人教版物理选修31《静电场》-课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/10/22,人教版物理选修31静电场,*,静电场小结,物理选修3-1,2020/10/22,1,人教版物理选修31静电场,电荷,电荷守恒定律,库仑定律,电场,电场力的性质,电场能的性质,场强定义式：,点电荷电场场强：,匀强电场的场强：,电势：,电势差：,电场力：,电势能：,形象描述,电场线,等势面,方向反映某点场强方向,疏密表示场强的强弱,电场线垂直于等势面,沿场强方向电势降落最快,电场线密集处等势面也密,应用,带电粒子在电场中的1、平衡；2、直线运动；3、偏转,电场中的导体：静电感应；静电平衡,电容器,场强的叠加原理：,中和均分,2020/10/22,2,人教版物理选修31静电场,精品资料,3,电 场,电荷守恒定律,电 荷,电场力,电势能,电场力做功,电场中的导体：,静电感应,静电平衡,电容器：,电 容,平行板电容器,带电粒子在电场中的运动：,平衡,直线运动,偏转,E,P,p,a,b,c,d,静电场知识结构,电场力的性质,场强 矢量 电场线,匀强电场,真空中点电荷的电场,疏,E,小,密,E,大,电场能的性质,电势 标量 等势面,电势差,疏,E,小,密,E,大,2020/10/22,4,人教版物理选修31静电场,电 场,电荷守恒定律,电 荷,电场力,电势能,电场力做功,电场中的导体：,静电感应,静电平衡,电容器：,电 容,平行板电容器,带电粒子在电场中的运动：,平衡,直线运动,偏转,E,P,p,a,b,c,d,静电场知识结构,电场力的性质,场强 矢量 电场线,匀强电场,真空中点电荷的电场,疏,E,小,密,E,大,电场能的性质,电势 标量 等势面,电势差,疏,E,小,密,E,大,2020/10/22,5,人教版物理选修31静电场,电 场 力,电场强度,电 势 差,电 势,电 势 能,电场力的功,电场力做功与路径无关,试探电荷在场中某点受的电场力与电荷量的比值跟试探电荷无关,E,F,/,q,和重力与重力势能类比,W,AB,E,pA,E,pB,试探电荷在电场中某点的电势能与电荷量的比值跟试探电荷无关,E,p,/,q,电场中两点电势之差叫电势差,U,AB,A,B,E,数值等于沿场强方向单位距离的电势差,U,Ed,2020/10/22,6,人教版物理选修31静电场,一、电荷及库仑定律,2020/10/22,7,人教版物理选修31静电场,起电的三种方式,（1）摩擦起电,（2）感应起电,（3）接触起电,原因不同物质的原子核束缚电子的能力不同。,实质,电子的转移。,带正电的物体失去电子；带负电的物体得到电子。,结果,两个相互摩擦的物体带上了等量异种电荷。,定义导体在电场的作用下电荷重新分布的现象。,规律,近、远端带上等量的异种电荷.,(,近端感应异种电荷， 远端感应同种电荷),实质,电荷的重新分布（转移）,定义相互接触的物体带上电荷的现象。,规律,相同,金属球平分总电量；不同金属球比例分配,实质,电荷的转移,2020/10/22,8,人教版物理选修31静电场,电荷守恒定律,电荷既不会创生，也不会消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分。在转移的过程中，电荷的总量保持不变。,或：一个与外界没有电荷交换的系统，,电荷的代数和保持不变。,起电的三种方式的原因：电荷的转移,2020/10/22,9,人教版物理选修31静电场,内容：,真空,中两个静止,点电荷,之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成正比,与它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上.,电荷守恒定律,方向：,计算时，若电荷是负电荷只需它的,绝对值,代入,在两电荷的连线上,同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引.,库仑定律,2020/10/22,10,人教版物理选修31静电场,元电荷,是指所带的电量e=1.6010,19,C的电荷。