物理选修3-1第一章静电场知识点总结.ppt

“静电场”是电学的基础知识，承前启后，也是历年高考的重点之一.需要我们在理解基本概念的基础上，掌握电荷守恒定律、库仑定律、场强叠加、匀强电场中电场强度与电势差的关系、带电粒子在电场中的运动等有关规律.学会运用电场线、等势面等几何方法形象地描述电场的分布；熟练将运动学和力学的规律应用到电场中，分析、解决带电粒子在电场中的运动问题.课标领航课标领航一、三种起电方式一、三种起电方式1 1、摩擦起电、摩擦起电2 2、感应起电、感应起电（实质：电子的转移）（实质：电子的转移）3 3、接触起电、接触起电 近近端感应端感应异异种电荷，种电荷，远远端感应端感应同同种电荷种电荷同种电荷电量平分，同种电荷电量平分，异种电荷先中和后平分异种电荷先中和后平分二、电荷守恒定律二、电荷守恒定律三三、元电荷、元电荷最小的电荷量最小的电荷量所有带电体的电荷量都是所有带电体的电荷量都是e e的整数的整数倍倍e=1.6010-19C比荷：比荷：带电体的电荷量与质量之比带电体的电荷量与质量之比1.1 电荷及其守恒定律电荷及其守恒定律质子：质子：+e+e电子：电子：-e-e1.2 库仑定律库仑定律 1 1、内容：、内容：2 2、表达式：、表达式：q1q2+rFFk k 叫静电力常量叫静电力常量 :3 3、适用范围：、适用范围：真空（空气中近似）真空（空气中近似）静止点电荷（理想化模型）静止点电荷（理想化模型）r r：球心间距：球心间距4 4、说明：库仑力是矢量、说明：库仑力是矢量 大小：代入大小：代入q q1 1q q2 2的绝对值计算的绝对值计算 方向：同斥异吸方向：同斥异吸 如图111所示，挂在绝缘细线下的小轻质通草球，由于电荷的相互作用而靠近或远离，所以()类型类型一一电荷间的相互作用电荷间的相互作用图图111例例例例1 1A甲图中两球一定带异种电荷B乙图中两球一定带同种电荷C甲图中两球至少有一个带电D乙图中两球只有一个带电【答案答案】BC1绝缘细线上端固定，下端悬挂一轻质小球a，a的表面镀有铝膜，在a的近旁有一绝缘金属球b，开始时a、b不带电，如图112所示，现使b球带电，则()图图112变式拓展变式拓展变式拓展变式拓展Aa、b之间不发生相互作用Bb将吸引a，吸在一起不分开Cb立即把a排斥开Db先吸引a，接触后又把a排斥开解析：解析：选选D.如图113所示，将带有负电的绝缘棒移近两个不带电的导体球，两个导体球开始时互相接触且对地绝缘，下列方法中能使两球都带电的是()类型类型二二起电方式的应用起电方式的应用图图113例例例例2 2A先把两球分开，再移走棒B先移走棒，再把两球分开C使棒与甲球瞬时接触，再移走棒D先使乙球瞬时接地，再移走棒【答案答案】ACD如图114所示，有一带正电的验电器，当一金属球A靠近验电器的小球B(不接触)时，验电器的金箔张角减小，则()例例例例3 3类型类型三三用验电器判断物体的带电情况用验电器判断物体的带电情况图图114A金属球可能不带电B金属球可能带负电C金属球可能带正电D金属球一定带负电【答案答案】AB3(2010年武汉市调研测试)如图115所示，用起电机使金属球A带上正电，靠近验电器B，则()图图115变式拓展变式拓展变式拓展变式拓展A验电器金箔不张开，因为球A没有和B接触B验电器金箔张开，因为整个验电器都带上了正电C验电器金箔张开，因为整个验电器都带上了负电D验电器金箔张开，因为验电器下部箔片都带上了正电解解析析：选选D.A球球带带正正电电，靠靠近近验验电电器器B时时，发发生生静静电电感感应应，验验电电器器的的金金属属球球带带负负电电，金金属属箔箔片片带带正正电电而而张张开开.有A、B、C三个完全相同的金属球，A带1.2104C的正电荷，B、C不带电，现用相互接触的方法使它们都带电，则A、B、C所带的电荷量可能是下面哪组数据()A6.0105C,4.0105C,4.0105CB6.0105C,4.0105C,2.0105CC4.5105C,4.5105C,3.0105CD5.0105C,5.0105C,2.0105C例例例例4 4类型类型四四电荷守恒定律的应用电荷守恒定律的应用 【答案答案】C1.3电场强度电场强度一、电场一、电场1.1.