高中物理选修3-1第一章静电场

1、快乐课堂高中物理精讲人民教育出版社（简称“人教版”）选修3-1 第一章 静电场 *说明：课本和一般辅导书已有内容，一般不再重复。*普通高中物理课程标准关于高中物理的描述第一部分 前言物理学是一门基础自然科学，它所研究的是物质的基本结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律以及所使用的实验手段和思维方法。随着人类对物质世界认识的深入，物理学一方面带动了科学和技术的发展；另一方面推动了文化、经济和社会的发展。经典物理学奠定了两次工业革命的基础；近代物理学推动了信息技术、新材料技术、新能源技术、航空航天技术、生物技术等的迅速发展，继而推动了人类社会的变化。课程性质高中物理是普通高中科学学习领域的一门基

2、础课程，与九年义务教育物理或科学课程相衔接，旨在进一步提高学生的科学素养。高中物理课程有助于学生继续学习基本的物理知识与技能；体验科学探究过程，了解科学研究方法；增强创新意识和实践能力，发展探索自然、理解自然的兴趣与热情；认识物理学对科技进步以及文化、经济和社会发展的影响；为终身发展，形成科学世界观和科学价值观打下基础。选修31 物理学有自己的实验基础和逻辑结构，有广泛的技术应用，它是人类文化的重要组成部分，它的发展深刻地影响着人类的生产和生活方式。在本模块中，学生将比较全面地学习物理学及其技术应用，了解它与社会发展以及人类文化的互动作用。 场是除实物以外物质存在的另一种形式。学生将通过电场和

3、磁场的学习加深对于世界的物质性和物质运动的多样性的认识。本模块中的概念和规律是进一步学习物理学的基础，是高中物理核心内容的一部分。 电磁学的研究成果及其技术应用改变了人类的生活。现代生活中处处都会遇到电的知识。本模块对于进一步学习科学技术是非常重要的。 *普通高中物理课程标准关于本章内容的标准要求（1）了解静电现象及其在生活和生产中的应用。用原子结构和电荷守恒的知识分析静电现象。 例： 了解存在可燃气体的环境中防止静电常采用的措施。 （2）知道点电荷，体会科学研究中的理想模型方法。知道两个点电荷间相互作用的规律。通过静电力与万有引力的对比，体会自然规律的多样性与统一性。 （3）了解静电场，初步

4、了解场是物质存在的形式之一。理解电场强度。会用电场线描述电场。 （4）知道电势能、电势，理解电势差。了解电势差与电场强度的关系。 例： 分析物理学中常把无穷远处和大地作为电势零点的道理。 例： 观察静电偏转，了解阴极射线管的构造，讨论它的工作原理。 （5）观察常见电容器的构造，了解电容器的电容。举例说明电容器在技术中的应用。 例： 使用闪光灯照相。查阅资料，了解电容器在照相机闪光灯中的作用。 *电从何来 质量是物质的基本属性。只要是物质，就一定有质量。 同样，只要是物质，就一定包含有能量。只要是物质，就一定带电。当我们说物体不带电，其实是物体的正电荷与负电荷数量一样，即电荷的代数和为0。所以，

5、多余老师会说物体“不显电”。我们都知道，物体由原子组成，其中电子带负电荷，质子带正电荷，中子与原子整体一样，不显电。一旦物体显电，就是电子多了显负电，或者电子少了显正电。电子，现在被认为是一种基本粒子，目前无法再分解。所以，一个电子所带电荷量，被叫做“元电荷”。注意：“元”是基本的意思。元电荷，是基本电荷量。与正负无关。其他显电物体所带电荷量，都是元电荷的整数倍。补充说明：电子为何显电？电子是不是真正的基本粒子？都是科学中的重要研究内容。已经有实验证明，存在着小于元电荷的电荷量存在；也有实验表明，电子是可以再分的。但电到底是如何产生的？恐怕是人类永远解不开的迷。电荷守恒定律电荷守恒，与质量守恒

6、、能量守恒一样，都是基本定律。对于一个孤立系统，不论发生什么变化 ，其中所有电荷的代数和永远保持不变。（同样，质量保持不变，能量保持不变。）电荷守恒定律表明，如果某一区域中的电荷增加或减少了，那么必定有等量的电荷进入或离开该区域；如果在一个物理过程中产生或消失了某种电荷，那么必定有等量的异号电荷同时产生或消失。物体显电要使物体显电，就要使物体的电子发生迁移。注意：电荷定向移动，形成电流。所以，电子迁移过程，也是有电流的。电子迁移前后，物体显电，称为静电。静电，即静止的电荷。在高中阶段，在了解掌握以下使物体的方式：一、摩擦起电任何两个物体摩擦，都可以起电。两个物体互相摩擦时，因为不同物体的原子核

