第七章静电场。
知识建构】第一节电荷电场力的性质。
考情分析】考点知识梳理】
一、电荷及电荷守恒定律。
1.物体带电方式。
2叫静电感应现象。
3.电荷。1)用___摩擦过的___上带的电荷叫负电荷,用___摩擦过的___上带的电荷叫正电荷;
2)电荷间的相互作用规律:同种电荷互相异种电荷互相。
3)电荷量单位是___简称___单位符号是___
4)元电荷:电子或质子所带电荷量e=1.60×10-19c,实验表明:所有带电体的电荷量是e的___因此___称为元电荷。
5)点电荷点电荷是在研究电荷之间相互作用时抽象出来的理想化的物理模型。是否为点电荷的判断依据。
4.电荷守恒定律。
1)定律内容。
2)电荷重新分配规律:两个带有异种电荷的导体,接触后先发生正负电荷的___然后再进行电荷的___若不受外界影响,两个外形完全相同的带电金属球体接触,同种电荷总的电荷量异种电荷先后。
二、库仑定律。
1.内容:在中两个点电荷间的作用力跟它们的成正比,跟它们之间的成反比,作用力的方向在上。
2.表达式。
3.使用条件。
为静电常量,它是由介质决定的,在国际单位制中k它的单位为导出单位。计算时,各量采取国际单位制单位。
5.方向:一般先根据同性相斥,异性相吸,作用力的方向沿两电荷连线方向进行判定。
三、电场。1.带电体周围存在一种物质,这种物质是___电荷间的相互作用就是通过___发生的;它是一种看不见的的物质。它具有___和能的特性。
2.基本性质。
四、电场强度。
1.物理意义。
2.定义:把放入电场中某点的电荷受到的与它的比值,叫电场强度。
3.定义式:e此公式适用于一切电场).f指q指: 电荷的电荷量。
电场强度与试探电荷所受电场力___关,与试探电荷所带电荷量___关。电场强度是由决定的。
4. 单位:n/c或。
5.矢量性规定:物理学规定,电场中某点电场强度的方向跟相同。(负电荷所受电场力的方向与该点场强方向 ).
6.点电荷的电场。
1)表达式:e
2)方向:正点电荷负点电荷。
3)使用条件:真空中的形成的电场。
4)电场中某点e的决定因素: e的大小与试探电荷的所受力f、q 关,与场源电荷的电性关,与场源电荷的电荷量关,而电场中各点的场强方向由场源电荷的电性决定。
7.匀强电场场强:方向处处 ,场强大小处处的区域称为匀强电场,匀强电场中的电场线是线。平行正对的两金属板带等量异种电荷后,在两极之间除边缘外就是匀强电场。
五、电场线。
1.定义:在电场中画一些曲线,使曲线上跟该点的方向一致,这样的曲线叫电场线。
2.特点:1)电场线是为了形象描述电场而引入的曲线,并不是真实存在的。
2)电场线上每一点的方向跟该点的场强方向一致。
3)在同一电场里,电场线的疏密表示。
4)电场线起于电荷(或处),止于电荷(或处).
5)电场线在电场中不 ,无电荷处不。
6)电场线只能描述电场的方向及定性地描述电场的强弱, 是电荷在电场中运动轨迹。
7)由于电场连续分布于空间,所以各条电场线之间空白处。
考点知识解读】
考点。一、库仑定律的理解与计算。
剖析:1.使用条件:
1)库仑定律只适用于真空中的点电荷,但在要求不很精确的情况下,点电荷在空气中的相互作用也可以应用库仑定律。
2)当带电体间的距离远大于它们本身的尺寸时,可把带电体看作点电荷。但不能根据公式错误地推论:当r→0时,f→∝.其实,在这样的条件下,两个带电体已经不能再看作点电荷了。
3)对于两个均匀带电绝缘球体,可将其视为电荷集于球心的点电荷,r为两球心之间的距离。
4)对两个带电金属球,要考虑金属表面电荷的重新分布。
2.库仑力具有力的共性:
1)两个点电荷之间的库仑力遵守牛顿第三定律——大小相等、方向相反(不能认为电量不等的两个点电荷相互作用时,所受的库仑力不等).
