静电场基本知识11-ppt

1、静电场静电场电荷及其守恒定律电荷及其守恒定律(2)(2)感应起电：感应起电： 电荷从物体的一部分转移到另一部分电荷从物体的一部分转移到另一部分(3)(3)接触起电：接触起电： 电荷从一个物体转移到另一个物体电荷从一个物体转移到另一个物体 (1)(1)摩擦起电：摩擦起电： 正负电荷的分开和转移正负电荷的分开和转移表述一：表述一： 电荷既电荷既不能创造不能创造, ,也也不能消灭不能消灭, ,它只它只能从一个物体能从一个物体转移转移到另一个物体到另一个物体, ,或从物或从物体的一部分体的一部分转移转移到另一部分到另一部分, ,在转移的过在转移的过程中，系统的电荷总数保持不变程中，系统的电荷总数保持不

2、变. .表述二：表述二： 一个一个与外界没有电荷交换与外界没有电荷交换的系统，的系统，电荷的代数和总是保持不变。电荷的代数和总是保持不变。电荷的多少。电荷的多少。单位单位: :库仑库仑 C C：电子所带的电荷量电子所带的电荷量：最小电荷量，用最小电荷量，用e e表示表示e=1.60 x10-19C所有带电体的电荷量或者等于所有带电体的电荷量或者等于e e，或者，或者是是e e的整数倍。故电荷量不能连续变化。的整数倍。故电荷量不能连续变化。：带电体的电荷量与质量的比带电体的电荷量与质量的比 例1、用金属箔做成一个不带电的圆环，放在干燥的绝缘桌面上。小明同学用绝缘材料做的笔套与头发摩擦后，将笔套自

3、上而下慢慢靠近圆环，当距离约为0.5cm时圆环被吸引到笔套上，如图所示。对上述现象的判断与分析， 下列说法正确的是（ ）。 A: 摩擦使笔套带电 B: 笔套靠近圆环时，圆环上、 下部感应出异号电荷 C: 圆环被吸引到笔套的过程中，圆环所受静电力的合力大于圆环的重力 D: 笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷立刻被全部中和变式训练：变式训练： 如图所示，不带电的枕形导体的A、B两端各贴有一对金属箔片.当枕形导体的A端靠近一带正电导体C时( ) A.A端金属箔片张开，B端金属箔片闭合 B.用手触摸枕形导体后，A端金属箔片仍张开，B端金属箔片闭合 C.用手触摸枕形导体后，将手和C都移走，两对金属箔片均张开

4、 D.选项A中两对金属箔片带异号电荷，选项C中两对金属箔片带同号电荷库仑定律定义定义：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.关系式：关系式：F=kQ1Q2/r2方向：在两个点电荷的连线上方向：在两个点电荷的连线上 适用条件：适用条件： .真空真空(干燥空气中近似成立干燥空气中近似成立).点电荷点电荷 点电荷是一种理想化模型，只有电荷量而没有大点电荷是一种理想化模型，只有电荷量而没有大小的几何点。小的几何点。多个电荷的库仑定律：多个电荷的库仑定律： 任意两个点电荷的受力都满足库仑定律。任意两个点电荷的受力都满足库

5、仑定律。 任何一个电荷所受的库仑力等于周围其他各点电任何一个电荷所受的库仑力等于周围其他各点电荷对它的作用力的矢量和。荷对它的作用力的矢量和。 例2、如图所示，水平地面固定一个光滑绝缘斜面，斜面与水平面的夹角为。一根轻质绝缘细线的一端固定在斜面顶端，另一端系有一个带电小球，细线与斜面平行。小球的质量为电量为。小球的右侧固定放置带等量同种电荷的小球，两球心的高度相同、间距为。静电力常量为，重力加速度为，两带电小球可视为点电荷。小球静止在斜面上，则（ ）。 A: 小球与之间库仑力的大小为 B: 当 时，细线上的拉力为 C: 当 时，细线上的拉力为 D: 当 时，斜面对小球的支持力为变式训练：变式训

