高2物理31静电场学案.docx
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高2物理31静电场学案
第一章静电场
第一节电荷及其守恒定律
【知识梳理】
1.电荷
(1)自然界中只存在两种电荷:
电荷和电荷。
用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷是电荷;用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷是电荷。
同种电荷相互,异种电荷相互。
(2)当两个物体相互摩擦时,一些束缚得不紧的电子往往从一个物体转移到另一个物体上,于是原来电中性的物体由于得到电子而带电,失去电子的物体则带电。
这就是摩擦起电的原因。
用毛皮摩擦硬橡胶棒,电子从转移到上,毛皮带电荷,硬橡胶棒带电荷。
用丝绸摩擦玻璃棒,电子从转移到上,丝绸带电荷,玻璃棒带电荷。
(3)当一个带电体靠近导体时,由于电荷间相互吸引或排斥,导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体,使导体靠近带电体的一端带电荷,远离带电体的一端带电荷。
这种现象叫。
利用使金属导体带电的过程叫做感应起电。
(4)两个完全相同的金属小球接触后分开,它们平分了原来的带电量而带上等量同种电荷。
2.电荷守恒定律
(1)电荷既不能创造,也不能消灭,只能从一个物体到另一物体,或者从物体的一部分到另一部分。
在转移的过程中,电荷的总量。
(2)一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的保持不变。
3.元电荷:
(1)电荷的多少叫,用表示。
在国际单位制中,它的单位是,用表示。
(2)元电荷是最小的,用e表示,e=。
自然界中所用带电体的电荷量都是元电荷e的。
【自我检测】
1.下列说法正确的是( )
A.摩擦起电和静电感应都是使物体的正负电荷分开,而总电荷量并未变化
B.用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电,是摩擦过程中硬橡胶棒上的正电荷转移到了毛皮上
C.用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷是摩擦过程中玻璃棒得到了正电荷
D.物体不带电,表明物体中没有电荷
2.关于摩擦起电现象,下列说法中正确的是()
A.摩擦起电是用摩擦的方法将其他物质变成了电荷
B.摩擦起电是通过摩擦将一个物体中的电子转移到另一个物体
C.通过摩擦起电的两个原来不带电的物体,一定带有等量异种电荷
D.通过摩擦起电的两个原来不带电的物体,可能带有同种电荷
3.如图所示,将带正电的球C移近不带电的枕形金属导体时,枕形导体上电荷的移动情况是()
A.枕形导体中的正电荷向B端移动,负电荷不移动
B.枕形导体中电子向A端移动,正电荷不移动
C.枕形导体中的正、负电荷同时分别向B端和A端移动
D.枕形导体中的正、负电荷同时分别向A端和B端移动
4.如图1-4所示,原来不带电的绝缘金属导体MN,在其两端下面都悬挂着金属验电箔;若使带负电的绝缘金属球A靠近导体的M端,可能看到的现象是()
A.只有M端验电箔张开
B.只有N端验电箔张开
C.两端的验电箔都张开
D.两端的验电箔都不张开
5.绝缘细线上端固定,下端悬挂一轻质小球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之间不发生相互作用
B:
b将吸引a,吸在一起不分开
C:
b立即把a排斥开
D:
b先吸引a,接触后又把a排斥开
