一条规律呢？不是的。例如在较高温度的环境下，就会使玻璃棒带上截然相反的负电荷。这是怎么回事呢？原来，摩擦生电的实质是一种“接触带电”现象。时，会发生紧密的接触，同时由于摩擦时产生的热，子转移。度有关。比如说，在常温下用丝绸摩擦玻璃棒，所以玻璃棒带正电；当环境温度升高到一定程度时，从丝绸表面向玻璃棒表面转移，于是玻璃棒就带上了负电。影响摩擦生电的因素很多，例如，当玻璃棒表面的摩擦系数大于 0.18 玻璃棒表面的摩擦系数小于 0.18，都不能绝对化。科学理论也是如此。二、要点综述1. 两种电荷：自然界只存在两种电荷，用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷是正电荷；.同种电荷互相排斥，异种电荷相互吸引
3、.2. 接触起电.玻硬橡胶棒与毛皮摩擦时，由于硬橡. .例如图 1-1 所示，将导体 A、B 接触后导体 A、B 上分别带上等量异种电荷，这时先把 A、B 分开，然后移去 CA 和 B 两导体上分别带上了等量异种电荷，如图1-2 所示.图1-1 图 1-2接触带电，指一个不带电的金属导体跟另一个带电的金属导体接触后分开，而使不带电的导体带上电荷的方式.例如，将一个带电的金属小球跟另一个完全相同的不带电的金属小球接触后分开，它们平分了原来的带电量而带上等量同种电荷. 3.电荷守恒定律：电荷既不能创造也不能消失，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.从物体带电的各种方式
4、不难看出，它们都不是创造了电荷，只是电荷从一个物体转移到了另一个物体，或者从物体的一部分转移到了物体的另一部分.摩擦起电、感应起电和电荷中和现象的本质都只是电荷的转移.4.物体带电的实质：物质是由原子组成的，原子是由带正电的原子核和带负电的核外电子组成的.物体失去电子则带正电，得到电子则带负电。物体带电的实质就是电子的得失.5.电量、元电荷电荷的多少叫电量，电量的国际单位是库仑（C）电量为 1.610-19C 的电荷叫元电荷，也叫基本电荷.自然界的物体所带电量都是元电荷D.物体不带电，表明物体中没有电荷课后巩固1.带电微粒所带电量不可能是下列值中的 ( )A.2.410-19C B.-6.41
5、0-19CC.-1.610C D.4.010C -18-172.关于摩擦起电现象,下列说法中正确的是 ( )A.摩擦起电是用摩擦的方法将其他物质变成了电荷B.摩擦起电是通过摩擦将一个物体中的电子转移到另一个物体C.通过摩擦起电的两个原来不带电的物体,一定带有等量异种电荷D.通过摩擦起电的两个原来不带电的物体,可能带有同种电荷3.如图 1-3 所示,将带正电的球 C 移近不带电的枕形金属导体时,枕形导体上电荷的移动情况是 ( )A.枕形导体中的正电荷向 B 端移动,负电荷不移动 B.枕形导体中电子向 A 端移动,正电荷不移动C.枕形导体中的正、负电荷同时分别向 B 端和 A 端移动 图1-3D.