6、练： 下图所示的三个点电荷、固定在一条直线上,与的距离为与距离的2倍,每个电荷所受静电力的合力均为零.由此可以判定,三个电荷量之比为（ ）电场强度电场强度电电 场场万有引力万有引力超距作用超距作用既不需要媒介，也不需经历时间，而是超越空间直接发生的作既不需要媒介，也不需经历时间，而是超越空间直接发生的作用力。用力。电电 场场19世纪，法拉第提出：在电荷的周围存在着由它产生的世纪，法拉第提出：在电荷的周围存在着由它产生的电场。电场。电荷电荷电荷电荷电场电场AB本章只讨论静止电荷产生的电场，称为本章只讨论静止电荷产生的电场，称为静电场静电场。电场强度电场强度实验表明：实验表明： 试探电荷在电场中某

7、个位置所受的力，的确与试探电荷的试探电荷在电场中某个位置所受的力，的确与试探电荷的电荷量成正比；电荷量成正比； 在电场的不同位置，比例常数在电场的不同位置，比例常数E一般说来是不一样的。一般说来是不一样的。（1）、电场强度：）、电场强度：放入电场中某点的电荷所受的力放入电场中某点的电荷所受的力F与它的电与它的电荷量荷量q的比值，叫做这点的电场强度（场强）的比值，叫做这点的电场强度（场强）。（2）、公式：）、公式：E=F/q（3）、单位：）、单位：牛每库（牛每库（N/C）；伏每米（伏每米（V/m）；1V/m=1N/C（4）、方向：）、方向：电场强度是矢量电场强度是矢量其方向跟正电荷在该点所受的静

8、电力的方向相同；跟负电荷在其方向跟正电荷在该点所受的静电力的方向相同；跟负电荷在该点所受的静电力的方向相反该点所受的静电力的方向相反比值定义法比值定义法点电荷的电场点电荷的电场点电荷是最简单的场源电荷，它激发的电场有什么特点呢？点电荷是最简单的场源电荷，它激发的电场有什么特点呢？Qrq式中式中Q是场源电荷大小是场源电荷大小如果以如果以Q为中心作一个球面，则球面上各点的电场强度大小相为中心作一个球面，则球面上各点的电场强度大小相等。等。电场强度的叠加电场强度的叠加如果场源电荷不只是一个点电荷，那么电场强度又是多少呢？如果场源电荷不只是一个点电荷，那么电场强度又是多少呢？电场强度的叠加：电场中某点

9、的电场强度为各个点电荷单独在电场强度的叠加：电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和该点产生的电场强度的矢量和P1Q2Q2EE1EP点的电场强度，等点的电场强度，等于于+Q1在该点产生的在该点产生的电场强度电场强度E1与与-Q2在该在该点产生电场强度点产生电场强度E2的的矢量和矢量和遵循平行四边形定则。遵循平行四边形定则。电场强度的叠加电场强度的叠加 一个比较大的带电物体不能看做点电荷。一个比较大的带电物体不能看做点电荷。在计算它的电场时，可以把它分做若干小块，只要每个小块足够小，就可以把每小在计算它的电场时，可以把它分做若干小块，只要每个小块足够小，就可以把每小块所带

10、的电荷看成点电荷，然后用点电荷电场强度叠加的方法计算整个带电体的电块所带的电荷看成点电荷，然后用点电荷电场强度叠加的方法计算整个带电体的电场。场。QrrQ一个半径为一个半径为R的均匀带电球体的均匀带电球体（或球壳）在外部产生的电（或球壳）在外部产生的电场，与一个位于球心的、电场，与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电荷量相等的点电荷产生的电场相同，球外各点的电场强场相同，球外各点的电场强度：度：rR，Q是整是整个球体所带的个球体所带的电荷量电荷量电场线电场线我们可以用什么方法来形象地描述电场呢？我们可以用什么方法来形象地描述电场呢？电场线：电场线： 电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线

