选修3-1 第一章 静电场教案ppt

1、选修选修3-1第一章第一章 静电场静电场第一节第一节 电荷及其守恒定律电荷及其守恒定律雷电视频 回到未来电闪雷鸣是常见的自然现象，有时甚至表现得神秘恐怖。蒙昧时期的人们认为雷电是“天神之火”在很长的历史时期内对雷电充满畏惧。欧洲的文艺复兴使得科学精神得到解放，人们开始对雷电现象进行思考。18 世纪，各种静电现象首先引起了学者们的关注和研究。1746 年，富兰克林借助一只普通的风年，富兰克林借助一只普通的风筝就进入带雷的云区筝就进入带雷的云区在风筝的上端固定了一根尖头的金属在风筝的上端固定了一根尖头的金属丝，在风筝的末端绑上一把金属钥匙丝，在风筝的末端绑上一把金属钥匙电闪雷鸣时，风筝线尾端的麻绳

2、纤维电闪雷鸣时，风筝线尾端的麻绳纤维相互排斥地耸立起来相互排斥地耸立起来伸手摸向钥匙，结果受到了强烈的电震。伸手摸向钥匙，结果受到了强烈的电震。用莱顿瓶收集用莱顿瓶收集雷电是也是放电现象起电方式有几种？起电方式有几种？一、电荷一、电荷1 1、三种起电方式：、三种起电方式：（1 1）摩擦起电）摩擦起电本质本质得失电子得失电子正电正电丝绸摩擦过的玻璃棒丝绸摩擦过的玻璃棒负电负电毛皮摩擦过的橡胶棒毛皮摩擦过的橡胶棒（2 2）接触起电）接触起电本质本质电荷的转移电荷的转移+2.5C当两个带同种电荷的相同带电体相接触时，当两个带同种电荷的相同带电体相接触时，均分电量均分电量+2.5C+1C+4C如原来带

3、异种电荷如原来带异种电荷先中和后均分先中和后均分+1C5C+（-3C）=+2C+2C/2=+1C+5C-3C+1C（3 3）感应起电）感应起电本质本质电荷的重新分布电荷的重新分布视频：视频：枕型导体的感应起电枕型导体的感应起电枕型导体的感应起电枕型导体的感应起电（1 1）把）把c c靠近靠近A A，移走，移走c c，分开，分开ABABABAB均不带电均不带电（2 2）把）把c c靠近靠近A A，分开，分开ABAB，移走，移走c cA A负负B B正正（3 3）把）把c c靠近靠近A A，用手碰一下，用手碰一下B B，移走，移走c c，分开，分开ABABA A负负B B负负（4 4）把）把c c

4、靠近靠近A A，用手碰一下，用手碰一下A A，移走，移走c c，分开，分开ABABA A负负B B负负（5 5）把）把c c靠近靠近A A，用手碰一下，用手碰一下A A，分开，分开ABAB，移走，移走c cA A负负B B不带电不带电（6 6）把）把c c靠近靠近A A，用手碰一下，用手碰一下B B，分开，分开ABAB，移走，移走c cA A负负B B不带电不带电异种电荷被吸引到异种电荷被吸引到最近端，同种电荷最近端，同种电荷被排斥到最远端被排斥到最远端三、元电荷三、元电荷1 1、电荷量、电荷量Q Q（q q）单位：库仑单位：库仑 C C2 2、元电荷、元电荷最小电荷量最小电荷量e=1.6e=

5、1.6* *1010-19-19C C3 3、比荷：电量、比荷：电量/ /质量质量*密立根实验密立根实验密立根测得带电油滴的电荷量（绝对值）如下：密立根测得带电油滴的电荷量（绝对值）如下：6.56810 19 C8.20410 19 C11.5010 19 C13.1310 19 C16.4810 19 C根据这些数据，油滴所带的电荷是某一个值的整数倍。根据这些数据，油滴所带的电荷是某一个值的整数倍。(最最大公约数大公约数) 公认值公认值:e =1.6021773310-19 C 例、例、1897年汤姆逊发现电子后，许多科学家为测量电子的电荷量做了大量年汤姆逊发现电子后，许多科学家为测量电子的

