1、静电场教学设计第1单元 静电场的描述一、电场力的性质（一）电荷守恒定律1、电荷的分类（电荷：物体所带的正电或者负电称为电荷）（1）按照电性：正电荷（与丝绸摩擦过的璃棒带正电）、负电荷（与毛皮摩擦过的橡胶棒带负电）同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引。（2）按照其他方式：a、元电荷：自然界中带电量最小的电荷，是电荷的基本单位，不是带电体。用“e”表示，自然界中所有带电体的电荷量为元电荷的整数倍，这体现了带电体电荷量的不连续性。元电荷并非实际存在的物质，也不是质子或者电子，只是与其电荷量相等。元电荷最早是由美国物理学家密立根利用油滴实验测得的。b、点电荷：可以视为质点的带电体称为点电荷，点电荷的带电
2、量没有限制，可以是元电荷的n倍（n为整数），点电荷是一种理想模型电荷。c、试探电荷（检验电荷）：体积很小、带电量很小（其电荷量对周围环境基本没有影响，但仍然为元电荷的整数倍）的电荷，仍然是一种理想电荷。2、三种起电方式原理及电荷计算方法背景：导体由原子构成，原子由原子核（正电）及核外电子（负电）构成，质子在导体中位置不变，电子可以脱离原子核的束缚自由移动。导体中正电荷与负电荷电量相等时呈电中性，负电荷比正电荷多时带负电，负电荷比正电荷少时带正电。（1）摩擦起电：两个呈电中性的物体相互摩擦使电子从一个物体转移至另一个物体，使其正负电荷不相等而带电的方式（摩擦后的两导体中的原子质子所带的正电荷数与
3、电子所带的负电荷数不相等）得到电子带负电，失去电子带正电，且摩擦起电的两导体总是带等量异种电荷量。（2）感应起电：利用静电感应使导体带电的方式。静电感应就是让一个带电体（可带正电或者负电）靠近一个电中性的导体，由于电荷间的相互吸引或排斥作用，导体中的自由电子会趋向或远离带电体，使自由电子重新分布而带电的现象。感应起电的导体两端带等量异种电荷，整体仍然为电中性。（3）接触起电：电子在两导体中相互转移而使导体带电的方式。两个导体接触后的电量要先中和后平分，各自电荷量均为（为接触前两导体的带电量，包括其正、负）。3、电荷守恒定律上述三种起电方式中并非电荷重新生成，其实质均是自由电子的转移。电荷从一个
4、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，电荷总量保持不变，即电荷守恒定律。（“电荷总量”为导体中正、负电荷的代数和）。（二）库仑定律1、内容：真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力，与它们电荷量的乘积成正比，与它们距离的二次方成反比，作用力在它们的连线上。2、表达式：，其中比例系数叫做静电力常量，k9.0109 Nm2/C2.3、库仑定律适用于真空中、点电荷间的相互作用(1)两电荷间的库仑力为一对相互作用力，两个力等大反向在一条直线上。(2)对于两个均匀带电绝缘球体，可以将其视为电荷集中于球心的点电荷，r为两球心之间的距离，r为足够大，能够让两球体视为质点。(3)对于两个不能视
5、为点电荷的带电金属球，要考虑金属表面电荷的重新分布。(4)不能根据公式错误地推论：当r0时，F.其实，在这样的条件下，两个带电体已经不能再看做点电荷了例1、如图，两个带电量分别为Q和+2Q且可视为点电荷的相同金属小球，固定在相距为r的两处，它们之间的库伦力为F，现让两小球相互接触后让其距离变成2r，则两球间库伦力变为多少？是相互吸引还是相互排斥？【变式训练1】如图，甲乙两个质量分别为m1、m2，带电量分别为Q和+4Q且可视为点电荷的相同金属小球，固定在相距为r的两处，它们之间的库伦力为F1；（1）让第三个电中性的小球先与接乙触，然后再与甲接触后让其距离变成2r，则甲乙两球间的库伦力变为多少？（