11、，曲线上每点电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向。的切线方向表示该点的电场强度方向。电场线电场线电场线电场线电场线电场线电场线的特点：电场线的特点：1、电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷；、电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷；2、电场线在电场中不相交；、电场线在电场中不相交；3、在同一幅图中，电场强度较大的地方电场线较密，电场强、在同一幅图中，电场强度较大的地方电场线较密，电场强度较小的地方电场线较疏，可以用电场线的疏密来表示电场度较小的地方电场线较疏，可以用电场线的疏密来表示电场强度的相对大小。（电场线不表示电荷在电场

12、中的运动轨迹）强度的相对大小。（电场线不表示电荷在电场中的运动轨迹）电场线是电场中实电场线是电场中实际存在的线吗？际存在的线吗？匀强电场匀强电场如果电场中各点电场强度的大小相等、方向相同，这个电场就如果电场中各点电场强度的大小相等、方向相同，这个电场就叫做叫做匀强电场匀强电场。匀强电场的电场线是什么样的？匀强电场的电场线是什么样的？匀强电场的电场线是间隔相等的平行线匀强电场的电场线是间隔相等的平行线带有等量异号电荷带有等量异号电荷的一对平行金属板，的一对平行金属板，如果两板相距很近，如果两板相距很近，它们之间的电场，它们之间的电场，除边缘部分外，可除边缘部分外，可以看做匀强电场。以看做匀强电场

13、。 例3、如图，真空中平面直角坐标系上的三点构成等边三角形，边长。若将电荷量均为的两点电荷分别固定在、点，已知静电力常量，求： （1）两点电荷间的库仑力大小； （2）点的电场强度的大小和方向。变式训练：变式训练： 均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的电场。如图所示，在半球面AB上均匀分布正电荷，总电荷量为，球面半径为，CD为通过半球顶点与球心O的轴线，在轴线上有M、N两点，。已知M点的场强大小为，则N点的场强大小为（ ）。电势能和电势静电力做功的特点静电力做功的特点在电场强度为在电场强度为E的匀强电场中，试探电荷的匀强电场中，试探电荷q沿几条不同路径从沿几条不同路径从

14、A点移动到点移动到B点，这几种情况下静电力对电荷所做的功分别是多点，这几种情况下静电力对电荷所做的功分别是多少？少？MABEqFq所受的静电力：所受的静电力：静电力对静电力对q所做的功：所做的功：静电力做功的特点静电力做功的特点MABEqF电荷电荷q沿折线沿折线AMB从从A点移往点移往B点：点：在线段在线段AM上静电力对上静电力对q所所做的功：做的功：在线段在线段MB上静电力对上静电力对q所所做的功：做的功：静电力做功的特点静电力做功的特点电荷电荷q沿任意曲线沿任意曲线ANB从从A点移动到点移动到B点：点：ABENqF可以用无数组跟静电力垂直可以用无数组跟静电力垂直和平行的折线来逼近曲线和平行

15、的折线来逼近曲线ANB只要只要q移动方向与静电力平移动方向与静电力平行，静电力都做功行，静电力都做功与静电力平行的短折线的长与静电力平行的短折线的长度之和等于度之和等于 AM 静电力做功的特点静电力做功的特点不论不论q经由什么路径从经由什么路径从A点移动到点移动到B点，静电力做的功点，静电力做的功都是一样的都是一样的在匀强电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的起在匀强电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，但与电荷经过的路径无关始位置和终止位置有关，但与电荷经过的路径无关这个结论对非匀强电场适用吗？这个结论对非匀强电场适用吗？这个结论虽然是从匀强电场中推导出来的，但是可以

