第六部分静电场

第六部分静电场第1页，课件共83页，创作于2023年2月概述本部分涉及的考点有：电荷守恒，点电荷，库仑定律，电场强度、点电荷的场强，电场线，电势能、电势，电势差，匀强电场中电势差跟电场强度的关系，带电粒子在匀强电场中的运动，常见电容器，电容器的电压、电荷量和电容的关系。第2页，课件共83页，创作于2023年2月电场最基本的性质是对放入其中的电荷产生力的作用；在电场中移动电荷，电场力就会对电荷做功，电荷的电势能就发生变化，因此电场还有能的性质。电场的以上属性是研究电现象的基础，因此是历年高考考查的重点内容之一。第3页，课件共83页，创作于2023年2月带电粒子在匀强电场中的运动问题涉及到较多的概念和规律，是一个综合性很强的考点。从物理规律应用的角度分析，涉及到受力分析、牛顿定律、功能关系，从涉及的运动过程分析，包括电场中的加速、平衡和偏转，从考查方法的角度分析，可以涉及运动的合成与分解法、正交分解法等等。分析近几年来高考物理试卷可知，带电粒子在匀强电场中的运动在高考试题中的比例非常高，几乎年年都考，特别是只要有计算题出现就一定是有些难度的综合题。第4页，课件共83页，创作于2023年2月要求1.知道点电荷，体会科学研究中的理想模型方法。知道两个点电荷之间的相互作用的规律。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。2.了解静电场，初步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。3.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。4.了解常见电容器的构造，了解电容器的电容。5.熟练掌握带电粒子在电场中运动的规律和方法。第5页，课件共83页，创作于2023年2月本单元可分四部分复习一、库仑定律电场强度二、电势能、电势、电势差、静电屏蔽三、电容器四、带电粒子在匀强电场中的运动第6页，课件共83页，创作于2023年2月一、库仑定律电场强度第7页，课件共83页，创作于2023年2月库仑定律第8页，课件共83页，创作于2023年2月一．电荷：

1、正电荷负电荷：自然界只存在两种电荷，即正电荷和负电荷，用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷是正电荷;用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷是负电荷。同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。2、电荷量：电荷的多少。单位：1C＝1A·s第9页，课件共83页，创作于2023年2月3、元电荷e：一个物体所带电荷数量的多少叫电荷量，物体所带电荷量是指物体带净电荷的多少，迄今为止的一切实验都表明，原子中电子和质子带有等量的异种电荷，至今所发现的一切带电体的电荷量都等于电子电荷数的整数倍，在物理学上，把电荷是e称为元电荷，其值通常可取为e=1.60×10-19C综上所述①e=1.60×10-19C②质子或电子所带的电量就是元电荷③元电荷是世界上电最小的电量④任何带电体的电量都是元电荷的整数倍第10页，课件共83页，创作于2023年2月4、检验电荷（试探电荷）：电量要求：不影响原电场；体积充分小；一定是点电荷。5、电荷间的相互作用同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。6、荷质比(比荷)：带电粒子的电荷量与质量之比称为“荷质比”如电子的电荷量e和电子质量me

(me=0.91×10-30kg)之比，叫做电子的荷质比，即

e/me=1.76x1011c/kg可以做为物理常量来使用。第11页，课件共83页，创作于2023年2月二、使物体带电的几种方式（1）摩擦起电：两个不同的物体相互摩擦，带上等量导种的电荷。（2）接触带电：不带电物体接触另一个带电物体，使电荷从带电体转移一部分到不带电的物体上。

