第九章 静电场及其应用（培优复习课件）物理人教版必修第三册

该高中物理单元复习课件系统梳理了静电场的核心知识，涵盖电荷守恒、库仑定律、电场强度、电场线及静电应用等考点，通过思维导图和考点分块构建知识网络，清晰呈现各知识点间的逻辑关联。 其亮点在于结合科学思维中的模型建构与科学推理，设计“知识点梳理-典例剖析-分层巩固”复习链，如通过感应起电实验分析电荷转移，库仑定律计算训练矢量运算能力，帮助学生深化物理观念，教师可依托此资料实现精准复习，提升学生知识应用能力。

第九章 静电场及其应用 物理必修第三册•人教版2019 牛顿曾经说 ：“我认为自己不过像在海滩上玩耍的男孩，不时地寻找比较光滑的卵石或者比较漂亮的贝壳，以此为乐。而我面前，则是一片尚待发现的真理的大海。”真理的大海中包括电现象、磁现象……其实，人类研究电现象和磁现象的历史与力学研究同样丰富多彩，但电和磁的世界比机械运动的世界更加错综复杂。从这章开始，我们将进入更有趣的电和磁的世界。。 电荷 电荷守恒定律 01 库仑定律 02 电场 电场强度 03 电场线 04 静电的防止与应用 05 第九章 静电场及其应用 本章思维导图 第九章 静电场及其应用 考点01 电荷 电荷守恒定律 第九章 静电场及其应用 知识一 电荷 起电方式 1.两种电荷：正电荷和负电荷。 2.电荷间的相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。 3.电荷量：电荷的多少，用Q 或q表示，在国际单位制中，它的单位是库仑，简称库，符号是C。正电荷的电荷量为正值，负电荷的电荷量为负值。 4.“中性”与“中和” （1）中性：物体内有电荷存在，但正、负电荷的绝对值相等，对外不显电性。 （2）中和：两个带有等量异种电荷的带电体相遇达到电中性的过程。 （3）两完全一样的金属导体接触后电荷量的分配满足先中和再均分的规律。 知识一 电荷 起电方式   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 导体带上与带电体同种的电荷 原因 不同物质原子核对电子的束缚能力不同。束缚能力强的得电子，带负电；束缚能力弱的失电子，带正电 电子在电荷间相互作用下发生转移，近端带异种电荷，远端带同种电荷 在电荷间相互作用下，电子从一个物体转移到另一个物体上 实质 电荷在物体之间或物体内部的转移 说明 无论哪种起电方式，发生转移的都是电子，正电荷不会发生转移 知识二 电荷守恒定律 元电荷 1.内容：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.电荷守恒定律普遍的表述是：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.物体带电的实质 使物体带电不是创造了电荷，使物体不带电也不是消灭了电荷。物体带电的实质是电荷发生了转移，也就是物体间电荷的重新分配。摩擦起电、感应起电和接触起电，均符合电荷守恒定律。 知识二 电荷守恒定律 元电荷 1.元电荷：最小的电荷量，用e表示。e＝1.60×10－19 C，最早由密立根测得。所有带电体的电荷量都是e的整数倍。 2.比荷：带电粒子的电荷量与其质量之比。 一、电荷 起电方式 【例1】(多选)如图所示，A、B为相互接触并用绝缘支柱支持的金属导体，起初都不带电，在它们的下部贴有金属箔片，C是带正电的小球，下列说法正确的是(　　) A．把C移近导体A时，A、B上的金属箔片都张开 B．把C移近导体A，再把A、B分开，然后移去C，A、B上的金属箔片仍张开 C．把C移近导体A，先把C移走，再把A、B分开，A、B上的金属箔片仍张开 D．