6、电荷量做了大量的探索。的探索。1907-1916年密立根用带电油滴进行实验，发现油滴所带的电荷量年密立根用带电油滴进行实验，发现油滴所带的电荷量是某一数值是某一数值e的整数倍，于是称这数值的整数倍，于是称这数值e为基本电荷。为基本电荷。 如图所示，完全相同的两块金属板正对着水平放置，板间距离为如图所示，完全相同的两块金属板正对着水平放置，板间距离为d。当。当质量为质量为m 的微小带电油滴在两板间运动时的微小带电油滴在两板间运动时t1，所受空气阻力的大小与速度，所受空气阻力的大小与速度大小成正比。两板间不加电压时，可以观察到油滴竖直向下做匀速运动，大小成正比。两板间不加电压时，可以观察到油滴竖直

7、向下做匀速运动，通过某一段距离所用时间为通过某一段距离所用时间为t2 ；当两板间加电压；当两板间加电压U (上极板的电势高上极板的电势高)时，可时，可以观察到同一油滴竖直向上做匀速运动，且在时间以观察到同一油滴竖直向上做匀速运动，且在时间t1内运动的距离与在时内运动的距离与在时间间t2内运动的距离相等。忽略空气浮力。重力加速度为内运动的距离相等。忽略空气浮力。重力加速度为g。(1)判断上述油滴的电性，要求说明理由；判断上述油滴的电性，要求说明理由；(2)求上述油滴所带的电荷量求上述油滴所带的电荷量Q ；(3)在极板间照射在极板间照射X射线可以改变油滴的带电量，再采用射线可以改变油滴的带电量，再

8、采用上述方法测量油滴的电荷量。如此重复操作，测量出上述方法测量油滴的电荷量。如此重复操作，测量出油滴的电荷量油滴的电荷量Qi如下表所示。如果存在基本电荷，请根据如下表所示。如果存在基本电荷，请根据现有数据求出基本电荷的电荷量现有数据求出基本电荷的电荷量 (保留到小数点后两位保留到小数点后两位)。实验次序实验次序12345电荷量电荷量 0.951.101.411.572.0218(10)C第二节第二节 库仑定律库仑定律一、库仑定律一、库仑定律1 1、表达式：、表达式：kk静电力常量静电力常量 9.0109Nm2/C2适用范围：真空，点电荷适用范围：真空，点电荷同性相斥，异性相吸同性相斥，异性相吸

9、点电荷相互作用力点电荷相互作用力库仑力库仑力点电荷：点电荷：（1 1）带电体的大小，电荷分布对）带电体的大小，电荷分布对作用力的影响可以忽略作用力的影响可以忽略（2 2）均匀带电的球体，可视为电）均匀带电的球体，可视为电荷集中在球心荷集中在球心二、库仑实验：二、库仑实验： 静电力也具有力的共性：静电力也具有力的共性：（1）合成分解遵守平行四边形）合成分解遵守平行四边形法则法则（2）可以与其他力平衡）可以与其他力平衡（3）可以与带电体产生加速度）可以与带电体产生加速度（4）两静止点电荷间的相互作）两静止点电荷间的相互作用力遵守牛顿第三定律用力遵守牛顿第三定律问题与练习问题与练习1.(P7-例题例

10、题)已知氢核已知氢核(质子质子) 的质量的质量mp=1.67 10-27kg,电子质电子质me=9.1 10-31kg, 在氢原子内它们之间的最短在氢原子内它们之间的最短距离为距离为r=0.53 10-10 m.(1)求它们之间的静电力和万有引力的大小求它们之间的静电力和万有引力的大小;(2)求它们之间的静电力和万有引力的比值求它们之间的静电力和万有引力的比值.3921212147281103.2N106.3N,102.8mGmQkQFFFF电荷间的万有引力远小于库仑电荷间的万有引力远小于库仑力，研究微观带电粒子的相互力，研究微观带电粒子的相互作用时作用时,可以忽略万有引力可以忽略万有引力.专

