【人教版】物理必修三 第9章 靜電場及其應用（知識梳理+單元練習）

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第九章 靜電場及其應用知識清單 知識點一：三種帶電方式 【對點檢測1】如圖所示，當人用手接觸范德格拉夫起電機的金屬球時會出現(xiàn)頭發(fā)豎起來的現(xiàn)象，下面關(guān)于這個過程的描述不正確的是（???） A．范德格拉夫起電機起電過程滿足電荷守恒 B．出現(xiàn)頭發(fā)豎起來的現(xiàn)象能夠說明同種電荷相互排斥 C．若金屬球帶正電，手接觸范德格拉夫起電機的金屬球時，人頭發(fā)帶上負電荷 D．手接觸范德格拉夫起電機金屬球時，要想出現(xiàn)頭發(fā)豎起來的現(xiàn)象，人需站在絕緣材料上 【對點檢測2】如圖將一束塑料包扎帶一端打結(jié)，另一端撕成細條后，用手迅速捋細條，觀察到細條散開現(xiàn)象的分析中，正確的是（　?。? A．撕成細條后，由于空氣浮力使細條散開 B．撕成細條后，所受重力減小，細條自然松散 C．由于摩擦起電，細條帶同種電荷，相互排斥散開 D．細條之間相互感應起電，相互排斥散開 【對點檢測3】如圖所示，A、B為相互接觸的用絕緣支柱支持的金屬導體，起初它們不帶電，在它們的下部貼有金屬箔片，C是帶正電的小球，下列說法正確的是（　?。??? A．把C移近導體A時，A、B上的金屬箔片都閉合 B．把C移近導體A，先把A、B分開，然后移去C，A、B上的金屬箔片仍張開 C．把C移近導體A，再把C移走，然后把A、B分開，A、B上的金屬箔片仍張開 D．先把A、B分開，再把C移走，然后重新讓A、B接觸，A上的金屬箔片張開，而B上的金屬箔片閉合 知識點二：電荷守恒定律 元電荷 1.物體帶電的實質(zhì) 使物體帶電不是創(chuàng)造了電荷，使物體不帶電也不是消滅了電荷。物體帶電的實質(zhì)是電荷發(fā)生了轉(zhuǎn)移，也就是物體間電荷的重新分配。摩擦起電、感應起電和接觸起電，均符合電荷守恒定律。 2.“中性”與“中和”的理解 (1)中性：物體內(nèi)有電荷存在，但正、負電荷的絕對值相等，對外不顯電性。 (2)中和：兩個帶有等量異種電荷的帶電體相接觸后達到電中性的過程。 3.兩金屬導體接觸后電荷量的分配規(guī)律 (1)當兩個導體材料、形狀不同時，接觸后再分開，只能使兩者均帶電，但無法確定電荷量的多少。 (2)若使兩個完全相同的金屬球帶電荷量大小分別為q1、q2，則有 ①eq \x(\a\al(若帶同,種電荷))?eq \x(\a\al(金屬球,相接觸))?eq \x(\a\al(總電荷,量平分))?eq \x(即均帶電\f(q1＋q2,2)) ②eq \x(\a\al(若帶異,種電荷))?eq \x(\a\al(金屬球,相接觸))?eq \x(\a\al(先中和,再平分))?eq \x(即均帶電\f(|q1－q2|,2)) 4.元電荷 【對點檢測4】關(guān)于元電荷e，下列說法正確的是（　?。?A．電荷量很小的電荷就是元電荷 B．粒子所帶電荷量可以為 C．物體所帶的電荷量可以取任意值 D．帶電體的電荷量一定是e的整數(shù)倍 【對點檢測5】M和N是兩個不帶電的物體，它們互相摩擦后M帶正電荷且所帶電荷量為，下列說法正確的是（　?。?A．摩擦的過程中電子從N轉(zhuǎn)移到M B．N在摩擦后一定帶負電荷且所帶電荷量為 C．M在摩擦過程中失去個電子 D．元電荷就是電子，元電荷數(shù)值是由美國物理學家密立根測得的 知識點三：對庫侖定律的理解 1.庫侖力的確定方法: (1)大小計算:利用庫侖定律計算靜電力大小時,不必將表示電性的正、負號代入公式,只代入q1、q2的絕對值即可。 (2)方向判斷:利用同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引來判斷。 2.兩個點電荷間的庫侖力: (1)真空中兩個靜止點電荷間相互作用力的大小只跟兩個電荷的電荷量及間距有關(guān),跟它們的周圍是否存在其他電荷無關(guān)。 (2)兩個電荷之間的庫侖力同樣遵守牛頓第三定律,與兩個電荷的性質(zhì)、帶電多少均無關(guān),即作用力與反作用力總是等大反向。 3.兩個帶電球體間的庫侖力: (1)兩個規(guī)則的均勻帶電球體,相距比較遠時,可以看成點電荷,也適用庫侖定律,球心間的距離就是二者的距離。 (2)兩個規(guī)則的帶電球體相距比較近時,不能被看作點電荷,此時兩帶電球體之間的作用距離會隨所帶電荷量的改變而改變,即電荷的分布會發(fā)生改變。若帶同種電荷時,如圖(a),由于排斥而距離變大,此時Fk。 提醒:兩個電荷間的距離r→0時,兩電荷已失去了點電荷的前提條件,所以違背了庫侖定律的適用條件,不能再運用庫侖定律計算兩電荷間的相互作用力,因此不能認為F→∞。 【對點檢測6】兩個完全相同的均勻帶電金屬小球，分別帶有電荷量為的正電荷、的負電荷，在真空中相距為r且靜止，它們間的靜電力大小為F，兩帶電小球均可視為點電荷?，F(xiàn)把兩個小球接觸一下再放回原來的位置，則（　?。?A．兩個小球的電荷量均為 B．兩個小球間的靜電力為引力 C．兩個小球間的靜電大小為 D．兩個小球間的靜電力大小為 【對點檢測7】如圖所示，兩個帶電金屬小球中心距離為r，所帶電荷量相等為Q，則關(guān)于它們之間電荷的相互作用力大小F的說法正確的是（　?。? A．若是異種電荷， B．若是同種電荷， C．不論何種電荷， D．不論是何種電荷， 知識點四：電場強度的含義和表達式 1.電場強度 (1)定義：在電場的不同位置，試探電荷所受的靜電力與它的電荷量之比一般來說是不一樣的。它反映了電場在各點的性質(zhì)，叫作電場強度。 (2)定義式：E＝eq \f(F,q)，E與靜電力F和試探電荷的電荷量q無關(guān)，與電場本身有關(guān)。 (3)單位：牛每庫，符號為N/C。 (4)電場強度是矢量。物理學中規(guī)定，電場中某點的電場強度的方向與正電荷在該點所受的靜電力的方向相同。 (5)物理意義：反映電場本身的力的性質(zhì)的物理量，其大小表示電場的強弱。 2.真空中點電荷的電場強度 (1)電場強度：E＝keq \f(Q,r2)，其中k是靜電力常量，Q是場源電荷的電荷量，r是點電荷到電場中該點的距離。 (2)方向：如果以Q為中心作一個球面，當Q為正電荷時，E的方向沿半徑向外；當Q為負電荷時，E的方向沿半徑向內(nèi)。 3.E＝eq \f(F,q)與E＝keq \f(Q,r2)的比較 提醒:(1)由E=知,離某點電荷越遠的地方電場強度越小。以點電荷為圓心,半徑為r的球面上,各點的電場強度大小相等,方向不同。 (2)正點電荷的電場方向由正電荷指向無窮遠,負點電荷的電場方向由無窮遠指向負電荷。 4.電場強度的疊加:電場強度是矢量,合成時遵循矢量運算法則(平行四邊形定則或三角形定則),常用的方法有圖解法、解析法、正交分解法等;對于同一直線上電場強度的合成,可先規(guī)定正方向,進而把矢量運算轉(zhuǎn)化成代數(shù)運算。 【對點檢測8】下列說法正確的是（????） A．電場和電場線一樣，是人為設(shè)想出來的，其實并不存在 B．從公式來看，場強大小與成正比，與成反比 C．當兩個帶電體的大小及形狀對它們之間的相互作用力的影響可以忽略時，這兩個帶電體可以看成點電荷 D．根據(jù)，當兩點電荷間的距離趨近于零時，電場力將趨向無窮大 【對點檢測9】如圖所示，M、N和P三點共線且，點處固定有一個點電荷，帶電量為。若想讓P點處電場強度E為0，可在M點處固定一個點電荷，其帶電量為（　?。? A． B． C． D． 