把C移近导体A，先把A、B分开，再把C移走，然后重新让A、B接触，A上的金属箔片张开，而B上的金属箔片闭合 一、电荷 起电方式 答案　AB 解析　虽然A、B起初都不带电，但带正电的小球C对A、B内的电荷有力的作用，使A、B中的自由电子向左移动，使得A端积累了负电荷，B端积累了正电荷，其下部的金属箔片因为接触带电，也分别带上了与A、B相同的电荷，所以金属箔片都张开，A正确；带正电的小球C只要一直在A、B附近，A、B上的电荷就因受C的作用力而使A、B带等量的异种感应电荷，把A、B分开，因A、B已经绝缘，此时即使再移走C，A、B所带电荷量也不变，金属箔片仍张开，B正确；但如果先移走C，A、B上的感应电荷会马上中和，不再带电，所以金属箔片都不会张开，C错误；先把A、B分开，再移走C，A、B仍然带电，但重新让A、B接触后，A、B上的感应电荷完全中和，金属箔片都不会张开，D错误。 二、电荷守恒定律 元电荷 【例2】( 多选）如图，真空中固定在绝缘台上的两个相同的金属小球A和B，带有等量同种电荷，电荷量为q，两者间距远大于小球直径，两者之间的静电力大小为F。用一个电荷量为Q的同样的金属小球C先跟A接触，再跟B接触，移走C后，A和B之间的静电力大小仍为F，则Q∶q的绝对值可能是（　　） A.1 B.2 C.3 D.5 答案　AD 解析：C 先跟A 接触后，两者电荷量均变为q1＝，C再跟B接触后，两者电荷量均变为q2＝＝，此时A、B之间静电力大小仍为F＝，则有F＝＝，解得＝1或Q＝－5q；则Q∶q的绝对值可能是1或者5，故选A、D。 二、电荷守恒定律 元电荷 考点02 库仑定律 第九章 静电场及其应用 知识一 电荷之间的作用力 1.静电力：电荷间的相互作用力叫静电力，也叫库仑力。 2.点电荷 (1)定义：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、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体可以看作带电的点，叫作点电荷。 (2)带电体看成点电荷的条件：带电体本身的大小远小于它们之间的距离。 (3)点电荷类似于力学中的质点，也是一种理想化模型。 3．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：，式中k＝9.0×109 N·m2/C2，叫做静电力常量． （3）适用条件：①真空中；②点电荷． 知识一 电荷之间的作用力 知识二 库仑的实验 1.库仑做实验用的装置叫作库仑扭秤(如图所示)。 2.实验原理及过程 (1)如何测力F? (2)如何测电荷量q1、q2及F与q1、q2的关系？ (3)如何测r? (4)实验结论 ①静电力F＝k，k叫作静电力常量。 ②当两个点电荷所带电荷为同种时，它们之间的作用力为斥力；为异种时，它们之间的作用力为引力。 一、电荷间的作用力 【例3】用控制变量法,可以研究影响电荷间相互作用力的因素。如图所示,C是一个带电的物体,若把系在丝线上的带电小球先后挂在横杆上的P1、P2、P3等位置,可以比较小球在不同位置所受带电物体的作用力的大小。这个力的大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度θ显示出来。若物体C的电荷量用Q表示,小球的电荷量用q表示,物体与小球间的距离用d表示,物体和小球之间的作用力大小用F表示。则以下对该实验现象的判断正确的是(　　) A.保持Q、q不变,增大d,则θ变大,说明F与d有关 B.保持Q、q不变,减小d,则θ变大,说明F与d成反比 C.保持Q、d不变,减小q,则θ变小,说明F与q有关 D.保持q、d不变,减小Q,则θ变小,说明F与Q成正比 答案　C 解析　保持Q、q不变,增大d,则θ变小,减小d,则θ变大,只能说明F与d有关,A、B错误;保持Q、d不变,减小q,θ变小,说明F与q有关,C正确;保持q、d不变,减小Q,θ变小,只能说明F与Q有关,D错误。 