11、题：专题：两个电荷连线上放电荷平衡问题两个电荷连线上放电荷平衡问题例：真空中固定两个点电荷例：真空中固定两个点电荷A，B，电荷量分别为电荷量分别为QA36109C，QB16109C，AB相距相距10cm，有一个点电荷放在有一个点电荷放在AB连线或延长线连线或延长线上能够平衡，这点在上能够平衡，这点在_ B B外侧外侧20cm20cm专题：专题：两个电荷连线上放电荷平衡问题两个电荷连线上放电荷平衡问题方法：方法：（1 1）判断区域）判断区域（2 2）对需平衡的电荷受力分析，列）对需平衡的电荷受力分析，列平衡方程平衡方程例：真空中固定两个点电荷例：真空中固定两个点电荷A，B，电荷量分别为电荷量分别

12、为QA4109C，QB36109C，AB相距相距10cm，有一个点电荷放在有一个点电荷放在AB连线或延长线连线或延长线上能够平衡，这点在上能够平衡，这点在_ 若把若把AB的固定解除，要求在连线上的固定解除，要求在连线上放入第三个电荷放入第三个电荷Qc，使，使ABC都保持都保持静止，那么静止，那么C应该放在何处？是正应该放在何处？是正电还是负电，电量多大？电还是负电，电量多大？A A外侧外侧5cm5cm负电负电 9 9* *1010-9-9C C第三节第三节 电场电场 电场强度电场强度一、电场一、电场1 1 电场电场电荷周围存在着电荷周围存在着由它产生的电场由它产生的电场静止电荷产生的电场静止电

13、荷产生的电场静电场静电场2 2 电场的基本性质电场的基本性质对电荷有对电荷有力的作用力的作用电荷电荷B电荷电荷A电场电场如何验证空间中有无电场？如何验证空间中有无电场？试探电荷（检验电荷）试探电荷（检验电荷）场源电荷（源电荷）场源电荷（源电荷）电荷量和尺寸充分小电荷量和尺寸充分小二、电场强度：二、电场强度：描述电场强弱和方向的物理量描述电场强弱和方向的物理量定义：电场中某点的电荷受到的定义：电场中某点的电荷受到的电场力电场力F跟它的电荷量跟它的电荷量q的比值，的比值，叫做该点的电场强度，简称场叫做该点的电场强度，简称场强用强用E表示（比值法）表示（比值法）（1）定义式（大小）：定义式（大小）：

14、E=F/q E=F/q （适用于所有电场）（适用于所有电场）（2 2）单位：）单位：N/CN/C（3 3）场强的方向：）场强的方向：正电荷在该点的受力方向。正电荷在该点的受力方向。负电荷的受力方向和场强方向相反负电荷的受力方向和场强方向相反【注意】【注意】 E是反应场本身特性的物理是反应场本身特性的物理量，量，由形成场的场源电荷及场中的由形成场的场源电荷及场中的位置决定，与检验电荷无关位置决定，与检验电荷无关（4 4）场强是矢量（平行四边形定则）场强是矢量（平行四边形定则）例例1如图所示，如图所示，Q为放在真空中的正点电荷为放在真空中的正点电荷，其电荷量为，其电荷量为Q。求：（求：（1）画出）

