3_1靜電場教（學(xué)）案講義全

1、 靜電場1、 靜電現(xiàn)象與產(chǎn)生1. 靜電產(chǎn)生（1） 使物體帶電的三種方式 微觀解釋摩擦起電：通過兩種不同的物體相互摩擦是物體帶電 得失電子接觸帶電：通過與帶電導(dǎo)體接觸時(shí)物體帶電方式 電荷轉(zhuǎn)移感應(yīng)起電：通過靜電感應(yīng)使物體帶電的方式 電荷間相互作用（2）帶電體的電性絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電毛皮摩擦過的橡膠棒帶負(fù)電（3） 三種起電方式比較摩擦起電感應(yīng)起電接觸帶電產(chǎn)生兩種不同的絕緣體相互摩擦不帶電導(dǎo)體靠近帶電體導(dǎo)體與帶電體接觸現(xiàn)象兩物體帶等量異種電荷導(dǎo)體兩端帶異種電荷且電性與原帶電體“近異遠(yuǎn)同”導(dǎo)體與帶電體帶相同電性原因得失電子電荷間相互作用電荷轉(zhuǎn)移2.電荷守恒定律內(nèi)容：電荷既不能創(chuàng)造也不能消失，只能從

2、一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，在轉(zhuǎn)移過程中電荷總量保持不變。理解：a. 電荷守恒定律是自然界最基本的定律之一b. 兩物體之間或物體各部分之間轉(zhuǎn)移的是電子c. 起電過程的實(shí)質(zhì)是物體中正、負(fù)電荷的分離和轉(zhuǎn)移的過程，電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移或分離后由于剩余的正負(fù)電荷的代數(shù)和不為零，從而對外顯電性，那種電荷量多，顯哪種電性d. 電荷中和，實(shí)質(zhì)是等量的正電荷和負(fù)電荷代數(shù)和為零從而不顯電性，而不是電荷消失3. 幾個(gè)小球電量分配問題兩個(gè)完全相同的帶電金屬球接觸后再分開，電荷量QA=QB = ，代入電荷量數(shù)值時(shí)將電性符號一起帶入進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算三個(gè)完全相同的帶電金屬球接觸后在分開，先用公式計(jì)算兩

3、個(gè)，結(jié)果再和第三個(gè)小球用公式計(jì)算2、 靜電力、庫侖定律1. 靜電力與點(diǎn)電荷模型（1） 靜電力：靜止的帶電體之間的相互作用（2） 點(diǎn)電荷：把本身的大小比相互之間的距離小得多的帶電體稱為點(diǎn)電荷理解a.點(diǎn)電荷是物理模型，只有電荷量，沒有大小和形狀的理想化模型，類比質(zhì)點(diǎn)b.把帶電體看成點(diǎn)電荷的條件：帶電體間的距離比它們自身大小大得多；c.點(diǎn)電荷只具有相對意義，一個(gè)物體能否看成是點(diǎn)電荷要看其具體問題，不能憑帶電體自身的大小和形狀2. 庫侖定律（1） 內(nèi)容：真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力F的大小，跟它們的電荷量Q的乘積成正比，跟他們的距離r的平方成反比，作用力的方向沿著它們的連線。（2） 表達(dá)式：F=（

4、3） 使用條件真空中點(diǎn)電荷（4） 解釋：K為靜電力常量 k=9.0×109N·m2/C2 由于只計(jì)算靜電力大小所以q取正值 方向根據(jù)同性相吸異性相斥的原理判斷（5） 靜電力的疊加原理：對于兩個(gè)以上的點(diǎn)電荷，其中每一個(gè)點(diǎn)電荷受到的庫侖力的大小，都等于其他點(diǎn)電荷分別單獨(dú)存在時(shí)對該點(diǎn)電荷作用力的矢量和F1例如：下面有三個(gè)完全相同的金屬球ABC，A球帶+q的電量，B球帶-q的電量，C球帶+q的電量，如圖所示分布在一個(gè)等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，求C求受到的靜電力FCF1為AC之間的靜電力，F(xiàn)2為BC之間的靜電力，根據(jù)靜電力疊加原理，金屬球C受到的力就是F1和F2的矢量和，做矢量平行四邊

