第九章 静电场及其应用知识梳理-【上好课】高二物理同步精品课堂（人教版2019必修第三册）

第九章 静电场及其应用知识梳理 内容预览 三种起电方式 知识点一 摩擦起电 接触起电 感应起电 产生 条件 两种不同物质构成的绝缘体摩擦 导体与带电体接触 带电体靠近导体 实验 毛皮摩擦橡胶棒 带电体接触验电器 带电体靠近验电器 现象 两物体带上等量异种电荷 验电器带上与带电体相同电性的电荷 验电器两端出现等量异种电荷,且电性与原带电体“近异远同” 起电 原因 不同物质的原子核对核外电子的束缚能力不同而发生电子的得失 电荷之间的相互作用 导体中的自由电子受带正(负)电物体吸引(排斥)而靠近(远离)带电体 起电 实质 均为电荷在物体之间或物体内部的转移 电荷守恒定律 元电荷 知识点二 一、电荷守恒定律 1.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。 2.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。 3.两金属导体接触后电荷量的分配规律: (1)当两个带同种电荷导体,材料、形状不同时,接触后再分开,只能使两者均带电,但无法确定电荷量的多少。 (2)若使两个完全相同的金属球带电荷量大小分别为q1、q2,则有 二、元电荷 1.元电荷：电荷量是不能连续变化的物理量，最小电荷量就是电子所带的电荷量。质子、正电子所带的电荷量与它相同，电性相反。人们把这个最小的电荷量叫作元电荷，用e表示，e＝1.60×10－19__C，最早是由美国物理学家密立根测得的。所有带电体的电荷量都是e的整数倍。 2.比荷：带电体的电荷量与质量之比。 库仑定律及其应用 知识点三 1.点电荷： （1）理想化模型：点电荷是只有电荷量，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。 （2）点电荷的条件：带电体能否看成点电荷视具体问题而定，不能单凭它的大小和形状下结论。如果带电体的大小比带电体间的距离小得多，则带电体的大小及形状就可以忽略，此时带电体就可以看成点电荷。 2.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，式中k＝9．0×109 N·m2/C2，叫作静电力常量。 （3）适用条件：(1)真空中；(2)点电荷。 （4）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。 （5）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；②异种电荷：F＞k。 （6）不能根据公式错误地认为r→0时，库仑力F→∞，因为当r→0时，两个带电体已不能看作点电荷了。 3.库仑力作用下的平衡问题 (1)四步解决库仑力作用下的平衡问题： (2)三个自由点电荷的平衡问题： ①平衡条件：每个点电荷受另外两个点电荷的合力为零或每个点电荷平衡的位置是另外两个点电荷的合场强为零的位置。 ②平衡规律： (3)利用三角形相似法处理带电小球的平衡问题： 常见模型 几何三角形和力的矢量三角形 比例关系 电场强度 知识点四 一、电场强度 1.定义：在电场的不同位置，试探电荷所受的静电力与它的电荷量之比一般来说是不一样的。它反映了电场在各点的性质，叫作电场强度。 2.定义式：E＝，E与静电力F和试探电荷的电荷量q无关，与电场本身有关。 3.单位：牛每库，符号为N/C。 4.电场强度是矢量。物理学中规定，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。 5.物理意义：反映电场本身的力的性质的物理量，其大小表示电场的强弱。 二、真空中点电荷的电场 1.电场强度：E＝k，其中k是静电力常量，Q是场源电荷的电荷量，r是点电荷到电场中该点的距离。 2.方向：如果以Q为中心作一个球面，当Q为正电荷时，E的方向沿半径向外；当Q为负电荷时，E的方向沿半径向内。 3.E＝与E＝k的比较 公式 比较内容　　 E＝ E＝k 本质区别 定义式 决定式 适用范围 一切电场 真空中点电荷的电场 Q与q的意义 q表示试探电荷的电荷量 Q表示场源电荷的电荷量 关系理解 E的大小与F、q的大小无关 E的大小与Q成正比 4.电场强度的叠加:电场强度是矢量,合成时遵循矢量运算法则(平行四边形定则或三角形定则),常用的方法有图解法、解析法、正交分解法等;对于同一直线上电场强度的合成,可先规定正方向,进而把矢量运算转化成代数运算。 电场线的性质 知识点五 1.