6、枕形导体中的正、负电荷同时分别向 A 端和 B 端移动4.如图 1-4 所示，原来不带电的绝缘金属导体 MN，在其两端下面都悬挂着金属验电箔；若使带负电的绝缘金属球 A 靠近导体的 M 端，可能看到的现象是 A.只有 M 端验电箔张开 B.只有 N 端验电箔张开 C.两端的验电箔都张开 D.两端的验电箔都不张开-55.有三个相同的金属小球 A、B、C,其中小球 A 带有2.010C 的正电荷,带电,现在让小球C 先与球 A接触后取走,再让小球 B 与球 A接触后分开,B 与小球 C 接触后分开,最终三球的带电量分别为 qA= C,qBC图 1-4 图提速训练1.的表面镀有铝膜.在 a 的近旁有
7、一绝缘金属球 b,开始时 a、b 都带电 1-5 所示.现使 b 带电，则( )A.ab 之间不发生相互作用 B.b 将吸引 a,C.b 立即把 aD.b 先吸引 a,2.将一根用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近验电器，则关（ ）A.张角变小C. D.张角先变小后变大1.有 A、C 三个用绝缘柱支持的相同导体球，A 带正电，B和 C 不带电，讨论用什么办法能使：(1)B、C 都带正电；(2)B、C 都带负电；(3)B、C 带等量异种电荷.二、库仑定律课前预备一、小小信息窗静电力静电学的基本定律库仑定律是法国物理学家库仑(17361806)于 1785 年发现的.早在库仑之前，英国科学家卡文迪许(1731
8、1810)已经开始对电荷间的作用力进行了研究，1777 年，卡文迪许得出：“电的吸引力和排斥力很可能反比于电荷间距离的平方” 。 “物体中多余的电几乎全部堆积在紧靠物体表面的地方，物体其余部分处于中性状态” 。遗憾的是卡文迪许一直没有公开他的成果。直到 19世纪中叶英国物理学家威廉汤姆逊(开尔文勋爵)才在卡文迪许手稿中发现了这些珍贵资料。我们知道，牛顿在发现万有引力的过程中，曾用数学方法证明过，如果引力随着引力中心距离的平方反比减少，一个均匀球壳对其内部的物体就没有引力的作用。1775 年，富兰克林发现将一小块软木块悬于带电的金属罐内并不受到电力的作用。他的朋友普里斯特列(17331804)根
9、据这个实验和牛顿对万有引力定律的数学证明推想电的作用力也遵守平方士。1.2. 力误的.一定大小，根本不会出现 r=0 的情况.也就是说，在0 时，电荷已不能再看成是点电荷，所以违背了库仑定律的适用条件，不能再运用库仑定律计算两电荷间的相互作用力.应注意将计算库仑力的大小与判断库仑力的方向二者分别进行，即应用公式计算库仑力大小时，不必将表示电荷Q1、2 的带电性质的符号代入公式中，只将其电量绝对值代入公式中，从而计算出力的大小；库仑力的方向再依据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引加以判别.这样分别加以处理的方法，可以避免将表示带电性质的符号代入公式中一起运算，根据运算结果是正、负号再判定而带来的
10、麻烦.应注意统一单位，因为静电力常量9.0109 N22 是在 SI 中的数值. .库仑力同样具有力的共性.例如，两个静止的点电荷之间的相互作用力遵守牛顿第三定律大小相等、方向相反，并且在一条直线上；不能认为电量大的点电荷所受的（施加的）库仑力大于电量小的点电荷施加的（受到的）库仑力.库仑力满足力的独立作用原理，两个点电荷之间的相互作用与其它电荷存在与否无关。若考虑一个点电荷受到几个点电荷的作用时，由于力是矢量，应用矢量合成法则求出合力。课堂同步1关于点电荷的说法，正确的是 ( )A只有体积很小的带电体，才能作为点电荷 B体积很大的带电体一定不能看作点电荷C点电荷一定是电量很小的电荷D2.真空
11、中有两个点电荷，它们间的静电力为 F 之间的距离增大为原来的 2 倍，它们之间作用力的大小等于( )A.F B.2F C.F/2 D.F/43A、B 两个点电荷之间的距离恒定，当其它电荷移到A、B 之间的库仑力将 ( )A可能变大 B可能变小 C4两个半径均为 1cm 的导体球，分别带上3Q90cm，相互作用力大小为 F3cm 处，则它们的相互作用力大小变为 A3000F B1200F C5Q1Q2，点电荷 q 置于 Q1、Q2 连线上某点时，正好处于平衡，则 Aq 一定是正电荷 qCq 离 Q2 比离 Q1 远 qQ2 比离 Q1 近6r，电子质量为 m，电量为 e，求电子绕核运动的周期1
