2025高考物理步步高同步练习必修3学习笔记第九章　静电场及其应　电荷

2025高考物理步步高同步练习必修3学习笔记第九章静电场及其应1电荷[学习目标]1.知道自然界中的两种电荷及它们之间相互作用的规律，知道电荷量的概念及电荷量的单位.2.理解摩擦起电和感应起电.3.掌握电荷守恒定律.4.知道元电荷的概念，掌握元电荷的值．一、电荷1．自然界中有两种电荷：________电荷和________电荷．2．电荷间的相互作用：同种电荷相互__________，异种电荷相互________．3．电荷量：电荷的多少，用Q或q表示，国际单位制中的单位是________，符号是________．正电荷的电荷量为__________值，负电荷的电荷量为________值．4．摩擦起电及其原因(1)摩擦起电：由于________而使物体带电的方式．用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电．(2)原因：当两种物质组成的物体互相摩擦时，一些受束缚较弱的电子会转移到另一个物体上．于是，原来电中性的物体由于得到电子而带________，失去电子的物体则带________电．二、静电感应1．静电感应：当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电荷便会趋向或__________带电体，使导体靠近带电体的一端带__________电荷，远离带电体的一端带________电荷，这种现象叫作静电感应．2．感应起电：利用________________使金属导体带电的过程．三、电荷守恒定律1．电荷守恒定律：电荷既不会__________，也不会______，它只能从一个物体转移到__________，或者从物体的一部分转移到______________；在转移过程中，电荷的________保持不变．2．电荷守恒定律的另一表述是：一个与外界没有电荷交换的系统，____________保持不变．四、元电荷1．元电荷：最小的电荷量，e＝________________C，由____________测得．所有带电体的电荷量都是e的__________．2．比荷：带电粒子的__________与其__________的比值．1．判断下列说法的正误．(1)用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，是因为正电荷从丝绸转移到玻璃棒上．()(2)两种不同物质组成的物体相互摩擦使物体带电，是由于两物体的原子核对核外电子束缚的能力不同．()(3)原来不带电的丝绸和玻璃棒相互摩擦后分别带上了异种电荷，说明通过摩擦可以创造电荷．()(4)元电荷就是最小的带电体．()(5)某一带电体的电荷量可能等于5×10－19C．()2.带正电的物体C靠近不带电的枕形导体AB，如图所示，A端将带____电，B端将带____电．一、三种起电方式导学探究(1)如图所示，取一对用绝缘柱支撑的导体A和B，使它们彼此接触．起初它们不带电，贴在下部的金属箔片均是闭合的．①把带正电荷的物体C移近导体A，金属箔片有什么变化？②这时把A和B分开，然后移去C，金属箔片是否闭合？③再让A和B接触，又会看到什么现象？(2)带正电的物体A与不带电的物体B接触，使物体B带上了什么电荷？在这个过程中电荷是如何转移的？知识深化三种起电方式的比较摩擦起电感应起电接触起电现象两物体带上等量异种电荷导体两端出现等量异种电荷导体带上与带电体同性的电荷原因不同物质原子核对电子的束缚能力不同．束缚能力强的得电子，带负电；束缚能力弱的失电子，带正电电子在电荷间相互作用下发生转移，近端带异种电荷，远端带同种电荷在电荷间相互作用下，电子从一个物体转移到另一个物体上实质电荷在物体之间或物体内部的转移说明无论哪种起电方式，发生转移的都是电子，正电荷不会发生转移例1(多选)下列说法中正确的是()A．静电感应没有创造电荷，只是电荷从物体的一部分转移到另一部分B．摩擦起电和感应起电都能使电子转移，只不过前者使电子从一个物体转移到另一个物体上，而后者则使电子从物体的一部分转移到另一部分C．摩擦起电时，一个电中性物体失去一些电子而带正电，另一个电中性物体得到这些电子而带负电D．一个带电导体接触一个不带电的导体，两个物体可能带上异种电荷例2(2021·保定市高二期末)如图所示，不带电的金属导体A和B放在绝缘支柱上并相互接触，带正电的小球C靠近A，以下说法中正确的是()A．若先将A、B分开，再移走C，A带正电，B带负电B．若先将A、B分开，再移走C，B带正电，A带负电C．若先将C移走，再把A、B分开，A带正电，B带负电D．若先将C移走，再把A、B分开，B带正电，A带负电针对训练1(2022·宁乡市教育研究中心高二期末)如图所示，A、B是两个带有绝缘支架的金属球，它们原来均不带电，并彼此接触．