高二物理选修3-1第一章静电场

第一章静电场第一节电荷极其守恒定律1、电荷自然界中有两种电荷，即正电荷与负电荷。（1）规定用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷为正电荷，用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷为负电荷。（2）电荷及其相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。2、起电的三种方式（1）摩擦起电定义：由于不同物质的原子核束缚电子的本领不同。当两个物体互相摩擦时，哪个物体的原子核束缚电子的本领弱，它就容易失去电子而带上正电荷，使跟它相摩擦的物体得到电子而带上等量的负电荷.起电本质：摩擦起电时，电荷并没有凭空产生，其本质是发生了电子的转移，所以两个互相摩擦的物体一定是同时带上性质不同的电荷，且电荷量相等。（2）感应起电静电感应：当一个带点体靠近导体时，由于电荷间相互吸引和排除，导体中的自由电荷便会靠近或远离带电体，使导体中的自由电荷便会靠近或者远离带电体，使导体靠近带电体的一端带异种电荷，远离带电体的一端带同种电荷，这种现象叫做静电感应。感应起电：利用静电感应使金属体带电的过程。起电本质：导体中的自由电荷在带电体中用下发生转移。（3）接触起电定义：一个不带电的导体跟另一个带电的导体接触后分开，使不带电的导体带上电荷的方式。起电本质：接触起电的本质是电荷的转移。电荷量分配：完全相同的带电金属球相接触，同种电荷总电量平均分配，异种电荷先中和后平均分配。3、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；在转移过程中，电荷的总量保持不变。另一种表述：电荷守恒定律也常表述为：在与外界没有电荷交换的一个系统内，总电荷量不变(电荷的代数和不变)。4、元电荷（1）电荷量：电荷的多少叫做电荷量，符号：q。单位：库仑，符号：C。（2）元电荷:电子所带电荷量是带电体的所带电荷量的最小单元，叫做元电荷，用e表示。注意：所有带电体的电荷量或者等于e，或者等于e的整数倍。通常情况元电荷e的值可取作：e=1.60×10-19C。例题1如图1所示，a，b，c，d为四个带电小球，两球之间的作用分别为a吸引d，c排斥a，b排斥c，d吸引b，则（）A.仅有两个小球带同种电荷B.仅有三个小球带同种电荷C.c，d小球带同种电荷D.c，d小球带异种电荷例题2关于摩擦起电现象，下列说法正确的是（）A．摩擦起电现象使本来没有电子和质子的物体中产生电子和质子B．两种不同材料的绝缘体互相摩擦后，同时带上等量同种电荷C．摩擦起电，可能是因为摩擦导致质子从一个物体转移到了另一个物体而形成的D．丝绸摩擦玻璃棒时，电子从玻璃棒上转移到丝绸上，玻璃棒因质子数多于电子数而显正电例题2-1A导体带负电荷，B导体带同样多的正电荷，将A，B两导体连在一起，以下说法正确的是（）A、两导体的正负电荷完全消失了B、A导体上的负电荷完全跑到B导体上,而B导体上的正电荷则全部跑到A导体上去了C、A导体上的一部分负电荷跑到B导体上去了,而B导体上的一部分正电荷跑到A导体上,刚好中和D、以上说法都不正确例题2-2有一质量较小的小球A，用绝缘细线悬吊着，当用毛皮摩擦过的硬橡胶棒B靠近它时，看到它们先相互吸引，接触后又互相排斥．则以下判断中正确的是（）A．接触前，A、B一定带异种电荷B．接触前，A、B可能带异种电荷C．接触前，A球一定不带任何净电荷D．接触后，A球一定带负电荷例题3如图所示，绝缘的细线上端固定，下端悬挂一个轻质小球a，a的表面镀有铝膜，在a的近旁有一绝缘金属球b，开始时，a、b都不带电，如图，现使b带电则（）A．a、b间不发生相互作用B．b将吸引a，吸住后不放开C．b立即把a排斥开D．b先吸引a，接触后又把a排斥开例题3-1如图所示，不带电的枕形导体的A、B两端各贴有一对金箔。当枕形导体的A端靠近一带电导体C时（）A．A端金箔张开，B端金箔闭合B．用手触枕形导体后，A端金箔仍张开，B端金箔闭合C．用手触枕形导体后，将手和C都移走，两对金箔均张开D．