15、画出A、B两点的场强方向。两点的场强方向。 （2）算出）算出A点的场强大小点的场强大小， A距离距离Q为为r，ABQ（4）（真空中）点电荷周围的电场（真空中）点电荷周围的电场1、大小：、大小：E=kQ/r2 （只适用于真空中点电荷的电场）（只适用于真空中点电荷的电场）2、方向：以、方向：以Q为中心做一球面。为中心做一球面。当当Q为为+，E沿半径向外；沿半径向外；当当Q为为-，E沿半径向内。沿半径向内。+Q-Q三、电场线三、电场线1、电场线：电场线：在电场中画出一些曲线在电场中画出一些曲线，使，使曲线上每一点的切线方向都跟曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致该点的场强方向一致。这样的曲线

16、。这样的曲线就叫做电场线就叫做电场线2、特点：特点：（1）从正电荷从正电荷或无限远或无限远出发，出发，终止于负电荷或终止于负电荷或无限无限远；远；（开放曲线）（开放曲线）（2）不相交）不相交（3）疏密代表电场强度的大小）疏密代表电场强度的大小（4）人为假想，不真实存在）人为假想，不真实存在3典型典型电场电场1）单个正、负点电荷的电场线）单个正、负点电荷的电场线视频视频(演示实验，验电羽演示实验，验电羽)2）等量异、同种点电荷的电场线）等量异、同种点电荷的电场线(3)不全对称电场线不全对称电场线图4(4)匀强电场（线）匀强电场（线）图5第四节第四节 电势能和电势电势能和电势一、静电力做功特点：一

17、、静电力做功特点：一、静电力做功特点：一、静电力做功特点：静电力做功与路径无关，只与始静电力做功与路径无关，只与始末位置有关。末位置有关。沿闭合路径电场力做功为零沿闭合路径电场力做功为零二、电势能：二、电势能：1、电荷在电场中的势能、电荷在电场中的势能2、电势能是标量、电势能是标量3、零电势能的确定：、零电势能的确定： 无穷远无穷远 大地大地4、电势能变化的量度：、电势能变化的量度：电场力做功电场力做功电场力对电荷做正功，电势能减小电场力对电荷做正功，电势能减小电场力对电荷做负功，电势能增大电场力对电荷做负功，电势能增大 ABpApBpWEEE例：证明正试探电荷在正点电例：证明正试探电荷在正点

18、电荷形成的电场中具有正的电势荷形成的电场中具有正的电势能能+正试探电荷在正点电荷形成的正试探电荷在正点电荷形成的电场中具有正的电势能电场中具有正的电势能负试探电荷在正点电荷形成的负试探电荷在正点电荷形成的电场中具有负的电势能电场中具有负的电势能正试探电荷在负点电荷形成的正试探电荷在负点电荷形成的电场中具有负的电势能电场中具有负的电势能负试探电荷在负点电荷形成的负试探电荷在负点电荷形成的电场中具有正的电势能电场中具有正的电势能三、电势（三、电势（ ）1、定义：、定义：电场中某一点的电荷电场中某一点的电荷具有的电势能和检验电荷所带电具有的电势能和检验电荷所带电量的比值为该点的电势量的比值为该点的电

19、势2、单位：、单位： 伏特伏特V代正负号计算代正负号计算3、电势是标量、电势是标量0电势电势大地或无穷远大地或无穷远4、沿电场线方向电势降低沿电场线方向电势降低把正电荷从把正电荷从A挪到挪到B，电场力做正功，电场力做正功，电势能减小，电势能减小，=EP/q减小减小把负电荷从把负电荷从A挪到挪到B，电场力做负功，电场力做负功，电势能增大，电势能增大， =EP/q减小减小四、电势差四、电势差1、电场中任意两点的电势之差、电场中任意两点的电势之差，叫这两点的电势差，叫这两点的电势差电势差与零电势点无关电势差与零电势点无关2、电势差和电场力做功的关系：、电势差和电场力做功的关系：WAB= UABq电场