6、2）第三个电中性的小球反复与两球接触后让其距离变成2r，则两球间的库伦力变为多少？【变式训练2】三个相同的金属小球1、2、3分别置于绝缘支架上，各球之间的距离远大于小球的直径球1的带电量为q，球2的带电量为nq，球3不带电且离球1和球2很远，此时球1、2之间作用力的大小为F.现使球3先与球2接触，再与球1接触，然后将球3移至远处，此时1、2之间作用力的大小仍为F，方向不变由此可知()A、n3 B、n4 C、n5 D、n6例2、如图，甲、乙、丙三个带电量依次为+Q、2Q和+3Q可视为点电荷的相同金属小球，固定在水平面上，两两相距为r，请分别计算三个小球受到的库伦力大小和方向？【变式训练1】如图，
7、三个可视为点电荷的相同金属小球固定在正三角形的三个顶点上，带电量分别为qA=Q、qB=+Q和qC=+Q，三角形边长为，请分别计算三个小球受到的库伦力大小和方向？例3、如图，甲、乙两个带电量依次为+2Q、Q可视为点电荷的相同金属小球，固定在光滑水平面上，相距为，若把第三个带电小球自由放在水平面上也处于静止状态，请确定第三个小球的电性、电荷量以及具体位置？【变式训练1】A、B两个点电荷都带正电且B固定，相距8cm今将第三个点电荷C放在A与B连线上，A的内侧距A2cm处，C恰好处于静止状态,则必有( )A、C应带正电，且 B、C应带负电，且C、C带电可正可负，且 D、C带电可正可负，且【变式训练2】
8、如图所示，在光滑绝缘水平面上放置3个电荷量均为q(q0)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个小球处在静止状态时，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()Al BlCl Dl【变式训练3】如图，两根细线拴着两个质量相同的小球A、B，上、下两根细线中的拉力分别是TA、TB，现在使A、B带同种电荷，此时上、下细线受力分别为TA、TB，则( )A、TA=TA，TBTB B、TA=TA，TBTB C、TATB D、TATA，TB0)的固定点电荷已知b点处的场强为零，则d点处场强的大小为(k为静电力常量)()A、k B、kC、k D、k
9、【变式训练1】如图所示，金属球壳A的半径为R，球外点电荷的电量为Q，到球心的距离为r，则金属球壳感应电荷产生的电场在球心处的场强等于（ ）A、 B、C、0 D、【变式训练2】ab是长为l的均匀带电细杆，P1、P2是位于ab所在直线上的两点，位置如图所示ab上电荷产生的静电场在P1处的场强大小为E1，在P2处的场强大小为E2，则以下说法正确的是()A、两处的电场方向相同，E1E2B、两处的电场方向相反，E1E2C、两处的电场方向相同，E1E2D、两处的电场方向相反，E1EbEcCcba Dabc2、一负电荷仅受电场力的作用，从电场中的A点运动到B点，在此过程中该电荷做初速度为零的匀加速直线运动，
10、则A、B两点电场强度EA、EB及该电荷在A、B两点的电势能A、B之间的关系为()AEAEB BEAB3、将一正电荷从无限远处移入电场中M点，静电力做功W6109 J，若将一个等量的负电荷从电场中N点移向无限远处，静电力做功W27109 J，则M、N两点的电势M、N，有如下关系()AMN0 BNM0CNM0 DMN04、如图所示，一带电粒子以某速度进入竖直向上的匀强电场中，仅在电场力作用下形成图中所示的运动轨迹，M点为轨迹的最高点下列判断正确的是()A该粒子带负电B粒子在最高点M的速率为零C粒子在电场中的电势能始终在增加 D粒子在电场中加速度先变小再变大5、如图所示，实线为不知方向的三条电场线，
11、从电场中M点以相同速度飞出a、b两个带电粒子运动轨迹如图中虚线所示则()Aa一定带正电，b一定带负电Ba的速度将减小，b的速度将增加Ca的加速度将减小，b的加速度将增加D两个粒子的电势能一个增加一个减小（二）电势与电势差1、电势（1）定义：电场中某点的电势等于电荷在该点的电势能与其电荷量的比值，电势用表示，单位是“伏特”V。（2）定义式：（3）电势的标矢性：电势是标量，但有正负，其正负表示大小。（4）电势的相对性：电势的正负与电势零点的选取有关，电势零点的选取是任意的，但一般把无穷远处或者大地表面作为电势零点。在电场线中，向零电势点趋近的点的电势均大于零，逐渐远离零电势的点的电势均小于零。2、