知識點五：電場線的性質(zhì) 1.點電荷的電場線: (1)點電荷的電場線呈輻射狀,正電荷的電場線向外至無限遠,負電荷則相反。 (2)以點電荷為球心的球面上,電場線疏密相同,但方向不同,說明電場強度大小相等,但方向不同。 (3)同一條電場線上,電場強度方向相同,但大小不等。實際上,點電荷形成的電場中,任意兩點的電場強度都不同。 2.兩個等量點電荷的電場特征: 【對點檢測10】如圖所示，下列說法正確的是（????） A．圖甲為等量同種點電荷形成的電場線 B．圖乙離點電荷距離相等的a、b兩點場強相同 C．圖丙中在c點靜止釋放一正電荷，可以沿著電場線運動到d點 D．圖丁中某一電荷放在e點與放到f點，兩點到極板距離相等，電場強度相同 【對點檢測11】如圖為真空中兩點電荷A，B形成的電場中的電場線，該電場線關(guān)于虛線對稱，O點為A，B點電荷連線的中點，a、b為其連線的中垂線上對稱的兩點，則下列說法正確的是（????） ?? A．A、B可能帶等量異種電荷 B．A、B可能帶不等量的正電荷 C．同一試探電荷在a、b兩點處所受電場力相同 D．O點為AB連線中點，其電場強度為零 【對點檢測12】如圖所示，在兩等量異種點電荷的電場中，MN為一根光滑絕緣細桿，放在兩電荷連線的中垂線上，a、b、c三點所在水平直線平行于兩點電荷的連線，且a與c關(guān)于MN對稱，b點位于MN上，d點位于兩電荷的連線上。下列說法中正確的是（　　） ?? A．b點的場強方向水平向右 B．a(chǎn)點的場強與c點的場強相同 C．b點的場強大于d點的場強 D．套在細桿上的帶電小環(huán)給一向下初速度釋放后將做勻速直線運動 知識點六：靜電平衡和尖端放電 1.靜電平衡的實質(zhì): (1)在達到靜電平衡的過程中,外電場引起導體內(nèi)自由電荷的定向移動使導體兩側(cè)出現(xiàn)感應電荷,感應電荷的電場和外電場方向相反,使合場強減小,隨著感應電荷的繼續(xù)增加,合場強逐漸減小,直至合場強為零,自由電荷的定向移動停止。 (2)靜電平衡的狀態(tài):導體內(nèi)部的合場強為零,即E合=0。 2.靜電平衡狀態(tài)的特點: (1)處于靜電平衡狀態(tài)下的導體的特點。 ①導體內(nèi)部某處感應電荷產(chǎn)生的場強E′與周圍原電場場強E大小相等,方向相反,兩者相互抵消,導體內(nèi)部處處合場強E合為零,但導體表面的電場強度不為零。 ②電場線與導體表面垂直,如果不垂直,該點場強應有沿表面的切向分量,會使導體表面電荷發(fā)生移動,與靜電平衡狀態(tài)矛盾。 (2)靜電平衡狀態(tài)下的導體的電荷分布特點。 ①凈電荷都分布在導體的外表面,導體內(nèi)部沒有凈電荷。 ②感應電荷分布于導體兩端,電性相反,電荷量相等,遠同近異,如圖甲所示。 ③凈電荷在導體表面分布不均勻,導體表面尖銳處電荷分布密集,平滑處電荷分布稀疏,凹陷處幾乎沒有電荷,如圖乙所示。 3.尖端放電：在一定條件下，導體尖端周圍的強電場使空氣電離，產(chǎn)生的所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子，與尖端上的電荷中和，相當于導體從尖端失去電荷。 4.尖端放電的應用與防止： (1)應用：避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施。 (2)防止：高壓設(shè)備中導體的表面盡量光滑會減少電能的損失。 【對點檢測13】如圖所示，導體棒原來不帶電，將電荷量為Q的正點電荷放在棒左側(cè)O處，當棒達到靜電平衡后，棒上的感應電荷在棒內(nèi)A點處產(chǎn)生的場強為E1。下列說法正確的是（　?。? A．E1的大小與電荷量Q成正比 B．E1的方向沿OA連線向右 C．