12、（ ）A.这两个带电体可看作点电荷B.只有体积很小的带电体才能看作点电荷 C.体积很大的带电体一定不能看作点电荷 D.对于任何带电球体，总可把它看作电荷全部集中在球心的点电荷 2真空中有两个相同的带电金属小球 A 和 B，相距为 r，带电量分别为 q 和 8q，它们之间作用力的大小为 F，有一个不带电的金属球 C，大小跟A、B 相同，用 C 跟 A、B 两小球反复接触后移开，此时，A、B 间的作用力大小为 （ ）AF/8 B3F/8 C7F/8 D9F/83两个完全相同的金属小球相距为 r（可视为点电荷） ，带有同种电荷，所带电量不等，电荷间相互作用力为 F，若将它们接触后放回到原来的位置，这
13、时的相互作用力为 F，则 （ ）AF一定大于 F BF可能等于 F CF一定小于 F D不能确定4.将两个半径极小的带电小球（可视为点电荷） ，置于一个绝缘的光滑水平面上，相隔一定的距离从静止开始释放，那么下列叙述中正确的是（忽略两球间的万有引力作用） （ ） A.它们的加速度一定在同一直线上，而且方向可能相同 B.它们的加速度可能为零 C.它们的加速度方向一定相反 D.它们加速度的大小一定越来越小 5.两个完全相同的小金属球，它们的带电量之比为 5：1 距一定距离时相互作用力为 F1，力变为 F2，则 F1：F2 可能为： ( )A5：2 B5：4 C5：6 D5：96.真空中固定着 A、B
14、10 电荷 C，放到 A、B 连线上距 A 2处，则 CAB 两个点电荷电量之比 QA .7两个小球都带正电，总共有电荷 5.010-53.0m，它们之间的斥力为 0.4N8.两个带电量分别为 Q、4Q 在真空中相距 L，现引入第三个点电荷 C，C 的位置、电性及它的电荷量. 提速训练 1.如图 1-6B，静止在 A 电量为 Q，B 球的质量为m，带电量为 q，A 和 B 在同一水平线上，整个装置?2.如图 1-7 所示，质量、电量分别为 m1、m2、q1、q2 的两球，图 1-6用绝缘丝线悬于同一点，静止后它们恰好位于同一水平面上，细线与竖直方向夹角分别为 、，则（ ）若 m1=m2，q1q
15、2，则 B若 m1=m2，q1q2，则 C若 q1=q2，m1m2，则 D若 m1m2，则 ,与 q1、q2 是否相等无关高考链接1.如图 1-8 所示，用两根丝线挂着两个质量相同的小球M、N，此时上下丝线的受力分?，则 ?、TN 别为 TM 和 TN，如果使 M球带正电，N 球带负电，上下线受到的力分别为 TM( )? C. TM=TM? ? B. TNTN? D. TNTNA. TMTM图 1-9图 1-8图 1-102.如图 1-9 所示，在光滑且绝缘的水平面上，有 B，它们用一轻弹簧相连，带同种电荷。弹簧伸长 x0A 弹簧伸长为 x，则 x 和 x0 的关系为 ( )Ax=2x0 Bx
16、=4x0 Cx4x0 D0 3如图 1-10 所示,一半径为 R+Q 的电荷，另一电量为+q 的点电荷放在球心 Or（r 远小于 R）的一个小圆孔， (已知静电力恒量为 k)，方向三、电场强度课前预备 静电屏蔽或者为了避免电器设备的电场对外界的影响，用使其内部不受影响，也不使电器设备对外界产生影响，这就叫做静电屏蔽。空腔导体接地的屏蔽为全屏蔽。空腔导体在外电场中处于静电平衡，其内部的场强总等于零。因此外电场不可能对其内部空间发生任何影响。若空腔导体内有带电体，在静电平衡时，它的内表面将产生等量异号的感生电荷。如果外壳不接地则外表面会产生与内部带电体等量而同号的感生电荷，此时感应电荷的电场将对外