7、束缚核外电子的本领不同，所以其中必定有一个物体失去一些电子，另一个物体得到多余的电子。规定：与用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电相同的，叫做正电；与用毛皮摩擦过的橡胶棒带的电相同的，叫做负电。这里为何使用“规定”一词？人类对电的研究，就是从摩擦起电开始。发现两类电荷之间互相吸引，同类电荷互相排斥。至于为什么“同则斥，异则吸”，与电到底如何产生等自然界最基本的规律一样，人类无法给予完整全面的解释。无法解释，就只好人为地“规定”。所以在电路中，也是“规定”正电荷的移动方向是电流的方向。由于这个“规定”，电子所带电荷就自然而然地被确定为负电荷了。丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒的电子迁移到了丝绸上，使玻璃棒显正电。

8、同样，毛皮的电子迁移到了橡胶棒上，使橡胶棒显负电。摩擦起电，是两个不显电物体间电子因受功而迁移，一个电子变多，一个电子变少，所以，摩擦起电两物体，是一对“绝对值”。二、接触起电一个不带电的导体跟另一个带电体接触后分开,使不带电的导体带上电荷的方式. 接触起电的本质仍然是电子的转移。电子转移前后，总数不变，即电荷的代数和不变。但要注意的是：接触起电，发生在导体之间。利用电荷间的作用力，自行完成电子的转移。若是两个完全相同的绝缘金属球a,b,让a带电量为Q,若a,b接触,因为a,b是完全相同的金属球,可以认为两球带等量电荷,此时a,b均带Q/2的电荷. 注意：接触起点的电荷量代数计算，只能在两个完

9、全（材质，形状，大小等）一样的导体之间。因为在这种情况下，电荷在两导体间是均匀分布的。验电器就是利用接触起电，再加上“同则斥”，进行验电工作的。三、静电感应起电静电感觉是非接触的。一个带电体（与是不是导体无关，只要带电），接近一个导体时，导体上的电子，受电荷间相互作用力，在导体内发生迁移，接近带电体的一端电荷与带电体相反（异则吸），远离带电体的一端与带电体相同（同则斥）。注意：只有导体才能被感应，因为电子在导体内才能很好自由迁移。感应起电，只有在带电体的作用下才会被感应，如果带电体离开，则感觉消失。根据吸引或验电器张开，如何判断？当已知电荷种类时，我们知道“同则斥，异则吸”。反过来。如果两物体

10、相斥，则一定带同种电荷。如果两物体相吸呢？分类讨论。因为物体带电情况共有三种：正，负，0（不带电）发生相斥，只有正正、负负两种情况，统一为“斥则同”。发生吸引，却有正负、正0，负0，三种情况，统一为“吸则不同”（但不一定是“异”哈）。既不斥，也不吸，那就是00，即“没反应，都没电”。根据验电器的工作原理（接触起电、同则斥），验电器不能直接判定电荷的正负和大小。但根据验电器的张开情况，可以间接地判断一些情况：验电器处于不带电状况，用带电导体A接触验电器，则一定张开；再用带电导体B接触验电器，如果：一、张开更大。则A和B同号（同号相加，符号不变，绝对值变大）。二、张开情况不变。则为。（任何数加，都

11、不变）三、张开情况变小。则与异号。（异号相加，绝对值变小，符号跟着大的走。）其中：、完全闭合。则与互为相反数。、张开变小。则与异号，但电荷量（绝对值）小于。、完全后又张开。则与号，但绝对值（电荷量）大于。*库仑定律表示两个带电粒子间力的定律，是电磁场理论的基本定律之一。真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力与这两个电荷所带电量的乘积成正比，和它们距离的平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的连线，同名电荷相斥，异名电荷相吸。公式：F=k*(q1*q2)/r2 。对于定律的学习，一定要把每个关键词的意义和作用搞明白，一定要把用到相同关键词的已经学过的定律联系起来。一、真空真空是一种不存在任何物