两个完全相同的带电金属小球接触时电荷量分配规律:原带异种电荷的先中和后平分，原带同种电荷的总电荷量平分。第12页，课件共83页，创作于2023年2月（3）感应起电：导体接近（不接触）带电体，使导体靠近带电体一端带上与带电体相异的电荷，而另一端带上与带电体电荷相同的电荷。（4）光电效应—在光的照射下使物体发射出电子第13页，课件共83页，创作于2023年2月三、电荷守恒定律：电荷既不能创造，也不能消灭，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，电荷的总量不变。第14页，课件共83页，创作于2023年2月四、库仑定律1、内容：真空中两个点电荷之间相互作用的电力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟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。2、公式：，F叫做库仑力或静电力，也叫电场力。它可以是引力，也可以是斥力，K叫静电力常量

K=3、适用条件：（1）真空中；（2）点电荷．第15页，课件共83页，创作于2023年2月4、理解：（1）在使用库仑定律的公式进行计算时，无论是正电荷还是负电荷，均用电量的绝对值代入式中，计算其作用力的大小。（2）作用力的方向根据：同性相斥，异性相吸，作用力的方向沿两电荷连线方向，进行判定。（3）两个点电荷间的相互作用的库仑力满足牛顿第三定律—大小相等、方向相反（不能认为电量不等的两个点电荷相互作用时，所受的库仑力不等）第16页，课件共83页，创作于2023年2月（4）库仑力存在极大值，由公式可以看出，在r和两带电体的电量和一定的条件下，当Q1=Q2时，F有最大值（5）如果是多个点电荷对另一个点电荷的作用，可分别对每个点电荷间使用然后把该电荷所受诸库仑力进行矢量合成第17页，课件共83页，创作于2023年2月五、同一直线上三个点电荷的讨论和计算

三个自由电荷的平衡问题，是静电场中的典型问题。为了使电荷系统处于平衡状态，每个电荷受到的两个库仑力必须大小相等、方向相反。根据库仑定律和力的平衡条件，可以概括成易记的口诀为：“三点共线，两同夹异，两大夹小，近小远大。”两大夹小也就是说三个电荷，外面两个的电荷量必须大于中间的一个；两同夹异，也就是说外面的两个电荷的电性必须相同，并且中间的一个电性与外面的两个相异！近小远大是说中间电荷靠近另两个中电量较小的。利用这一条件可以迅速、准确地确定三个自由电荷的相对位置及电荷的电性，然后根据库仑定律列出电荷的受力平衡方程，问题就迎刃而解了。第18页，课件共83页，创作于2023年2月电场第19页，课件共83页，创作于2023年2月一、电场1、概念：是电荷周围客观存在的一种特殊物质，是电荷间相互作用的媒体。若电荷不动周围的是静电场，若电荷运动周围不单有电场而且产生磁场，电场可以由存在的电荷产生，也可以由变化的磁场产生。2、电场的基本性质：对放入电场的电荷有力的作用能使放入电场中的导体产生静电感应现象3、场的提出①凡是在有电荷的地方，周围都存在电场②在变化的磁场周围也有电场；变化的电场周围存在磁场。③电场与磁场是不同于实体的另一种形态物质。4、电场力：放入电场中的电荷受到电场的力的作用，这种力叫做电场力。第20页，课件共83页，创作于2023年2月二、描述电场力特性的物理量——电场强度1、定义：放入电场中某点的电荷所受的电场力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度。用E来表示。2、定义式：（适用于一切电场）3、单位：牛/库(N/C)伏/米(v/m)第21页，课件共83页，创作于2023年2月4、电场强度是矢量：规定正电荷受电场力的方向为该点的场强方向，负电荷受电场力的方向与该点的场强方向相反。5、物理意义：电场强度（简称场强）是描写电场强弱的物理量。第22页，课件共83页，创作于2023年2月6、说明（1）电场强度是从力的角度来反映电场本身性质的物理量（2）定义式即电场内某点的电场强度在数值上等于单位电荷在该点受到的电场力。（3）电场强度E的大小，方向是由电场本身决定的，是客观存在的，与放不放检验电荷，以及放入检验电荷的正、负,电量的多少均无关，既不能认为与F成正比，也不能认为E与q成反比。检验电荷q充当“测量工具”的作用．第23页，课件共83页，创作于2023年2月7、电场的叠加：几处点电荷同时在某点形成电场时，这点的场强等于各个点电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和（遵循平行四边形定则和三角形法则）。8、匀强电场：场强方向处处相同，场强大小处处相等的区域称为匀强电场第24页，课件共83页，创作于2023年2月电场线第25页，课件共83页，创作于2023年2月1、概念：