6.有三个相同的金属小球A、B、C,其中小球A带有2.0×10-5C的正电荷,小球B、C不带电,现在让小球C先与球A接触后取走,再让小球B与球A接触后分开,最后让小球B与小球C接触后分开,最终三球的带电量分别为qA=C,qB=C,qC=C。
7.关于元电荷的理解,下列说法正确的是()
A.元电荷就是电子
B.元电荷是表示跟电子所带电量数值相等的电量
C.元电荷就是原子
D.物体所带的电量只能是元电荷的整数倍
8.带电微粒所带电量不可能是下列值中的()
A.2.4×10-19CB.-6.4×10-19C
C.-1.6×10-18CD.4.0×10-17C
【课后反思】
第二节库仑定律
【知识梳理】
1.内容:
真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的成正比,与它们的成反比,作用力的方向在两个点电荷的连线上。
2.公式:
静电力常量k=
3.适用条件:
真空中、静止、点电荷。
点电荷:
当
时,带电体就可以看作点电荷。
点电荷类似于力学中的质点,也是一个,实际上并不存在。
4.独立作用原理:
两个点电荷之间的相互作用不因而有所改变。
5.叠加原理:
两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力,等于
的矢量和。
【自我检测】
1.关于点电荷的说法,正确的是()
A.只有体积很小的带电体,才能作为点电荷
B.体积很大的带电体一定不能看作点电荷
C.点电荷一定是电量很小的电荷
D.两个带电的金属小球,不一定能将它们作为电荷集中在球心的点电荷处理
2.关于库仑定律的公式F=kQ1Q2/r2,下列说法中正确的是()
A.当真空中两个电荷间距离r→∞时,它们间的静电力F→0
B.当真空中两个电荷间距离r→0时,它们间的静电力F→∞
C.当两个电荷间的距离r→∞时,库仑定律的公式就不适用了
D.当两个电荷间的距离r→0时,电荷不能看成是点电荷,库仑定律的公式就不适用了
3.真空中有两个点电荷,它们间的静电力为F,如果保持它们所带的电量不变,将它们之间的距离增大为原来的2倍,它们之间作用力的大小等于( )
A.FB.2FC.F/2D.F/4
4.真空中有两个静止的点电荷,它们之间的作用力为F,若它们的带电量都增大为原来的2倍,距离减少为原来的1/2,它们之间的相互作用力变为()
A.F/2B.FC.4F D.16F
5.AB两个点电荷之间的距离恒定,当其它电荷移到AB附近时,AB之间的库仑力将()
A.可能变大B.可能变小 C.一定不变D.不能确定
6.真空中有两个相同的带电金属小球A和B,相距为r,带电量分别为q和8q,它们之间作用力的大小为F,有一个不带电的金属球C,大小跟A、B相同,用C跟A、B两小球反复接触后移开,此时,A、B间的作用力大小为()
A.F/8B.3F/8C.7F/8D.9F/8
【提示:
用C跟A、B两小球反复接触后,最终三者所带电荷量相等。
】
7.两个完全相同的小金属球,它们的带电量之比为5:
1(皆可视为点电荷),它们在相距一定距离时相互作用力为F1,如果让它们接触后再放回各自原来的位置上,此时相互作用力变为F2,则F1:
F2可能为:
()
A.5:
2B.5:
4C.5:
6D.5:
9
【提示:
本题有两种情况。
】
8.两个完全相同的金属小球相距为r(可视为点电荷),带有不等量同种电荷,电荷间相互作用力为F,若将它们接触后放回到原来的位置,这时的相互作用力为F′,则()
A.F′一定大于FB.F′可能等于F
C.F′一定小于FD.不能确定
9.如图所示,一个挂在丝线下端的带正电的小球B,静止在图示位置;若固定的带正电的小球A电量为Q,B球的质量为m,带电量为q,丝线与竖直方向夹角为θ,A和B在同一水平线上,整个装置处于真空中,求A、B两球之间的距离为多少?