5、F2形得到C受到的合力FBA（6）幾個(gè)帶電小球求靜電力的問題根據(jù)靜電力疊加原理進(jìn)行計(jì)算，如上例題所示，具體步驟為：確定研究對象受力分析分別列受到的靜電力公式矢量和相加 （7）三個(gè)點(diǎn)電荷相互作用下平衡時(shí)的規(guī)律：“三點(diǎn)共線，兩同夾一異，兩大夾一小，近小遠(yuǎn)大”滿足3.靜電力與萬有引力的比較靜電力萬有引力適用對象帶電體之間的相互作用力兩個(gè)物體之間相互作用力方向引力或者斥力引力相同點(diǎn)兩力都與距離的平方成反比，兩力都與作用物的乘積成正比，兩種力的方向都在兩物體的連線上 3、 電場及其描述1. 電場（1） 電場：電荷周圍存在場，電荷的相互作用不可能超越距離，是通過場傳遞的，這種場稱為電場，電場是一種客觀存在

6、，是物質(zhì)存在的一種形式。（2） 電場力：電場對處于其中的電荷有力的作用，這種力成為電場力，靜電力屬于電場力2. 電場強(qiáng)度（1） 試探電荷：電場最明顯的特征就是對處在其中的電荷有力的作用，檢驗(yàn)電場是否存在和強(qiáng)弱分布的電荷稱為試探電荷（2） 定義：把放入電場中某點(diǎn)的電荷受到的電場力F與它的電荷量q的比值用電場強(qiáng)度E來表示（3） 定義式：（4） 單位：在國際單位中為牛/庫，符號：N/C,該單位是由力的單位和電荷量的單位共同決定的（5） 大?。弘妶鰪?qiáng)度的大小不是由力和電荷量決定的，是由場源電荷的電荷量和距離決定的，與試探電荷電性和電量沒有關(guān)系（6） 矢量性：電場強(qiáng)度是矢量，電場中某點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度的方

7、向跟正電荷在該點(diǎn)受到的電場力方向相同（7） 物理意義：從力的角度描述電場的性質(zhì)，反映了電場的強(qiáng)弱3. 點(diǎn)電荷的電場和勻強(qiáng)電場（1） 點(diǎn)電荷的電場：點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場的電場強(qiáng)度表達(dá)式為：，Q為點(diǎn)電荷的電荷量，也就是產(chǎn)生電場的電荷的電荷量，同時(shí)也可以說是場源電荷的電荷量（2） 勻強(qiáng)電場：物理學(xué)上把大小和方向都處處相同的電場叫做勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度大小處處相等，方向相同4. 電場線（1） 電場線：在電場中畫一些曲線，曲線上任意一點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向就是該點(diǎn)的切線方向，這樣的曲線叫電場線，用電場線的疏密來大致表示電場強(qiáng)度的大?。?） 電場線模型：電場線是為了形象的描述電場而假想的線，電場中實(shí)際并不存在這些線（

8、3） 典型電場的電場線分布勻強(qiáng)電場等量同種電荷等量異種電荷點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷：a. 電場線為直線，正點(diǎn)電荷電場線從正點(diǎn)電荷出發(fā)延伸到無窮遠(yuǎn)處，負(fù)點(diǎn)電荷電場線從無窮遠(yuǎn)處出發(fā)延伸到負(fù)點(diǎn)電荷b. 點(diǎn)電荷的電場中沒有電場強(qiáng)度相等的點(diǎn)，越靠近點(diǎn)電荷電場強(qiáng)度越大等量異種電荷：等量異種電荷的電場線是由兩個(gè)等電荷量的帶不同電性的點(diǎn)電荷的電場合成的所以電場線為曲線a. 兩點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度方向由正電荷指向負(fù)電荷，沿電場線放箱先變大后變小，中點(diǎn)處的電場強(qiáng)度最小b. 兩點(diǎn)電荷連線的中垂面上，電場強(qiáng)度的方向相同，且總與中垂面垂直指向負(fù)電荷，從中點(diǎn)處到無窮遠(yuǎn)處電場強(qiáng)度不斷減小，在這條連線上中點(diǎn)處電場強(qiáng)度最大等量同種電荷（正）：