2)库仑力可使带电体产生加速度。例如:原子的核外电子由库仑力提供向心力而围绕原子核做圆周运动。
3)库仑力可和其他力平衡。
4)库仑力遵循矢量合成。如果是多个点电荷对另一个点电荷的作用,可分别对每个点电荷间使用,然后把该电荷所受各库仑力进行矢量合成。
3.库仑力参与的力学平衡问题。
1)库仑力参与的力学平衡,仅仅是多了一个库仑力,分析方法仍然是对研究对象应用平衡条件合力f=0解决。
例如:如图7-1-1所示,质量分别为m1和m2带有同种电荷的小球用细绳悬挂在同一位置,m1和m2处在同一水平面上处于平衡状态,试分析悬线与竖直方向的偏角的关系?
由平衡条件,对m1:f1=m1gtanα 对m2:f2=m2gtanβ
两式联立得。
分析:当m1=m2时,α=
当m1>m2时,α<
当m1<m2时,α>
同时要克服α与β关系与电荷量有关的思维定势,其大小关系与所带电荷量无关。有兴趣的同学可分析当悬挂小球不在同一水平面时α与β关系。
2)同一直线上的两个固定点电荷q1和q2,引入第三个点电荷q使其平衡的问题分析。
位置:取q为研究对象,由平衡条件可以得出结论,“同种电荷放中间,异种电荷放两边,专往小的靠”.
电性、电量:因只能取q为研究对象,故“电性、电量无法判”.
3)同一直线上的两个自由点电荷q1和q2,引入第三个点电荷q使其平衡的问题分析。
三个自由电荷的平衡问题,是静电场中的典型问题。为了使电荷系统处于平衡状态,每个电荷受到的两个库仑力必须大小相等、方向相反。根据库仑定律和力的平衡条件,二、三个点电荷的讨论和计算,可以概括成易记的口诀:
位置:“同种电荷放中间,异种电荷放两边,专往小的靠”.
电性:符号对称。
电量:必须取前两个点电荷q1或q2为研究对象,求出引入的第三个点电荷q的电量。
还有另一种结论:“两大夹小”是说三个电荷,外面两个的电荷量必须大于中间的一个;“两同夹异”是说外面的两个电荷的电性必须相同,并且中间的一个电性与外面的两个相异。
利用这一结论可以迅速、准确地确定三个自由电荷的相对位置及电荷的电性,然后根据库仑定律列出电荷的受力平衡方程,问题就迎刃而解了。
例题1】.半径相同的两个金属球a、b(可以看作点电荷)带有相等的电荷量,相隔一定距离,两球之间相互吸引力的大小是f,今让第三个半径相同的不带电的金属小球先后与a、b两球接触后移开,这时a、b两球之间的相互作用力的大小是( )
a.f/8 b、f/4 c、3f/8 d、3f/4
解析 :此题考查库仑定律的应用,涉及电荷的重新分配规律、库仑定律公式理解。
第三个小球先后与a、b接触后,电荷重新分布配,由于三个球完全相同,符号均分原理。a、b两球之间的作用力始终满足库仑定律。两球相互吸引,说明必带异种电荷,设电荷量分别为q,假设a球带负电,当第三个不带电的小球c与a球接触后,a、c两球带的电荷量平分,每球带电荷量为+q/2,当再把c球与b球接触后,两球得的电量先中和,再平分,每球的带电量为-q/4,由库仑定律可知,当移开c球后,由于r不变,所以a、b两球之间的相互作用力的大小为f1=f/8,故选项a正确。
答案:a变式训练1】、有三个完全一样的金属小球a、b、c,a带电量7q,b带电量-q,c不带电,将a、b固定 ,相距r,然后让c球反复与a、b球多次接触,最后移去c球,试问a、b两球间的相互作用力变为原来的多少倍?
考点。二、电场的叠加原理及三个表达式的比较。
剖析:1. 叠加原理。
几处点电荷同时在某点形成电场时,该点的场强等于各个点电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。
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