10.两个带电量分别为Q、4Q的负点电荷a、b,在真空中相距L,现引入第三个点电荷C,能使三个点电荷都处于静止状态,确定电荷C的位置、电性及它的电荷量。
【课后反思】
第三节电场强度
【知识梳理】
1.电场:
19世纪30年代,提出一种观点,认为在存在着由它产生的电场,处在电场中的其它电荷受到的作用力就是这个电场给予的。
(1)电场是一种特殊的物质。
(2)电荷的周围存在电场,或者说电荷在它周围激发电场。
(3)电场的基本性质是对场中的其他电荷有电场力的作用。
2.电场强度
(1)物理意义:
描述电场强弱的物理量。
(2)定义:
在电场中放入一个试探电荷q,它所受到的电场力F和q的叫做该点的电场强度。
(3)定义式:
。
电量q是电场中受力电荷的电量。
——试探电荷
电场强度E取决于电场本身,或者说取决于激发电场的电荷——场源电荷,与q无关。
(4)单位:
。
(5)电场强度是矢量。
物理学中规定,电场中某点的电场强度方向跟在该点所受电场力的方向相同,跟在该点所受电场力的方向相反。
正电荷所受电场力的方向与该点电场场强的方向,负电荷受电场力的方向与该点电场场强的方向。
3.点电荷的电场
(1)点电荷电场强度公式:
,Q为场源电荷,r为场点到Q距离。
(2)方向:
背离正电荷,指向负电荷。
4.电场强度的叠加
(1)如果场源是多个电荷,电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的。
(2)一个均匀带电球体(或球壳)在产生的电场,与一个位于球心的、电量相等的点电荷产生的电场相同。
5.电场线
(1)电场线是为了形象的描述电场而的线。
(2)曲线上每个点的切线方向表示。
(3)曲线的疏密表示。
(4)从出发,终止于。
(5)任意两条电场线都不相交。
(6)能够熟练的的画出几种特殊电场的电场线。
特别是等量同号电荷的电场线和等量异号电荷的电场线。
6.匀强电场
(1)如果电场中各点电场场强的大小、方向,这个电场叫做匀强电场。
(2)匀强电场的电场线是。
【自我检测】
1.电荷的周围存在着电场,电场的基本性质是它对放入其中的电荷,电荷间的相互作用是通过发生的.
2.在电场中某点放一检验电荷,其电量为q,检验电荷受到的电场力为F,则该点电场强度为E=F/q,那么下列说法正确的是()
A.若移去检验电荷q,该点的电场强度就变为零
B.若在该点放一个电量为2q的检验电荷,该点的场强就变为E/2
C.若在该点放一个电量为-2q的检验电荷,则该点场强大小仍为E,但电场强度的方向变为原来相反的方向
D.若在该点放一个电量为-q/2的检验电荷,则该点的场强大小仍为E,电场强度的方向也还是原来的场强方向
3.由电场强度的定义E=F/q可知()
A.这个定义只适于点电荷电场
B.式中的F是放入电场中的电荷所受的电场力,q是电荷所带的电荷量
C.式中的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.库仑定律F=KQ1Q2/r2中,KQ2/r2是点电荷Q2产生的电场在Q1所在处的场强大小
4.对于由点电荷Q产生的电场,下列说法正确的是()
A.电场强度的表达式仍成立,即E=F/Q,式中的Q就是产生电场的点电荷所带电量
B.在真空中,点电荷电场强度的表达式为E=kQ/r2,式中Q就是产生电场的点电荷所带电量
C.在真空中E=kQ/r2,式中Q是试探电荷
D.上述说法都不对
5.当在电场中某点放入正点电荷时,正点电荷受到的电场力向右;当放入负点电荷时它受到的电场力向左,下列说法正确的是()
A.当放入正电荷时,该点场强方向向右;当放入负电荷时,该点场强方向向左
B.只有在该点放入电荷时,该点才有场强
C.该点场强方向一定向右
D.以上说法均不正确
6.如图1-12所示,四个电场线图,一正电荷在电场中由P到Q做加速运动且加速度越来越大,那么它是在哪个图示电场中运动。
()
【课后反思】
第四节电势能和电势
【知识梳理】
1.静电力做功的特点
在电场中移动电荷时,静电力做的功与有关,与无关
2.电势能
(1)由于移动电荷时,电荷在电场中具有势能,这种势能叫做电势能。
(2)静电力做功与电势能的关系