20、力做功与路径无关，只取决于电场力做功与路径无关，只取决于电荷量和始末位置的电势差电荷量和始末位置的电势差五、等势面五、等势面电场中电势相等的点组成的面电场中电势相等的点组成的面特点：特点：（1）沿等势面移动电荷，电场）沿等势面移动电荷，电场力不做功力不做功（2）任意两个等势面不相交）任意两个等势面不相交（3）等势面和电场线处处正交）等势面和电场线处处正交（4）等势面密集处场强大；等）等势面密集处场强大；等势面稀疏处场强小势面稀疏处场强小六、典型电场的等势面六、典型电场的等势面1、匀强电场、匀强电场2、点电荷、点电荷:3、等量异种电荷、等量异种电荷4、等量异种电荷、等量异种电荷讨论：十字区域的特

21、性讨论：十字区域的特性a向向b移动，移动，E_， _c向向d移动，移动，E_， _第五节第五节 电场强度和电势的关系电场强度和电势的关系一、在匀强电场中一、在匀强电场中U=Edd是这两点是这两点沿电场线方沿电场线方向的距离向的距离场强的另一个单位：场强的另一个单位：V/m二、几何关系：二、几何关系：（1）电场线总是垂直于等势面）电场线总是垂直于等势面的的（2）沿电场线方向电势降低且）沿电场线方向电势降低且降低得最快降低得最快A、B两个水平放置的平行金属板带等两个水平放置的平行金属板带等量异种电荷，间距量异种电荷，间距d15cm，在离，在离A板板5cm的地方放一个带负电的质点的地方放一个带负电的

22、质点P，质，质量量m3kg，电量为，电量为0.1C，正好能在该，正好能在该处保持静止，求处保持静止，求AB之间的电压之间的电压U？质点质点P所在之处的电势？质点所在之处的电势？质点P在该处所具有的电势能在该处所具有的电势能Ep 第六节第六节 静电现象的应用静电现象的应用一、静电平衡：一、静电平衡：自由电子不再定向移动自由电子不再定向移动2、达到静电平衡时导体的特点：达到静电平衡时导体的特点：（1）导体内部的场强处处为零）导体内部的场强处处为零（2）整个导体是等势体，表面）整个导体是等势体，表面是等势面是等势面（3）导体表面任何一点的场强）导体表面任何一点的场强与表面垂直与表面垂直（4）孤立导体

23、的净电荷分布在）孤立导体的净电荷分布在外表面外表面二、静电屏蔽二、静电屏蔽1、屏蔽外电场、屏蔽外电场2、屏蔽内电场、屏蔽内电场第七节第七节 电容器电容器一、电容器一、电容器两个互相绝缘，两个互相绝缘，彼此靠近的导体彼此靠近的导体1、电容器的充放电：、电容器的充放电：（1）充电：把这两个导体各自接到）充电：把这两个导体各自接到直流电源的两极的时候，它们就被直流电源的两极的时候，它们就被充电，带上了等量异种电荷充电，带上了等量异种电荷（2）放电：不接电源，用导线直接）放电：不接电源，用导线直接把两个极板相连，两板上的电荷中把两个极板相连，两板上的电荷中和，各自成为不带电的导体和，各自成为不带电的导

24、体2、平行板电容器平行板电容器QQ带电荷量带电荷量Q单个极板电荷量的绝对单个极板电荷量的绝对值值二、电容二、电容表征电容器储存电荷的特表征电容器储存电荷的特s性性1、定义式、定义式2、单位：法拉、单位：法拉F 常用单位常用单位 F,pF说明：电容是电容器本身的性质，说明：电容是电容器本身的性质，与与Q,U无关无关3、决定电容的因素、决定电容的因素实验：实验：板间距离板间距离 d正对面积正对面积 S介电常数介电常数 专题：电容器动态判断变化专题：电容器动态判断变化依据：依据：（1）当两极板充电完毕与电源断开）当两极板充电完毕与电源断开，Q不变不变（2）当两极板与电源相连，）当两极板与电源相连，U