17、界产生影响，这时空腔导体只能对外电场屏蔽，却不能屏蔽内部带电体对外界的影响，所以叫外屏蔽。如果外壳接地，即使内部有带电体存在，这时内表面感应的电荷与带电体所带的电荷的代数和为零，而外表面产生的感应电荷通过接地线流入大地。外界对壳内无法影响，内部带电体对外界的影响也随之而消除，所以这种屏蔽叫做全屏蔽。为了防止外界信号的干扰，静电屏蔽被广泛地应用科学技术工作中。例如电子仪器设备外面的金属罩，通讯电缆外面包的铅皮等等，都是用来防止外界电场干扰的屏蔽措施。二、要点综述1电场强度电场的最基本性质之一，是对放入其中的电荷有电场力的作用。电场的这种性质用电场强度来描述.利用电场具有对放在其中的电荷具有电场力
18、的特征，通过分析放在电场中的检验电荷受到的电场力来研究或描述电场的强弱.在电场中放入一个试探电荷 q，它所受到的电场力 F 和 q的比值叫做该点的电场强度。 定义式：E=F/q, 单位：牛/库（N/C）或伏/米（V/m）方向：场强是矢量，规定正电荷受电场力的方向为该点场强的方向，那么负电荷受电为电荷间的相互作用是通过 发生的.2在电场中画出一系列的从 出发到 终止的曲线，使曲线上每一点的 方向都跟该点场强方向一致，这些曲线就叫做电场线.电场线的密稀表示场强的 .在电场的某一区域，如果场强的 和 都相同，这个区域的电场叫匀强电场.3电场中 A、B、C 三点的电场强度分别为：EA=5V/m、EB=
19、4V/m 、EC = 1 V/m，则这三点的电场由强到弱的顺序是 （ ）A.ABC B.BCA C.CAB D.ACB4由电场强度的定义 E= F/q 可知 （ ）A.E 和 F 成正比，F 越大 E 越大 B.E 和 q 成反比，q 越大 E 越小C.E 的方向与 F 的方向相同 D.E 的大小可由 F/q 确定5A 为已知电场中的一个固定点，在 A 点放一电量为 q 的电荷，所受电场力为 F，A 点的电场强度为 E，则 （ ）A.若在 A 点换上 q，A 点的电场强度将发生变化B.若在 A 点换上电量为 2q 的电荷，A 点的电场强度将变为2E C.若 A 点移去电荷 q ，A 点的电场强
20、度变为零D.A 点电场强度的大小、方向与 q 的大小、正负、有无均无关 6由电场强度的定义 E= F/q 可知 （ ） A.这个定义只适于点电荷电场B.式中的 F 是放入电场中的电荷所受的电场力，q 是电荷所带的电荷量C.式中的 F 是放入电场中的电荷所受的电场力，q22D.库仑定律 F = KQ1Q2 /r 中，KQ2 /r 是点电荷 Q2 产生的电场在 Q17如图 1-11 所示是电场中某一条电场线，下列说法中正确的是（A.A、B 两点电场方向相同B.A、B 两点电场大小关系是 EAEBC.电场线是直线，则 EAEBD.不知附近的电场线分布， EA 、EB 的大小不确定 A.与孤立正点电荷
21、距离相等的 A、B 两点 B.与孤立负点电荷距离相等的 A、B 两点C.两个等量异种点电荷连线的中垂线上,A、B 两点 D.A、B两点 9把质量为 m 的点电荷 q,下列说法中正确的是 （ ）A.B.C. D.课后巩固1.其电量为 q,检验电荷受到的电场力为 F，则该点电场强度为 E=F/q （ ） A.q,该点的电场强度就变为零 B.2q 的检验电荷，该点的场强就变为 E/2 C.若在该点放一个电量为2q 的检验电荷，则该点场强大小仍为 E，但电场强度的方向变为原来相反的方向 D.若在该点放一个电量为也还是原来的场强方向 q2A 图 8.下列情况中,A、B（）的检验电荷，则该点的场强大小仍为
22、 E，电场强度的方向2.对于由点电荷 Q 产生的电场，下列说法正确的是 （ ）A.电场强度的表达式仍成立，即 E=F/Q，式中的 Q 就是产生电场的点电荷所带电量 B.在真空中，点电荷产生电场强度的表达式为 E=kQ/r2,式中 Q 就是产生电场的点电荷所带电量 C.在真空中 E=kQr2，式中 Q 是试探电荷 D.上述说法都不对 3.当在电场中某点放入正点电荷时, 正点电荷受到的电场力向右；当放入负点电荷时它受到的电场力向左，下列说法正确的是 （ ） A.当放入正电荷时，该点场强方向向右；当放入负电荷时，该点场强方向向左 B.只有在该点放入电荷时，该点才有场强 C.该点场强方向一定向右 D.