重力做正功,重力势能;重力做负功,重力势能。
静电力做功,电势能减少;静电力做功,电势能增加。
静电力做功等于电势能的。
WAB=EPA-EPB
(3)电荷在某点的电势能,等于把它从该点移动到时静电力所做的功。
3.电势
(1)电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值,叫做这一点的电势。
(2)定义式。
对正电荷来说,电势升高,电势能增加;
对负电荷来说,电势升高,电势能减少。
(3)单位:
,符号为。
(4)沿电场线方向电势。
(5)电势是标量,但有正有负。
4.等势面
(1)电场中的各点构成的面叫做等势面。
(2)等势面一定跟电场线。
(3)等差等势面的疏密可以表示电场强弱。
【自我检测】
1.如图所示,A、B是电场中两点,一个带负电的点电荷Q在A点所受的电场力要比它在B点所受的电场力______,该负电荷在A点的电势能要比它在B点的电势能______,A点的电场强度要_____于B点的电场强度,A点的电势要______于B点的电势。
2.如图所示,在点电荷电场中的一条电场线上依次有A、B、C三点,分别把+q和-q的试验电荷依次放在三点上,关于它所具有的电势能的正确说法是()
A.放上+q时,它们的电势能EPA>EPB>EPC
B.放上+q时,它们的电势能EPA<EPB<EPC
C.放上-q时,它们的电势能EPA>EPB>EPC
D.放上-q时,它们的电势能EPA<EPB<EPC
3.关于电场中的电场线,下列说法正确的是()
A.带正电的点电荷在电场力作用下,运动的轨迹和电场线重合
B.沿电场线方向电场强度逐渐减小
C.沿电场线方向电势逐渐降低
D.电荷沿电场线方向运动,电势能减少
4.下列说法中,正确的是()
A.当两个正点电荷互相靠近时,它们之间的库仑力增大,它们的电势能也增大
B.当两个负点电荷互相靠近时,它们之间的库仑力增大,它们的电势能也增大
C.一个正电荷与一个负点电荷互相靠近时,它们之间的库仑力增大,它们的电势能也增大
D.一个正点电荷与一个负点电荷互相靠近时,它们之间的库仑力减小,它们的电势能也减小
5.下列关于电荷在电场中移动时,其电势能变化的说法中,正确的是( )
A.正电荷沿电场线方向移动,其电势能增加
B.正电荷逆电场线方向移动,其电势能增加
C.负电荷沿电场线方向移动,其电势能减少
D.负电荷逆电场线方向移动,其电势能减少
6.一带电粒子在如图所示的点电荷的电场中,在电场力作用下沿虚线所示轨迹从A点运动到B点,电荷的加速度、动能、电势能的变化情况是( )
A.加速度的大小增大,动能、电势能都增加
B.加速度的大小减小,动能、电势能都减少
C.加速度增大,动能增加,电势能减少
D.加速度增大,动能减少,电势能增加
7.如果把q=1.0×10-8C的正电荷,从无穷远移至电场中的A点,需要克服电场力做功W=1.2×10-4J,那么:
(1)q在A点的电势能和A点的电势各是多少?
(2)q未移入电场前A点的电势是多少?
【提示:
通常把电荷在无穷远处的电势能规定为零。
】
【课后反思】
第五节电势差
【知识梳理】
1.电场中两点间叫做电势差。
2.电势差与静电力做功的关系
3.电子伏特(eV)(问题与练习第2题)
(1)电子伏特是一个能量单位。
(2)1eV等于一个的电子经过1V的电压加速后所增加的动能。
(3)1eV=1.60×10-19J
【自我检测】
1.关于电子伏,下列说法正确的是()
A.电子伏是能量的单位B.电子伏是电势差的单位
C.1eV=1.60×1019JD.1eV=1.60×10-19J
2.把电荷从电场中的A点移到B点,电场力做功为零,则下列说法中正确的是()
A.A、B两点的场强一定为零B.A、B两点的场强一定相等
C.A、B两点间的电势差一定为零D.A、B一定在同一电场线上
3.A、B在两个等量异种点电荷连线的中垂线上,且到连线上中点O的距离相等,如下图所示,则()
A.同一电荷在A,B两点的电势能相等
B.把正电荷从A点沿直线移动到B点,电荷的电势能先增大后减少
C.把正电荷从A点沿直线移动到B点,电荷的电势能先减少后增大
D.A、B连线上的任意两点的电势差为零
【提示:
中垂线为等势线。
自己想想为什么?