为了直观形象地描述电场中各点的强弱及方向，在电场中画出一系列曲线，曲线上各点的切线方向表示该点的场强方向，曲线的疏密表示电场的弱度。这些曲线就是电场线。第一个用电场线描述电场的科学家是

——法拉第第26页，课件共83页，创作于2023年2月2、电场线的特点：（1）电场线是为了形象描述电场而引入的假想曲线，并不是真实存在的。（2）切线方向表示该点场强的方向，也是正电荷的受力方向．（3）疏密表示该处电场的强弱，也表示该处场强的大小．越密，则E越大（4）匀强电场的电场线平行且等间距直线表示．(平行板电容器间的电场，边缘除外)第27页，课件共83页，创作于2023年2月（5）始于正电荷（或无穷远），终止负电荷（或无穷远）从正电荷出发到负电荷终止，或从正电荷出发到无穷远处终止，或者从无穷远处出发到负电荷终止．（6）任意两条电场线都不相交，不中断，不闭合。（7）沿着电场线方向，电势越来越低．但E不一定减小；沿E方向电势降低最快的方向。（8）电场线垂直等势面．电场线由高等势面指向低等势面。第28页，课件共83页，创作于2023年2月（9）电场线只能描述电场的方向及定性地描述电场的强弱，并不是带电粒子在电场中的运动轨迹。带电粒子的运动轨迹是由带电粒子受到的合外力情况和初速度共同决定。在特殊条件下，带电粒子的运动轨迹可以与电场线重合。这些特殊条件是:①电场线是直线；②带电粒子的初速度为零或初速度方向与电场线方向在同一直线上；③带电粒子只受电场力作用。以上三点必须同时得到满足。（10）由于电场是连续分布于空间，所以各条电场线之间空白处仍有电场不能认为电场为零。第29页，课件共83页，创作于2023年2月3、几种电场电场线的分布

（1）孤立点电荷周围的电场；特点：①离点电荷越近，电场线越密，场强越大。②在点电荷形成的电场中，不存在场强相等的点③若以点电荷为球心作一个球面，电场线处处与球面垂直，在此球面上场强大小处处相等，方向各不相同第30页，课件共83页，创作于2023年2月（2）等量异种点电荷的电场(连线和中垂线上的电场特点)；特点：①两点电荷连线上的各点场强方向从正电荷指向负电荷，沿电场方向场强先变小再变大。②两点电荷连线的中垂面（中垂线）上，电场线方向均相同，即场强方向均相同，且总与中垂面（中垂线）垂直③在中垂线（中垂面）上，与两点电荷连线的中点O等距离的各点场强相等。④从两点电荷连线中点O沿中垂面（中垂线）到无限远，电场强度一直变小第31页，课件共83页，创作于2023年2月（3）等量同种点电荷的电场(连线和中垂线上的电场特点)；特点：①两点电荷连线中点O处场强为0，此处无场强②两点电荷连线中点O附近的电场线非常稀疏，但场强并不为0③从两点电荷连线中点O沿中垂面（中垂线）到无限远，电场线先变密后变疏，即场强先变大后变小。第32页，课件共83页，创作于2023年2月（4）匀强电场；场强方向处处相同，场强大小处处相等的区域称为匀强电场，匀强电场中的电场线是等距的平行线，平行正对的两金属板带等量异种电荷后，在两极之间除边缘外就是匀强电场。第33页，课件共83页，创作于2023年2月（5）点电荷与带电平板；－－－－