16、这个结论虽然是从匀强电场中推导出来的，但是可以证明对于非匀强电场也是适用的证明对于非匀强电场也是适用的电势能电势能1、由于移动电荷时静电力做的功与移动的路径无关，、由于移动电荷时静电力做的功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能叫做电荷在电场中也具有势能，这种势能叫做电势能电势能，用，用Ep表示。表示。物体下降时，重力做正功，重力势物体下降时，重力做正功，重力势能减少能减少物体上升时，重力做负功，重力势物体上升时，重力做负功，重力势能增加能增加类比于重力做功与重力势能的关系，静电力做功与电势能有什类比于重力做功与重力势能的关系，静电力做功与电势能有什么关系呢？么关系呢？电势能电势能

17、EABEAB正电荷在电场中从正电荷在电场中从A点移动到点移动到B点时，静电力做正功，电荷的点时，静电力做正功，电荷的电势能减少电势能减少正电荷在电场中从正电荷在电场中从B点移动到点移动到A点时，静电力做负功，电荷的点时，静电力做负功，电荷的电势能增加电势能增加电势能电势能功是能量转化的量度功是能量转化的量度2、静电力做的功等于电势能的减少量、静电力做的功等于电势能的减少量ppBpAABEEEWWAB表示电荷从表示电荷从A点移动到点移动到B点的过程中静电力做的功点的过程中静电力做的功EpA和和EpB分别表示电荷在分别表示电荷在A点和点和B点的电势能点的电势能如果知道了在两点间移动电荷时，静电力做

18、的功，那么这两个如果知道了在两点间移动电荷时，静电力做的功，那么这两个位置的电势能知道吗？位置的电势能知道吗？电势能电势能pBpAABEEW静电力做的功只能决定电势能的变化量，而不能决定电荷在电静电力做的功只能决定电势能的变化量，而不能决定电荷在电场中某点的电势能的数值。场中某点的电势能的数值。pAABEW如果规定电荷在如果规定电荷在B点的电势能为零，则电荷在点的电势能为零，则电荷在A点的电势能等于点的电势能等于WAB3、电势能具有相对性：要确定电荷在电场中某点的电势能的数、电势能具有相对性：要确定电荷在电场中某点的电势能的数值，必须先确定零电势能参考位置。值，必须先确定零电势能参考位置。电荷

19、在某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零势能位电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零势能位置时所做的功。置时所做的功。通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上的电势能规定为零。荷在大地表面上的电势能规定为零。电势能电势能4、电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性、电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性5、电势能是标量、电势能是标量由此可见，电场力做功与重力做功，电势能与重力势由此可见，电场力做功与重力做功，电势能与重力势能都很相似，所以大家在学习电势能过程中应该多联能都很相似，所以大家在学习电势能过

20、程中应该多联系重力做功与重力势能的关系帮助理解电势能。系重力做功与重力势能的关系帮助理解电势能。电势能电势能重力势能和电势能类比重力势能和电势能类比 重力场中，重力：地球和重力场中，重力：地球和物体之间存在的吸引力物体之间存在的吸引力电场中，电场力：电荷之电场中，电场力：电荷之间的作用力间的作用力有重力就有重力势能有重力就有重力势能Ep= mghEp= mgh有电场力就有相应的能，有电场力就有相应的能，叫电势能叫电势能EPEpEp由物体和地面间的相对由物体和地面间的相对位置决定位置决定EP由电荷间的相对位置决定由电荷间的相对位置决定电场力做正功，电势能就减少电场力做正功，电势能就减少电场力做负

21、功，电势能就增加电场力做负功，电势能就增加电场力作功，电势能改变电场力作功，电势能改变重力做功，重力势能改变重力做功，重力势能改变重力做正功，重力势能就减少重力做正功，重力势能就减少重力做负功，重力势能就增加重力做负功，重力势能就增加W W重重 = E= EP1P1-E-EP2P2W W电电 = E= EPAPA-E-EPBPB电势能电势能尽管重力做功与电场力做功很相似，但还是存在很大尽管重力做功与电场力做功很相似，但还是存在很大差异差异存在两种电荷存在两种电荷 正电荷顺电场线移动，正电荷顺电场线移动， 电场力做正功，电势能减少电场力做正功，电势能减少 负电荷顺电场线移动，负电荷顺电场线移动，