】
4.下列关于电势高低的判断,哪些是正确的( )
A.正电荷从A移到B时,其电势能增加,A点电势一定较低
B.正电荷只在电场力作用下从A移到B,A点电势一定较高
C.负电荷从A移到B时,外力作正功,A点电势一定较高
D.负电荷从A移到B时,电势能增加,A点电势一定较低
5.如下图所示,电子在一条电场线上从A到B,电势能增加,试判定A、B两点电势的高低。
6.将一个电量为-2×10-9C的点电荷从电场中的A点移到B点,需克服电场力做功14×10-9J,A、B两点间的电势差UAB为多少?
若将该电荷从B移到A,电场力做什么功?
UBA为多少?
7.在电场线上有A、B、C三点,设C点接地,将1C的正电荷由A移到C点,电场力做功为5J;再将该电荷由B移到C点,电场力做功为-5J,求A、B两点的电势φA、φB分别是多大?
(提示:
C点接地,C点电势为零。
)
8.一个带正电的质点,电量q=2.0×10-9库,在静电场中由a点移到b点,在这过程中,除电场力外,其他力作的功为6.0×10-5焦,质点的动能增加了8.0×10-5焦,则a、b两点间的电势差为多大?
【课后反思】
第六节电势差与电场强度的关系
【知识梳理】
1.匀强电场中两点间的电势差等于与这两点的乘积。
2.
(d为沿电场方向两点间的距离。
)
3.
(公式中的各量均为正值。
)
【自我检测】
1.关于匀强电场中场强和电势差的关系,正确的是()
A.电场强度越大,则任意两点间的电势差也越大
B.任意两点间的电势差等于场强和这两点间距离的乘积
C.沿着电场线方向,任何相同距离上的电势降低必定相等
D.电势降低的方向必定是电场强度的方向
2.如图1-40所示,两带电小球,电量分别为+q和-q,固定在一长为L的绝缘细杆的两端,置于电场强度为E的电场中,杆与场强方向平行,其位置如图所示。
若此杆绕O点垂直于杆的轴转1800角,则过程中电场力做功为()
A.0B.qELC.2qELD.4qEL
3.如图所示为匀强电场中的一组等势面,若A、B、C、D、相邻两点间的距离都是2㎝,则该电场的场强为;到A点距离为1.5㎝的P点的电势为。
4.如图所示,电荷量为-5×10-3C的点电荷在匀强电场中沿半径为10㎝的半圆弧由A点运动到B点,已知电场强度E=1.0×103V/m,则此过程中电荷的电势能将如何变化?
变化多大?
5.如图所示为一组未知方向的匀强电场的电场线,将1×10-6C的负电荷由A点沿水平线移至B点,电场力做了2×10-6J的功,A、B间的距离为2cm。
问
(1)匀强电场场强多大?
(2)A、B两点间的电势差多大?
若B点电势为1V,A点电势为多少?
6.如图所示,平行直线表示电场线,但未标方向,带电量为+10-2C的微粒在电场中只受电场力作用,由A点移到B点,动能损失0.1J,若A点电势为-10V,则 ( )
A.B点的电势为0V
B.电场线方向从右向左
C.微粒的运动轨迹可能是轨迹1
D.微粒的运动轨迹可能是轨迹2
7.如图所示,A、B、C、D是匀强电场中一正方形的四个顶点,已知A、B、C三点的电势分别为φA=15V,φB=3V,φC=-3V,由此可得D点电势φD是多大?
