专题01 静电场（考点串讲）-2024-2025学年高二物理上学期期中考点大串讲（沪科版2020）

期中复习·考点清单 沪科版•必修三（高二上期中） 第九章——静电场 01 02 03 实验突破 巩固提升 知识清单 目 录 04 课堂小结 知识清单 01 （必修三）第九章 静电场 一、电荷守恒定律 电荷守恒定律：（1）起电方式：摩擦起电、接触起电、感应起电． （2）带电实质：物体带电的实质是得失电子． （3）内容：电荷既不能创生，也不能消灭，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，在转移的过程中，电荷的总量保持不变．这个结论叫做电荷守恒定律． 当完全相同的带电金属球相接触时，同种电荷电量平均分配，异种电荷先中和后平分． 知识清单 01 二、电荷量与元电荷 （1）元电荷是最小的电荷量，而不是实物粒子，元电荷无正、负之分。 （2）虽然质子、电子的电荷量等于元电荷，但不能说质子、电子是元电荷。 （3）元电荷e的数值最早是由美国物理学家密立根测得的，e＝1.6×10﹣19C． （4）电子的比荷：电子的电荷量e与电子的质量me之比，叫作电子的比荷。它也是一个重要的物理量．电子的质量me＝9.1×10﹣31kg，所以电子的比荷为1.76×1011C/kg． 知识清单 01 三、点电荷及其条件 1.定义：当带电体之间的距离比他们自身的大小大得多，以致带电体的大小及形状对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体可以看作带电的点，叫作点电荷。 2.点电荷是理想化模型：只有电荷量，没有大小、形状的理想化模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在。 3.将带电体看成点电荷的条件 4.注意区分点电荷与元电荷 知识清单 01 四、库仑扭秤实验和静电力常量 1.库仑的实验内容：库仑做实验用的装置叫作库仑扭秤。细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个小球A，另一端通过物体B使绝缘棒平衡，悬丝处于自然状态。把另一个带电的金属小球C插入容器并使它接触A，从而使A与C带同种电荷。将C和A分开，再使C靠近A，A和C之间的作用力使A远离。扭转悬丝，使A回到初始位置并静止，通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小。改变A和C之间的距离r，记录每次悬丝扭转的角度，就可以找到力F与距离r的关系，结果是力F与距离r的二次方成反比，即F∝r-2。 2.扭秤实验体现的物理学方法：微小量放大法。 知识清单 01 五、电场及其性质 1、定义：存在于电荷周围，能传递电荷间相互作用的一种特殊物质． 2、基本性质：对放入其中的电荷有电场力的作用． 3、作用：电荷间的作用不是直接发生的，需要通过电场这种物质的传递。 4.物质特性：不是由分子、原子等实物粒子组成的物质，但是具有物质的基本特性：有质量、能量、动量。 5.场源：存在于带电体周围，即只要物体带电，其周围就有电场。 由静止电荷产生的电场称为静电场。 知识清单 01 六、电场线的定义及基本特征 1．定义：为了形象描述电场中各点电场强度的强弱及方向，在电场中画出一些曲线，曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致，曲线的疏密程度表示电场的强弱． 2．特点：（1）电场线始于正电荷（或无穷远），终于负电荷（或无穷远）； （2）电场线互不相交； （3）电场线和等势面在相交处互相垂直； （4）沿着电场线的方向电势降低； （5）电场线密的地方等差等势面密；等差等势面密的地方电场线也密． 知识清单 01 六、电场线的定义及基本特征 3．几种典型的电场线． 4．等量同种电荷和等量异种电荷的电场 知识清单 01 七、电势能的概念和计算 1.定义：电荷在电场中具有的势能，用Ep表示。 2.静电力做功与电势能变化的关系：静电力做的功只能决定电势能的变化量，WAB＝EPA﹣EPB。静电力做多少正功，电势能减小多少；静电力做多少负功，电势能增加多少。 3.大小：电荷在某点的电势能，等于把它从这点移动到零势能点时静电力所做的功。 4.零势能位置：电场中规定的电势能为0的位置，通常把电荷离场源电荷无穷远处或大地表面的电势能规定为0。 5.系统性：电势能是相互作用的电荷所共有的，或者说是电荷及对它作用的电场所共有的。 知识清单 01 八、电容定义式的简单应用 1.电容的定义式为：C＝Q/U。 2.电容定义式的应用有：①知道电容器的电荷量和电压， 可以计算出电容的大小。 ②知道电容器的电容和电压，可以计算出电容器的电荷量。 ③知道电容器的电容和电荷量，可以计算两极板间的电压。 3.如果做出电容器电荷量随电电压变化的图像，应该是一条过原点的直线。其斜率即为电容器的电容。 C＝Q/U＝ΔQ/ΔU 知识清单 01 九、带电粒子在恒定的电场中做加速（或减速）运动 1.运动状态：利用电场使带电粒子加速时，带电粒子的速度方向与电场强度的方向相同或相反。 2.带电粒子的分类及受力特点 （1）电子、质子、α粒子、离子等基本粒子，一般都不考虑重力。 （2）质量较大的微粒：带电小球，带电油滴、带电颗粒等，除有说明或有明确的暗示外，处理问题时一般都不能忽略重力。 3.分析带电粒子在静电力作用下加速运动的两种方法 （1）利用牛顿第二定律F＝ma和运动学公式，只能分析带电粒子的匀变速运动。 （2）利用动能定理，对于匀变速运动和非匀变速运动都适用。 知识清单 01 十、带电粒子在匀强电场中做类平抛运动 1.带电粒子垂直射入匀强电场的运动类似于物体的平抛运动，可以利用运动的合成与分解知识分析。 