12、等势面（1）定义：电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面，等势面也是用来形象地描绘电场的。（2）等势面的特点：电场线跟等势面垂直，即场强的方向跟等势面垂直 在等势面上移动电荷时电场力不做功 电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面等差等势面越密的地方电场强度越强；反之越小。（默认情况下画出的等势线是等差等势线，即相邻两等势线间的电势差是相等的。）（3）几种电荷的等势面分布：1、某静电场的电场线分布如图所示，一负点电荷只在电场力作用下先后经过场中的M、N两点，过N点的虚线是电场中的一条等势线，则()AM点的电场强度小于N点电场强度BM点的电势低于N点的电势C负点电荷在M点的电势能小于在N点的
13、电势能D负点电荷在M点的动能小于在N点的动能2、一粒子从A点射入电场，从B点射出，电场的等势面和粒子的运动轨迹如图所示，图中左侧前三个等势面彼此平行，不计粒子的重力下列说法正确的有()A粒子带正电荷B粒子的加速度先不变，后变小C粒子的速度不断增大D粒子的电势能先减小，后增大3、某带电粒子仅在电场力作用下由A点运动到B点，电场线的分布情况、粒子在A点的初速度方向及运动轨迹如图所示，可以判断()A粒子在A点的加速度大于它在B点的加速度B粒子在A点的动能小于它在B点的动能C粒子在A点的电势能小于在B点的电势能DA点的电势低于B点的电势4、一个电子只在电场力作用下从a点运动到b点，轨迹如图中虚线所示，
14、图中的一组等距平行实线表示的可能是电场线也可能是等差等势面，则以下说法正确的是()A无论图中的实线是电场线还是等势面，a点的场强都比b点的场强小B无论图中的实线是电场线还是等势面，a点的电势都比b点的电势高C无论图中的实线是电场线还是等势面，电子在a点的电势能都比在b点的电势能小D如果图中的实线是等势面，电子在a点的速率一定大于在b点的速率5、如图所示，xOy平面内有一匀强电场，场强为E，方向未知，电场线跟x轴的负方向夹角为，电子在坐标平面xOy内，从原点O以大小为v0方向沿x轴正方向的初速度射入电场，最后打在y轴上的M点电子的质量为m，电荷量为e，重力不计则()AO点电势高于M点电势B运动过
15、程中电子在M点电势能最大C运动过程中，电子的电势能先减少后增加D电场力对电子先做负功，后做正功3、电场力做功与电势差的关系（1）电势差：电场中两点的差值为电势差，用U表示，公式为.（2）电势差是标量，但有正负，其正负表示AB两点的电势高低。（3）静电力做功与电势差的关系：,此公式适用于计算电荷在任何电场中移动时电场力做功。例3、在如图所示的电场中，已知A、B两点的电势差UAB=-10V。求（1）将电荷q=+410-9C由A点移动到B点，静电力所做的功是多少？电荷的电势能是增加还是减少？增加或减少了多少？（2）将电荷q=-210-9C由A点移动到B点，静电力所做的功是多少？电荷的电势能是增加还是减少？增加或减少了多少？1、点电荷Q1、Q2共同产生的静电场的等势面如图中实线所示，标在等势面上的数值分别表示该等势面的电势，a、b、c是等势面上的点，下列说法正确的是()A点电荷在d点受电场力的方向指向Q1Bb点的场强与d点的场强大小相等C把1 C的点电荷从c点移到d点过程中电场力所做的功等于3 kJD把1 C的点电荷从a点移到c点过程中电势能减少1 kJ2、空间中P、Q两点处各固定一个点电荷，其中P点处为正电荷，P、Q两点附近电场的等势面分布如图所示，a、b、c、d为电场中的4个点则(