现使带负电的橡胶棒C靠近A(C与A不接触)，然后先将A球用导线接地一下后迅速断开，再将C移走，最后将A、B分开．关于A、B的带电情况，下列判断正确的是()A．A、B均不带电 B．A、B均带正电C．A带负电，B带正电 D．A带正电，B带负电1．只有导体中的电子才能自由移动．绝缘体中的电子不能自由移动，所以导体能够发生感应起电，而绝缘体不能．2．凡是遇到接地问题时，该导体与地球可视为一个更大导体，而且该导体可视为近端，带异种电荷，地球可视为远端，带同种电荷，如图．二、电荷守恒定律元电荷导学探究(1)在摩擦起电过程中，一个物体带上了正电荷，另一个物体带上了负电荷，该过程是否创造了电荷？在一个封闭的系统中，电荷的总量会增多或减少吗？(2)物体所带的电荷量可以是任意的吗？物体所带的电荷量可以是4×10－19C吗？(3)电子和质子就是元电荷吗？知识深化1．起电过程的实质是物体中自由电荷的转移过程．在转移过程中电荷的总量保持不变．也就是说，起电过程就是物体所带电荷量的重新分配．2．电荷守恒定律和能量守恒定律一样，都是自然界中最基本的守恒定律，任何带电现象都不能违背电荷守恒定律．3．元电荷(1)最小的电荷量叫作元电荷，元电荷不是实物粒子，无正、负之分．(2)虽然质子、电子所带的电荷量等于元电荷，但不能说质子、电子是元电荷．例3完全相同的两金属小球A、B带有相同大小的电荷量，相隔一定的距离，让第三个完全相同的不带电金属小球C，先后与A、B接触后移开．(1)若A、B两球带同种电荷，求接触后两球带电荷量大小之比；(2)若A、B两球带异种电荷，求接触后两球带电荷量大小之比．两金属导体接触后电荷量的分配规律1．若使两个完全相同的金属球带电荷量分别为q1、q2，接触后再分开，两球带电荷量分别为q1′、q2′，则有q1′＝q2′＝eq\f(q1＋q2,2)(q1、q2应带＋、－号)．2．此规律只适用于两个相同的金属球(材料、大小都相同)．针对训练2有三个相同的金属小球A、B、C，其中小球A带有q＝2.0×10－5C的正电荷，小球B、C不带电，现在让小球C先与球A接触后取走，再让小球B与球A接触后分开，最后让小球B与小球C接触后分开，最终三球的带电荷量分别为qA′＝______________C，qB′＝______________C，qC′＝____________C.例4(2022·玉溪师院附中高二月考)带电微粒所带的电荷量不可能是下列值中的()A．2.4×10－19C B．－6.4×10－19CC．－1.6×10－18C D．4.0×10－17C三、验电器的原理和使用验电器的两种应用方式及原理1．当带电的物体与验电器上面的金属球接触时，有一部分电荷转移到验电器上，与金属球相连的两个金属箔片带上同种电荷，因相互排斥而张开，如图甲．2．当带电体靠近验电器的金属球时，带电体会使验电器的金属球带异种电荷，而金属箔片上会带同种电荷(感应起电)，两个金属箔片在斥力作用下张开，如图乙．例5如图所示，用起电机使金属球A带上正电，靠近验电器B上面的金属球，则()A．验电器金属箔不张开，因为球A没有和B接触B．验电器金属箔张开，因为整个验电器都带上了正电C．验电器金属箔张开，因为整个验电器都带上了负电D．验电器金属箔张开，因为验电器下部箔片都带上了正电2库仑定律[学习目标]1.知道点电荷的概念.2.理解库仑定律的内容、公式及适用条件.3.理解静电力的概念，会用库仑定律进行有关计算．一、电荷之间的作用力1．实验探究：利用如图所示的装置探究影响电荷之间相互作用力的因素．实验结论：电荷之间的作用力随着电荷量的增大而________，随着距离的增大而________．2．库仑定律(1)点电荷：当带电体之间的距离比它们自身的大小____________，以致带电体的__________、________及__________________对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体可以看作带电的点，叫作__________．(2)库仑定律①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________，与它们的距离的__________成反比，作用力的方向在________________．这个规律叫作库仑定律．这种电荷之间的相互作用力叫作____________或____________．②公式：F＝____________________________，其中k＝________N·m2/C2，叫作静电力常量．③适用条件：a.____________；b.____________.二、库仑的实验1．库仑扭秤实验是通过悬丝________________比较静电力F大小的．实验结果发现静电力F与距离r的____________成反比．2．