一、电荷间的作用力 二、库仑定律 【例4】A、B、C三点在同一直线上,AB∶BC=1∶2,B点位于A、C之间,在B处固定一电荷量为Q的点电荷。当在A处放一电荷量为+q的点电荷时,B处点电荷所受的静电力为F;移去A处点电荷,在C处放一电荷量为-2q的点电荷,则B处点电荷所受静电力为(　　) A.- B. C.-F D.F 答案　B 解析　在A处放一电荷量为+q的点电荷时,B处点电荷所受静电力大小为F=;在C处放一电荷量为-2q的点电荷时,B处点电荷所受静电力大小为F'====,且不管B处点电荷是正电荷还是负电荷,两种情况下,B处点电荷受到的静电力的方向都与F相同,故B正确。 二、库仑定律 考点03　电场 电场强度 第九章 静电场及其应用 知识一 电场与电场强度 1．电场 （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力的作用． 2．电场强度 （1）定义：放入电场中某点的电荷受到的电场力F与它的电荷量q的比值． （2）定义式：E＝，q为试探电荷． （3）物理意义：表示电场强弱和方向的物理量 （4）矢量性：规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点电场强度的方向． 知识二 场强公式与电场叠加 3．电场强度三个公式的比较 4. 电场的叠加 （1）电场叠加：多个电荷在空间某处产生的电场强度为各电荷单独在该处所产生的电场强度的矢量和． （2）运算法则：平行四边形定则． 公式 适用范围 一切电场 真空中的点电荷 匀强电场 比较项目 等量异种点电荷 等量同种点电荷 电场线分布图 连线中点O处的场强 连线上的场强大小(从左到右)　　　 沿中垂线由O点向外场强大小 连线上O点场强最小，指向负电荷一方 沿连线先变小，再变大 O点最大，向外逐渐减小 为零 沿连线先变小，再变大 O点最小，向外先变大后变小 5．等量同种和异种点电荷的电场强度的比较 知识二 场强公式与电场叠加 一、电场与电场强度 【例5】在静电场中有a、b两点,试探电荷在两点的静电力F与电荷量q满足如图所示的关系,请问a、b两点的电场强度大小关系是(　　) A.Ea=Eb B.Ea=2Eb C.Ea=3Eb D.Ea=4Eb 答案　D 解析　由静电力F=qE可知F-q图像的斜率表示电场强度,由题图可知a、b两图线斜率之比为4∶1,则a、b两点的电场强度大小关系为Ea=4Eb,D正确。 一、电场与电场强度 二、点电荷的电场 电场的叠加 【例6】如图所示,真空中有一等边三角形ABC,边长d=0.30 m。在A点固定一电荷量q1=+3.0×10-6 C的点电荷,静电力常量k=9.0×109 N·m2/C2,求: (1)点电荷q1在C处产生电场的电场强度E1的大小; (2)在B点固定另一个q2=-3.0×10-6 C的点电荷,则C处合电场强度E的大小及方向; (3)在(2)条件下,试探电荷q3=+5.0×10-7 C放在C处受到的静电力F大小。 答案　(1)3×105 N/C　(2)3×105 N/C　平行于AB连线向左　(3)0.15 N 解析　(1)点电荷q1在C处产生的电场强度方向由A指向C,由点电荷电场强度公式有E1=k,代入数据得E1=3×105 N/C。 (2)点电荷q2在C处产生的电场强度大小E2=E1,方向由C指向B,由平行四边形定则和几何关系可知 E=2E1cos 60° 代入数据得E=3×105 N/C,方向平行于AB连线向左。 (3)电荷q3在C处受到的静电力大小F=q3E 代入数据得F=0.15 N。 二、点电荷的电场 电场的叠加 考点04　电场线 第九章 静电场及其应用 知识一 电场线 1．定义 为了形象地描述电场中各点场强的强弱及方向，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，曲线的疏密表示电场的强弱． 