【课后反思】
第八节电容器的电容
【知识梳理】
1.电容器
(1)电容器是什么东西:
在两个相距很近的平行金属板中间加上一层绝缘物质—电介质,就组成一个最简单的电容器,叫做。
任何两个彼此绝缘又的导体,都可以看成一个电容器。
(2)电容器有容纳电荷的本领。
可以对电容器进行充电和放电。
2.电容
(1)物理意义:
电容是表示电容器的物理量。
(2)定义:
电容器所带的电荷量与电容器两极间的电势差的,叫做电容器的电容。
(3)定义公式:
(4)电容器带的电量是指一个极板所带的电荷量的。
(5)单位:
在国际单位制中,电容的单位是,符号是。
(6)注意:
C=Q/U是电容的定义式,电容C等于Q与U的比值。
不能理解为电容C与Q成正比,与U成反比。
一个电容器电容的大小是由电容器本身的因素决定的,与电容器是否带电及带电多少无关。
3.平行板电容器的电容
(1)决定公式:
(2)平行板电容器的电容与那些因素有关?
。
4.两类典型问题的讨论
(1)平行板电容器充电后,继续保持电容器两极板与电池两极相连接,电容器的d、S、ε变化,将引起电容器的C、Q、U、E怎样变化?
这类问题由于电容器始终连接在电池上,因此两板间的电压保持不变,可根据下列几式讨论C、Q、E的变化情况。
,
(2)平行板电容器充电后,切断与电池的连接,电容器的d、S、ε变化,将引起电容器的C、Q、U、E怎样变化?
这类问题由于电容器充电后,切断与电池的连接,使电容器的带电量保持不变,可根据下列几式讨论C、U、E的变化情况。
,
【自我检测】
1.根据电容器的电容的定义式C=Q/U,可知()
A.电容器带电的电量Q越多,它的电容C就越大,C与Q成正比
B.电容器不带电时,其电容为零
C.电容器两极之间的电压U越高,它的电容C就越小,C与U成反比
D.电容器的电容大小与电容器的带电情况无关
2.下列关于平行板电容器的电容,说法正确的是()
A.跟两极板的正对面积S有关,S越大,C越大
B.跟两极板的间距d有关,d越大,C越大
C.跟两极板上所加电压U有关,U越大,C越大
D.跟两极板上所带电量Q有关,Q越大,C越大
3.如图所示,描述对给定的电容器充电时电量Q、电压U、电容C之间相互关系的图像,其中正确的有()
4.平行板电容器保持与直流电源两极连接,充电结束后,电容器的电压为U,电量为Q,电容为C,极板间的场强为E.现将两极板间距离减小,则引起的变化是()
A.Q变大B.C变大C.E变小D.U变小
5.平行板电容器充电后断开电源,然后将两极板间的距离逐渐增大,则在此过程中()
A.电容逐渐增大
B.极板间场强逐渐增大
C.极板间电压保持不变
D.极板上电量保持不变
6.一个平行板电容器,电容200pF,充电后两极板间的电压为100V,电容器的带电量是多少?
断开电源后,将两板距离减半,两极板间电压为多少?
【注意单位换算:
1pF=10-12F】
【课后反思】
第九节带电粒子在电场中的运动
【知识梳理】
1.带电粒子的加速
(1)运动状态分析:
带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场,受到的电场力与运动方向在同一直线上,做匀加(减)速直线运动。
(2)用功能观点分析:
粒子动能的变化量等于电场力做的功(电场也可以是匀强或非匀强电场)。
若粒子的初速度为零,则
,
若粒子的初速度不为零,则:
,
2.带电粒子的偏转(限于匀强电场)
(1)运动状态分析:
带电粒子以速度V0垂直于电场线方向飞入匀强电场时,受到恒定的与初速度方向成90°角的电场力作用而做匀变速曲线运动—类平抛运动。
(2)偏转问题的分析处理方法,类似于平抛运动的分析处理:
沿初速度方向为匀速直线运动,运动时间:
t=L/V0
沿电场力方向为初速为零的匀加速直线运动:
a=F/m=qE/m=qU/md
离开电场时的偏移量:
离开电场时的偏转角:
【自我检测】
1.下列粒子从静止状态经过电压为U的电场加速后,速度最大的是()
A.质子(
H
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- 物理 31 静电场
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