库仑在实验中为研究F与q的关系，采用的是用两个________________的金属小球，一个带电，一个不带电，互相接触后，电荷量________的方法，发现F与q1和q2的________成正比．三、静电力计算1．微观带电粒子间的万有引力____________库仑力．在研究微观带电粒子的相互作用时，可以把万有引力忽略．2．两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的____________．1．判断下列说法的正误．(1)探究电荷之间的作用力与某一因素的关系时，必须采用控制变量法．()(2)只有电荷量很小的带电体才能看成点电荷．()(3)两点电荷所带的电荷量越大，它们间的静电力就越大．()(4)若点电荷q1的电荷量大于q2的电荷量，则q1对q2的静电力大于q2对q1的静电力．()2．真空中有两个静止的点电荷，它们之间的相互作用力为F.若它们的带电荷量都增加为原来的2倍，距离增大1倍，它们之间的相互作用力变为()A.eq\f(F,4)B.eq\f(F,2)C．FD．2F一、对点电荷的理解1．点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的理想化模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在．2．带电体能否看成点电荷视具体问题而定．如果带电体的大小比带电体间的距离小得多，则带电体的大小及形状就可以忽略，此时带电体就可以看成点电荷．例1(2021·安徽田家炳中学、蚌埠五中期中)下列对点电荷的理解正确的是()A．体积很大的带电体都不能看作点电荷B．只有体积很小的带电体才能看作点电荷C．只要是球形带电体，无论球多大，都能看作点电荷D．当两个带电体的形状和大小对它们之间相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体都能看作点电荷针对训练1(2021·新泰市二中高一期中)关于元电荷和点电荷的说法正确的是()A．元电荷就是点电荷B．质子就是元电荷C．点电荷一定是电荷量很小的电荷D．两个带电的金属小球，不一定能将它们作为电荷集中在球心的点电荷处理二、库仑定律的理解和应用导学探究如图所示，一带正电的物体位于M处，用绝缘丝线系上带等量正电荷的相同的小球，先后挂在P1、P2、P3的位置，可观察到小球在不同位置时丝线偏离竖直方向的角度不同．此实验得出的结论是什么？知识深化1．库仑定律的理解(1)公式：F＝keq\f(q1q2,r2)(2)适用条件①真空中的静止点电荷②均匀带电球体注意：r→0时，带电体不能看成点电荷，库仑定律不再适用．2．库仑力(1)利用库仑定律计算库仑力大小时，不必将表示电性的正、负号代入公式，只代入q1、q2的绝对值即可．(2)利用同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引来判断方向．(3)两个点电荷之间的库仑力是一对作用力与反作用力．3．两个规则的带电球体相距比较近时，不能被看作点电荷，此时必须考虑电荷在球上的实际分布．若带同种电荷时，如图(a)，由于排斥，电荷分布于最远的两侧，电荷中心距离大于r，此时F<keq\f(q1q2,r2)；若带异种电荷时，如图(b)，由于吸引，电荷分布于最近的两侧，电荷中心距离小于r，此时F>keq\f(q1q2,r2).例2(多选)(2022·北京市延庆区高二期末改编)关于库仑定律，下列说法正确的是()A．库仑定律适用于点电荷，体积很大的带电体都不能看作点电荷B．根据库仑定律，当两个带电体间的距离r→0时，库仑力将趋向无穷大C．库仑定律和万有引力定律的表达式很相似，它们都是与距离平方成反比的定律D．静电力常量k的值为9.0×109N·m2/C2例3A、B、C三点在同一直线上，AB∶BC＝1∶2，B点位于A、C之间，在B处固定一电荷量为Q的点电荷．当在A处放一电荷量为＋q的点电荷时，Q所受的静电力为F；移去A处电荷，在C处放一电荷量为－2q的点电荷，则Q所受的静电力为()A．－eq\f(F,2)B.eq\f(F,2)C．－FD．F例4两个半径为R的带电金属球带同种电荷，电荷量分别为q1和q2，当两球心相距3R时，相互作用的静电力大小F满足关系式()A．F＝keq\f(q1q2,3R2) B．F>keq\f(q1q2,3R2)C．F＜keq\f(q1q2,3R2) D．以上均不对三、静电力的叠加导学探究如图所示，真空中有三个带正电的点电荷A、B、C，它们固定在边长为a的等边三角形的三个顶点上，电荷量都是Q，则点电荷C所受的静电力多大？方向如何？知识深化1．两点电荷间的库仑力与周围是否存在其他电荷无关．2．两个或两个以上点电荷对某一点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的矢量和．3．静电力的合成与分解满足平行四边形定则，如图所示．