25、不变不变例：例：一直闭合电键一直闭合电键K，把，把B板板略略下移下移，求：，求：C，Q，U，E，P的变化情的变化情况况例：充电完毕后断开电键例：充电完毕后断开电键K，把，把B板板下移，求：下移，求：C，Q，U，E，以及电，以及电子子e在该点电势能在该点电势能EP的变化情况的变化情况第八节第八节 带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动不计重力：带电粒子不计重力：带电粒子 ， 质子（氢质子（氢核），氘核，氚核，电子，氦核（核），氘核，氚核，电子，氦核（粒子）粒子）计重力：带电液滴，带电质点，带计重力：带电液滴，带电质点，带电小球，带电物体（计重力的必然电小球，带电物体（计重力的必然会出现水平

26、，竖直的字眼）会出现水平，竖直的字眼）一、加速电场一、加速电场m,+qUv0vt+-2022121mvmvUqt二、偏转电场二、偏转电场V0m，+q+-yVtV0Vy侧移量偏转角垂直电场线方向：垂直电场线方向： 匀速直线运动匀速直线运动沿电场线方向：沿电场线方向： 初速为零的匀加速直线初速为零的匀加速直线（1）若飞出电场：）若飞出电场：（2）若未飞出电场：）若未飞出电场：（3）推论：末速度的反向延长线，）推论：末速度的反向延长线，交初速度的延长线于水平位移中点交初速度的延长线于水平位移中点加速度加速度电场中的运动时间电场中的运动时间偏移量偏移量偏转角偏转角V0m，+q+-yVtV0Vy板长板长

27、L L，板间距，板间距d d，两板电压，两板电压U U，离下板，离下板d d/ /X： 匀速直线运动匀速直线运动Y： 初速为零的匀加速直线初速为零的匀加速直线加速电场加速电场m,+qUv0vt+-2022121mvmvUqt偏转电场偏转电场xy（1）能离开电场）能离开电场（2）若不能能离开电场）若不能能离开电场V0m，+q+-yVtV0Vy一个有用的推论：末速度的反向延长线一个有用的推论：末速度的反向延长线，交初速度的延长线于水平位移中点，交初速度的延长线于水平位移中点三、一般电场三、一般电场例例ABC是三条电场线，有一个带负电的是三条电场线，有一个带负电的粒子，在电场中只受电场力运动的轨迹如

28、粒子，在电场中只受电场力运动的轨迹如MN例例若若ABC是三条等势线？是三条等势线？示波器的原理和使用示波器是一种多用途的现代测量工具，它可直示波器是一种多用途的现代测量工具，它可直接观察电信号的波形，也能测定电压信号的幅接观察电信号的波形，也能测定电压信号的幅度、周期和频率等参数。双踪示波器不仅能独度、周期和频率等参数。双踪示波器不仅能独立观察两种信号的波形，以便对它们进行对比、立观察两种信号的波形，以便对它们进行对比、分析和研究，还能测量两个信号之间的时间差分析和研究，还能测量两个信号之间的时间差和相位差。一切可以转化为电压的其他电学量和相位差。一切可以转化为电压的其他电学量（如电流、电功率

29、、阻抗、位相等）和非电学（如电流、电功率、阻抗、位相等）和非电学量（如温度、位移、压强、磁场、频率等）都量（如温度、位移、压强、磁场、频率等）都可以用示波器来进行观测。用示波器研究物理可以用示波器来进行观测。用示波器研究物理现象与规律已经形成一种物理实验方法现象与规律已经形成一种物理实验方法示示波法。波法。示波器的使用1、各部件的作用2、如何调出（1）中心圆点（2）横线（3）竖线（4）正弦波例：例：专题：复合场（电场专题：复合场（电场+ +重力场）重力场）直线运动直线运动曲线运动曲线运动匀速运动匀速运动匀变速运动匀变速运动圆周运动圆周运动类平抛运动类平抛运动一般曲线运动一般曲线运动【例】【例】 如图所示，在真空中，如图所示，在真空中， 竖直放着一个平行板电容器，在竖直放着一个平行板电容器，在 它的两极板间有一个带