2024-2025学年新教材高中物理第1章静电力与电场强度第4节点电荷的电场匀强电场第5节静电的利用与防护学案鲁科版第三册

PAGE9-第4节点电荷的电场匀强电场第5节静电的利用与防护学习目标：1.[物理观念]知道点电荷电场强度公式及匀强电场的特点，了解静电的利用与防护，能说明相关的自然现象。2.[科学思维]会推导点电荷场强的计算式并能进行相关的计算；知道场强叠加原理，会应用该原理进行简洁的计算，进一步巩固矢量的合成法则。3.[科学探究]通过密立根油滴试验，会探究相关的静电问题；通过静电现象的利用和防护，增加平安利用静电的意识。4.[科学看法与责任]在试验中既能坚持自己的观点，又能订正错误，能对公众利用和防护静电的一些行为发表自己的观点，有进行科学普及的爱好和责任感。一、点电荷的电场与匀强电场1．真空中点电荷的电场强度(1)大小(2)方向若Q为正电荷，场强方向沿Q和该点的连线指向该点；若Q为负电荷，场强方向沿Q和该点的连线指向Q。2．匀强电场电场中各点的电场强度大小和方向都到处相同的电场。3．场强的叠加：假如有多个点电荷同时存在，电场中随意一点的电场强度等于这些点电荷各自由该点产生的电场强度的矢量和。说明：点电荷的电场强度由场源电荷和位置确定，与摸索电荷无关。二、静电的利用与防护1．静电的利用(1)原理：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，利用静电力限制带电粒子的运动或分布。(2)应用：静电应用有静电除尘、静电喷雾、激光打印等。2．静电的防护(1)尖端放电：避雷针是利用尖端放电避开雷击的一种设施。(2)防护方法：尽快把静电导走，如印刷车间内保持适当的湿度，传送带上镀银，油罐车车尾有导电拖地带等。留意：静电利用的原理：带电粒子在静电力作用下聚集到相应带电极板，从而达到除尘、喷涂、复印等。1．思索推断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)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，场强反向。 (×)(2)依据E＝keq\f(Q,r2)，点电荷的电场强度与场源电荷Q成正比，与距离r的平方成反比。 (√)(3)匀强电场中随意两点的电场强度大小肯定相等，方向不肯定相同。 (×)(4)我们常常看到油罐车车尾有一根导电拖地带，其作用是将油罐车上的静电尽快导走。 (√)2．对电场强度公式E＝eq\f(kQ,r2)有几种不同理解，其中正确的是()A．只要带电体电荷量为Q，在距离r处激发的电场都能用此公式计算场强EB．以点电荷Q为中心、r为半径的球面上各处的场强E相同C．当离场源电荷距离r→0时，场强E→∞D．当离场源电荷距离r→∞时，场强E→0D[电场强度公式E＝eq\f(kQ,r2)适用于点电荷形成的电场，对于不能看作点电荷的带电体，本公式不再适用，故A选项错误；电场强度是矢量，以点电荷Q为中心、r为半径的球面上各处的场强E大小相等，方向不同，故B选项错误；当离场源电荷距离r→0时，此时带电体不能看作点电荷，公式不再成立，故C选项错误；当离场源电荷距离r→∞时，依据公式可得场强E→0，故D选项正确。]3．在下列各种措施中，属于静电利用的是()A．电视机后盖上开有很多小孔B．在高大的建筑物顶端装上避雷针C．静电喷涂D．油罐车后的导电拖地带C[电视机的后盖上有很多小孔是为了把各电器元件产生的热量刚好散掉，A错误；高大建筑物上的避雷针和油罐车上的导电拖地带是为了把产生的静电导走，属于静电的防护，B、D错误；喷枪喷出的油漆微粒带负电荷，因相互排斥而散开，形成雾状，被喷涂的物体带正电荷，对雾状油漆产生引力，把油漆吸到表面，属于静电的利用，C正确。]公式E＝eq\f(F,q)与E＝eq\f(kQ,r2)的比较依据点电荷的电场强度E＝eq\f(kQ,r2)，试判定以正的点电荷为球心，以r为半径的球面上，各点的电场强度有什么特点？提示：各点电场强度大小相等，但方向都不相同。公式E＝eq\f(F,q)与E＝eq\f(kQ,r2)的比较公式E＝eq\f(F,q)E＝eq\f(kQ,r2)本质区分定义式确定式意义及用途给出了一种量度电场强弱的方法指明白点电荷场强大小的确定因素适用范围一切电场真空中点电荷的电场Q或q的意义q表示放入电场的摸索(或检验)电荷的电荷量Q表示产生电场的点电荷的电荷量关系理解E用F与q的比值来表示，但E的大小与F、q的大小无关E不仅能用Q、r来表示，且E∝Q，E∝eq\f(1,r2)【例1】下列关于电场强度的说法中正确的是()A．