23、以上说法均不正确 C 提速训练1如图 1-16 所示，A 为带正电 Q 的金属板，沿金属板的垂直平分线，在距板 r 处放一质量为 m、电量为 q 的小球，小球受水平向右的电场力偏转 角而静止.小球用绝缘丝线悬挂于 O 点，试求小球所在处的电场强度.2.如图 1-17 所示，两根长为 l 的丝线下端悬挂一质量为m，带电量分别为+Q 和Q 的小球 A 和 B，处于场强为 E，方向水平向左的匀强电场之中，使长度也为 l 的连线 AB 拉紧，并使小球处于静止状态.求 E 的大小满足什么条件才能实现上述平衡状态. 高考链接1.在场强为 E 、方向竖直向下的匀强电场中，有两个质量均为 m 的带电小球 A
24、和 B，电量分别为+2q 和q，两小球间用长为 L 的绝缘细线连接，并用绝缘细线悬挂在 O1 所示平衡时，细线对悬点的作用力多大？图 1-18 图 1-192.如图 1-19 所示，一条长为 Lm 的带电小球，将它置于一匀强电场中，电场强度大小为 E 时，小球处于平衡.(1)（2）如果使细线的偏角内 为多大才能使在. 四、电势能和电势课前预备一、小小信息窗雷电雷电是大气中的一种自然现象，大气不完全呈分子或原子状态，经常是带电的，当正负电荷之间形成的电场强度达到一定的极限,就会击穿空气产生放电现象，就形成了闪电，并发出雷声,由于光速很快、约每秒三十多万公里，而声速每秒只有三百多米，所以我们一般先
25、看到闪电，后闻到雷声。每一次雷暴雷电所产生的电压可高达几万伏，甚至几十万伏.然而，地球所带的电荷高达五十万库仑以上，整个地球表面所含的电荷均是负电荷，所以，雷电很容易接触到地表面，雷电与地面间就形成一个通道电流回路，此通道电流极大，平均可达几万安培,而且通道直径甚微，只有几平方厘米到几十平方厘米，这样空气柱必然被烧的炽白.雷电时的温度高达摄氏二万度以上，所以，常见的闪电颜色是白的.若人或牲畜恰巧处在雷电通道电流内，就无疑会被击伤击死。加之上万度高的温度短时猛烧，所以，往往被雷电击死的人身上出现一片片焦糊斑迹.那么，为什么受害人的衣服未燃烧呢？这是因为一次雷击时间仅有百分之几秒，衣服在这么短的时间内是不可能燃烧的。又因雷电通道电流范围很小很小，可一个人的一只脚所站的面积至少也有近二百平方厘米，这就是说一般只有一个人或一个人的半只脚底板处在雷电通道电流范围内，所以如几个人在一起，也往往只击死其中某一个人.雷电虽然对人类有害，同时也在为人类造福。在雷电瞬间的高温高压下，的氮氧或氮氢化合，可以说是天然的化肥制造者.二、要点综述1.电势能电场具有能的性质,研究电场能的性质的方法类似于重力势能. .化. 电场力做功的特点：只与初、末位置有关. 2电势