点电荷的电场线 (1)点电荷的电场线呈辐射状，正电荷的电场线向外至无限远，负电荷则相反。 (2)以点电荷为球心的球面上，电场线疏密相同，但方向不同，说明电场强度大小相等，但方向不同。 (3)同一条电场线上，电场强度方向相同，但大小不等。实际上，点电荷形成的电场中，任意两点的电场强度都不同。 2.两个等量点电荷的电场特征 比较项目 等量异种点电荷 等量同种点电荷 电场线分布图 连线上中点O处的电场强度 最小但不为零，指向负电荷一侧 为零 连线上的电场强度大小(从左到右) 先变小，再变大 先变小，再变大 沿中垂线由O点向外的电场强度大小 O点最大，向外逐渐减小 O点最小，向外先变大后变小 3.“电场线+运动轨迹”组合模型 模型特点:当带电粒子在电场中的运动轨迹是一条与电场线不重合的曲线时,这种现象简称为“拐弯现象”,其实质为“运动与力”的关系。运用牛顿运动定律的知识分析: (1)“运动与力两线法”——画出“速度线”(运动轨迹在某一位置的切线)与“力线”(在同一位置电场线的切线方向且指向轨迹的凹侧),从二者的夹角情况来分析带电粒子做曲线运动的情况。 (2)“三不知时要假设”——电荷的正负、电场的方向、电荷运动的方向,是题目中相互制约的三个方面。若已知其中一个,可分析判定各待求量;若三个都不知(三不知),则要用“假设法”进行分析。 4.电场线的应用(涉及电势部分将在下一节进一步研究) 静电平衡的特点和应用 知识点六 一、静电平衡的特点和应用 1.静电感应现象：把导体放入电场中，导体内部的自由电荷在静电力作用下定向移动，而使导体两端出现等量异种电荷的现象。 2.静电平衡的实质: (1)在达到静电平衡的过程中,外电场引起导体内自由电荷的定向移动使导体两侧出现感应电荷,感应电荷的电场和外电场方向相反,使合场强减小,随着感应电荷的继续增加,合场强逐渐减小,直至合场强为零,自由电荷的定向移动停止。 (2)静电平衡的状态:导体内部的合场强为零,即E合=0。 3.静电平衡状态的特点: (1)处于静电平衡状态下的导体的特点。 ①导体内部某处感应电荷产生的场强E′与周围原电场场强E大小相等,方向相反,两者相互抵消,导体内部处处合场强E合为零,但导体表面的电场强度不为零。 ②电场线与导体表面垂直,如果不垂直,该点场强应有沿表面的切向分量,会使导体表面电荷发生移动,与静电平衡状态矛盾。 (2)静电平衡状态下的导体的电荷分布特点。 ①净电荷都分布在导体的外表面,导体内部没有净电荷。 ②感应电荷分布于导体两端,电性相反,电荷量相等,远同近异,如图甲所示。 ③净电荷在导体表面分布不均匀,导体表面尖锐处电荷分布密集,平滑处电荷分布稀疏,凹陷处几乎没有电荷,如图乙所示。尖端放电和静电屏蔽的应用 知识点七 一、尖端放电 1.静电平衡时导体上电荷的分布：静电平衡时，导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。并且在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，周围的电场强度越大。 2.尖端放电：在一定条件下，导体尖端周围的强电场使空气电离，产生的所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷。 3.尖端放电的应用与防止： (1)应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。 (2)防止：高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失。 二、静电屏蔽的两种情况 类别 导体外部电场不影响导体内部 接地导体内部的电场不影响导体外部 图示 实现过程 因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内的合电场强度为零，达到静电平衡状态，起到屏蔽外电场的作用 当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接地将导入大地，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用 最终结论 导体内空腔不受外界电荷影响 接地导体空腔外部不受内部电荷影响 本质 静电感应与静电平衡，所以做静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝缘体 提醒:金属材料的物体才能作静电屏蔽器,静电屏蔽的原理是静电平衡,只有金属导体才能处于静电平衡状态。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$