第9章 静电场及其应用（知识清单）-【百汇大课堂·高中学习测试卷】2024-2025学年高中物理必修第三册（人教版2019）

第九章 静电场及其应用 1.电荷 一、电荷 1.两种电荷 (1)电荷的分类:自然界只存在两种电荷,正电荷和负电荷。→由美国的 富兰克林命名 (2)电荷的性质:同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引,且带电体有吸弓 轻小物体的性质 2.摩擦起电 当两种物质组成的物体相互摩擦时,一些受束缚较弱的电子会转移 到另一物体上,原来电中性的物体由于得到电子而带负电,失去电子的物 体带正电。→电荷转移 3.电荷量 (1)定义:电荷的多少叫作电荷量,用Q或。表示 (2)单位:在国际单位制中,电荷量的单位是库仑,简称库,符号是C (3)标矢性:电荷量是标量。正电荷的电荷量为正值,记作十Q,负电荷的 电荷量为负值,记作一Q。 4.自由电子 金属中离原子核较远的外层电子能脱离原子核束缚而在金属中自由 运动,这种电子叫作自由电子。 二、静电感应 1.静电感应 绝缘体不发生静电成立 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异种电荷,远 离带电体的一端带同种电荷,这种现象叫作静电感应 2.感应起电 电荷重新分布 __ 利用静电感应使金属导体带电的过程, 近异远 若先移走C.再分开A。 同、等 B.则A、B都不带电 ::分 量异种 第一步:带电体C 第二步:用绝缘工 第三步:移走C. 具分开A、B 靠近导体A、B A、B带等量异 种电荷 摩擦起电、感应起电和接触起电,均符合 1 三、电荷守恒定律 表述一: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。 表述二,一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和保持不变。 四、元电荷 1.元电荷:最小的电荷量叫作元电荷,用e表示,e=1.60x10-1”C。e的数 值最早是由美国物理学家密立根通过油滴实验精准测得的。 2.电荷量的不连续性:所有带电体的电荷量都是e的整数倍,即电荷量不能 连续变化。 3.比荷:带电粒子的电荷量和质量之比叫作比荷。电子的比荷为=1.76 {m。 x10llC/kg。 2.库仑定律 一、点电荷 当带电体之间的距离比它们自身的大小大得多,以致带电体的形 状、大小及电荷分布情况对它们之间的作用力的影响可以忽略时,这样 的带电体可看成带电的点,叫作点电荷。 二、库仑定律 称为库仑力或静电力 1 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。 _ 形式类似万有引力定律 2.表达式 静电力常量,三 >点电荷的电荷量 9.0x10N.m2/C2 静电力 →两点电荷间的距离 3.适用条件 (1)库仑定律适用于真空中静止点电荷之间的相互作用,在干燥空气中也 近似适用。 (2)相距一定距离的两个均匀带电绝缘球体(可视为点电荷)之间,或者一 个均匀带电球体与球外一个点电荷之间的相互作用,也可用库仑定律公 式来计算,式中的,是两个带电球体球心间或球体球心与点电荷间的 距离。 【易错警示】 对于两个带电金属球,在距离较小时,等效电荷的中心与球心 不重合,,为等效电荷中心间的距离,而非球心间的距离,如图甲、乙所示。 异种电荷,F 2 甲 乙 4.静电力的计算 满足牛顿第三定律 1 (1)利用库仑定律计算两个点电荷之间的静电力的大小,静电力的方向在 两点电荷的连线上,同种电荷相斥,异种电荷相吸。 (2)两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力,等于各点电荷单独 对这个点电荷的作用力的矢量和。即静电力的合成遵循平行四边形 定则。 EF 【导师点睛】 (1)两个点电荷之间的作用力不会因第三个点电荷的存在而 改变。 (2)任何一个带电体都可以看成是由许多点电荷组成的。所以,如果知道带 电体上的电荷分布,根据库仑定律和平行四边形定则就可以求出带电体间 的静电力的大小和方向。 3.电场 电场强度 一、电场→静止的电荷产生静电场 产生 电荷周围存在的一种特殊物质 性质 对放入其中的电荷有力的作用 电荷间通过电场产生静电力→又称电场力 产生 电荷A的电场 施力 力的 电荷A 电荷B 分析 施力 电荷B的电场 产生 二、电场强度 1.试探电荷和场源电荷 (1)试探电荷:用来研究电场各点性质的点电荷。 (2)场源电荷:激发电场的带电体所带的电荷,也称为源电荷。→不一定 是点电荷 2.电场强度 (1)定义:放入电场中某点的试探电荷受到的静电力跟它的电荷量之比 叫作该点的电场强度。→简称场强 (2)定义式 →试探电荷受到的静电力 E-F-适用于一切电场 →试探电荷的电荷量 (③)单位,N/C。 (4)方向;电场中某点的电场强度的方向,与正电荷在该点所受的静电力 的方向相同,与负电荷在该点所受静电力的方向相反。 -EE 场源电荷 试探电荷 场源电荷 试探电荷 (5)物理意义:电场强度反映电场本身的力的性质,其大小由产生电场的 场源电荷和位置决定,与试探电荷无关。 三、点电荷的电场 电场强度的叠加 1.点电荷的电场 (1)场强公式 →场源电荷的电荷量 →电场中某点到场源电荷的距离 (2)适用条件:真空中的静止点电荷。 (3)方向:如果场源电荷Q是正电荷,某点处电场强度E的方向由Q指向 该点,即背离Q(如图甲);如果场源电荷Q是负电荷,某点处电场强度E 的方向由该点指向Q(如图乙). 甲 乙 与场源电荷相距,的球面上各点的电场强度 2.电场强度的叠加 (1)叠加原理:如果场源电荷是多个点电荷,则电场中某点的电场强度等 于各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。 (2)合成法则:同一直线上的场强的叠加,可简化为求代数和;不在同一直 线上的两个或多个场强的叠加,用平行四边形定则求合场强。 _E 。_ 四、电场线 匀强电场 1.电场线 电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线,曲线上每点的切线方 向表示该点的电场强度方向 2.电场线的特点 (1)不闭合:电场线从正电荷或无限远出发,终止于无限远或负电荷 (2)不相交:同一电场的电场线在电场中不相交。→因为任意一点的场强 不可能有两个方向 (3)同一电场中,电场线密的地方场强强,电场线疏的地方场强弱。 一→ 据电场线疏密判断场强大小 (4)电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向。 (5)不是电场中实际存在的线,是一种理想化模型。 3.匀强电场 (1)定义;如果电场中各点的电场强度的大小相等、方向相同,这个电场就 叫作匀强电场。 (2)电场线:匀强电场的电场线是疏密均匀的平行直线。 4.静电的防止与利用 一、静电平衡 1.静电感应现象 把不带电的金属导体放入电场中,导体内部的自由电子定向移动,而 使导体两端出现等量异号电荷的现象。 2.静电平衡状态 达到静电平衡的条件 _ 导体内(包括表面)的自由电子不再发生定向移动,我们就认为导体 达到了静电平衡状态。 3.静电平衡状态下导体的特点 合场强 1 处于静电平衡状态的导体,内部的场强处处为零,此时,外电场和感 应电荷在导体内部产生的电场的场强大小相等,方向相反。 二、尖端放电 1.空气的电离;在一定条件下,导体尖端周围的强电场足以使空气中残留的 带电粒子发生剧烈运动,并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电 荷分离。这种现象叫作空气的电离。→空气导电,成为导体 2.尖端放电:空气被电离后,那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒 子,由于被吸引而奔向尖端,与尖端上的电荷中和,这相当于导体从尖端 失去电荷,这种现象叫作尖端放电。→越尖锐越易放电 3.尖端放电的应用与防止 (1)应用:在高大建筑物顶端安装避雷针。 (2)防止:高压设备中导体的表面尽量做的光滑,避免尖端放电。 三、静电屏蔽 1.现象:导体壳(或金属网罩)内达到静电平衡后,内部不受外部电场的影 响,导体壳的这种作用叫作静电屏藏 2.原理:静电屏蔽实质是利用了静电感应现象,使金属壳内的感应电荷的电 场和外加电场的场强矢量和为零。 电荷只分布在外表面,内表面无电荷 3.应用;电子仪器外面都有金属壳,通信电缆外面包有一层金属网,高压线 路的检修人员要穿屏蔽服,野外高压线上方还有两条导线与大地相连等 都是利用静电屏蔽消除外电场的影响。 四、静电吸附 1.原理:在电场中,带电粒子受到静电力的作用,向着电极运动,最后会被吸 附在电极上。 2.应用:静电除尘、静电喷漆、静电复印等。 第十章 静电场中的能量 1.电势能和电势 一、静电力做功的特点 1.静电力做功的特点:静电力对某电荷所做的功,只与该电荷的电荷量及电 荷的起始、终止位置有关,与电荷经过的路径无关 -1 类似重力做功 2.在匀强电场中,静电力做的功W一qEd,其中d为沿电场线方向的位移。 二、电势能 1.概念:电荷在电场中具有的势能为电势能,用E,表示。 类似重力做功与重力势能的变化 1 2.电势能与静电力做功的关系:静电力做的功等于电势能的减少量。 静电 力做正功,电势能减少;静电力做负功,电势能增加。如果电荷由A运动 到B,静电力做功为W,E。、E。分别表示电荷在A点、B点的电势 能,则 ,适用于一切静电场 电势能的 减少量 初位置的电势能 →末位置的电势能 9