第八章 第1课时 静电场及其应用-【直击双1流】2024高考物理一轮复习讲义

第八章 静 电 场 第 1 课时 静电场及其应用 一、电荷及其守恒定律 (1) 两种电荷: 自然界中只存在两种电 荷 ——— 正电荷和负电荷。 同种电荷相互排斥, 异种电荷相互吸引。 (2) 元电荷、 比荷、 试探电荷和点电荷的 区别: 元电荷是最小的电荷量,其值为 e = 1. 6 × 10 -19 C。 其他带电体如质子、试探电荷、点电荷、 带电油滴等的电荷量皆为元电荷的整数倍。 比荷是指带电粒子的电荷量和质量的 比值。 试探电荷是带电荷量足够小的点电荷,也称 为检验电荷。 点电荷是一种理想化的物理模型,当带电体 本身的形状和大小对研究的问题影响很小时,可 以将带电体视为点电荷。 (3) 使物体带电的三种方法及实质。 摩擦起电、感应起电和接触带电是使物体带 电的三种方法,实质都是电荷的转移。 实现电荷 转移的动力是同种电荷相互排斥、异种电荷相互 吸引。 使物体带电的三种方法的比较如表所示。 方法 摩擦起电 感应起电 接触起电 产生 条件 两 种 不 同 绝 缘 体 摩擦 导体靠近带电体 导 体 与 带 电 体 接触 续表 方法 摩擦起电 感应起电 接触起电 现象 两物体带上等量异 种电荷 导体两端出现等量异 种电荷,且电性与原 带电体“近异远同” 导 体 带 上 与 带 电 体 相 同 电 性 的电荷 原因 不同物质的原子核 对核外电子的束缚 能力不同,因摩擦而 发生电子得失 导体中的自由电子 受带正(负) 电物体 吸引(排斥) 而靠近 (远离) 电 荷 之 间 的 相 互排斥 实质 电荷在物体之间或物体内部的转移 　 　 其中,感应起电的步骤如表所示。 步骤 图示 ① 使带电体 C(如带 正电) 靠近接触的两 导体 A、B ② 保持 C 不动,用绝 缘工具分开 A、B ③ 移走 C,则 A 带负 电,B 带正电 　 　 导体接触带电体时电荷量的分配与导体的 形状、大小有关。 完全相同的金属球接触时,电 荷量平均分配;形状、大小不同的导体接触时电 荷量不能平均分配。 但无论哪种情况,接触前后 电荷总量不变。 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 (4) 电荷守恒定律。 电荷既不会创生,也不 会消灭,它只能从一个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;在转移过 程中,电荷的总量保持不变。 电荷守恒定律同能量守恒定律一样,是自然 界中最基本的规律,任何电现象都不能违背电荷 守恒定律。 (5)“中性”“中和” 的本质。 电中性的物体 是有电荷存在的,只是代数和为 0,对外不显电 性;电荷的中和是指电荷的种类、数量达到异号、 等量时,正、负电荷代数和减小为 0 的现象。 二、库仑定律 (1) 内容:真空中两个静止点电荷之间的相 互作用力,与它们的电荷量的乘积成正比,与它 们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们 的连线上。 (2) 表达式:F = k q1q2 r2 ,式中比例系数 k叫作 静电力常量,k = 9. 0 × 109 N·m2 / C2。 (3) 适用条件:① 真空;② 静止的点电荷。 (4) 方向:同种电荷相互排斥,异种电荷相 互吸引。 (5) 对于两个均匀带电绝缘球体,可将其视 为电荷集中在球心的点电荷,r 为球心间的 距离。 (6) 对于两个带电金属球,要考虑表面电荷 的重新分布,如图所示。 ① 同种电荷:F < k q1q2 r2 。 ② 异种电荷:F > k q1q2 r2 。 (7) 不能根据公式错误地认为 r→0时,库仑 力 F → ∞ ,因为当 r → 0 时,两个带电体已不能再 看成点电荷了。 例 1 (2023·河南省项城市月考) 如图所 示,真空中放在绝缘支架上的两个完全相同的带 电金属小球 A、B(均可看作点电荷), 分别带有 - 1 2 Q 和 + Q 的电荷量,两球间静电力为 F。 现 用一个不带电的与 A、B相同的金属小球C先与 A 接触,再与 B 接触,然后移开 C,接着再使 A、B 间 距离增大为原来的 2 倍,则它们间的静电力大 小为 (　 　 ) A. 3 128 F B. 5 128 F C. 3 64 F D. 5 64 F 根据库仑定律知,原先 A、B 间的静电 力 F = k Q· 1 2 Q r2 = 1 2 kQ2 r2 ,用不带电的小球 C 与 A 接触,则 A、C的电荷量为 QA = QC =- 1