静电场基础知识归纳复习

静电场经典概括1一、物体带电的本质：1.任何物体都是由原子组成的，而原子由原子核、核外电子组成，原子核是正电荷，核外电子是负电荷，所以可以说任何物体上都带有电荷，只是当物体所带的正电荷量与负电荷量相等的时候，对外不显电性，我们就称之为物体不带电。当物体所带的正电荷量与负电荷量不等的时候，即有了多余的正电荷或者多余的负电荷，我们就说物体带电了，称其为“带电体”，或者直接称之为“电荷”。2.那么为什么原本中性的物体会变成“带电体”呢？研究发现，原子核外的电子是容易失去或者得到的。当物体失去电子的时候，相当于有了多余的正电荷而带正电，当物体得到电子的时候，就有了多余的负电荷而带负电。可见，物体带电的本质就是电子的得与失。二．起电方法：使物体带上电，叫做起电。常见的起电方法有三种，介绍如下。1.摩擦起电：这是最简单的起电方法，任何两个物体相互摩擦，都会同时带上等量异种电荷。两个物体比较，相对容易失去电子的物体将带正电，相对容易得到电子的物体将带上等量的负电。玻璃棒与丝绸摩擦时，玻璃棒带正电，丝绸带负电。硬橡胶棒与毛皮摩擦时，硬橡胶棒带负电，毛皮带正电。摩擦起电的本质是电子从一个物体转移到另一个物体。2.接触带电：一个不带电的导体接触带电体时，就会带上电，叫做接触起电。若不带电的物体A接触正的带电体B时，物体A上的电子就会转移到物体B上，从而物体A就失去了电子而带了正电，而物体B得到了电子，原本缺少的电子数目就少了一些。表现为所带的正电少了一些。若不带电的物体A接触负的带电体C时，物体C的一部分电子就转移到物体A上，从而物体A就带上了负电。可见，接触带电的本质也是电子从一个物体转移到另一个物体。3.感应起电：一个不带电的导体靠近带电体时，导体两端将出现等量异种电荷。出现的电荷叫做感应电荷。感应起电的本质是电子从导体的一端移到另一端（示意如图）三．衡量带电体所带电荷量的多少的物理量叫做电量。国际单位是库仑，简称库，符号C，如：电子所带电量为C19-106.1，质子所带电量为C19-106.1，氦原子核所带电量为CC1919-102.3106.12。依据起电本质可以推断出：物体所带的电量要么等于电子或质子所带的电量，要么等于电子或质子所带电量的整数倍.关于这一结论不仅从理论上可以推断，更可以利用实验证明。物理学家密立根测量了大量的油滴所带的电量，发现每个油滴带电量都有一个公因数，这个公因数就是1.6×10-19库仑.这个公因数应该是电荷量的基数，所以将这个数叫做元电荷.可以作为电荷量的单位，氦原子核所带电量为2个元电荷.结合理论可知，这个数其实就是电子所带的电量。当初电子的电量就是这样知道的。不带电的导体—+两端出现感应电荷++—静电场经典概括2【例1】一带电金属球带1.6×10-10C正电，则该金属球电子（填“得”或“失”）个数为：解：金属球带正电，所以是“失去”电子，个数为91910100.1106.1106.1eqn个【例2】有三个完全一样的金属球A、B、C，A带电量为+Q，B带电量为-4Q，C不带电，现将C与B接触一下，再与A接触一下后移开，最后C带电量是多少？解：两个球接触后带电量将重新分配，分配的比例关系与两个带电体的材质以及外表面有关，完全一样的球电量将均分。C与B接触，CB总电量为-4Q，两球均分后，C球带电量为-2Q。C再与A接触，CA总电量为：-2Q+Q=-Q，两球均分后C球带电量为2-Q四．库仑定律1．内容：真空中两个点电荷之间的静电力与它们电量的乘积成正比，与它们之间的距离平方成反比，作用力的方向在它们的连线上2．表达式：F=221rqkq静电力常量229/100.9cmNk适用条件：真空中、点电荷3．建立过程：天才的物理学家库仑利用类比猜测的方法，提出：电荷之间相互作用规律应该跟物体之间的万有引力相类似，同时又提出了点电荷这个理想模型，排除了电荷在带电体上分布情况对相互作用力的影响，然后又用控制变量法来验证，自己还制作了精巧的库仑扭秤，终于得出了库仑定律。