点电荷与带电平板+第34页，课件共83页，创作于2023年2月二、电势能、电势、电势差、静电屏蔽第35页，课件共83页，创作于2023年2月一、电势能1、定义：由电荷在电场中的相对位置决定的能量叫电势能。特别指出：电势能实际应用不大，通常实际应用的是电势能的变化。第36页，课件共83页，创作于2023年2月2、说明（1）电荷在电场中每一个位置都有一定的电势能，电势能的大小与电荷所在的位置有关（2）电势能的大小具有相对性，电荷在电场中电势能的数值与选定的零电势能位置有关，通常取无穷远处或大地为电势能和零点。而电势能的变化是绝对的，与零电势能位置的选择无关（3）电势能有正负，电势能为正时表示电势能比参考点的电势能大，电势能为负时表示电势能比参考点的电势能小。第37页，课件共83页，创作于2023年2月（4）电势能是属于电荷和电场所共有，没有电场的存在，就没有电势能，仅有电场的存在，而没有电荷时也没有电势能。（5）电荷在电场中某点的电势能在数值上等于把电荷从这点移到电势能为零处(电势为零处)电场力所做的功，则有第38页，课件共83页，创作于2023年2月（6）电荷电势能的变化仅由电场力对电荷做功引起，与其他力对电荷做功无关（7）电势能的单位，焦尔J还有电子伏，符号为eV，定义为在真空中，1个电子通过1伏电位差的空间所能获得的能量。为我国法定计量单位。1电子伏=1.602×10-19焦。常用千电子伏及兆电子伏。第39页，课件共83页，创作于2023年2月3、电场力做功与电势能变化电势能的变化：当电荷运动方向与电场力方向的夹角为锐角时，电场力做正功，电势能减少，当电荷运动方向与电场力方向夹角为钝角时，电场力做负功，电势能增加。电势能变化的数值等于电场力对电荷做功的数值，这常是判断电荷电势能如何变化的依据。电场力做功：由电荷的正负和移动的方向去判断(4种情况)功的正负电势能的变化（重点和难点知识）第40页，课件共83页，创作于2023年2月二、电势1、定义：如果在电场中选一个参考点(零电势点)，那么电场中某点跟参考点间的电势差，就叫做该点的电势。电场中某点的电势在数值上等于单位正电荷由该点移动到参考点(零电势点)时，电场力所做的功。2、电势的单位：伏特（V）第41页，课件共83页，创作于2023年2月3、说明：⑴．电势是标量，没有方向，但有正负之分，比零电势点高为正，比零电势为低为负。

⑵．电势是电场本身具有的属性，与试探电荷无关。⑶．沿着电场线的方向，电势越来越低（最快），逆着电场线的方向，电势越来越高，电势降低的方向不一定就是电场线的方向。⑷．电势与场强没有直接关系：电势高的地方，场强不一定大；场强大的地方，电势不一定高。第42页，课件共83页，创作于2023年2月⑸．电势的值与零电势的选取有关零电势点可以自由选取，通常取离电场无穷远处电势为零，实际应用中常取大地电势为零⑹．如果取无穷远电势为零，正电荷形成的电场中各点的电势均为正值，负电荷形成的电场中各点的电势均为负值。⑺．当存在几个“场源”时，某处合电场的电势等于各“场源”的电场在该处的电势的代数和第43页，课件共83页，创作于2023年2月三、电势差：1、定义：电荷q在电场中由一点A移到另一点B时，电场力所做的功WAB跟它的电荷量q的比值，叫做A、B两点间的电势差。2、定义式：单位：V=J/C3、物理意义：电场中A、B两点间的电势差UAB在数值上等于单位正电荷从A点移动到B点过程中电场力所做的功WAB

