物理选修3-1全书全套(学案) 3

起航教育1第一章静电场§1.1电荷及其守恒定律、库仑定律、电场强度【学习目标】1、了解元电荷的含义，理解电荷守恒定律的不同表述。2、掌握库仑定律，能够解决有关的问题。3、理解电场强度及其矢量性，掌握电场强度的叠加，并进行有关的计算。4、知道用电场线描述电场的方法。理解引入电场线的意义。【自主学习】一、电荷及电荷守恒1、自然界中存在电荷，正电荷和负电荷，同种电荷相互，异种电荷相互。电荷的多少叫做，单位是库仑，符号是C。所有带电体的带电量都是电荷量e=的整数倍，电荷量e称为。2、（1）点电荷是一种模型，当带电体本身和对研究的问题影响不大时，可以将带电体视为点电荷。真正的点电荷是不存在的，这个特点类似于力学中质点的概念。3、使物体带电有方法：摩擦起电、感应起电、接触起电，其实质都是电子的转移。4、电荷既不能，也不能，只能从一个物体到另一个物体，或从物体的转移到，在转移的过程中，电荷的总量，这就是电荷守恒定律。二、库仑定律1、真空中两个之间的相互作用力F的大小，跟它们的电荷量Q1、Q2的乘积成，跟它们的距离r的成反比，作用力的方向沿着它们的。公式F=其中静电力常量k适用范围：真空中的。4、库仑定律与万有引力定律的比较如下表：定律共同点区别影响大小的因素万有引力定律（1）都与距离的二次方成反比（2）都有一个常量与两个物体、有关，只有力m1，m2，r库仑定律与两个物体、有关，有力，也有力Q1，Q2，r三、电场强度1、电场和电场强度电场电场是电荷之间发生相互作用的媒介物质，周围存在电场，电场强度和定义式放入电场中某点的电荷所受的跟该电荷所带的比值叫做该点的电场强度公式：，单位：，或V/m物理意义是描述电场力的性质的物理量，能够反映电场的强弱相关因素E的大小和的大小无关，是由电场决定的，只与形成电场的电荷和该点有关，与试探电荷无关矢标性电场强度的方向与该点所受电场力的方向相同，与受电场力的方向相反，几个场强叠加时，需按矢量的运算法则，即定则。起航教育22、电场强度的几个公式（1）FEq是电场强度的定义式，适用于的静电场。（2）2QEkr是点电荷在真空中形成的电场中某点场强的计算式，只适用于在真空中形成的电场。（3）UEd是匀强电场中场强的计算式，只适用于，其中，d必须是沿的距离。3、电场的叠加电场需按矢量的运算法则，即按平行四边形定则进行运算。四、电场线（1）电场线：在电场中画出一些曲线，使曲线上每一点的方向都跟该点的方向一致，这样的曲线就叫做电场线。电场线是人们为了描述而人为地画出来的，电场中并非真正存在着这样一些曲线。它可以形象直观地反映电场的和。（2）电场线的性质：电场线起始于（或无穷远处）；终止于（或无穷远处）。其上每一点的切线方向和该点的方向一致。疏密程度反映了电场的，电场线密集的地方场强；电场线稀疏的地方场强。在没有电荷的空间，电场线不能，两条电场线不能。（3）与电势的关系：在静电场中，电场线和等势面且由电势较的等势面指向电势较低的等势面。顺着电场线的方向电势越来，但顺着电场线的方向场强越来越小。（4）电场线和电荷在电场中的运动轨迹是的，它们只有在一定的条件下才能重合。即：①电场线是。②电荷的初速度为零或不为零，但速度方向和电场线。③电荷仅受电场力作用或受其他力的方向和电场线平行。只有同时满足这三个条件，轨迹才和电场线重合。【典型例题】例1：如图1-1所示，有两个带电小球，电量分别为+Q和+9Q，在真空中相距0.4m。如果引进第三个带电小球，正好使三个小球都处于平衡状态，第三个小球带的是哪种电荷？应放在什么地方？电量是Q的几倍？Qq9QACB（图1-1）（1）审题（写出或标明你认为的关键词、题中条件和所处状态及过程）（2）分析（合理分段，画出示意图，并找出各段之间的连接点）（3）解题过程起航教育3+Q+2QACDB例2：（2004·广西模拟）如图1-2所示，初速度为υ的带电粒子，从A点射入电场，沿虚线运动到B点，判断：（1）粒子带什么电？