9、等量異種電荷的電場線是由兩個(gè)等電荷量的帶相同電性的點(diǎn)電荷的電場合成的所以電場線為曲線a. 兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)處的電場強(qiáng)度為零，向兩側(cè)逐漸增大，方向指向終點(diǎn)b. 兩點(diǎn)電荷中點(diǎn)處中垂面，從中點(diǎn)到無限遠(yuǎn)處電場線先變密后變疏，即電場強(qiáng)度先變大后變小均強(qiáng)電場：有兩個(gè)平行金屬板組成，一個(gè)極板帶正電，一個(gè)極板帶負(fù)電組成的電場強(qiáng)度方向大小相同的電場a.電場中各點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小方向都相同，其電場線是間隔相等的平行線（4） 電場線總是起自正電荷（或無窮遠(yuǎn)處），止于負(fù)電荷（或無窮遠(yuǎn)處），不會(huì)在沒有電荷的地方起始或終止。（5） 電場線特點(diǎn)：電場線是不存在的，一種理想化的物理模型電場線能描述電場的強(qiáng)弱和方向，疏密可以大致

10、描述電場強(qiáng)度的大小，電場線上某點(diǎn)的切線方向表示這一點(diǎn)的電場強(qiáng)度的方向。電場線不相交，不相切，若相交就會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)切線，失去了電場強(qiáng)度的唯一性；若相切，表示電場強(qiáng)度無限大，而無限大強(qiáng)度的電廠是不存在的。（6） 電場線與帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡重合的條件電場線是直線帶電粒子只受電場力的作用，或受其他力，但其他力的各方向沿電場線所在直線或其他方向上合力為零。帶電粒子的初速度為零或初速度方向沿電場線所在的方向以上三個(gè)條件必須同時(shí)滿足時(shí)，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡才會(huì)與電場線重合4、 電場中導(dǎo)體1. 電場強(qiáng)度的疊加原理：如果有幾個(gè)點(diǎn)電荷同時(shí)存在，電場中的某一點(diǎn)的電場強(qiáng)度等于這幾個(gè)點(diǎn)電荷在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的矢量和。可以

11、類比靜電力的疊加原理2. 靜電平衡（1） 定義：物理學(xué)中將導(dǎo)體中沒有電荷移動(dòng)的狀態(tài)稱為靜電平衡（2） 特點(diǎn)：發(fā)生靜電感應(yīng)后的導(dǎo)體，兩端面出現(xiàn)等量感應(yīng)電荷，在導(dǎo)體內(nèi)部，感應(yīng)電荷產(chǎn)生一個(gè)電場，這個(gè)電場與原電場方向相反，當(dāng)導(dǎo)體內(nèi)電場增大到與原電場等大時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)合場強(qiáng)為零，自由電子定向移動(dòng)停止，這時(shí)的導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)。（3） 電荷分布特點(diǎn)：電荷只分布在導(dǎo)體的外表面上受導(dǎo)體形狀影響，電荷分布不均勻，越尖銳的地方，電荷分布密度越大，外部附近的電場強(qiáng)度也越強(qiáng)處于靜電平衡的導(dǎo)體，離場源電荷較近的一段感應(yīng)出與場源電荷電性相反的電荷，較遠(yuǎn)一端感應(yīng)出與較近端等量的與場源電荷電性相同的電荷當(dāng)兩個(gè)彼此絕緣的導(dǎo)體用導(dǎo)

