高二物理选修3-1 专题静电平衡
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高二物理选修3-1知识点第一章静电场第1节电荷及其守恒定律一、起电方法的实验探究1. 物体有了吸引轻小物体的性质,就说物体带了电或有了电荷。
2. 两种电荷自然界中的电荷有2种,即正电荷和负电荷。
如:丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷是正电荷;用干燥的毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷是负电荷。
同种电荷相斥,异种电荷相吸。
相互吸引的一定是带异种电荷的物体吗?不一定,除了带异种电荷的物体相互吸引之外,带电体有吸引轻小物体的性质,这里的“轻小物体”可能不带电。
3. 起电的方法使物体起电的方法有三种:摩擦起电、接触起电、感应起电(1)摩擦起电:两种不同的物体原子核束缚电子的能力并不相同.两种物体相互摩擦时,束缚电子能力强的物体就会得到电子而带负电,束缚电子能力弱的物体会失去电子而带正电.(正负电荷的分开与转移)(2)接触起电:带电物体由于缺少(或多余)电子,当带电体与不带电的物体接触时,就会使不带电的物体上失去电子(或得到电子),从而使不带电的物体由于缺少(或多余)电子而带正电(负电).(电荷从物体的一部分转移到另一部分)(3)感应起电:当带电体靠近导体时,导体内的自由电子会向靠近或远离带电体的方向移动.(电荷从一个物体转移到另一个物体) 三种起电的方式不同,但实质都是发生电子的转移,使多余电子的物体(部分)带负电,使缺少电子的物体(部分)带正电.在电子转移的过程中,电荷的总量保持不变。
二、电荷守恒定律1. 电荷量:电荷的多少。
在国际单位制中,它的单位是库仑,符号是C。
2. 元电荷:电子和质子所带电荷的绝对值1.6×10-19C,所有带电体的电荷量等于e或e的整数倍。
(元电荷就是带电荷量足够小的带电体吗?提示:不是,元电荷是一个抽象的概念,不是指的某一个带电体,它是指电荷的电荷量.另外任何带电体所带电荷量是1.6×10-19C 的整数倍。
7 静电现象的应用1.知道静电感应产生的原因,理解什么是静电平衡状态。
2.理解静电平衡时,导体内部的电场强度处处为零,电荷只分布在导体的外表面上。
3.知道处于静电平衡的导体是等势体,导体表面是等势面。
4.知道尖端放电、静电屏蔽现象及它们的应用。
如图所示,金属笼中的人在电击下完好无损,这是为什么呢?答案:提示:因为笼体达到静电平衡,是个等势体。
身体并不存在电势差,没有电流流过。
1.静电平衡状态下导体的电场(1)静电平衡状态:导体中(包括表面)__________不再发生定向移动,我们就认为导体达到了静电平衡状态。
(2)静电平衡状态下导体的特点:①处于静电平衡状态的导体,内部________处处为零。
②处于静电平衡状态的整个导体是一个________,它的表面是一个等势面。
③表面处的电场强度不为零,表面处的电场强度方向跟导体表面________。
2.导体上电荷的分布(1)处于静电平衡状态的导体,内部没有电荷,电荷只分布在________。
(2)在导体表面,越尖锐的位置,电荷的密度(单位面积上的电荷量)______,凹陷的位置________电荷。
3.尖端放电(1)电离:使空气分子中的__________分离,这种现象叫做空气的电离。
(2)尖端放电:导体尖端的电荷密度很大,附近的______很强,使周围中性空气分子电离,变成带电离子,这些带电离子在强电场的作用下加速,会使更多的空气分子电离,产生大量的________,与导体尖端的电荷符号相反的离子被________到尖端,跟尖端上的电荷______,这相当于尖端______电荷,这种现象叫做尖端放电。
(3)应用与防止:应用:________;防止:高压输电设备导体的表面尽量做得光滑,避免放电。
4.静电屏蔽导体处于静电平衡时,内部电场强度处处为零,表现为电中性,若导体是空腔的,空腔部分的________也处处为零,无论导体外部的电场是什么样的,电场都不会________导体内部,金属壳的这种作用叫做静电屏蔽。
