静电场复习课件

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 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 电场力 电场强度 电势差 电势 电势能 电场力的功 电场力做功与路径无关 一 电荷及库仑定律 起电的三种方式 摩擦起电 感应起电 接触起电 规律 近 远端带上等量的异种电荷 近端感应异种电荷 远端感应同种电荷 结果 两个相互摩擦的物体带上了等量异种电荷 规律 相同金属球平分总电量 不同金属球比例分配 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 一 电荷及库仑定律 元电荷是指最小的电量e 1 60 10 19C 点电荷是指不考虑形状和大小的带电体 检验电荷场源电荷 一 电荷及库仑定律 内容 真空中两个静止点电荷之间的相互作用力 与它们的电荷量的乘积成正比 与它们的距离的二次方成反比 作用力的方向在它们的连线上 电荷守恒定律 方向 计算时 若电荷是负电荷只需它的绝对值代入 在两电荷的连线上 同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引 库仑定律 k 9 109N m2 C2 称为静电力常量 一 电荷及库仑定律 练习1 如图所示 带电量分别为4q和 q的小球A B固定在水平放置的光滑绝缘细杆上 相距为d 若杆上套一带电小环C 带电体A B和C均可视为点电荷 求小环C的平衡位置 一 电荷及库仑定律 解 1 设C在AB连线的延长线上距离B为l处达到平衡 带电量为Q 由平衡条件 解得 所以平衡位置在AB连线的延长线上距离B为d处 一 电荷及库仑定律 练习2 光滑绝缘的水平面上固定着三个带电小球A B C 它们的质量均为m 间距均为r A B带等量正电荷q 现对C球施一水平力F的同时 将三个小球都放开 如图所示 欲使得三个小球在运动过程中保持间距r不变 求 1 C球的电性和电荷量 2 力F及小球的加速度a 一 电荷及库仑定律 解析设取A B C系统为研究对象 由牛顿第二定律有 F 3ma 以A为研究对象 画出其受力图如右图所示 A球受到B球的库仑斥力F1和C球的库仑力F2后 要产生水平向右的加速度 故F2必为引力 所以C球带负电荷 又由库仑定律得 答案 1 负电2q 3 一 电荷及库仑定律 定义式 适用于一切电场 仅对点电荷的电场适用 q是检验电荷 E与q无关 Q是场源电荷 E与Q成正比 1 和 的区别 仅对匀强电场适用 d为沿电场线方向的距离 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点处的场强大小和方向 二 电场的描述 1 场强的叠加问题 求场强的叠加问题的方法 1 补偿法2 对称法3 极限法4 微元法见小专题 一 1 场强的叠加问题 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 2 电场线的性质及作用 电场线的性质 二 电场的描述 例2 如图5所示 点电荷的静电场中电场线用实线表示 但其方向未标明 虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹 a b是轨迹上的两点 若带电粒子在运动中只受到电场力的作用 根据此图可作出正确判断的是 A 带电粒子所带电荷的性质B a b两点电场强度方向C 带电粒子a b两点处的受力方向D 带电粒子在a b两点的速度何处较大 图5 CD 二 电场的描述 练习1一负电荷从电场中A点由静止释放 只受电场力作用 沿电场线运动到B点 它运动的速度 时间图象如图6所示 则A B两点所在区域的电场线分布情况可能是下图中的 图6 C 二 电场的描述 练习2 某电场的电场线分布如图所示 以下说法正确的是 A c点场强大于b点场强B a点电势高于b点电势C 若将一试电荷 q由a点释放 它将沿电场线运动到b点D 若在d点再固定一点电荷 Q 将一试探电荷 q由a移至b的过程中 电势能减小 BD 解见下页 二 电场的描述 A 根据电场线疏密表示电场强度大小 c点场强小于b点场强 A错误 解 B 根据沿电场线方向电势降低 最快 a点电势高于b点电势 B正确 C 若将一试电荷 q由a点释放 因受力方向沿电场方向 电场线切线 它不能沿电场线运动到b点 C错误 D 若在d点再固定一点电荷 Q 叠加后电势仍然a高于b 将一试探电荷 q由a移至b的过程中 因电势降低 所以电势能减小 D正确 二 电场的描述 如何比较电场中任两点的场强大小和方向呢 判断电场强度大小的几种方法 方法一 公式E F q决定 F q图像斜率方法二 在点电荷电场中 E kQ r2 方法三 在匀强电场中 场强处处相等 方法四 电场线密 疏 处强大 小 二 电场的描述 判断电场强度方向的几种方法 方法一 根据规定 正电荷所受电场力的方向即是该点的场强方向 方法二 电场线上每一点的切线方向即是该点的场强方向 方法三 电势降低最快的方向就是场强的方向 例3 两带电量分别为q和 q的点电荷放在x轴上 相距为L 能正确反映两电荷连线上场强大小E与x关系的是图 A 类型三电场强度的考察 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 方法一 根据电场线方向判断 沿着电场线方向 电势越来越低 方法二 根据电势的定义式 q 各物理量都带正负 正值比零大 零比负值大 方法三 根据场强方向判断 场强方向即为电势降低最快的方向 方法四 根据电势差判断 若UAB 0 则 A B 2 等势面 等势面的性质 在同一等势面上各点电势相等 所以在同一等势面上移动电荷 电场力不做功 电场线跟等势面一定垂直 并且由电势高的等势面指向电势低的等势面 等势面越密 电场强度越大 等势面不相交 不相切 练习 如图所示 虚线a b c是电场中的三个等势面 相邻等势面间的电势差相同 