12、质的空间状态。而真正的真空是不存在的。目前在自然环境里，只有外太空堪称最接近真空的空间。“真空”在库仑定律中的作用是：点电荷相互作用时，不受其他物质的影响或阻碍。所以，当其他物质对点电荷相互作用产生的影响可以忽略时，库仑定律可以适用。“真空”还有一个重要作用。初中时，我们已经知道，声不能在真空中传播，这说明“声不是物质”。而能穿越真空的一定是物质。二、静止库仑定律所描述的力是静电力。静电是处于静止状态的电荷。 电荷定向移动，会形成电流（可以对应称之为“动电”哈）。但电荷运动速度远小于光速时，库仑定律也还是可以适用的。所以，教材中，用库仑定律研究一个电荷静止，而另一电荷运动的情况。（运动的电荷速

13、度远小于光速）三、点电荷“点”是空间中只有位置，没有大小的图形。物理中借用这一概念，把物质的形状、大小等状况对研究内容的影响可以忽略，只用研究物质的位置时，就把该物质称为“点物质”。当研究内容与点物质的质量有关时，称为“质点”。当研究内容与点物质的电荷有关时，称为“点电荷”。在使用库仑定律时，电荷的大小必须远小于电荷间的距离。所以，在使用库仑定律时，不存在R=0或接近0的情况。四、相互作用力力的作用是相互的。同样，库仑力（静电力）的作用也是相互的。一对相互作用力，大小相等，方向相反。库仑力，作为力，仍符合牛顿运动定律（简称“牛定”）。五、库仑力公式F=k*(q1*q2)/r2 ，即：库仑力的大

14、小，与这两个电荷所带电量的乘积成正比，和它们距离的平方成反比。物理中所有计算公式，只要有乘，都只计算绝对值，即只计算大小。这是因为物理中的“+”和“-”与数学上的正负号是不同的意义。物理中的正和负代表方向或或种类或效果等，数学中相乘时，会出现变号，而物理的矢量，就是数学中的向量，两向量相乘，积是数量不是向量，只有大小，没有方向；物理的标量，就是数学中的绝对值，符号不参与运算。库仑力和万有引力都是非接触的力，二者公式F=k*(q1*q2)/r2与F=Gm1m2 /r2，形式也一样，只是一个是电荷引起的，一个是质量引起的。这是自然界不同情况下的某种统一。六、作用力的方向沿着这两个点电荷的连线，同名

15、电荷相斥，异名电荷相吸。库仑力的作用方向，要根据电荷种类判断，同则斥，异则吸。力的作用方向与计算无关。提醒一下：库仑力，虽然是在是在电学章节进行学习，但在涉及有关力的分析运用方面，仍然使用此前有关力的知识。这一点在电场有关受力、运动、做功、能量等等方面，使用非常普遍。*场物质存在的一种基本形式，具有能量、动量和质量，能传递实物间的相互作用。例如：电场、磁场、引力场。 场是一种特殊物质，看不见摸不着，但它确实存在。前面，多余老师已经说过，能穿越真空的一定是物质。场，是现代物理研究的重要领域。有研究兴趣的同学可以多查阅一些相关资料，做更进一步的了解和思索。电场电场是电荷及变化磁场周围空间里存在的一

16、种特殊物质。电场这种物质与通常的实物不同，它不是由分子原子所组成，但它是客观存在的。电场具有通常物质所具有的力和能量等客观属性。电场的力的性质表现为：电场对放入其中的电荷有作用力，这种力称为电场力。电场的能的性质表现为：当电荷在电场中移动时，电场力对电荷作功（这说明电场具有能量）。电场强度是描述电场的性质的基本物理量，是个矢量。简称场强。规定其方向与正电荷在该点受的电场力方向相同。按照这个规定，负电荷在该点受的电场力方向与电场强度方向相反。电场的基本特征是能使其中的电荷受到电场力。 在电场中某观察点的电场强度E，等于置于该点的静止电荷q所受的力F与电量q的比。试验电荷q的数值应足够小，不改变它

17、所在处的电场。这样，电场强度就等于每单位正电荷所受的力。通过对电场、电场强度的概念的了解，要特别注意：对于电场作用的学习，一定要用力、功、能的角度去学习、分析。电场强度这个概念，就是从力的角度来描述电场的作用。所以，场强的大小，从力的角度来说，就是单位电荷在电场中受到的力的大小。由于电荷“同则斥，异则吸”，场强的方向和此前提到的相关“规定”一定，规定：以正电荷受力方向，为场强的方向。电场线就是用力的示意图的方法，来直观描述电场力的作用。箭头方向就是正电荷受力方向。电场线分布的疏密就是电场力作用的大小。在电场和后面磁场的具体问题分析时，都可以把每一根场线当做一个力，来分析相应作用力的大小变化。*