（2）粒子加速度如何变化？（3）画出A、B两点的加速度方向。图1-2（1）审题（写出或标明你认为的关键词、题中条件和所处状态及过程）（2）分析（合理分段，画出示意图，并找出各段之间的连接点）（3）解题过程例3：如图1-3所示，A、B两点放有电荷量+Q和+2Q的点电荷，A、B、C、D四点在同一直线上，且AC=CD=DB，将一正电荷从C点沿直线移到D点，则（）A、电场力一直做正功B、电场力先做正功再做负功C、电场力一直做负功图1-3D、电场力先做负功再做正功（1）审题（写出或标明你认为的关键词、题中条件和所处状态及过程）（2）分析（合理分段，画出示意图，并找出各段之间的连接点）（3）解题过程【针对训练】1、真空中有两个相同的金属小球A和B，相距为r，带电量分别是q和2q，但带何种电荷未知，它们之间的相互作用力大小为F，有一个跟A、B相同的不带电的金属球C，当C跟A、B依次各接触一次后移开，再将A、B间距离变为2r，那么A、B间的作用力大小可能是（）A、5F/64B、5F/32C、3F/64D、3F/162、如图1-4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，如图所示，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3、有关电场强度的理解，下述正确的是（）A、由FEq可知，电场强度E跟放入的电荷q所受的电场力成正比。B、当电场中存在试探电荷时，电荷周围才出现电场这种特殊的物质，才存在电场强度C、由E=Kq/r2可知，在离点电荷很近，r接近于零，电场强度达无穷大D、电场强度是反映电场本身特性的物理量，与是否存在试探电荷无关。起航教育4abAPBAcdB4、一半径为R的绝缘球壳上均匀地带有电荷量为Q的正电荷，另一电荷量为q的带正电的点电荷放在球心O上，由于对称性，点电荷的受力为零，现在球壳上挖去半径为r的小圆孔，则此时置于球心的点电荷所受力的大小为（已知静电力常量为k），方向【能力训练】1、如图1-5所示为电场中的一根电场线，在该电场线上有a、b两点，用Ea、Eb分别表示两处场强的大小，则（）A、a、b两点的场强方向相同B、因为电场线由a指向b，所以Ea＞EbC、因为电场线是直线，所以Ea=Eb图1-5D、因为不知道a、b附近的电场线分布情况，所以不能确定Ea、Eb的大小关系。2、在x轴上有两个点电荷，一个带正电Q1，另一个带负电-Q2，且Q1=2Q2，用E1和E2分别表示两个点电荷所产生的场强大小，则在x轴上（）A、E1=E2之点只有一个，该处的合场强为零B、E1=E2之点共有两处，一处合场强为零，另一处合场强为2E2C、E1=E2之点共有三处，其中两处合场强为零，另一处合场强为2E2D、E1=E2之点共有三处，其中一处合场强为零，另两处合场强为2E23、如图1-6所示，用两根细绳把两个带同种电荷的小球悬挂在一点，A球质量大于B球的质量，A球所带的电荷量大于B球所带的电荷量。两球静止时，A、B两球处在同一水平面上，悬线与竖直线的偏角分别为α和β，则（）A、α＞βB、α＜βC、α=βD、无法确定4、如图1-7所示，直线A、B是一条电场线，在其上某点P处由静止开始释放一负试探电荷时，它沿直线向B处运动，对此现象，下列判断正确的是（不计电荷重力）A、电荷一定向B做匀加速运动B、电荷一定向B做加速度越来越小的运动C、电荷一定向B做加速度越来越大的运动图1-7D、电荷向B做加速运动，加速度的变化情况不能确定。5、如图所示，A、B为带电量分别是Q和-Q的两个等量异种点电荷，c、d为A、B连线上的两个点，且Ac=Bd，则c、d两点电场强度6、如图1-9所示，半径为r的圆与坐标轴的交点分别为a、b、c、d，空间有与x轴正方向相同的匀强电场，同时，在0点固定一个电荷量为+Q的点电荷，如果把一个带电量为-q的试探电荷放在c点，则恰好处于平衡，那么该匀强电场的场强大小为，a、d两点的合场强大小分别为、。