22、 电场力做负功，电势能增加电场力做负功，电势能增加 正电荷逆电场线移动，正电荷逆电场线移动， 电场力做负功，电势能增加电场力做负功，电势能增加 负电荷逆电场线移动，负电荷逆电场线移动， 电场力做正功，电势能减少电场力做正功，电势能减少电势电势AO场El规定规定O点的电势能为零点的电势能为零电荷电荷q在在A点的电势能点的电势能EpA：coslqEEpA场如果在如果在A点放的是点放的是2q的电荷呢？的电荷呢？EpA/q是相同的是相同的对电场中的不同位置，这个比对电场中的不同位置，这个比值一般是不同的值一般是不同的电势电势1、电势：、电势：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量电荷在电场中某一点的电

23、势能与它的电荷量的比值的比值2、公式：、公式：3、单位：、单位：在国际单位制中，电势的单位是伏特，符号在国际单位制中，电势的单位是伏特，符号是是V 1V=1J/C电势电势沿着电场线方向，电势如何变化呢？沿着电场线方向，电势如何变化呢？4、沿着电场线的方向，电势越来越低沿着电场线的方向，电势越来越低如何确定电场中某点的电势呢？如何确定电场中某点的电势呢？5、电势具有相对性，、电势具有相对性，先规定电场中某处的电势为零，先规定电场中某处的电势为零，然后才能确定电场中其他各点的电势然后才能确定电场中其他各点的电势。（通常取离场（通常取离场源电荷无限远处或大地的电势为零）源电荷无限远处或大地的电势为零

24、）电势电势沿着电场线方向，电势如何变化呢？沿着电场线方向，电势如何变化呢？4、沿着电场线的方向，电势越来越低沿着电场线的方向，电势越来越低如何确定电场中某点的电势呢？如何确定电场中某点的电势呢？5、电势具有相对性，、电势具有相对性，先规定电场中某处的电势为零，先规定电场中某处的电势为零，然后才能确定电场中其他各点的电势然后才能确定电场中其他各点的电势。（通常取离场（通常取离场源电荷无限远处或大地的电势为零）源电荷无限远处或大地的电势为零）6、电势是标量，只有大小，没有方向。、电势是标量，只有大小，没有方向。(负电势表示负电势表示该处的电势比零电势处电势低。该处的电势比零电势处电势低。)等势面等

25、势面地理上，等高线表示地势的高低。地理上，等高线表示地势的高低。在电场中常用等势面来表示电势的高低。在电场中常用等势面来表示电势的高低。电场中电势相同的各点构成的面叫做电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面等势面等势面等势面等势面的特点：等势面的特点：1、等势面一定跟电场线垂直，在同一等势面上的任意等势面一定跟电场线垂直，在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电场力不做功两点间移动电荷，电场力不做功；2、电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面，电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面，任意两个等势面都不会相交任意两个等势面都不会相交；3、等差等势面越密的地方电场强度越大等差等势面越密的

26、地方电场强度越大等势面等势面几种典型电场的等势面：几种典型电场的等势面：1、点电荷电场中的等势面：、点电荷电场中的等势面：以点电荷为球心的一簇球以点电荷为球心的一簇球面面等势面等势面2、等量异种点电荷电场中、等量异种点电荷电场中的等势面：的等势面：两簇对称曲面两簇对称曲面等势面等势面3、等量同种点电荷电场中、等量同种点电荷电场中的等势面：的等势面：两簇对称曲面两簇对称曲面等势面等势面5、匀强电场中的等势面：、匀强电场中的等势面：垂直于电场线的一簇平面垂直于电场线的一簇平面4、形状不规则的带电导、形状不规则的带电导体附近的电场线及等势体附近的电场线及等势面面电势差高度高度具有相对性，与具有相对性