18、电势差是指电场中两点之间电势的差值，也叫电压，（其实电势差与电压还是有一点差别，就是电势差有正负，而电压只有正值。因此可以说电压是电势差的绝对值）用字母U表示。 电荷在电场中由一点A移动到另一点B时，电场力所做的功W与电荷量q的比值叫做AB两点间的电势差。 所以，电势差，是从功的角度来描述电场，即单位电荷在电场中所受的功。由U=W/Q，W=F*D，E=F/Q，可得E=F/Q=W/DQ=UQ/DQ=U/D这样，从电势差的角度（功的角度）也可以直接表达场强。即：场强大小=使电荷移动单位距离所提供电势差。这样也就得到了场强的两个单位：一个是从力的角度：N/C；一个是从功的角度：V/M。电势在电场中，

19、某点电荷的电势能跟它所带的电荷量之比，叫做这点的电势（也可称电位）。电势是从能量角度上描述电场的物理量。即：单位电荷在电场中所具有的势能。电势能电荷在电场中由于受电场作用而具有由位置决定的能叫电势能。既指电荷在电场中具有的能。又指电荷q由电场中某点A移到参考点O，电场力做的功等于q在A点具有的电势能。所以，电势能，电势，电势差，这三个概念都是从能量的角度来描述电场。三者之间的联系和侧重在于：1、势能，物体由于具有做功的形势而具有的能叫势能。它是储存于一个系统内的能量，也可以释放或者转化为其他形式的能量，如动能由于各物体间存在相互作用而具有的、由各物体间相对位置决定的能叫势能，又称作位能，势能是

20、状态量。 亦称“位能”。由相互作用的物体之间的相对位置，或由物体内部各部分之间的相对位置所确定的能叫做“势能”。势能不是属于单独物体所具有的，而是相互作用的物体所共有。所以，电势能是一个相对概念，和重力势能一样，要看参照的零点。2、能量的变化量=功，电势差就是单位电荷的电势能的变化量。电势是单位电荷所具有的电势能。电势也是一个相对概念，而电势差是一个绝对概念。所以，在电场的有关计算中，要紧抓力和功，即电场强度和电势差。而在分析时，要紧抓电势和电势能，以及电场线、等势面，直观地了解各种变化。3、能量没有负能，而功有正功和负功。而正功对应是能量的增加，负功对应的是能量的减少。电荷根据“同则斥，异则

21、吸”，按正常方向移动，势能减少，电场做负功。反向移动，则势能增加，电场做正功。4、由于电的“规定”，电势和电势差仍然与场强方向，即电场线方向有关。沿电场线方向，电势越来越低，电势差为正。反电场线方向，电势越来越高，电势差为负。而电势能却与电场线方向无关。只与自己移动方向有关，根据“同则斥，异则吸”，顺则弱，逆则强。5、等势面与电场线垂直。因为电场力与距离的平方成反比。所以在电势差相等的情况下，等势面之间的距离是不一样的，离场源越远，距离越大。*静电现象静电无处不在，静电是不可能被完全消除的。静电对我们生活、生产有些情况有利，有些情况有害。有利，我们就要利用，就要产生静电，并使其强度在有利的范围

22、内。有害，我们就要防范，就要相法放电，使静电的有害作用消除。不管是什么样的利用方式或防范方式，都是利用前面我们所学的知识。下面举一些例子：一、日常生活中对付静电，我们可以采取“防”和“放”两手。“防”，人们应该尽量选用纯棉制品作为衣物和家居饰物的面料，尽量避免使用化纤地毯和以塑料为表面材料的家具，以防止摩擦起电。尽可能远离诸如电视机、电冰箱之类的电器，以防止感应起电。“放”，就是要增加湿度，使局部的静电容易释放。当你关上电视，离开电脑以后，应该马上洗手洗脸，让皮肤表面上的静电荷在水中释放掉。这是用接触起电的方法来放电。电脑插头是三个的，其中一根用来接地，这也是接触起电的方法，把电脑产生的静电放向大地。二、接入家中的电视信号线，属于屏蔽线，在信号电缆的外层有金属屏蔽层，这样就可以防止其他电场对信号的干扰。静电屏蔽的原理是：金属屏蔽层在外部电场作用下，通过静电感觉，电子移动，移动后达到静电平衡状态。静电平衡就是电子移动后不