12、線接觸或者連接時(shí)，就可以把這兩個(gè)導(dǎo)體看作是一個(gè)大導(dǎo)體，如果有的題中說用手觸摸某導(dǎo)體，其實(shí)就是導(dǎo)體通過人體與大地構(gòu)成一個(gè)大導(dǎo)體由于導(dǎo)體在靜電平衡時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)部電續(xù)強(qiáng)度是由于外部電場吸引或者排斥而產(chǎn)生的，所以在判斷導(dǎo)體內(nèi)場強(qiáng)大小的時(shí)候一定要注意方向與外場強(qiáng)相等，而大小與外場強(qiáng)相等再均勻帶電的金屬細(xì)桿中，某點(diǎn)P的電場強(qiáng)度是由關(guān)于P對稱的兩端之外的部分提供的P如圖，P點(diǎn)的電場強(qiáng)度由右側(cè)l/2部分的電場提供。左側(cè)的電場關(guān)于P點(diǎn)對稱相互抵消掉了。l/2l/43. 靜電屏蔽定義：中空導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡時(shí)，內(nèi)部電場強(qiáng)度為零，使得內(nèi)部空間不受外部電場的影響，這種現(xiàn)象稱為靜電屏蔽，接地的中空導(dǎo)體也可以將導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的

13、電場屏蔽住，使其對外部不產(chǎn)生影響。靜電屏蔽的兩種情況a. 金屬殼內(nèi)部空間不受外部電場的影響b. 接地的封閉導(dǎo)體殼內(nèi)部電場對殼外空間沒有影響電勢能與電勢差1、 電場力做功與電勢能1. 電場力做功（1） 勻強(qiáng)電場電場力做功：在勻強(qiáng)電場中任意兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷時(shí)，電場力做的功為：W=qEd，d為兩點(diǎn)延電場方向的距離，在勻強(qiáng)電場中F=qE，（2） 特點(diǎn)：電場力做功與路徑無關(guān)，只與初末位置有關(guān)公式W=qEd中d是電荷沿電場線方向上的位移與重力做功相似，只要初末位置確定了，移動(dòng)電荷q做的功就是確定值（3） 方向：根據(jù)電場力和位移夾角判斷，常用于勻強(qiáng)電場中，夾角為銳角，電場力做正功；夾角為鈍角，電場力作負(fù)功。根

14、據(jù)電場力和瞬時(shí)速度夾角判斷，常用于曲線運(yùn)動(dòng)中變化電場力，夾角為銳角，電場力做正功；夾角為鈍角，電場力作負(fù)功，瞬時(shí)速度方向和電場力方向垂直時(shí)，電場力不做功2. 電勢能電勢能重力勢能系統(tǒng)電荷和電場物體和地球大小的相對性電荷在電場中某點(diǎn)的電勢能等于把該電荷從零勢能面移動(dòng)到該點(diǎn)克服電場力所做的功物體在某點(diǎn)的重力勢能等于把該物體從零勢能面移動(dòng)到該點(diǎn)克服重力所做的功變化大小的量度靜電力做的功是電勢能變化的量度，靜電力做的功等于電勢能點(diǎn)變化量重力的功是重力勢能變化的量度，重力做的功等于重力勢能的變化量對應(yīng)力做功特點(diǎn)做功多少只與初末位置有關(guān)，與經(jīng)過的路徑無關(guān)，且功等于勢能的變化量（1） 概念：類比重力勢能，電

15、荷在電場中某點(diǎn)的電勢能等于把該電荷從零勢能面移動(dòng)到該點(diǎn)克服電場力所做的功（2） 電勢能的相對性：由于電荷在電場中所受的電視能與零勢能面的選取有關(guān)，所以規(guī)定了零勢能面，電勢能才有確定的值，零勢能面常選地面或者無窮遠(yuǎn)處（3） 功能關(guān)系（類比重力做功和重力勢能變化）電場力做功一定伴隨著電勢能的變化，與其它力做功沒有關(guān)系電場力做正功，電勢能一定減??；電場力作負(fù)功，電勢能一定增加。電場力做功等于電勢能的變化量即WAB=EPAEPB=EP（4） 電勢能大小判斷場源電荷：離正的場源電荷近，正電荷的電勢能越大，負(fù)電荷的電勢能越?。浑x負(fù)的場源電荷近，正電荷電勢能越小，負(fù)電荷電勢能越大；電場線法：正電荷順著電場線