4.点电荷：忽略了大小的带电体。（1）当带电体自身的线度远远小于带电体之间的距离时，带电体的大小对所研究的问题几乎没有影响，可以将其看成点电荷（2）均匀带电的球体也可以看成点电荷【例3】关于点电荷的说法，正确的是（CDE）A．只有体积很小的带电体，才能作为点电荷B．点电荷一定是电量很小的电荷C.当带电体本身的大小和电荷的分布对带电体之间的静电作用力没有影响或几乎没有影响时，就可以将他们看成点电荷D．均匀带电球体，可以将它作为电荷集中在球心的点电荷处理E．研究电子如何绕着原子核旋转时，可将原子核看成点电荷F．研究原子核的内部结构时，可将原子核看成点电荷【例4】两个半径均为1cm的导体球，分别带上＋Q和－3Q的电量，两球心相距90cm，相互作用力大小为F，现将它们碰一下后，放在两球心间相距3cm处，则它们的相互作用力大小变为A．300FB．1200FC．900FD．无法确定（）静电场经典概括3正确答案D。这两个球体之间的距离跟半径差不太多，不能看成点电荷，所以无法计算【例5】如图,三个小球都带电,绝缘丝线竖直，A、B之间的距离小于B、C之间的距离，则三个球的带电情况为()A．A、B一定带异种电B.A、C一定是同种电荷B.B的电量最小D.C的电量最大【解析】以B为研究对象，可知A、C两电荷的关系：悬绳竖直，说明A对B的静电力和C对B的静电力大小相等，方向相反，所以A、C必须是同种电荷，且根据22BCCBABBArQkQrQQk可知：QC＞QA。以A为研究对象，可知B、C两电荷的关系：B对A的静电力和C对A的静电力大小相等，方向相反，所以B、C必须是异种电荷，且根据22ACCAABBArQkQrQQk可知：QC＞QB。以C为研究对象，可知B、A两电荷的关系：B对C的静电力和A对C的静电力大小相等，方向相反，所以B、A必须是异种电荷，且根据22BCCBACCArQkQrQQk可知：QA＞QB。即：两边的必是同种电荷，中间的和两边的必是异种电荷，中间的电量最小，两边距中间电荷距离远者电量最大】正确答案ABCD【例6】氢原子核外电子的轨道半径为r，电子质量为m，电量为e，求电子绕核运动的周期．解：静电力充当向心力222rekrVm得mrkeV所以kmrerVrT22【例7】如图，两球A、B分别带电＋q和－q，质量分别为M1和M2，用绝缘丝线悬挂，两段绳中的张力TA和TB的大小分别是多大？两段绳长均为L(两电荷可看成点电荷)解：整体所受外力只有两个：系统的重力、最上面的绳子的拉力系统平衡：TA=（M1+M2）g【说明】1.求TA可选AB组成的整体为研究对象，此时两球之间的静电力是内力，A、B之间的绳子上的力也属于内力。2.正因为此，求TB必须用隔离法，可将B隔离出来。ACB静电场经典概括4根据库仑定律得：22LqkF电B物体受力如图：根据平衡条件：gMFTB2电解得：222LqkgMTB【例8】A、B两带电小球，电荷量分别为qA、qB，两球可以看做点电荷，用绝缘不可伸长的细线如图悬挂，静止时A、B两球处于同一水平面．已知A球质量为3kg，带电量qA=6100.2C，求OC，AC，BC三条绳的拉力分别是多少及B球的质量。解：对A、B两球受力分析对A，有：)N(103310330tangmFA电20N2电FTA对B，有：30tan电FgmBgmTBB2解得：kg33BmN3320BT对OC绳，把A、B两球看做整体，所以N3340)(gmmTBAoc【例9】质量均为m的三个带电小球A､B､C放置在光滑的水平面上,相邻球间的距离为L,A球带电量qA=+10q;B球带电量qB=+q.若在C球上加一个水平向右的恒力F,如图所示,要使三球能始终保持L的间距向右运动,（1）C球应该带什么电？（2）外力F为多大？解:（1）C球带负电荷.