选项A中两对金箔分别带异种电荷，选项C中两对金箔带同种电荷例题4有两个完全相同的带电绝缘金属小球A、B，分别带有电荷量QA=6.4×10-9C，QB=-3.2×10-9C，让两绝缘金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移并转移了多少？例题5如图所示，将带电棒移近两个不带电的导体球，两个导体球开始时互相接触且对地绝缘，下述几种方法中能使两球都带电的是()A．先把两球分开，再移走棒B．先移走棒，再把两球分开C．先将棒接触一下其中的一个球，再把两球分开D．棒的带电荷量不变，两导体球不能带电例题6如图所示是一个带正电的验电器，当一个金属球A靠近验电器上的金属小球B时，验电器中金属箔片的张角减小，则（）A．金属球A可能不带电B．金属球A一定带正电C．金属球A可能带负电D．金属球A一定带负电第二节库仑定律1、点电荷：当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以至带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间相互作用力的影响可以忽略不计时，这样的带电体就可以看作带电的点，叫做点电荷．(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)一个带电体能否看作点电荷，是相对于具体问题而言的，不能单凭其大小和形状确定，例如，一个半径为10cm的带电圆盘，如果考虑它和相距10m处某个电子的作用力，就完全可以把它看作点电荷，而如果这个电子离带电圆盘只有1mm，那么这一带电圆盘又相当于一个无限大的带电平面．2、库仑定律（1）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：221rQQkF=，其中静电力常量k=9.0×109N.m2/C2（3）方向：在两点电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸。（4）适用条件：真空中的点电荷，在干燥的空气中库伦定律也近似适用。注意：有人根据公式221rQQkF=,设想当r→0时,得出F→∞的结论．从数学角度这是必然的结论，但从物理的角度分析，这一结论是错误的，其原因是，当r→0时，两电荷已失去了点电荷的前提条件，何况实际的电荷都有一定的大小和形状，根本不会出现r＝0的情况，也就是说，在r→0时不能再用库仑定律计算两电荷间的相互作用力．（5）如果一个点电荷同时受到另外的两个或更多的点电荷的作用力，可由静电力叠加的原理求出合力．例题1、两个半径为R的带电球所带电荷量分别为q1和q2，当两球心相距3R时，相互作用的静电力大小为（）ABCD．无法确定2、真空中有一直径为R的带电圆盘，圆心为O，圆盘外有A、B两点，其连线过圆心O点且与盘面垂直，若OA=AB=R，有一电荷在A点受带电圆盘的力为F，则它在B点时的受力为()A4FB4FC2FD以上答案都错3、真空中两个静止点电荷相距10cm，它们之间相互作用力大小为9×10－4N。当它们合在一起时，成为一个带电量为3×10－8C的点电荷。问原来两电荷的带电量各为多少？根据电荷守恒定律：根据库仑定律：以代入得：解得根号中的数值小于0，经检查，运算无误。试指出求解过程中的问题并给出正确的解答。利用对称性求解库仑力，221rQQkF=中的r是指两个点电荷之间的距离，对于不能视为点电荷的问题，可以根据带电体的对称性，由微元法、割补法等，运用等效的思想去处理，化非点电荷为点电荷。1、如图所示，一个半径为R的圆环均匀带电，ab是一个极小的缺口，缺口长为L（LR），圆环的带电量为QL（正电荷），在圆心处放置一个带电量为q的负电荷，试求该点电荷受到的库仑力。2、如图半径为R的绝缘球壳上均匀地带有电荷量为+Q的电荷，另一电量为+q的点电荷放在球心O上，由于对称性，点电荷所受的力为零，现在球壳上挖去半径为r（r《R）的一个小圆孔A，则此时置于球心的点电荷所受力的大小为？（已知静电力恒量为k），方向？