16、方向移動(dòng)時(shí)電勢能減?。回?fù)電荷順著電場線移動(dòng)時(shí)，電勢能增大；電場力做功（常用）：電場力做正功，電勢能增大，電場力作負(fù)功，電勢能減??；2、 電勢與等勢面1. 電勢（1）定義：電荷在電場中某一點(diǎn)的電勢能EP與其電荷量q的比值（2）公式：（3）單位：在國際單位制中，電視的單位是伏特，符號是V ，1V=1J/C （4）標(biāo)量：電勢是標(biāo)量，正負(fù)代表大小不代表方向（5）相對性：電場中各點(diǎn)電勢的高低與其所選的零勢能面有關(guān)，一般選大地或者無窮遠(yuǎn)處作為零勢能面（6）電勢高低判斷電場線法（常用）：沿著電場線方向，電勢越來越低電勢能法：對于正電荷，電勢能越大，電勢越高；對于負(fù)電荷，電勢能越小，電勢越高場源電荷：離場源正

17、電荷越近的點(diǎn)，電勢越高；離場源負(fù)電荷越近的點(diǎn)，電勢越低電場力做功（常用）：a. 在電場中兩點(diǎn)間移動(dòng)正電荷，電場力做正功，電勢能減小，電勢降低b. 在電場中兩點(diǎn)間移動(dòng)負(fù)電荷，電場力做正功，電勢能減小，電勢升高2. 等勢面（1） 定義：電場中電勢相等的點(diǎn)構(gòu)成的面叫做等勢面，點(diǎn)電荷周圍的靜電場的等勢面組成同心球（2） 特點(diǎn)：在等勢面上移動(dòng)電荷，電場力不做功，由公式可知，在同一等勢面上，電勢相等，電荷量不變，電勢能也不變，電場力不做功在空間中，兩等勢面不相交等勢面的選取與零勢能面沒有關(guān)系與電場線的比較電場線等勢面物理意義形象描述電場強(qiáng)度的分布形象的描述電場中各點(diǎn)電勢的分布來源從正電荷發(fā)出終止于負(fù)電荷電

18、場中電勢相等的點(diǎn)構(gòu)成的面圖線特點(diǎn)帶箭頭的不閉合的曲線，兩電場線不相交不相切可以閉合也可以不閉合，不同等勢面不能相交描述電場疏密大致描述電場強(qiáng)度大小，曲線上某一點(diǎn)的切線方向?yàn)樵擖c(diǎn)的點(diǎn)場強(qiáng)度方向電場方向由高勢能面指向低勢能面，且與等勢面垂直，等差等勢面的疏密表示電場強(qiáng)度大小做功情況電荷沿電場線移動(dòng)時(shí)必做功電荷沿等勢面移動(dòng)是不做功聯(lián)系a. 沿電場線方向電勢降低b. 電場線于等勢面垂直c. 有一種圖像可畫出另一種圖像（3） 幾種典型電場的等勢面 點(diǎn)電荷等量異種電荷 等量同種電荷 勻強(qiáng)電場3. 尖端放電（1） 定義：帶電較多的導(dǎo)體，在尖端部位，電場強(qiáng)度可以大到使周圍空氣發(fā)生電離而引起放電的程度，此事發(fā)生