电场是客观存在的电场是客观存在的特殊物质特殊物质。2.2.电场的基本性质是电场的基本性质是对放入其对放入其中的电荷有力的作用中的电荷有力的作用(电场力电场力)。1.3电场强度电场强度场强的定义式，场强的定义式，适用任何电场适用任何电场 唯一性：唯一性：电场中某点的场强是确定的电场中某点的场强是确定的场强的决定式，场强的决定式，适用真空中点电荷适用真空中点电荷二、电场强度二、电场强度方向性方向性：正试探电荷的受力方向正试探电荷的受力方向三、场强的叠加原理：三、场强的叠加原理：遵循平行四边形定则遵循平行四边形定则1.3电场强度电场强度四、电场线四、电场线（假想的线）（假想的线）1.起于正电荷（无穷远处），终于负电荷（无穷远处）起于正电荷（无穷远处），终于负电荷（无穷远处）2.不闭合，不相交。不闭合，不相交。3.3.疏密表示场强大小，切线方向表示场强方向。疏密表示场强大小，切线方向表示场强方向。疏密表示场强大小，切线方向表示场强方向。疏密表示场强大小，切线方向表示场强方向。若电场线是直线，电场线方向就是场强方向。若电场线是直线，电场线方向就是场强方向。若电场线是直线，电场线方向就是场强方向。若电场线是直线，电场线方向就是场强方向。1.4 1.4 1.4 1.4 电势能和电势电势能和电势电势能和电势电势能和电势 将电荷将电荷q q从从A A沿任何路径移至沿任何路径移至B B，静电力做功相同静电力做功相同EB+MAFq+WAB=qE|AM|结论结论：静电力做功与：静电力做功与路径路径无关无关,由由初末初末位置来决定位置来决定.电场力做功的过程是电势能电场力做功的过程是电势能转化的过程。转化的过程。1 1、定义：电荷在电场中具有的势能。、定义：电荷在电场中具有的势能。3 3、相对性：大地或无穷远为电势能零点。、相对性：大地或无穷远为电势能零点。2、静电力做的功等于电势能的减少量。、静电力做的功等于电势能的减少量。（E Ep p）标量）标量EpAFAB+FEEB电场力对电荷做正功，电荷的电势能减小电场力对电荷做正功，电荷的电势能减小电场力对电荷做负功，电荷的电势能增加电场力对电荷做负功，电荷的电势能增加、下列说法中正确的是（、下列说法中正确的是（）A.A.当两正点电荷相互靠近时，它们的电势能增大当两正点电荷相互靠近时，它们的电势能增大B.B.当两负点电荷相互靠近时，它们的电势能增大当两负点电荷相互靠近时，它们的电势能增大C.C.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能减小电势能减小D.D.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能增大。电势能增大。ABCABC、一个电荷、一个电荷只在电场力作用下只在电场力作用下从电场中的从电场中的A A点移到点移到B B点时，电场力做了点时，电场力做了5 510106 6J J的功，则的功，则()()A A电荷在电荷在B B处时将具有处时将具有5 510106 6J J 的电势能的电势能B B电荷在电荷在B B处将具有处将具有5 510106 6J J 的动能的动能C C电荷的电势能减少了电荷的电势能减少了5 510106 6J J D D电荷的动能增加了电荷的动能增加了5 510106 6J J CDCD3 3、如图所示、如图所示,在等量正点电荷形成的电场中在等量正点电荷形成的电场中,它们它们连线的中垂面连线的中垂面abab上上,有一电子有一电子,从静止开始由从静止开始由a a运动到运动到b b的过程中的过程中(a(a、b b相对相对o o对称对称),),下列说法正确的是下列说法正确的是()A.A.电子的电势能始终增多电子的电势能始终增多B.B.电子的电势能始终减少电子的电势能始终减少C.C.电子的电势能先减少后增加电子的电势能先减少后增加D.D.电子的电势能先增加后减少电子的电势能先增加后减少COab+-4 4、一带电油滴在竖直方向的匀强电场中的运、一带电油滴在竖直方向的匀强电场中的运动轨迹如图虚线所示动轨迹如图虚线所示,电场方向竖直向下电场方向竖直向下.若不计空若不计空气阻力气阻力,则此带电油滴从则此带电油滴从a运动到运动到b b的过程中的过程中,能量变能量变化情况为化情况为()()A.A.