静电感应专题1、如图所示,面积足够大的、板间距离为d 的两平行金属板竖直放置,与直流电压为U 的电源连接,板间放一半径为 R( 2R< d)的绝缘金属球壳,C、D 是球壳水平直径上的两点,则以下说法正确的是( )A.由于静电感应,球壳上C、D 两点电势差为B.由于静电感应,球壳中心O 点场强为零C.用手摸一下球壳,再拿去平行金属板,球壳带正电D.用手摸一下球壳,再拿去平行金属板,球壳带负电2、如图所示为一空腔球形导体(不带电),现将一个带正电荷的小金属球A 放入空腔中,当静电平衡时,图中a、b、c 三点的场强E 和电势φ的关系是A .E a>E b>E c,φa>φb>φc B.Ea=E b>E c,φa=φb>φcC.E a=E b=E c,φa=φb=φc D .Ea>E c>E b,φa>φb>φc3、如图所示,把一个不带电的枕型导体靠近带正电的小球,由于静电感应,在a,b端分别出现负、正电荷,则以下说法正确的是:A.闭合 K1,有电子从枕型导体流向地 B.闭合 K2,有电子从枕型导体流向地C.闭合 K1,有电子从地流向枕型导体 D.闭合 K2,没有电子通过K24、把一个带正电的小球A,放入带绝缘支架不带电的空心球壳B内,但不与B的内壁接触,如图所示,达到静电平衡后,下列说法正确的是()A.球壳 B 内空腔处的场强为零B.球壳外部空间的场强为零C.球壳 B 的内表面上无感应电荷D.若将球壳B 接地则带负电5、如图所示,带电体 Q 靠近一个接地空腔导体,空腔里面无电荷.在静电平衡后,下列物理量中等于零的是( ).A .导体空腔内任意点的场强B.导体空腔内任意点的电势C.导体外表面的电荷量D.导体空腔内表面的电荷量6.如图所示,P 是一个带电体,N是一个不带电的金属空腔,在下列情况中,放在绝缘板上的小纸屑(图中S)不会被吸引的是( )7.一金属球,原来不带电,现沿球的直径的延长线放置一均匀带电细杆MN ,如图所示,金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上 a,b,c 三点的场强大小分别为Ea,Eb,Ec,三者相比()A.Ea 最大B.Eb 最大C.Ec 最大D.Ea=Eb=Ec8.如图中,实心金属球A半径为R,带电量为Q,点电荷B带电量为q。
高中物理选修3-1知识点总结:第一章静电场(人教版)新知归纳:一、电荷间的相互作用:●电荷间有相互作用力,同种电荷互相排斥,异种电荷相互吸引,两电荷间的相互作用力大小相等,方向相反,作用在同一直线上。
●库仑定律:在真空中两个点电荷间的作用力大小为F=kQ1Q2/r2静电力常量k=9.0×109N・m2/C2。
二、电场强度:●定义式:E=F/q,该式适用于任何电场,E与F、q无关只取决于电场本身,E的方向规定为正点电荷受到电场力的方向。
①场强ε与电场线的关系:电场线越密的地方表示场强越大,电场线上每点的切线方向表示该点的场强方向,电场线的方向与场强ε的大小无直接关系。
②场强的合成:场强ε是矢量,求合场强时应遵守矢量合成的平行四边形法则。
③电场力:F=qE,F与q、E都有关。
●决定式:①E=kQ/r2,仅适用于在真空中点电荷Q形成的电场,E的大小与Q成正比,与r2成反比。
②E=U/d,仅适用于匀强电场。
三、电势能:●电场力做功的特点:电场力对移动电荷做功与路径无关,只与始末位的电势差有关,Wab=qUab●判断电势能变化的方法:①根据电场力做功的正负来判断,不管正负电荷,电场力对电荷做正功,该电荷的电势能一定减少;电场力对电荷做负功,该电荷的电势能一定增加。
②根据电势的定义式U=ε/q来确定。
③利用W=q(Ua-Ub)来确定电势的高低。
四、静电平衡:把金属导体放入电场中时,导体中的电荷重新分布,当感应电荷产生的附加电场E¢与原场强E0叠加后合场强E为零时,即E=E0+E¢=0,金属中的自由电子停止定向移动,导体处于静电平衡状态。
孤立的带电导体和处于电场中的感应导体,处于静电平衡时,主要特点是:①导体内部的合场强处处为零(即感应电荷的场强与原场强大小相等方向相反)没有电场线。
②整个导体是等势体,导体表面是等势面。
③导体外部电场线与导体表面垂直。
④孤立导体上净电荷分布在外表面。
高二物理选修3-1 专题:静电平衡
【教学三维目标】
1.知道静电感应产生的原因,理解什么是静电平衡状态
2.理解静电平衡时,净电荷只分布在导体表面且内部场强处处为零 3.知道静电屏蔽及其应用 【重点难点】 静电平衡状态 电场中导体的特点 【教学方法】
推理归纳法、问题解决法、实验法 【教具准备】
验电器、法拉第圆筒、有绝缘柄的金属球一个、金属网罩、收音机、感应起电机、导线若干 【教学过程】 (一)复习提问
1、什么是静电感应现象?