2．电场线的三个特点 （1）电场线从正电荷或无限远处出发，终止于无限远或负电荷处； （2）电场线在电场中不相交； （3）在同一幅图中，电场强度较大的地方电场线较密，电场强度较小的地方电场线较疏． 知识二 常见电场分布 （1）中垂线上各点的电场强度方向与中垂线垂直； （2）从 点沿中垂线向两边逐渐减小，直至无穷远时为零； （3）中垂线上关于 点对称的两点电场强度相同 （4）连线上电场强度大小，O点最小，从O点沿连线向两边逐渐变大 （5）关于O点对称的点A与A′、B与B′的电场强度等大同向 等量异种点电荷 知识二 常见电场分布 等量同种正点电荷 （1）中垂线上，两电荷连线的中点 和无穷远处的电场强度均为零，其他各点的电场强度均沿着中垂线； （2）从 点沿中垂线向两边，电场强度先变大，后逐渐减小； （3）中垂线上关于 点对称的两点电场强度大小相等，方向相反 （4）连线上电场强度大小，O点为零，从O点沿连线向两边逐渐变大 （5）关于O点对称的点A与A′、B与B′的电场强度等大反向 知识二 常见电场分布 一、电场线 【例7】某同学绘制了四幅静电场的电场线分布图,其中可能正确的是(　　) 答案　B 解析　静电场是由静止电荷产生的电场,电场线不交叉不闭合,D项中电场线分布应该均匀,故B正确,A、C、D错误。 一、电场线 二、常见电场分布 【例8】如图所示,M、N两点固定两个等量的正点电荷(场源电荷),其连线的中垂线上A、A'两点关于O点对称,在A点由静止释放一个带负电的粒子,不计粒子的重力,粒子的电荷量远小于场源电荷的电荷量,下列说法中一定正确的是(　　) A.中垂线上从A到O到A'电场强度的大小先减小后增大 B.粒子运动到O点时加速度为零,速度达最大值 C.粒子在从A点到O点运动的过程中,加速度越来越大,速度越来越大 D.粒子越过O点后,速度越来越小,加速度越来越大,直到速度减小为零 答案　B 解析　由等量同种点电荷周围的电场线的分布可知,O点电场强度为零,从O点沿着中垂线向无穷远处延伸,电场强度先增大后减小,故中垂线上从A到O,电场强度的大小可能先增大再减小,故A错误;带负电的粒子,从A到O过程一定加速,从O到A'过程,一定减速,则到O点时加速度为零,速度达最大值,故B正确;中垂线上从A到O,电场强度的大小可能先增大再减小,则加速度可能先增大再减小,故C错误;从O到A'过程,电场强度可能先增大后减小,则加速度可能先增大后减小,故D错误。 二、常见电场分布 考点05　静电的防止与应用 第九章 静电场及其应用 知识一 静电平衡 尖端放电 1. 静电平衡 （1）静电平衡：导体中(包括表面)没有电荷定向移动的状态叫作静电平衡状态 （2）处于静电平衡状态的导体的特点 ①内部场强为0，表面场强的方向与导体表面垂直。 ②表面和内部各点电势相等，即整个导体是一个等势体，导体表面是一个等 势面。 ③导体内部没有自由电荷，自由电荷只分布在导体的外表面，并且电荷呈尖端分布。 2.尖端放电：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，与尖端的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象。 (3)尖端放电的应用与防止 ①应用：避雷针。 ②防止：高压设备中导体的表面应该尽量光滑。 知识二 静电屏蔽 1. 静电屏蔽 (1)定义：把一个电学仪器放在封闭的金属壳里，即使壳外有电场，但由于壳内电场强度保持为 0，外电场对壳内的仪器不会产生影响.金属壳的这种作用叫作静电屏蔽. 2.应用 （1）静电除除尘 （2）静电吸附 知识三 静电吸附 1.静电吸附 在电场中，带电粒子受到静电力的作用，向着电极运动，最后被吸附在电极上的现象。 2.