在導體棒內(nèi)部，離O點越遠場強越小 D．在O點放置電荷量為2Q的點電荷，A點的場強為2E1 【對點檢測14】模擬避雷針作用的實驗裝置如圖所示，金屬板M接高壓電源的正極，金屬板N接高壓電源的負極。金屬板N上有兩個等高的金屬柱A、B，A為尖頭，B為圓頭。逐漸升高電源電壓，當電壓達到一定數(shù)值時，可看到放電現(xiàn)象。下列說法正確的是（????） A．A、B金屬柱同時產(chǎn)生放電現(xiàn)象 B．B金屬柱先產(chǎn)生放電現(xiàn)象 C．先產(chǎn)生放電現(xiàn)象的可能是A金屬柱，也可能是B金屬柱 D．A金屬柱先產(chǎn)生放電現(xiàn)象 知識點七：靜電屏蔽 靜電屏蔽的兩種情況 提醒:金屬材料的物體才能作靜電屏蔽器,靜電屏蔽的原理是靜電平衡,只有金屬導體才能處于靜電平衡狀態(tài)。 【對點檢測15】如圖所示，放在絕緣臺上的金屬網(wǎng)罩B內(nèi)放有一個不帶電的驗電器C，若把一帶正電荷的絕緣體A移近金屬罩B，則（　　） ?? A．金屬罩B的內(nèi)表面帶正電荷 B．驗電器C的金屬箔片將張開 C．金屬罩B的右側(cè)外表面帶正電荷 D．若將B接地，驗電器的金屬箔片將張開 摩擦起電接觸起電感應起電產(chǎn)生 條件兩種不同物質(zhì)構(gòu)成的絕緣體摩擦導體與帶電體接觸帶電體靠近導體實驗毛皮摩擦橡膠棒帶電體接觸驗電器帶電體靠近驗電器現(xiàn)象兩物體帶上等量異種電荷驗電器帶上與帶電體相同電性的電荷驗電器兩端出現(xiàn)等量異種電荷,且電性與原帶電體“近異遠同”起電 原因不同物質(zhì)的原子核對核外電子的束縛能力不同而發(fā)生電子的得失電荷之間的相互作用導體中的自由電子受帶正(負)電物體吸引(排斥)而靠近(遠離)帶電體起電 實質(zhì)均為電荷在物體之間或物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移概念辨別元電荷是最小的電荷量，大小e＝1.60×10－19 C，不是帶電體，沒有電性的正負之分，所有帶電體的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍電子是帶電體，帶的電荷量是一個元電荷，電性是負電質(zhì)子是帶電體，帶的電荷量是一個元電荷，電性是正電比荷帶電粒子的電荷量q與其質(zhì)量m之比，也叫荷質(zhì)比公式E=E=本質(zhì) 區(qū)別定義式決定式意義 及用途給出了一種量度電場強弱的方法指明了點電荷場強大小的決定因素適用 范圍一切電場真空中點電荷的電場Q或q 的意義q表示引入電場的試探電荷的電荷量Q表示產(chǎn)生電場的點電荷的電荷量關(guān)系理解E用F與q的比值來表示,但E的大小與F、q大小無關(guān)E不僅用Q、r來表示,且E∝Q,E∝比較項目等量異種點電荷等量同種點電荷電場線分布圖連線上中點O處的電場強度最小但不為零,指向負電荷一側(cè)為零連線上的電場強度大小(從左到右)先變小,再變大先變小,再變大沿中垂線由O點向外的電場強度大小O點最大,向外逐漸減小O點最小,向外先變大后變小類別導體外部電場不影響導體內(nèi)部接地導體內(nèi)部的電場不影響導體外部圖示實現(xiàn)過程因場源電荷產(chǎn)生的電場與導體球殼表面上感應電荷在空腔內(nèi)的合場強為零,達到靜電平衡狀態(tài),起到屏蔽外電場的作用當空腔外部接地時,外表面的感應電荷因接地將傳給地球,外部電場消失,起到屏蔽內(nèi)電場的作用最終結(jié)論導體內(nèi)空腔不受外界電荷影響接地導體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響本質(zhì)靜電感應與靜電平衡,所以作靜電屏蔽的材料只能是導體,不能是絕緣體