2、静电感应现象的实质是什么?
3、在静电感应时用手摸一下导体,再移走源电荷,则导体带什么电?
若将导体接地则情况如何?左端接地呢? (二)新课教学 一、电场中的导体
1、 金属导体的特征:
由做热振动的正离子和做无规则热运动的自由电子组成 2、 静电感应现象
问题:在源电荷的电场中引入金属导体后会对空间各点的场强有影响吗? 是什么作用使金属内的电子定向移动的?此移动一直进行吗?
金属导体内部有电场吗?
答:使空间电场重新分布
源电荷的电场使导体内部自由电子定向移动
静电平衡状态:导体(包括表面)
中没有电荷定向移动时的状态叫静电平衡状态
4、静电平衡状态下导体的特点:
⑴内部场强处处为零(不为0则自由电子将继续移动直至合场强为0)
⑵导体中没有自由电荷定向移动 ⑶净电荷分布在导体表面 实验证明:法拉第圆筒实验 ⑷导体表面附近电场线与表面垂直
理论证明:中性导体带电后,由于同种电荷相互排斥,净电荷只能分布在表面 反证法:若内部有自由电荷,则内部场强不为0,导体就不是处于静电平衡状态
5
上图空间实际电场分布,不会出现虚线电场线 二、静电屏蔽
1、 空腔导体的特点:
净电荷只分布在外表面,内表面不带电,空腔内没有电场
2、 静电屏蔽
外部电场对内部仪器没有影响 若将源电荷置于空腔内,则外对内没有影响,
但内对外有影响
实验演示:将收音机置于金属网罩内则声音大小减小
若将球壳接地,则内外各不影响
3、 应用
电学仪器和电子设备外面套有金属罩 通信电缆版面包一层铅皮 高压带电作业人员穿金属网衣 通讯工具在钢筋结构房屋中接收信号弱
(三)巩固练习
例1:如图所示,在一个原来不带电的金属导体壳的球心处放一正电荷,试分析A 、B 、C 三
点的场强:
A .E A ≠0 ,E
B =0 ,E
C =0
B .E A ≠0 ,E B ≠0 ,E
C =0 C .E A ≠0 ,E B ≠0 ,E C ≠0
D .
E A =0 ,E B ≠0 ,E C =0
例2:如图所示,A 、B 是两个架在绝缘支座上的金属球,都不带电,中间用导线连接,现用
一带正电的小球C 靠近B ,用手摸一下B 球,再撤去导线,然后移走C 球,则A 、B 带电情况:
A .A 球带正电,
B 球带负电
B .A 球带正电,B 球不带电
C .A 球不带电,B 球带负电
D .以上说法都不正确
例3:长为L 的金属棒原来不带电,现将一带电荷量为q 的正电荷放在距棒左端R 处且与棒在
一条线上,则棒上感应电荷在棒内中点O 处产生的场强的大小 ,方向 。
(四)小结
1、静电平衡状态下导体有什么特点?
2、静电屏蔽有哪几种情况?有哪些应用? 【布置作业】 【教后记】
1、 教材并没有安排这一节的内容,但在历届高考中都有体现,所以对于这块知识原则是讲清基础知识,不追求深难偏。
学生对电场强度大小,方向的判断,导体内部外部的区别存在问题,准备在作业纸上让他们逐步解决问题。
B
+
C
q。