动能减小动能减小B.B.电势能增加电势能增加C.C.动能和电势能之和减少动能和电势能之和减少D.D.重力势能和电势能之和增加重力势能和电势能之和增加EabCF电电GF合合电荷在电场中某一点的电势能与电荷在电场中某一点的电势能与它的它的电荷量的比值。电荷量的比值。1.1.定义定义:2.2.公式公式:(计算时要代入正负号计算时要代入正负号)电场中某点的电势大小是由电场本身的性质电场中某点的电势大小是由电场本身的性质决定的，与放不放电荷及放什么电荷无关。决定的，与放不放电荷及放什么电荷无关。3.3.标量，正负表大小。标量，正负表大小。一般选无穷远或大地电势为零。一般选无穷远或大地电势为零。4.4.沿电场线沿电场线 (场强场强)方向电势降低。方向电势降低。5 5、如果把、如果把q=1.0q=1.01010-8-8C C的电荷从无穷远处移至电场中的电荷从无穷远处移至电场中的的A A点，需克服电场力做功点，需克服电场力做功W=1.2W=1.21010-4-4J.J.那么那么 q q在在A A点的电势能和在点的电势能和在A A点的电势各是多少？点的电势各是多少？q q未移入电场前未移入电场前A A点的电势是多少点的电势是多少？6 6、如图所示，电场中有、如图所示，电场中有A A、B B两点，则下列说法两点，则下列说法中正确的是（中正确的是（）A A、电势、电势A A B B 场强场强E EA AEEB BB B、电势、电势A A B B 场强场强E EA AEEEpBpBA AB BE EBC结论：正电荷沿电场线方向结论：正电荷沿电场线方向电势能减少，负电荷沿电场电势能减少，负电荷沿电场线方向电势能增加。线方向电势能增加。E+2 2、几种常见的等势面、几种常见的等势面1 1、定义：、定义：电场中电势相同的各点构成的面电场中电势相同的各点构成的面等势面的特点：等势面的特点：5.5.沿电场线方向电势降低最快。沿电场线方向电势降低最快。1.1.同一等势面上各点电势相等。同一等势面上各点电势相等。2.2.在同一等势面上移动电荷，电场力不做功。在同一等势面上移动电荷，电场力不做功。3.3.电场线跟等势面垂直，且由电势高的等势电场线跟等势面垂直，且由电势高的等势面指向电势低的等势面。面指向电势低的等势面。4.4.不同等势面不相交。不同等势面不相交。20 15 1020 15 10ACB等差等势面：相等差等势面：相邻的等势面间电邻的等势面间电势之差相等。势之差相等。6.6.等差等势面越密，场强越大。等差等势面越密，场强越大。8 8、关于等势面，正确的说法是（关于等势面，正确的说法是（）A A电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功B B等势面上各点的场强大小相等等势面上各点的场强大小相等C C等势面一定跟电场线垂直等势面一定跟电场线垂直D D两等势面不能相交两等势面不能相交CDCD1.5 电势差电势差一、电势差与电势的关系：一、电势差与电势的关系：电势差：电势差：电场中两点的电势之差,也叫电压。则有或者表示成显然设电场中A点的电势为，B点的电势为二、静电力做功与电势差的关系：二、静电力做功与电势差的关系：；即或 电荷q从电场中A点移到B点：AB1.8 1.8 电容器的电容电容器的电容一、电容：一、电容：2 2、定义式：、定义式：1 1、物理意义：反映电容器容纳电荷本领、物理意义：反映电容器容纳电荷本领大小的物理量。大小的物理量。3 3、单位：、单位：法拉（法拉（F）常用：微法（常用：微法（FF）皮法（皮法（pFpF）1F=101F=10-6-6F 1 pF=10F 1 pF=10-12-12F F r r：相对介电常数；：相对介电常数；k=9.0k=9.010109 9N Nm m2 2/C/C2 2S S：两极板的正对面积，：两极板的正对面积，d d：极板间距：极板间距二、平行板电容器的电容：二、平行板电容器的电容：决定式：决定式：3 3、平行板电容器的动态分析、平行板电容器的动态分析（1 1）电容器与电源相连：）电容器与电源相连：U U不变。不变。