。4、单位：伏特，符号是V。第44页，课件共83页，创作于2023年2月说明：电势差是标量，有正负，无方向。A、B间电势差显然电势差的值与零电势的选取无关。第45页，课件共83页，创作于2023年2月四、等势面1、定义：一般说来，电场中各点的电势不同，但电场中也有许多点的电势相等。我们把电场中电势相等的点构成的面叫做等势面。第46页，课件共83页，创作于2023年2月2、等势面的特点：（1）在同一等势面上的任意两点间(不论方式如何，只要起终点在同一等势面上)移动电荷，电场力不做功。因为等势面上各点电势相等，电荷在同一等势面上各点具有相同的电势能，所以在同一等势面上移动电荷电势能不变，即电场力不做功（2）等势面一定跟电场线垂直，即跟场强的方向垂直。假如不是这样，场强就有一个沿着等势面的分量，这样在等势面上移动电荷时电场力就要做功。但这是不可能的，因为在等势面上各点电势相等，沿着等势面移动电荷时电场力是不做功的，所以场强一定跟等势面垂直。第47页，课件共83页，创作于2023年2月（3）沿着电场线方向电势越来越低。可见，电场线不但与等势面垂直，而且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面。（4）导体处于静电平衡时，整个导体是一个等势体，导体表面是一个等势面。（5）不同的等势面是不会相交的，也不能相切。因为电场线总跟等势面垂直，如果等势面相交，则交线处同一点的电场线方向就有两个，从而场强方向就不唯一，这是不可能的；如果等势面相切，则在相切处等势面“密度”为无穷大，这也是不可能的（6）等差等势面的疏密表示电场的强弱等差等势面密的地方场强大，等差等势面疏的地方场强弱。第48页，课件共83页，创作于2023年2月五、电场中的导体1、静电感应：把金属导体放在外电场中，由于导体内的自由电子受电场力作用定向移动，使得导体两端出现等量的异种电荷，这种由于导体内的自由电子在外电场作用下重新分布的现象叫做静电感应。（在靠近带电体端感应出异种电荷，在远离带电体端感应出同种电荷）．由带电粒子在电场中受力去分析。第49页，课件共83页，创作于2023年2月2、静电平衡状态：

发生静电感应后的导体，两端面出现等量感应电荷，感应电荷产生一个附加电场E附，这个E附与原电场方向相反，当E附增到与原电场等大时，（即E附与E外），合场强为零，自由电子定向移动停止，这时的导体处于静电平平衡状态。

注意：这没有定向移动而不是说导体内部的电荷不动，内部的电子仍在做无规则的运动。第50页，课件共83页，创作于2023年2月3、处于静电平衡状态的导体的特征：（1）内部场强处处为零，电场线在导体内部中断。导体内部的电场强度是外加电场和感应电荷产生电场这两种电场叠加的结果．（2）整个导体是等势体，表面是个等势面；导体表面上任意两点间电势差为零。（因为假若导体中某两点电势不相等，这两点则有电势差，那么电荷就会定向运动）（3）表面上任何一点的场强方向都跟该点表面垂直；（因为假若内部场强不为零，则内部电荷会做定向运动，那么就不是静电平衡状态了）（4）净电荷分布在导体的外表面，内部没有净电荷．曲率半径小的地方，面电荷密度大，电场强，这一原理的避雷针。第51页，课件共83页，创作于2023年2月4、静电屏蔽：

处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零，导体壳(或金属网罩)能把外电场“遮住”，使导体内部区域不受外部电场的影响，这种现象就是静电屏蔽。静电屏蔽不是金属网把外电场挡在了罩外面，而是外电场的金属网上感应电荷的电场在罩内合场强为零。第52页，课件共83页，创作于2023年2月三电容器第53页，课件共83页，创作于2023年2月1、电容器的组成：两个彼此绝缘又互相靠近的导体可构成一个电容器。电容器是储存电荷（电能）的元件。第54页，课件共83页，创作于2023年2月2、电容器的充、放电①把电容器的一个极板接电池正极，另一个极板接电池负极，两个极就分别带上了等量的异种电荷，这个过程叫做充电。