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的过程。 3.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，并沉积在工件表面。 4.静电复印 复印机应用了静电吸附，复印机的有机光导体鼓表面涂覆有机光导体(OPC)，没有光照时，OPC是绝缘体，受到光照时变成导体。 一、静电平衡 【例9】如图所示,导体棒原来不带电,将电荷量为Q的正点电荷放在棒左侧O处,当棒达到静电平衡后,棒上的感应电荷在棒内A点处产生的电场强度为E1。下列说法正确的是(　　) A.E1的大小与电荷量Q成正比 B.E1的方向沿OA连线向右 C.在导体棒内部,离O点越远电场强度越小 D.在O点放置电荷量为2Q的点电荷,A点的电场强度为2E1 答案　A 解析　导体棒达到静电平衡后,棒上感应电荷在棒内A点处产生的电场强度大小与一带电荷量为Q的点电荷在该处产生的电场强度大小相等,方向相反,则有E1=,正点电荷在A点产生的电场强度方向向右,则E1的方向沿OA连线向左,故A正确,B错误;导体棒达到静电平衡后,棒内电场强度处处为0,故C错误;在O点放置电荷量为2Q的点电荷,导体棒达到静电平衡后,棒内电场强度处处为0,故D错误。 一、静电平衡 二、 静电屏蔽 【例10】下列关于静电屏蔽实验的说法正确的是(　　) A.甲图中验电器的金属箔张开 B.乙图中验电器的金属箔不会张开 C.丙图中验电器的金属箔不会张开 D.甲、乙、丙三图中验电器的金属箔都张开 答案　C 解析　题图甲中金属网达到静电平衡后,外部电场对内部不会产生影响,内部电场强度为零,金属箔不会张开,金属网屏蔽了外电场,故A、D错误;题图乙中金属网未接地,网内的带电体在金属网内侧感应出负电荷,金属网外侧产生等量的正电荷,正电荷在金属网外侧有电场,对外界产生影响,所以验电器的金属箔会张开,故B错误;题图丙中金属网已接地,网外没有感应电荷,外部没有感应电场,金属箔不会张开,故C正确。 二、 静电屏蔽 三、 静电吸附 【例11】如图是某款家用空气净化器及其原理示意图,污浊空气通过过滤网后尘埃带电。图中充电极b、d接电源负极,集尘极a、c、e接电源正极(接地)。下列说法正确的是(　　) A.通过过滤网后空气中的尘埃带负电 B.尘埃在被吸附到集尘极e的过程中动能增大 C.c、d两个电极之间的电场方向竖直向上 D.尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受静电力做负功 答案　AB 解析　尘埃通过过滤网后被正极吸引,所以尘埃带负电,故A正确;尘埃在被吸附到集尘极e的过程中电场力做正功,动能增大,故B正确;因为充电极b、d接电源负极,集尘极a、c、e接电源正极,所以 c、d两个电极之间的电场方向竖直向下,故C错误;尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受静电力做正功,故D错误。 三、 静电吸附 　课堂巩固与总结 第九章 静电场及其应用 课堂巩固 1.如图所示,光滑绝缘圆弧形轨道竖直放置。质量均为m、带电荷量均为+q的A、B两小球分别处于圆心等高处和圆弧最低点。B球受到水平向左外力F的作用,使A、B均处于静止状态。由于A球缓慢漏电,导致其高度缓慢降低,B球仍保持静止状态。则A球下降过程中(　　) A.A、B两球之间的库仑力变大 B.A球所受的支持力大小不变 C.B球所受外力F不变 D.B球所受的支持力变大 课堂巩固 答案　B 解析　A球下降过程中,对A球进行受力分析,如图所示, 根据相似三角形的性质可得==,由于mg、R不变,A、B距离减小,则A、B两球之间的库仑力变小,A球所受的支持力大小不变,故A错误,B正确;在A球下降过程中,以A、B整体为研究对象,受到重力、圆弧轨道的支持力、外力F作用,设A球所受的支持力与竖直方向的夹角为θ,根据平衡条件可得F=FNAsin θ,FNB+FNAcos θ=2mg,由于FNA大小不变,θ由90°逐渐减小,则B球所受外力F逐渐减小,B球所受的支持力逐渐减小,故C、D错误。 