（2 2）电容器充电后与电源断开）电容器充电后与电源断开：Q Q不变。不变。两种基本情况：两种基本情况：三个依据：三个依据：知识简析知识简析 【例4】两个较大的平行金属板A、B相距为d,分别接在电压为U的电源正、负极上,这时质量为m,带电量为q的油滴恰好静止在两极之间,如图所示,在其它条件不变的情况下,如果将两极非常缓慢地错开一些,那么在错开的过程中（）A油滴将向上加速运动，电流计中电流从b流向a。B油滴将向下加速运动，电流计中的电流从a流向b。C油滴静止不动，电流计中的电流从b流向a。D油滴静止不动，电流计中的电流从a流向b。解析解析:D正确 J2459J2459学生示波器学生示波器阴极射线管结构示意图阴极射线管结构示意图电场中的带电粒子分类：电场中的带电粒子分类：1、基本粒子：如电子，质子，、基本粒子：如电子，质子，粒子，离子等。粒子，离子等。这这些粒子所受重力和电场力相比小得多，一般些粒子所受重力和电场力相比小得多，一般重力可重力可忽略。忽略。（但并不能忽略质量）（但并不能忽略质量）2、带电微粒：如带电小球、液滴、油滴、尘埃等。、带电微粒：如带电小球、液滴、油滴、尘埃等。除有说明或暗示外除有说明或暗示外,一般重力不可忽略。一般重力不可忽略。二、带电粒子在匀强电场中的偏转二、带电粒子在匀强电场中的偏转类平抛运动类平抛运动与粒子比荷与粒子比荷q/m成正比成正比与粒子初速度与粒子初速度v0平方成反平方成反比比与电场的属性与电场的属性U、l、d有有关关二、带电粒子在匀强电场中的偏转二、带电粒子在匀强电场中的偏转与粒子比荷与粒子比荷q/m成正比成正比与粒子初速度与粒子初速度v0平方成反平方成反比比与电场的属性与电场的属性U、l、d有有关关类平抛运动类平抛运动+-v+U1U2v0 L L-qm-带电粒子的加速和偏转带电粒子的加速和偏转类平抛类平抛运动运动F加速电场加速电场U1:偏转电场偏转电场U2:+-vv0vy+U1U2v0 L L-qmy-带电粒子的加速和偏转带电粒子的加速和偏转F偏转电场偏转电场U2:加速电场加速电场加速电场加速电场U1:规律方法规律方法 【例4】一带电粒子从静止经加速电压U1的加速电场加速后进入板间距离为d，板间电势差为U2的偏转电场，当它飞出偏转电场时，偏转角为，要使偏转角增大，则需要（）A使粒子的荷质比（q/m）变大B其它条件不变，只使U1变大 C其它条件不变，只使U2变大 D其它条件不变，只使d变大解析：U1q=mv02 tan=vy/v0=(qU2/dm)(L/v0)/v0=qU2L/mdv02得tan=U2L/2dU1,即偏转角与m与q无关所以A错B错，C对，D错 1 1、下列粒子由静止经加速电压为U的电场加速后，哪种粒子动能最大（）哪种粒子速度最大（）A、质子 B、电子C、氘核 D、氦核 例与练例与练与与电量电量成正比成正比与与比荷平方比荷平方根根成正比成正比2 2、如图所示，M、N是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为m、电量为+q的带电粒子，以极小的初速度由小孔进入电场，当M、N间电压为U时，粒子到达N板的速度为v，如果要使这个带电粒子到达N板的速度为2v，则下述方法能满足要求的是（）A、使M、N间电压增加为2U B、使M、N间电压增加为4U C、使M、N间电压不变，距离减半 D、使M、N间电压不变，距离加倍 例与练例与练MMN NU Ud d+v与与电压平方电压平方根根成正比成正比3 3、如图M、N是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为m电量为-q的带电粒子，以初速度V0由小孔进入电场，当M、N间电压为U时，粒子刚好能到达N板，如果要使这个带电粒子能够到达M、N两板间距的1/2处返回，则下述方法能满足要求的是（）A、使初速度减半B、使M、N间电压加倍C、使M、N间电压提高4倍D、使初速度和M、N间电压都加倍例与练例与练MMN NU Ud d-v04 4、如图所示的电场中有A、B两点，A、B的电势差UAB100V，一个质量为m=2.010-12kg、电量为q=-5.010-8C的带电粒子，以初速度v0=3.0103m/s由A点运动到B点，求粒子到达B点时的速率。