电容器充电时会在电路中形成随时间变化的充电电流，充电时，电流从电源正极流向电容器的正极板，从电容器的负极板流向电源的负极。第55页，课件共83页，创作于2023年2月第56页，课件共83页，创作于2023年2月②用一根导线把充电后的两极接通，两极上的电荷互相中和，电容器就不带电，这个过程叫做放电。电容器放电时，电流从电容器正极板流出，通过电路流向电容器的负极。③电容器所带的电荷量是指电容器的一个极板上所带电荷量的绝对值。第57页，课件共83页，创作于2023年2月3、电容C（1）定义：电容器所带的电荷量Q(任一个极板所带电量的绝对值)与两个极板间的电势差U的比值叫做电容器的电容。（2）定义式：（3）电容单位：法拉(F)，微法(μF)，皮法(PF)1F=106μF=1012PF（4）物理意义：电容表示电容器的带电本领的高低（5）说明：①C与Q、U无关；与电容器是否带电及带电多少无关②C由电容器本身物理条件（导体大小、形状、相对位置及电介质）决定；第58页，课件共83页，创作于2023年2月4、平行板电容器的电容

影响因素：平行板电容器的电容与两板正对面积（不可简单的理解为板的面积）成正比，与两板间距离成反比，与介质的介电常数成正比

决定式：C=第59页，课件共83页，创作于2023年2月5、平行板电容器动态分析平行板电容容器分析这类问题的关键在于弄清哪些量是变量，哪些量是不变量，哪些量是自变量，哪些量是因变量。一般分为两种情况：(1)电压不变：电容器两极板接入电路中，它两端的电压等于这部分电路两端电压，当电容变化时，电压不变；第60页，课件共83页，创作于2023年2月(2)电量不变：电容器充电后断开电源，一般情况下电容变化，电容器所带电量不变进行讨论的物理依据主要是四个①②③④由和求出U，再代入，可得平行板电容器两极板间的电场强度为。第61页，课件共83页，创作于2023年2月即电容器内部的场强正比于电荷密度这表明孤立的带电电容器在极板彼此远离或靠近过程，内部场强不会变化一个应用在平行板电容器两极板间仅插入厚为L且与极板等面积的金属板A，静电平衡后金属板内场强为零，相当于平行板电容器极板间的距离缩短了L，因而C增加第62页，课件共83页，创作于2023年2月四带电粒子在电场中的运动第63页，课件共83页，创作于2023年2月1、带电粒子的重力是否可忽略的条件：A、基本粒子：如电子、质子、粒子、离子等，若无说明或明确的暗示，一般不计重力；B、带电颗粒：如尘埃、液滴、油滴、小球等，若无说明或明确的暗示，一般要考虑重力；在电场中受到除电场力以外的重力、弹力、摩擦力，由牛顿第二定律来确定其运动状态，所以这部分问题将涉及到力学中的动力学和运动学知识。C、平衡问题一般要考虑重力。第64页，课件共83页，创作于2023年2月2、带电粒子的直线加速1、运动状态分析：带电粒子沿与电场线方向平行的方向进入匀强电场，受到的电场力与运动方向在同一直线上，做匀加(减)速直线运动。2、用功能观点分析：粒子只受电场力作用，电场力做功即为合外力做功，故粒子动能变化量等于电势能的变化量：(式中U为加速电场的电势差)假设从静止开始加速，所以离开电场时速度为此式适用于一切静电场(即包括匀强电场和非匀强场)。对匀强电场，由于电场力为恒力，故还可以有如下的公式:(式中s为沿电场线方向的距离)。第65页，课件共83页，创作于2023年2月3、带电粒子的偏转（只考虑速度垂直于场强的情况）第66页，课件共83页，创作于2023年2月（1）运动状态分析：带电粒子以速度垂直于电场线方向射入匀强电