例5如图所示，分别在A、B两点放置点电荷Q1＝＋2×10－14C和Q2＝－2×10－14C．在AB的垂直平分线上有一点C，且AB＝AC＝BC＝6×10－2m．如果有一电子静止放在C点处，静电力常量k＝9.0×109N·m2/C2，则它所受的静电力的大小为______________N，方向____________________．针对训练2(2021·广东惠州一中期末)如图所示，带电荷量分别为qa、qb、qc的小球a、b、c(均可视为点电荷)，固定在等边三角形的三个顶点上，a球所受库仑力的合力F方向垂直于a、b的连线，则：(1)a、b间为________，a、c间为________．(均选填“引力”或“斥力”)(2)eq\f(qc,qb)＝________.3电场电场强度第1课时电场强度电场强度的叠加[学习目标]1.知道电场的概念及电场的基本性质.2.理解电场强度及其定义式，并能用该公式进行有关计算.3.掌握点电荷的电场和电场强度的叠加．一、电场1．电场：存在于________周围的一种特殊物质，电荷之间的相互作用是通过________产生的．2．场像分子、原子等实物粒子一样具有________，场是________存在的一种形式．二、电场强度1．试探电荷与场源电荷(1)试探电荷：为了便于研究电场各点的性质而引入的电荷，是电荷量和体积都________的点电荷．(2)场源电荷：________________的带电体所带的电荷，也叫源电荷．2．电场强度(1)定义：放入电场中某点的试探电荷所受的__________与它的__________之比，叫作该点的电场强度．(2)定义式：E＝eq\f(F,q).(3)单位：________________.(4)方向：电场强度是矢量，规定电场中某点的电场强度的方向与正电荷在该点所受的静电力的方向________，与负电荷在该点所受静电力的方向________．三、点电荷的电场电场强度的叠加1．真空中点电荷的电场(1)电场强度公式：E＝________________.(2)方向：如果以电荷量为Q的点电荷为中心作一个球面，当Q为正电荷时，E的方向沿半径____________；当Q为负电荷时，E的方向沿半径____________．2．电场强度的叠加电场强度是________量，如果场源是多个点电荷时，则电场中某点的电场强度等于各个点电荷________在该点产生的电场强度的________________________________________．1．判断下列说法的正误．(1)根据电场强度的定义式E＝eq\f(F,q)可知，E与F成正比，与q成反比．()(2)电场中某点的电场强度与正电荷受力方向相同，当该点放置负电荷时，电场强度反向．()(3)由E＝eq\f(kQ,r2)知，在以Q为球心、r为半径的球面上，各处电场强度相同．()(4)若空间中只有两个点电荷，则该空间某点的电场强度等于这两个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和．()2．在静电场中的某一点A放一个试探电荷q＝－1×10－10C，q受到的静电力为1×10－8N，方向向左，则A点的电场强度的大小为________，方向__________；如果从A点取走q，A点电场强度大小为____________．一、电场电场强度导学探究(1)电荷A是如何对电荷B产生作用力的？电荷B是如何对电荷A产生作用力的？(2)在空间中有一电场，把一带电荷量为q的试探电荷放在电场中的A点，该电荷受到的静电力为F.若把带电荷量为2q的点电荷放在A点，则它受到的静电力为多少？若把带电荷量为nq的点电荷放在该点，它受到的静电力为多少？电荷受到的静电力F与电荷量q有何关系？(3)如图所示，若此电场为正点电荷Q的电场，在距Q的距离为r处放一试探电荷q，求q受到的静电力F与q的比值；该比值与q有关吗？知识深化1．电场强度的大小和方向都是由电场本身所决定的，与试探电荷无关．2．电场强度是矢量，其方向与在该点的正电荷所受静电力的方向相同，与在该点的负电荷所受静电力的方向相反．3．公式E＝eq\f(F,q)可变形为F＝qE，正电荷所受静电力方向与该点电场强度方向相同，负电荷所受静电力方向与该点电场强度方向相反．例1电场中有一点P，点P处放一试探电荷q，关于P点的电场强度，下列说法正确的是()A．P点电场强度的方向总是跟静电力的方向一致B．将放在P点的试探电荷q拿走，则P点的电场强度为零C．根据公式E＝eq\f(F,q)可知，P点电场强度的大小跟静电力成正比，跟放入P点的电荷的电荷量成反比D．P点的电场强度越大，则同一试探电荷在P点所受的静电力越大例2如图所示，在一带负电荷的导体A附近有一点B，如在B处放置一个q1＝－2.0×10－8C的电荷，测出其受到的静电力F1大小为4.0×10－6N，方向如图，则：(1)B处电场强度多大？方向如何？