公式E＝eq\f(F,q)只适用于真空中点电荷产生的电场B．由公式E＝eq\f(F,q)可知，电场中某点的电场强度E与摸索电荷在电场中该点所受的电场力成正比C．在公式F＝keq\f(Q1Q2,r2)中，keq\f(Q2,r2)是点电荷Q2产生的电场在点电荷Q1处的场强大小；而keq\f(Q1,r2)是点电荷Q1产生的电场在点电荷Q2处的场强大小D．由公式E＝keq\f(Q,r2)可知，在离点电荷特别近的地方(r→0)，电场强度E趋于无穷大思路点拨：(1)E＝eq\f(F,q)适用于任何电场，E＝eq\f(kQ,r2)只适用于真空中点电荷的电场。(2)r→0时，F＝eq\f(kQ1Q2,r2)不适用，E＝eq\f(kQ,r2)同样不适用。C[电场强度的定义式E＝eq\f(F,q)适用于任何电场，故A错；电场中某点的电场强度由电场本身确定，而与电场中该点是否有摸索电荷或引入摸索电荷所受的电场力无关(摸索电荷所受电场力与其所带电荷量的比值仅反映该点场强的大小，不能确定场强的大小)，故B错；点电荷间的相互作用力是通过电场产生的，故C对；公式E＝eq\f(kQ,r2)是点电荷产生的电场中某点场强的计算式，当r→0时，所谓“点电荷”已不存在，该公式已不再适用，故D错。]对E＝eq\f(F,q)和E＝eq\f(kQ,r2)的两点说明(1)公式E＝eq\f(F,q)中的q是摸索电荷的电荷量，所以E＝eq\f(F,q)不是场强的确定式。(2)公式E＝keq\f(Q,r2)中的Q是场源电荷的电荷量，所以E＝keq\f(Q,r2)仅适用于点电荷的电场场强求解，是点电荷场强的确定式。eq\o([跟进训练])1．(多选)下列说法正确的是()A．E＝eq\f(F,q)也适用于点电荷产生的电场B．E＝eq\f(F,q)中的F是放入电场中的电荷所受的电场力，q是放入电场中的电荷的电荷量C．E＝eq\f(F,q)中的F是放入电场中的电荷所受的电场力，q是产生电场的电荷的电荷量D．E＝keq\f(Q,r2)适用于求解真空中点电荷的电场ABD[定义式E＝eq\f(F,q)适用于全部电场，式中的q是摸索电荷的电荷量，则A、B正确，C错误；E＝keq\f(Q,r2)适用于求解真空中点电荷的电场，D正确。]电场强度的叠加如图所示在A、B两点分别放上等量的正点电荷，试求O的电场强度。提示：分别求出A处的Q在O点产生的场强和B处的Q在O处产生的场强，再矢量合成即可。1．有几个场源点电荷，就产生几个电场，各场源点电荷在某处产生的电场强度可用E＝keq\f(Q,r2)来求得。2．电场强度是矢量，故当某处同时存在几个电场时，该处的总电场强度可以用平行四边形定则来运算。【例2】如图所示，真空中，带电荷量分别为＋Q和－Q的点电荷A、B相距r，求：(1)两点电荷连线的中点O的场强大小和方向；(2)在两点电荷连线的中垂线上，距A、B两点都为r的O′点的场强大小和方向。思路点拨：(1)分别求出两点电荷在O处的场强大小、方向。(2)再按平行四边形定则矢量合成。[解析](1)如图甲所示，A、B两点电荷在O点产生的场强方向相同，均由A指向B。A、B两点电荷分别在O点产生的电场强度大小EA＝EB＝eq\f(kQ,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(r,2)))eq\s\up12(2))＝eq\f(4kQ,r2)甲O点的场强为：EO＝EA＋EB＝eq\f(8kQ,r2)，方向由A指向B。(2)如图乙所示，EA′＝EB′＝eq\f(kQ,r2)，由矢量图结合几何关系可知，O′点的场强EO′＝EA′＝EB′＝eq\f(kQ,r2)，方向平行于AB指向B。乙[答案](1)eq\f(8kQ,r2)，方向由A指向B(2)eq\f(kQ,r2)，方向平行于AB指向B电场强度是矢量，合成时遵循矢量运算法则平行四边形定则或三角形法则；对于同始终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为代数运算。eq\o([跟进训练])2．如图所示，在正方形四个顶点分别放置一个点电荷，所带电荷量已在图中标出，则下列四个选项中，正方形中心处场强最大的是()B[点电荷电场强度公式为E＝eq\f(kQ,r2)，由于各点电荷到正方形中心处距离r相等，依据矢量合成，可知B正确。]