7、（2004·广东）已经证实，质子、中子都是由称为上夸克和下夸克的两种夸克组成的，上夸克带电为23e，下夸克带电为13e，e为电子所带电荷量的大小，如果质子是由三个夸克组成的，且各个夸克之间的距离为L，L=1.5×10-15m。试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力（）图1-8起航教育58、两个质量都为m的小球可视为质量，用长度都是L的绝缘细线悬挂在同一点，使它们带上等量同种电荷，平衡时两悬线的夹角为2，求每个小球所带的电量。9、一粒子质量为m，带电量为+q，以初速度V，跟水平方向成45°角斜向上进入匀强电场区域，粒子恰沿直线运动，求这匀强电场场强的最小值，并说明其方向。10、用三根长均为L的细丝线固定两个质量为m、带电量分别为q和-q的小球，如图1-10所示，若加一个水平向左的匀强电场，使丝线都被拉紧且处于平衡状态，则所加电场E的大小应满足什么条件？§1.2电场能的性质【学习目标】1、理解电场力做功特点，掌握电场力做功和电势能的变化的关系2、理解电势能、电势的概念及相互关系。3、理解等势面的概念及等势面和电场线的关系。4、理解电势差的定义及正负值的定义。5、会用./ABABABUWqAB及U进行有关计算6、理解匀场电场中电势差跟电场强度的关系ABUEd7、会用ABUEd或/ABEUd解决有关问题【自主学习】一、电势差、电势、电势能电势差定义电荷q在电场中的两点间移动时电场力所做的功WAB与电荷量q的比值公式/,ABABUWq单位:伏,符号V物理意义描述电场能的性质，两点间的电势差在数值上等于在两点间移动单位正电荷时电场力的功电势定义电场中某点的电势是指该点与零电势点之间的电势差，符号：物理意义电场中某点的电势等于单位正电荷由该点移动到零电势点时电场力的功，描述电场能的性质与电势差的关系ABABU类似于高度差和高度的关系电势能定义电荷在电场中由其相对位置决定的能（类似重力势能）2、（1）电场中确定的两点间的电势差是的，和零电势参起航教育6考点（标准点）的选取。（2）电势是相对量，它的大小和电势零点选取（3）在选取了参考点以后，在确定的电场中的确定点的电势是，和该点有无试探电荷无关。（4）正电荷由静止开始仅在电场力作用下一定由电势处向电势处运动；负电荷由静止开始仅在电场力的作用下一定由向运动。二、电场力的功1、特点电场力做功与路径，只与有关。2、计算方法（1）由公式W=qE·s（s为电荷初末位置在电场方向上的位移）（2）由公式ABABWqU（ABU为电荷初末位置间电势差的大小）（3）由电场力做功和电势能的变化的关系：(.ABPAPBPAPBWEEEE分别是电荷电场中A、B两点的电势能）（4）由动能定理KWWE电场力其他力三、等势面1、定义：电场中构成的面叫等势面。2、等势面与电场线的关系（1）电场线总是与等势面垂直，且从等势面指向等势面。（2）电场线越密的地方，等势面也。（3）沿等势面移动电荷，电场力做功，沿电场线移动电荷，电场力做功。（4）电场线和等势面都是人们虚拟出来形象描述电场的工具（5）实际中测量等电势点较容易，所以往往通过描绘等势线来确定电场线。四、电势差与电场强度的关系1、匀强电场中电势差U和电场强度E的关系式为U=2、说明（1）U=Ed只适用匀强电场的计算，对非匀强场可以用来定性分析，如非匀强电场中各相邻的等势面的电势差一定时，E越大处，d，即等势而越（2）式中d的含义是某两点距离或两点所在等势面间的距离。由此可知电场强度的方向是电势降落最的方向。（3）匀强电场中相互平行的方向上相等的距离上电势降落【典型例题】例1图1.2—1中，a、b为竖直向上的电场线上的两点，一带电质点在a点由静止释放，沿电场线向上运动，到b点恰好速度为零，下列说法中正确的是（）A、带电质点在a、b两点所受的电场力都是竖直向上的B、a点的电势比b点的电势高C、带电质点在a点的电势能比在b点的电势能小D、a点的电场强度比b点的电场