(2)如果换成一个q2＝＋4.0×10－7C的电荷放在B点，其受力多大？此时B处电场强度多大？(3)如果将B处电荷拿走，B处的电场强度是多大？二、点电荷的电场电场强度的叠加导学探究(1)如图所示，在正点电荷Q的电场中，P点到Q的距离为r，则Q在P点的电场强度是多大？方向如何？(2)如果再有一正点电荷Q′＝Q，放在如图所示的位置，P点的电场强度多大？知识深化1．对点电荷电场强度公式E＝keq\f(Q,r2)的理解．(1)E＝keq\f(Q,r2)仅适用于真空中的点电荷的电场，而E＝eq\f(F,q)适用于任何电场．(2)在计算式E＝keq\f(Q,r2)中，r→0时，电场强度E不可以认为无穷大．因为r→0时，带电荷量为Q的物体就不能看成点电荷了．2．均匀带电球体之外某点的电场强度E＝eq\f(kQ,r2)，式中r为球心到该点的距离．3．电场强度是矢量，对于同一直线上电场强度的合成，可先规定正方向，进而把矢量运算转化成代数运算，对于互成角度的电场强度的叠加，合成时遵循平行四边形定则．例3(2022·三明市高二期末)如图，真空中有一等边三角形ABC，边长d＝0.30m．在A点固定一电荷量q1＝＋3.0×10－6C的点电荷，静电力常量k＝9.0×109N·m2/C2，求：(1)点电荷q1产生的电场在C处的电场强度E1的大小；(2)在B点固定另一个q2＝－3.0×10－6C的点电荷，则C处合电场强度E的大小及方向；(3)在(2)条件下，试探电荷q3＝＋5.0×10－7C放在C处受到的静电力F大小．针对训练(2021·平冈中学高二上月考)如图所示，M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三点，O点为半圆弧的圆心，∠MOP＝60°.电荷量相等、电性相反的两个点电荷分别置于M、N两点，这时O点电场强度的大小为E1；若将N点处的点电荷移至P点，此时O点的电场强度大小为E2，则E1与E2之比为()A．1∶2 B．2∶1C．2∶eq\r(3) D．4∶eq\r(3)例4如图所示，等边三角形ABC的三个顶点分别固定三个点电荷＋q、－q、－q，已知三角形边长为eq\r(3)L，静电力常量为k，则该三角形中心O点处的电场强度大小、方向如何？第2课时电场线匀强电场[学习目标]1.知道什么是电场线并掌握电场线的特点.2.知道孤立正负点电荷、等量同种(异种)点电荷电场线的分布特点．掌握两个等量同种(异种)点电荷连线及中垂线上的电场变化规律.3.知道什么是匀强电场及其特点．一、电场线1．英国物理学家____________首先用电场线描述电场．2．电场线是画在电场中的一条条____________的曲线，曲线上每点的________方向表示该点的电场强度方向．3．电场线的特点(1)电场线从____________或无限远出发，终止于____________或负电荷．(2)电场线在电场中____________．(3)在同一电场中，电场强度较大的地方电场线______________，电场强度较小的地方电场线__________________________．二、匀强电场1．概念：如果电场中各点的电场强度的大小______、方向______，这个电场就叫作匀强电场．2．特点：(1)电场方向处处相同，电场线是________________．(2)电场强度大小处处相等，电场线疏密程度________．判断下列说法的正误．(1)电场线不仅能在空间相交，也能相切．()(2)在电场中，凡是电场线通过的点的电场强度不为零，不画电场线区域内的点的电场强度为零．()(3)同一试探电荷在电场线密集的地方所受静电力大．()(4)电场线是人们假设出来的，用以形象表示电场的强弱和方向，客观上并不存在．()(5)匀强电场的电场线可以是间距相等的曲线．()一、电场线匀强电场导学探究(1)电荷周围存在着电场，法拉第采用了什么简洁方法来描述电场？(2)在实验室，可以用实验模拟电场线；头发屑在蓖麻油中排列显示了电场线的形状，这能否说明电场线是实际存在的线？知识深化1．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．(2)电场线在电场中不相交．(3)在同一电场中，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．2．点电荷的电场线(1)点电荷形成的电场中，不存在电场强度相同的点，离场源电荷越近，电场线越密集，电场强度越强．(2)正点电荷的电场强度方向背离点电荷，负点电荷的电场强度方向指向点电荷．(3)若以点电荷为球心作一个球面，电场线处处与球面垂直．在此球面上电场强度大小处处相等，方向各不相同．3．匀强电场的电场线匀强电场的电场线是间隔相等的平行线，场中各点电场强度大小相等、方向相同．例1如图所示是电场中某区域的电场线分布，a、b是电场中的两点，则()A．a