课堂巩固 2.如图所示,在一个点电荷Q(可视为场源电荷)的电场中(Q在坐标原点处),Ox坐标轴与它的一条电场线重合,坐标轴上A、B两点的坐标分别为2.0 m和5.0 m,现将两个试探电荷qA和qB分别放在A、B两处,两个电荷受到的静电力的大小之比为2∶1,则qA和qB的大小之比为(　　) A. B. C. D. 课堂巩固 答案　B 解析　根据题意,由库仑定律可得,两个试探电荷受到的静电力的大小分别为FA=,FB=,其中rA=2.0 m,rB=5.0 m,FA∶FB=2∶1,则==×=,B正确。 课堂巩固 3.如图所示,质量为m、带电荷量为q的带电小球A用绝缘细线悬挂于O点,带电荷量也为q的小球B固定在O点正下方的绝缘柱上,其中O点与小球A的间距为l,O点与小球B的间距为l,当小球A平衡时,悬线与竖直方向的夹角θ=30°,带电小球A、B均可视为点电荷,静电力常量为k,重力加速度为g,则(　　) A.A、B间库仑力大小F库= B.A、B间库仑力大小F库= C.细线拉力大小FT= D.细线拉力大小FT=mg 课堂巩固 答案　B 解析　对小球A进行受力分析如图所示。由对称性知,细线拉力大小等于库仑力大小。根据平衡条件可知F库cos 30°=mg,解得F库=,则细线拉力大小FT=F库=,故B正确,D错误;由库仑定律可得A、B间库仑力的大小为F库=,细线拉力FT也为,故A、C错误。 课堂巩固 4.(多选)如图所示,在xOy平面内有一以O点为中心的正五边形,顶点到O点的距离为R,在正五边形的顶点上顺时针方向依次固定电荷量为q、2q、3q、4q、5q的正点电荷,且电荷量为3q的电荷在y轴正半轴上。静电力常量为k,则O点处的电场强度(　　) A.方向沿x轴负方向 B.方向与x轴负方向成18°夹角斜向下 C.大小为(cos 54°+cos 18°) D.大小为(2cos 54°+cos 18°) 课堂巩固 答案　AD 解析　由题意可知,如图甲所示 将五个点电荷等效成图乙所示 作出等效电荷在O点产生的电场强度,设点电荷q在O点产生的电场强度为E0,则E0=,由对称性可知,5个点电荷在O点产生的电场强度沿y轴方向的分量为0,则O点的电场强度大小为E=2×2E0cos 54°+2E0cos 18°,代入可得E=2(2cos 54°+cos 18°),方向沿x轴负方向,故A、D正确。 课堂巩固 5.如图所示为两个点电荷的电场,虚线为一带电粒子只在静电力作用下的运动轨迹,a、b为轨迹上两点,下列说法正确的是(　　) A.两个点电荷为左正右负,且左边电荷所带电荷量多 B.带电粒子在a点受到的静电力小于在b点受到的静电力 C.带电粒子带正电 D.带电粒子在a点的加速度大于在b点的加速度 课堂巩固 答案　AB 解析　根据电场线的指向和电场线的密集程度可知,两个点电荷为左正右负,且左边电荷所带电荷量多,故A正确;b点电场线更密集,b点电场强度更大,带电粒子在b点受到的静电力更大,根据F=qE=ma,可得带电粒子在a点的加速度小于在b点的加速度,故B正确,D错误;粒子轨迹在速度方向和受力方向之间,可判断粒子受力和电场强度方向相反,粒子带负电,故C错误。 课堂小结 1.重点：电荷种类、物体带电方式、电荷守恒定律、库仑定律内容、公式计算，点电荷模型认知、电场强度概念、定义式，常见电场场强特点、电场线的特点与分布、静电平衡、静电屏蔽原理，静电的日常应用与防护。 2.难点：电荷守恒的实际应用、库仑力的矢量运算，非点电荷的近似分析、电场强度的矢量叠加、根据电场线判断场强变化、静电屏蔽的本质理解，静电现象的原理辨析。 谢谢观看 $