初速度方向：vx＝v0，x＝v0t，静电力方向：vy＝at，y＝a 2.分析带电粒子在匀强电场中的偏转问题也可以利用动能定理， 即qEΔy＝ΔEk。 3.两个特殊推论：（1）粒子从偏转电场中射出时，其速度方向的反向延长线与初速度方向的延长线交于一点，此点为初速度方向位移的中点，如图所示。 （2）位移方向与初速度方向间夹角α（图中未画出）的正切为速度偏转角θ正切的一半，即tanα＝tanθ。 知识清单 01 十一、静电的利用与防范 1.静电的利用与防止一直以来都与生活息息相关，除了尖端放电核静电屏蔽之外，静电还有其他的作用，如静电吸附等。另外就是再不需要静电的场合，要采取合理的方式防止静电带来的危害。 2.静电吸附的应用： ①静电除尘：设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来。 ②静电喷漆：接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力作用下，这些微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。 ③静电复印：复印机的核心部件是有机光导体鼓，在没有光照时它是绝缘体，受到光照时变成导体。复印机复印的工作过程：充电、曝光、显影、转印、放电。 实验突破 02 观察电容器的充电与放电现象 实验原理与方案： 如图所示，当单刀双掷开关S连接至接线 柱1时，形成电容器的充电电路。 一旦电容器充电完毕，将开关S切换至 接线柱2，便构成了电容器的放电电路。 实验突破 02 实验观察到的现象： 当开关 S 连接至接线柱 1 时，开始给电容器充电，此时电路中有电流通过灯泡，随着电容器两端电压逐渐升高，与电源电压差值减小，充电电流逐渐减小，灯泡亮度逐渐变暗，直至电容器充电完毕，充电电流为零，灯泡熄灭。当将开关 S 切换至接线柱 2 时，电容器开始放电，此时电容器储存的电场能转化为电路中的电能，形成放电电流通过灯泡。随着放电过程的进行，电容器所储存的电量逐渐减少，放电电流也逐渐减小，灯泡逐渐变暗，直至电容器放电完毕，放电电流为零，灯泡熄灭。这一过程说明电容器在放电过程中电流逐渐减小直至为零。 实验突破 02 实验结论：电容器在充电过程中，电量逐渐增加，两端电压逐渐升高，电流逐渐减小；在放电过程中，电量逐渐减少，两端电压逐渐降低，电流也逐渐减小直至为零。 交流与讨论： ①电容器在充电过程中获得的能量源自何处？ 电容器在充电过程中获得的能量来自电源。电源通过做功将电能转化为电容器储存的电场能。具体来说，电源的电动势驱使电荷在电路中移动，使电容器的两个极板分别积累正负电荷，从而建立电场，储存能量。 实验突破 02 ②在电容器的充放电过程中，电源提供的电能最终去向何方？ （假设电源内阻为零） 在充电过程中，电源提供的电能转化为电容器的电场能储存起来。在放电过程中，电容器储存的电场能通过电路转化为其他形式的能量，如在灯泡发光的实验中转化为灯泡的光能和热能等。如果电路中没有其他耗能元件，理论上电容器放电时电场能又全部转化回电能在电路中流动，但由于实际电路中不可避免地存在一定的电阻等耗能元件，所以电能最终会以热能等形式耗散掉。 巩固提升 03 1.（2024春•黄浦区校级期末）如图所示，在竖直放置的光滑半圆弧形绝缘细管的圆心处放一点电荷，将质量为m、带电荷量为q的小球从圆弧管水平直径的端点A由静止释放，当小球沿细管下滑到最低点时，对细管上壁的压力恰好为mg，则两带电体所带电性_______（填“相同”、“相反”或“相同相反均可”，圆心处的电荷在圆弧管内最低点产生的电场的场强大小为_______。（重力加速度为g 相反 巩固提升 03 2.（2024春•黄浦区校级期末）如图所示，灯丝发热后发出的电子经加速电场后，进入偏转电场，若加速电压为U1，偏转电压为U2，要使电子在电场中偏转量y变为原来的2倍，可选用的方法有（ ）（设电子不落到极板上） A．只使U1变为原来的 B．只使U2变为原来的 C．只使偏转电极的长度变为原来的倍 D．只使偏转电极间的距离变为原来的2倍 AC 巩固提升 03 3.（徐汇区期末）A、B两金属板平行放置，在t=0时将电子从A板附近由静止释放，则在A、B两板间加上下列哪个电压时，有可能使电子到不了B板 ( ) A. B. C. D. B 课堂小结 基本概念和基本规律 元电荷：最小的电荷量，用符号 e 表示。通常 e 取 1.6×10−19 C。 库仑定律：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力的大小跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们之间的距离的二次方成反比；作用力的方向沿两点电荷的连线，F = k （k 为静电力常量，k = 9×109 N·m2/C2）。 电场强度：放入电场中任意点的电荷所受的电场力 F 跟其电荷量 q 之比，用符号 E 表示，E = 。 04 课堂小结 基本概念和基本规律 电势能：在电场中的电荷受电场力作用而具有的能做功的能量，用符号 Ep 表示。 电势：电场中某一点电荷的电势能 Ep 跟它所带的电荷量 q 的比，用符号 φ 表示，φ = 。 电势差：电场中两点间电势之差，也叫电压，UAB = φA − φB。 电容：电容器所带的电荷量 Q 与电容器两极板间的电势差 U 之比，用符号 C 表示，C = Q/U。 04 课堂小结 基本方法 通过研究带电体之间相互作用所建立的点电荷模型，认识模型建构的思想方法。 通过科学家建立库仑定律的过程，认识库仑扭秤实验巧妙解决电荷量和微小库仑力的测量问题，感受类比、微小力放大、守恒和对称等思想方法。 通过电场强度、电势、电容等物理量的概念和定义，认识比值定义法。 04 课堂小结 04 $$