（不计粒子重力）例与练例与练A A-v0B Bq为为负负6、质量为m、带电量为q的粒子以初速度v从中线垂直进入偏转电场，刚好离开电场，它在离开电场后偏转角正切为0.5，则下列说法中正确的是（）A、如果偏转电场的电压为原来的一半，则粒子离开电场后的偏转角正切为0.25 B、如果带电粒子的比荷为原来的一半，则粒子离开电场后的偏转角正切为0.25 C、如果带电粒子的初速度为原来的2倍，则粒子离开电场后的偏转角正切为0.25 D、如果带电粒子的初动能为原来的2倍，则粒子离开电场后的偏转角正切为0.25例与练例与练偏转角正切与偏转角正切与比荷成正比比荷成正比偏转角正切与偏转角正切与初动能成反比初动能成反比偏转角正切与偏转角正切与电压成正比电压成正比7、质子(质量为m、电量为e)和二价氦离子(质量为4m、电量为2e)以相同的初动能垂直射入同一偏转电场中，离开电场后，它们的偏转角正切之比为 ，侧移之比为 。例与练例与练与与电量电量成正比成正比与与电量电量成正比成正比8、三个电子在同一地点沿同一直线垂直飞入偏转电场，如图所示。则由此可判断（）A、b和c同时飞离电场 B、在b飞离电场的瞬间，a刚好打在下极板上 C、进入电场时，c速度最大，a速度最小 D、c的动能增量最小，a和b的动能增量一样大 例与练例与练析与解析与解9、如图，电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始加速，然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中，入射方向跟极板平行。整个装置处在真空中，重力可忽略。在满足电子能射出平行板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角变大的是（）A、U1变大、U2变大 B、U1变小、U2变大C、U1变大、U2变小 D、U1变小、U2变小例与练例与练析与解析与解对加速过程由动能定理：对加速过程由动能定理：对偏转过程由偏转角正切公式：对偏转过程由偏转角正切公式：与粒子的与粒子的电量电量q q、质量质量mm无关无关10、如图所示，二价氦离子和质子的混合体，经同一加速电场加速后，垂直射入同一偏转电场中，偏转后，打在同一荧光屏上，则它们（）A、侧移相同 B、偏转角相同 C、到达屏上同一点 D、到达屏上不同点例与练例与练与粒子的与粒子的电量电量q q、质量质量mm无关无关11、试证明：带电粒子垂直进入偏转电场，离开电场时就好象是从初速度所在直线的中点沿直线离开电场的。例与练例与练x12、如图所示，有一电子(电量为e、质量为m)经电压U0加速后，沿平行金属板A、B中心线进入两板，A、B板间距为d、长度为L，A、B板间电压为U，屏CD足够大，距离A、B板右边缘2L，AB板的中心线过屏CD的中心且与屏CD垂直。试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的距离。例与练例与练析与解析与解电子离开电场，就好象从中点沿直线离开的：电子离开电场，就好象从中点沿直线离开的：对加速过程由动能定理：对加速过程由动能定理：13、质量为110-25kg、电量为110-16C的带电粒子以2106m/s速度从水平放置的平行金属板A、B中央沿水平方向飞入板间，如图所示。已知板长L10cm，间距d2cm，当AB间电压在()范围内时，此带电粒子能从板间飞出。例与练例与练v0+-v0+-析与解析与解对偏转过程由偏转角正切公式：对偏转过程由偏转角正切公式：或对偏转过程由侧移公式：或对偏转过程由侧移公式：14、初速度为2107m/s的电子沿平行金属板间的中心线射入板中，板长为30cm，相距为4cm，在两板间加上如图所示的正弦交变电压。已知电子的质量为910-31Kg，电量为1.610-19C，不计电子重力，求：要使所有的电子都能离开电场，图中电压的最大值U0需满足什么条件？例与练例与练可认为在可认为在t t时时间内间内电场电场不变不变设电子在两板间的运动时间为设电子在两板间的运动时间为t设电子在偏转电压为设电子在偏转电压为U U0 0时进入板间时进入板间析与解析与解