静电的利用与防护金属笼子接上50kV的高压，但笼里的人为什么却安稳无恙？提示：由于金属笼子的静电屏蔽作用。1．静电利用的基本原理异性电荷相吸引，使带电的物质微粒在电荷所产生的力的作用下，奔向并吸附到电极上。2．静电危害产生的主要缘由静电危害起因于静电力和静电火花，静电危害中最严峻的是静电放电引起可燃物的起火和爆炸。3．防止静电危害的主要方法与途径(1)尽量削减静电的产生。常用的方法是增大空气的湿度。(2)尽快把静电导走，防止静电积累。常用的最简洁方法是接地。【例3】如图所示，运输汽油等易燃易爆物品的车辆总有一条铁链拖在地上，这样做的目的是()A．发出声音，引起路人留意B．减缓车速，保证行车平安C．把静电引入大地，避开因放电引起爆炸D．与地面发生摩擦，在运输车上积累电荷思路点拨：(1)易燃物与电火花易发生危急。(2)为避开危急应把静电导走，不让其产生电火花。C[汽车行驶时，油罐中的汽油随车的振动摩擦起电，假如不刚好将这些静电导走，一旦出现放电现象，就会发生爆炸事故。拖地铁链使油罐表面与大地相连，使油罐罐体中的电荷不断地中和，避开因放电引起爆炸，C正确。]静电利用和防护(1)静电利用就是依据静电场的特点加以应用，对人类生产生活有益，更加便利。(2)静电防护就是消退或减弱静电作用，以消退危急等。eq\o([跟进训练])3．(多选)下列说法中正确的是()A．静电除尘的原理是让灰尘带上电荷，然后在静电力的作用下，奔向并吸附到带有异种电荷的电极上B．静电复印的原理是让油墨带上电荷，然后在静电力的作用下，奔向并吸附到带异种电荷的白纸上C．静电喷涂的原理是让油漆带上电荷，然后在静电力的作用下，奔向并吸附到吸引油漆的工件上D．静电复印中的硒鼓上字迹的像实际是曝光的地方ABC[灰尘很简洁吸附电子，静电除尘的原理就是带负电荷的灰尘在静电力作用下被吸附到带正电荷的圆筒上，A正确；静电复印和静电喷涂是分别使油墨和油漆带电，在静电力作用下吸附到带异种电荷的预期部位；静电复印曝光时，在光学系统作用下，将原稿图像投射到感光片上，并使其形成静电潜像，曝光时，感光片亮区光导体导通，表面电荷快速消逝(亮衰)，暗区光导体绝缘，表面电荷基本保持(不变)，B、C正确，D错误。]1．物理观念：点电荷的电场强度及匀强电场，静电利用与防护。2．科学思维：公式E＝eq\f(kQ,r2)计算，电场强度叠加计算。3．科学方法：试验法、计算法、矢量合成法。1．(多选)关于点电荷产生的电场，下列说法中正确的是()A．当某点与点电荷间的距离r→∞时，该点场强E→0B．当某点与点电荷间的距离r→0时，该点场强E→∞C．没有两个点的场强是相同的D．与点电荷距离相等的点的场强是相同的AC[点电荷的场强公式E＝keq\f(Q,r2)只适用于点电荷电场，而任何带电体都是有大小和体积的，当某点与点电荷间的距离特别近即r→0时，不能将带电体看作点电荷，因此E＝keq\f(Q,r2)不再适用，故选项B错误；当某点与点电荷间的距离特别远即r→∞时，由场强公式可知该点场强E→0，故选项A正确；对于点电荷来说，它产生的场强到处都不同，因为场强是矢量，只有大小、方向都相同时场强才相同，故选项C正确，D错误。]2．(多选)真空中距点电荷(电荷量为Q)为r的A点处，放一个电荷量为q(q≪Q)的点电荷，q受到的电场力大小为F，则A点的场强为()A．eq\f(F,Q) B．eq\f(F,q)C．keq\f(q,r2) D．keq\f(Q,r2)BD[E＝eq\f(F,q)中q指的是摸索电荷，E＝eq\f(kQ,r2)中Q指的是场源电荷，故B、D正确。]3．如图所示是某个点电荷电场中的一根电场线，在电场线上的O点由静止释放一个自由的负电荷(仅受电场力作用)，它将沿电场线向B点运动。下列推断中正确的是()A．电场线由B指向A，该电荷做加速运动，加速度越来越小B．电场线由B指向A，该电荷做加速运动，其加速度大小的改变不能确定C．电场线由A指向B，该电荷做匀速运动D．电场线由B指向A，该电荷做加速运动，加速度越来越大B[负电荷由静止起先从O运动到B，其所受电场力方向从O到B，场强方向与负电荷所受电场力方向相反，故场强方向由B指向A。负电荷从静止起先，必定做加速运动，由于电场线的分布状况未知，场强如何改变无法确定，电场力和加速度如何改变也无法确定，故B正确，A、C、D错误。]4．(多选)对静电现象的相识，下列说法正确