19、的放電現(xiàn)象就是尖端放電現(xiàn)象（2） 應(yīng)用：避雷針就是應(yīng)用尖端放電的原理來防止雷擊造成危害的3、 電勢差1.電勢差與電場力做功（1）電勢差定義：電場中兩點(diǎn)間電視的差值叫做電勢差，在電路中也叫電壓，用字母U表示，它與零勢能面的選取沒有關(guān)系（2）電勢差表示：電場中A點(diǎn)的電勢記做A，B點(diǎn)電勢記做B，則AB間電勢差為UAB=AB（3）電勢差與場力做功：電荷q在電場中從A移動(dòng)到B，A、B兩點(diǎn)間的電勢差為UAB，靜電力做功W=Uq，由WAB=EPAEPB，UAB=AB，得到W=Uq；不僅適用于勻強(qiáng)電場，也適用于非勻強(qiáng)電場。（4）電場力做功與電勢差的正負(fù)關(guān)系：W=Uq中W的正負(fù)取決于q的正負(fù)，q為負(fù)時(shí)，U為負(fù)值

20、，W為負(fù)值；q為正時(shí)，U為正值，W為正值，表示大小，不代表方向。通過U的正負(fù)恰好能得出兩點(diǎn)的電勢高低2.勻強(qiáng)電場中電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系（1）在勻強(qiáng)電場中，電場強(qiáng)度等于沿電場線方向單位距離上的電勢差（2）公式：，由F=qE和W=qU推出，UAB表示A、B兩點(diǎn)間的電勢差，d表示眼電場強(qiáng)度方向上的距離雖然這個(gè)公式適用于勻強(qiáng)電場，但在非勻強(qiáng)電場中可以用來解釋等差等勢面的疏密和電場強(qiáng)度的關(guān)系，檔U一定時(shí)，E越大，則d就越小，即電場強(qiáng)度越大，等差等勢面越密（3）電場強(qiáng)度三個(gè)公式的比較物理含義引入過程適用范圍電場強(qiáng)度的定義式Fq，q無關(guān)，反映某點(diǎn)電場的性質(zhì)適用于一切電場電場強(qiáng)度的決定是式由和F=導(dǎo)出在真空

21、中，場源電荷Q是點(diǎn)電荷勻強(qiáng)電場中電場強(qiáng)度與電勢差的關(guān)系式由F=qE和W=qU導(dǎo)出勻強(qiáng)電場注意：在勻強(qiáng)電場中，相互平行且相等的線段兩端點(diǎn)電勢差相等 沿電場強(qiáng)度方向是電勢降低最快的方向，且電場強(qiáng)度越大電勢降低越快3. 示波管與帶電粒子加速偏轉(zhuǎn)問題（1） 示波管定義：示波器是一種常用的觀測點(diǎn)信號波形的儀器，它還可以用來測量點(diǎn)信號的周期、頻率、電壓等參數(shù)，示波器的主要部件就是示波管組成：示波管陰極射線管示波器主要由電子槍，偏轉(zhuǎn)電場和熒光屏組成，示波管抽成真空（2） 帶電粒子加速和偏轉(zhuǎn)問題1 帶電粒子的加速（1）由牛頓運(yùn)動(dòng)定律： 由運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)：v2v02=2ad 聯(lián)立解得：（2）由動(dòng)能定理可知： （初速

22、度為零）求出： （初速度不為零時(shí)） 說明：適用于任何電場2帶電粒子的偏轉(zhuǎn)（1）運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析：帶電粒子以速度V0垂直于電場線方向飛入兩帶電平行板產(chǎn)生的勻強(qiáng)電場中時(shí)，若只受電場力作用，則做加速度為的類平拋運(yùn)動(dòng)。（2）基本公式： 加速度： （板間距離為d，電壓為U ） 運(yùn)動(dòng)時(shí)間： （射出電場，板長為） 粒子離開電場時(shí)的速率V：粒子沿電場力方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度為 ，粒子離開電場時(shí)平行電場方向的分速度，而 所以 粒子離開電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)距離y 粒子離開電場時(shí)的速度偏角 帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)的軌跡方程由和，可得，其軌跡為拋物線。 粒子離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的速度方向的延長線必過偏轉(zhuǎn)電場的中點(diǎn) 由 和 可推得 ，所以粒子可看作是從兩板間的中點(diǎn)沿直線射出的。4、 電容器與電容1. 電容器