三个自由的点电荷只受库仑力作用下平衡规则：三个电荷一定在一条直线上，同种电荷放两边，异种电荷放中间，且靠近电荷量小的一边；可以记为：两同夹一异、两大夹一下，近小远大。如图所示，q1，q2，q3，分别表示在一条直线上的三个点电荷，已知q1与q2之间的距离为l1，q2与q3之间的距离为l2，且每个电荷都处于平衡状态（1）如q2为负电荷，则q1为______电荷，q3为______电荷．（2）q1，q2，q3三者电量大小之比是______：______：______．库仑力作用下的平衡问题：分析带电体在有库仑力作用下的平衡问题时，方法任然和力学中物体的平衡方法一样，具体步骤是：1、确定研究对象2、进行受力分析3，建立坐标系4，列方程F合=0，正交分解∑FX=0，∑Fy=0；5、解方程。两个质量分别是m1、m2的小球，各用丝线悬挂在同一点，当两球分别带同种电荷，且电荷量分别为q1、q2时，两丝线张开一定的角度θ1、θ2，两球位于同一水平线上，如图所示，则下列说法正确的是（）A．若m1m2，则θ1θ2B．若m1＝m2，则θ1＝θ2C．若m1＜m2，则θ1θ2D．若q1＝q2，则θ1＝θ2如图，悬挂在O点的一根不可伸长的绝缘细线下端有一个带电量不变的小球A．在两次实验中，均缓慢移动另一带同种电荷的小球B．当B到达悬点O的正下方并与A在同一水平线上，A处于受力平衡时，悬线偏离竖直方向的角度为θ，若两次实验中B的电量分别为q1和q2，θ分别为30°和45°．则21qq为（）A2B3C23D33库仑力作用下的非平衡问题：分析带电体在有库仑力作用下的非平衡问题时，方法和力学中一样，首先分析带电体受到的所有力，再依据牛顿第二定律∑F=ma进行求解；对相互作用的系统，要灵活使用整体法和隔离法。如图所示，在光滑绝缘的水平面上，固定着完全相等的三个带电小球a、b、c，三球在一条直线上，若释放a球，a球初始加速度为-1m/s2(向右为正)．若释放c球，c球初始加速度为3m/s2．当释放b球时，b的初始加速度应是多大?如图所示，质量均为m的三个带电小球，A、B、C放置在光滑的绝缘水平面上，A与B、B与C相距均为l，A带电QA=+8q，B带电QB=+q，若在C上加一水平向右的恒力F，能使A、B、C三球始终保持相对静止，则：（1）外力大小F为多少？（2）C球所带电量QC？（3）历时t，恒力F对系统共做了多少功？如右图所示，在光滑绝缘水平面上放置3个电荷量均为q(q＞0)的相同小球，小球之间用劲度系数均为k0的轻质弹簧绝缘连接．当3个小球处于静止状态时，每根弹簧长度为l.已知静电力常量为k，若不考虑弹簧的静电感应，则每根弹簧的原长为？第三节电场强度电场1．定义：在物理学中我们定义放入电场中某点的电荷所受的静电力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度。2．电场强度是描述电场（力的）性质的物理量，在静电场中，它不随时间改变。电场中某点的场强完全由电场本身决定，与是否放入电荷，放入电荷的电荷量、电性无关。3．定义式：E=F/q单位N/C决定式电场线1、定义：电场中能形象的描述电场的一簇假想曲线，曲线上每一点切线方向都跟改点场强方向一致，这样的曲线叫电场线。2、特点（1）电场线总是从正电荷出发，终止于负电荷或无穷远，如果只有负电荷，则电场线来自无穷远，终止于负电荷。（2）电场中的电场线永远不会相交几种常见的电场线匀强电场（1）在电场的某一区域，如果场强的大小和方向都相同，这个区域的电场叫做匀强电场。（2）匀强电场的性质：1、因为场强的大小、方向都相等，所以匀强电场的电场线是间距相等的相互平行的直线。2、带电粒子在匀强电场中受到恒定的电场力作用。已知一条电场线上的a、b两点，则a、b两点的场强有几种可能（1）若是正点电荷周围的电场线，则EaEb+（2）若是负点电荷周围的电场线，则EaEb—（3）若是等量异种电荷间的电场线则有三种可能1、若a、b到连线中点O的距离相等则Ea=Eb2、若a、b到O点靠近正电荷一侧，则EaEb3、若a、b到O点靠近负电荷一侧，则EaEb（4）若在匀强电场中，则Ea=E等效法处理叠加场各种性质的场与实物（有分子和原子构成的物质）的根本区别之一是场具有叠加性，即几个场可以同时占