实线为一个带正电的质点仅在电场力作用下 通过该区域的运动轨迹 P Q是轨迹上的两点 下列说法中正确的是 A 三个等势面中 等势面a的电势最高B 带电质点一定是从P点向Q点运动C 带电质点通过P点时的加速度比通过Q点时小D 带电质点通过P点时的动能比通过Q点时小 练习2 假设空间某一静电场的x轴方向电势 随x轴变化情况如图9所示 根据图中信息可以确定下列说法中正确的是 A 空间各点场强的方向均与x轴垂直B 电荷沿x轴从0移到x1的过程中 一定不受电场力的作用C 正电荷沿x轴从x2移到x3的过程中 电场力做正功 电势能减小D 负电荷沿x轴从x4移到x5的过程中 电场力做负功 电势能增加 D 解见下页 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 x轴不是等势面 A错 解 由电场力做功W q 2 1 电荷沿x轴从0移到x1的过程中 W 0 可能电场力方向与x轴垂直 B错 正电荷沿x轴从x2移到x3的过程中 电场力做负功 电势能增加 C错 只有选项D正确 练习3 空间有一沿x轴对称分布的电场 其电场强度E随x变化的图象如图所示 下列说法中正确的是 A O点的电势最低 B x2点的电势最高 C x1和 x1两点的电势相等 D x1和x3两点的电势相等 可画出电场线如下 沿电场线电势降落最快 所以O点电势最高 选项A B错误 解 根据U Ed 电场强度是变量 可用E x图像面积表示电势 所以x1和 x1两点的电势相等 C正确 x1和x3两点电场强度大小相等 电势不相等 C D错误 方法一 根据电场力做功的正负判断 若电场力对移动电荷做正 负 功 则电势能减少 增加 方法二 根据公式Ep q WAB qUAB计算 如何比较电荷电势能的大小呢 题5 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 B 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 C 把两个异号电荷靠近时 电荷电势能增大 D 若电场中A B两点间的电势差为零 则同一点电荷在A B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 电荷的电势能一定减小 而电荷的动能不一定减小 4 如图 虚线a b c势某静电场中的三个等势面 它们的电势a最大 c最少 一带正电的粒子射入电场中 其运动轨迹如图实线KLMN所示 由图可知 粒子从K到L的过程中 电场力做负功粒子从L到M的过程中 电场力做负功粒子从K到L的过程中 电势能增加粒子从L到N的过程中 动能减少 AC 三 电场中的导体电容器 1如图所示在真空中把一绝缘导体AB向带负电的小球P缓慢的靠近时 下列说法正确的是 A B端的感应电荷越来越多B 导体内部场强越来越大C 导体的感应电荷在M点产生的场强大于在N点产生的的场强D 导体的感应电荷在M N两点产生的的场强相等 AC 8 如图所示 在真空中有两个点电荷A和B 电荷量分别为 Q和 2Q 它们相距L 如果在两点电荷连线的中点O有一个半径为r 2r L 的空心金属球 且球心位于O点 则球壳上的感应电荷在O点处的场强大小 方向 12KQ L2 AB 12 如图所示 平行板电容器A B间有一带电油滴P正好静止在极板正中间 现将两极板间稍错开一些 其它条件不变 则 A 油滴将向上加速 电流计中电流由b流向aB 油滴将向下加速 电流计中电流由a流向bC 油滴将静止不动 电流计中电流由b流向aD 极板带电量减少 两板间电势差和场强不变 D 练习 如图所示 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 保持K闭合 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 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 答案 选B 选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 1 水平放置的平行板电容器 两板相距5mm 电容为2 F 当将其充电到两板电压为100V时 一个质量为10 10g的带电尘埃正好在板间静止 则尘埃的电荷量为C mg F 练习2 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E 定值电阻R 开关S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 液滴在两板间运动的轨迹是一条抛物线B 电源电动势越大 液滴在板间运动的加速度越大C 电源电动势越大 液滴在板间运动的时间越短D 定值电阻的阻值越大 液滴在板间运动的时间越长 BC 解见下页 液滴受到重力和电场力的作用 其轨迹不是抛物线 A错 解 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 BC对 定值电阻的阻值大小不影响液滴的运动 D错 2 如图 电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始加速 然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中 入射方向跟极板平行 整个装置处在真空中 重力可忽略 在满足电子能射出平行板区的条件下 下述四种情况中 一定能使电子的偏转角 变大的是 A U1变大 U2变大B U1变小 U2变大C U1变大 U2变小D U1变小 U2变小 B 析与解 对加速过程由动能定理 对偏转过程由偏转角正切公式 与粒子的电量q 质量m无关 3 如图所示 二价氦离子和质子的混合体 经同一加速电场加速后 垂直射入同一偏转电场中 偏转后 打在同一荧光屏上 则它们 A 侧移相同B 偏转角相同C 到达屏上同一点D 到达屏上不同点 与粒子的电量q 质量m无关 ABC