（2）设系统加速度为a,则对ABC：F=3ma①对A:maLqkqLqkqBACA224②对B:maLqkqLqkqCBBA22③联立①②③得2270LqkF【说明】1.由于水平面光滑，且系统有水平向右的外力，所以系统向右加速。2.判断C球的电性，可对球A进行分析：A球有方向向右的加速度，根据牛顿第二定律可知，A所受的合外力必须向右，由于A､B两球都带正电,B对A的静电力方向向左,那么只有C球对A､的静电力必须是向右的，必须是吸引力，故C球必须带负电.3.由于“保持三个球M2gTBF电静电场经典概括5之间的距离不变”，所以三个球的加速度相同，所以求加速度可用“整体法”。电场：是一个概念，是法拉第提出来的。任何带电体（也叫电荷）都会在自己周围产生一种特殊物质——电场，这种物质是看不见，摸不着的，但是有质量，有能量，有动量，是客观存在的。一．如果一个带电体在周围产生电场，我们就将这个电荷称为这个电场的场源电荷。离场源电荷越近的地方，场就越强，离场源电荷越远的地方，场就越弱。为了定量的比较场中两点场的强弱，引入物理量——电场强度1.电场强度（用E表示，是一个物理量）①.物理意义：用来描述电场的强弱和方向②决定因素：由产生电场的场源电荷决定③矢量性：电场强度是矢量，电场中某点的电场强度的方向即该点的电场方向了解一个电场，就是对场中任意一点的场强大小方向都很清楚，对场中不同点之间的场强关系都很明了。反映这种场强分布的一种更形象直观的方法就是电场线。2.电场线：①是假想的，不是客观存在的，也是法拉第提出来的②电场线的作用：可以形象直观的描述电场电场线的切线方向表示该点的电场强度方向电场线的疏密反映场强的相对大小（线越密处，场强越大）③电场线的特点：从正电荷（或无穷远或大地）出发，终止于负电荷（或无穷远或大地任何一条电场线都不是闭合的任何两条电场线都不会相交的（当然也不会相切）当场源电荷Q在自己的周围产生电场后，这个电场是看不见摸不到的，那么怎么知道它的周围有了电场呢？这时我们可以拿来一个小电荷q来检验来试探（故q被称为检验电荷或者试探电荷），因为：电场的性质之一就是：对处于其中的带电体有力的作用，该力称为电场力。如果检验电荷在场中某点受到了电场力，我们就知道这一点有电场，如果检验电荷在这一点不受电场力，则可认定这一点无电场。同一个检验电荷，在场强越大的地方所受的电场力越大。则可以这样说：电场强度是描述场的力的性质的物理量。3.电场力：若将一检验电荷q放在某电场中的A点，该检验电荷将受到电场力，①电场力的大小为：AqEF②电场力的方向：（规定）如果q是正的检验电荷，所受的电场力方向就跟A点的电场强度方向相同如果q是负的检验电荷，所受的电场力方向就跟A点的电场强度方向相反。这一点没有为什么，是规定！！！请记住。③研究发现，在电场中一个确定的点，放置的检验电荷所带的电量越大，该电荷受到的电场力就越大（如图，是在电场中A点所放的检验电荷所受的电场力随检验电荷所带电量变化而变化的图像）静电场经典概括6图像F-q的斜率的绝对值即为场强大小（上面图像中直线的斜率等于A点的场强的大小）④虽然电场中某一点的电场强度的大小方向由场源电荷Q决定，而与检验电荷q无关，但我们可以利用检验电荷将这一点的电场强度推断出来。比如：某电场中有一点A，电场强度是未知的，若想知道该点的电场强度，可在A点放一检验电荷q,然后想办法将检验电荷在这一点所受的电场力F求出来（可用库仑定律、或根据状态求）则：即可将该点的电场强度求出来qFEA。这个式子叫做电场强度的定义式。一个物理量的国际单位通常是利用定义式推导出，电场强度的国际单位：N/C。注意：不能说E与F成正比，与q成反比，因为E与F无关，也与q无关，只是恰好等于它们的比值而已，当q变化时，F随之改变，但比值不变。⑤两个点电荷之间的静电力其实也就是电场力。1q对2q的静电力，就是1q产生的电场对2q的电场力，反过来，2q对1q的静电力，就是2q产生的电场对1q的电场力【例10】空间中A点有一个固定的正电荷Q=2×10-4C