2019-2020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

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【学习素养·明目标】物理观念：1.会推导点电荷场强的计算式并能进行有关的计算.2.知道什么是匀强电场及匀强电场的特点.3.了解静电现象及其在生产、生活中的利用与防护．科学思维：1.能根据库仑定律和电场强度的定义式推导点电荷场强的计算式，并能进行有关的计算.2.在进行场强叠加等计算时培养综合分析能力和知识的迁移能力．自主探新知预习一、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；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和方向都相同的电场．3．场强的叠加：如果有多个点电荷同时存在，电场中任意一点的电场强度等于这些点电荷各自在该点产生的电场强度的．该点大小矢量和二、静电的利用与防护1．静电的利用(1)原理：同种电荷相互，异种电荷相互，利用静电力控制带电粒子的运动或分布．(2)应用：静电应用有、静电喷雾、静电除尘、______________等．排斥吸引激光打印静电处理种子2．静电的防护(1)静电危害产生原因：静电力和．(2)防护方法：尽快把静电导走，如印刷车间内保持适当的，传送带上镀银，油罐车车尾拖地铁链等．湿度静电火花1．思考判断(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)根据E＝kQr2，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)E＝kQr2适用于计算一切电场中的电场强度．()[提示]E＝kQr2适用于真空中点电荷．(4)匀强电场中任意两点的电场强度大小一定相等，方向不一定相同．()(5)我们经常看到油罐车车尾有一根拖地铁链，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＝kQr2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＝kQr2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，根据公式可得场强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．电视机后盖上开有许多小孔B．在高大的建筑物顶端装上避雷针C．静电喷涂D．油罐车后拖着铁链C[电视机的后盖上有许多小孔是为了把各电器元件产生的热量及时散掉，A错误；高大建筑物上的避雷针和油罐车上的拖地铁链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．]合作攻重难探究公式E＝与E＝的比较FqkQr2公式E＝FqE＝kQr2本质区别定义式决定式意义及用途给出了一种量度电场强弱的方法指明了点电荷场强大小的决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表示放入电场的试探(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∝1r2【例1】下列关于电场强度的说法中正确的是()A．公式E＝Fq只适用于真空中点电荷产生的电场B．由公式E＝Fq可知，电场中某点的电场强度E与试探电荷在电场中该点所受的电场力成正比C．在公式F＝kQ1Q2r2中，kQ2r2是点电荷Q2产生的电场在点电荷Q1处的场强大小；而kQ1r2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＝kQr2可知，在离点电荷非常近的地方(r→0)，电场强度E无穷大C[电场强度的定义式E＝Fq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决定，而与电场中该点是否有试探电荷或引入试探电荷所受的电场力无关(试探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，不能决定场强的大小)，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＝kQr2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，该公式已不适用，故D错．]对E＝Fq和E＝kQr2的两点说明(1)公式E＝Fq中的q是试探电荷的电荷量，所以E＝Fq不是场强的决定式．(2)公式E＝kQr2中的Q是场源电荷的电荷量，所以E＝kQr2仅适用于点电荷的电场求解，是点电荷场强的决定式．1．(多选)下列说法正确的是()A．E＝Fq也适用于点电荷产生的电场B．E＝Fq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＝Fq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＝kQr2适用于求真空中点电荷的电场ABD[定义式E＝Fq适用于所有电场，式中的q是试探电荷的电荷量，则A、B正确，C错误；E＝kQr2适用于求真空中点电荷的电场，则D正确．]电场强度的叠加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＝kQr2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．[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＝kQr22＝4kQr2O点的场强为：EO＝EA＋EB＝8kQr2，方向由A指向B.甲(2)如图乙所示，EA′＝EB′＝kQr2，由矢量图结合几何关系可知，O′点的场强EO′＝EA′＝EB′＝kQr2，方向平行于AB指向B.乙[答案](1)8kQr2，方向由A指向B(2)kQr2，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定则；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.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＝kQr2，由于各点电荷到正方形中心处距离r相等，根据矢量合成，可知B正确．]3．如图所示，电荷量为Q的正电荷放在一匀强电场中，在以Q为圆心、半径为r的圆周上有a、b、c三点，将试探电荷q放在a点，它受到的静电力正好为零，则匀强电场的场强大小和方向如何？b、c两点的场强大小和方向如何？[解析]点电荷Q周围空间的电场是由两个电场叠加而成的．根据题意可知，Q在a点的场强和匀强电场的场强大小相等、方向相反，所以匀强电场的场强大小为E＝kQr2，方向向右．在b点，两个电场合成可得Eb＝2kQr2，方向向右．在c点，两个电场合成可得Ec＝2kQr2，方向指向右上方，与ab连线成45°角．[答案]kQr2，方向向右2kQr2，方向向右2kQr2，方向指向右上方，与ab连线成45°角静电的利用与防护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原因静电危害起因于静电力和静电火花，静电危害中最严重的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)尽量减少静电的产生．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．常用的最简单办法是接地．【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，引起路人注意B．减缓车速，保证行车安全C．把静电引入大地，避免因放电引起爆炸D．与地面发生摩擦，在运输车上积累电荷C[汽车行驶时，油罐中的汽油随车的振动摩擦起电，如果不及时将这些静电导走，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，避免因放电引起爆炸．]4．由于人们行走时鞋子和地板摩擦产生静电，带电的离子会在地板表面对空气中的灰尘产生吸引，对于电脑机房、电子厂房等单位会造成一定的影响．防静电地板又称为耗散静电地板，当它接地或连接到任何较低电势点时，使电荷能够耗散，地板在施工中，地板下面要铺设铝箔，铝箔要连接到地下预埋导体．下列关于防静电地板的说法正确的是()A．地板下面要铺设铝箔的作用是防潮B．地板必须是绝缘体材料C．地板必须是导电的，如地板中含有导电纤维D．只要地板下面铺设铝箔，地板材料无所谓绝缘体或导体C[地板在施工中，地板下面要铺设铝箔，铝箔要连接到地下预埋导体，就是要将地板上的静电导走，所以防静电地板必须是导电的，如地板中含有导电纤维，这样才能将静电通过地板下面铺设的铝箔导走，选项C正确，A、B、D错误．]当堂固双基达标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＝kQr2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非常近即r→0时，不能将带电体看作点电荷，因此E＝kQr2不再适用，故选项B错误；当某点与点电荷间的距离非常远即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，它产生的场强处处都不同，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.FQB.FqC．kqr2D．kQr2BD[E＝Fq中q指的是试探电荷，E＝kQr2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．下列判断中正确的是()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，其加速度大小的变化不能确定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[负电荷由静止开始从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.负电荷从静止开始，必定做加速运动，由于电场线的分布情况未知，场强如何变化无法确定，电场力和加速度如何变化也无法确定，故B正确，A、C、D错误．]4．如图所示，一质量为m的带电液滴，在大小为E，方向竖直向上的匀强电场中处于静止状态，求：(1)这个液滴带什么电？电荷量为多少？(2)当场强的大小突然变为原来的一半，方向保持不变时，液滴向什么方向运动？其加速度为多少？[解析](1)液滴受重力、电场力处于静止状态，电场力方向竖直向上，电场方向竖直向上，故液滴带正电；又重力与电场力平衡，qE＝mg，解得q＝mgE.(2)当场强的大小突然变为原来的一半，方向保持不变时，电场力变为原来的一半，小于重力，故液滴向下运动；mg－qE2＝ma，代入数据得a＝g2.[答案](1)正电mgE(2)向下运动12g