27、，与参考点的选择有关参考点的选择有关，而而高度差高度差与与参考点的选择无关参考点的选择无关。A BCD0V1V2V3VE0V1V2V-1V电势电势具有相对性，与具有相对性，与参考点的选择有关参考点的选择有关，而而电势的差值电势的差值与与参考点的选择参考点的选择有无关系呢有无关系呢? ?电势差电势差( (电压电压):):电场中两点间电势的电场中两点间电势的差值差值. .BA设电场中设电场中A A点的电势为点的电势为，B B点的电势为点的电势为ABABU则有则有A BCD0V1V2V3VE0V1V2V-1V电势电势具有相对性，与具有相对性，与参考点的选择有关参考点的选择有关，而而电势差电势差与与参

28、考点的选择参考点的选择无关系无关系. .ABABUABBAUABABUU或者表示成或者表示成显然显然 电荷电荷q q从电场中从电场中A A点移到点移到B B点，点，AB)(BAqPBPAABEEWBAqq即即或或1 1、U UABAB由什么决定？跟由什么决定？跟WWABAB、q q有关吗？有关吗？2 2、WWABAB跟跟q q、U UABAB有关吗？有关吗？跟跟q、UAB都有关都有关 由电场本身的因素决定由电场本身的因素决定, ,与与W WAB AB 、q q无无关关电势差与电场强度的关系在匀强电场中，沿场强方向的两点间的电势差等在匀强电场中，沿场强方向的两点间的电势差等于场强与这两点的距离的

29、乘积。于场强与这两点的距离的乘积。E=U/d在匀强电场中，场强在数值上等于沿场强方向在匀强电场中，场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差每单位距离上的电势差U=Ed 1、适用范围：匀强电场、适用范围：匀强电场 2、d为匀强电场中两点沿电场线方向的距离为匀强电场中两点沿电场线方向的距离 3、电场强度与电势无直接关系、电场强度与电势无直接关系电场强度为零的地方，电势不一定为零电场强度为零的地方，电势不一定为零电势为零的地方电场强度不一定为零电势为零的地方电场强度不一定为零电场强度相等的地方电势不一定相等电场强度相等的地方电势不一定相等电势相等的地方，电场强度不一定相等电势相等的地方，电场强

30、度不一定相等电容器的电容 一、电容器一、电容器 1 1、任何两个彼此、任何两个彼此绝缘绝缘又又相隔很近相隔很近的的导体，组成一个电容器。导体，组成一个电容器。 2 2、电容器是一种、电容器是一种储存电荷储存电荷的装置的装置 3 3、电容器的构造、电容器的构造: : 两极板两极板 电介电介质质4.4.电容器的充、放电电容器的充、放电 QQE U充电：充电： 电能电能电场能电场能 放电：放电： 电场能电场能其他形式能其他形式能 1 1）在充、放电过程中）在充、放电过程中有电流产生；有电流产生；2 2）电容器所带电荷量：）电容器所带电荷量：每个极板所带电荷量的每个极板所带电荷量的绝对值；绝对值；3

31、3）充电完毕，电容器两）充电完毕，电容器两端电压等于电源电压。端电压等于电源电压。 电容器所带的电荷量电容器所带的电荷量 Q Q 跟它的两极跟它的两极间的电势差间的电势差U U 的比值叫做电容器的电容。的比值叫做电容器的电容。 2. 公式公式 1. 电容电容二、电容二、电容UQC h hBCA3. 3. 单位单位 F F（法）（法）pF10=F10=F11264. 4. 说明电容是反映了电容器储存电荷能力说明电容是反映了电容器储存电荷能力( (储存储存能量能力能量能力) )的物理量，其数值由电容器的构造决定的物理量，其数值由电容器的构造决定，而与电容器带不带电或带多少电无关。就像水，而与电容器带不带电或带多少电无关。就像水容器一样，它的容量与是否有水无关。