,点电荷,是指不考虑形状和大小的带电体。,检验电荷,是指电量很小的点电荷，当它放入电场后不会影响该电场的性质。,点电荷,和,检验电荷,属理想模型。,2020/10/22,11,人教版物理选修31静电场,二、电场的描述,2020/10/22,12,人教版物理选修31静电场,适用范围,电荷的意义,定义式，适用于一切电场,仅对点电荷的电场适用,q是检验电荷，E与q无关,Q是场源电荷，E与Q成正比,1、 ，,和,的区别,：,仅对匀强电场适用,d为沿电场线方向的距离,2020/10/22,13,人教版物理选修31静电场,【例1】图中边长为,a,的正三角形,ABC,的三个顶点分别固定三个点电荷+,q,、+,q,、-,q,，求该三角形中心,O,点处的场强大小和方向。,A,B,C,O,E,B,E,A,E,C,2020/10/22,14,人教版物理选修31静电场,2、,电场线的性质及作用,判断场强的大小与方向,判断电荷在电场的受力方向,判断电势的高低,判断在电场中移动电荷做功的正负,判断电荷电势能的大小,解释静电感应现象,2020/10/22,15,人教版物理选修31静电场,2、将一个-7.0C的电荷从无限远处移到图示电场中的A点时，电荷的电势能为-140J，问此过程中静电力做功是多少？,2020/10/22,16,人教版物理选修31静电场,3、甲是等量异号电荷的电场线分布图，乙是等量同号点电荷的电场线分布图。AOB是两点电荷的连线的垂直平分线，O是连线中点。,（1）在甲图中，把单位正试探电荷从O点沿OA移动到无限远处，静电力是否做功？电势能是否变化？怎样变化？,（2）在乙图中，把单位正试探电荷从O点沿OA移动到无限远处，静电力是否做功？电势能是否变化？怎样变化？,2020/10/22,17,人教版物理选修31静电场,如何比较电场中任两点的场强大小和方向呢？,判断电场强度大小的几种方法：,方法一: 由定义式E=Fq决定；,方法二: 在点电荷电场中，E=kQr,2,；,方法三:在匀强电场中，场强处处相等；,方法四:电场线密（疏）处强大（小）。,2020/10/22,18,人教版物理选修31静电场,判断电场强度方向的几种方法：,方法一:根据规定，正电荷所受电场力的方向即是该点的场强方向；,方法二:电场线上每一点的切线方向即是该点的场强方向；,方法三:电势降低最快的方向就是场强的方向。,2020/10/22,19,人教版物理选修31静电场,3、,电势、电势差、电势能、电场力的功,2020/10/22,20,人教版物理选修31静电场,【例2】 如图所示，将一个电荷量为,q,= +310,-10,C的点电荷从电场中的,A,点移到,B,点的过程中，克服电场力做功610,-9,J。已知,A,点的电势为A= - 4V，求,B,点的电势和电荷在,B,点的电势能。,+,A,B,F,v,2020/10/22,21,人教版物理选修31静电场,如右图，平行带电金属板AB间可看作匀强电场，场强E1.210,2,v/m，极板间距离d=5cm ，电场中C和D分别到A、B两极板距离均为0.5cm。B极接地，求：,(1)C和D两点的电势，两点间的电势差?,(2)点电荷q,1,=-210,-2,c分别在C和D两点的电势能?,(3)将点电荷q,2,210,-2,c从C匀速移到D时外力做功多少?,2020/10/22,22,人教版物理选修31静电场,4、,等势面,2020/10/22,23,人教版物理选修31静电场,4、如图，虚线a、b、c势某静电场中的三个等势面，它们的电势a最大，c最少，一带正电的粒子射入电场中，其运动轨迹如图实线KLMN所示，由图可知（ ）,粒子从,K,到,L,的过程中，电场力做负功,粒子从,L,到,M,的过程中，电场力做负功,粒子从,K,到,L,的过程中，电势能增加,粒子从,L,到,N,的过程中，动能减少,AC,K,N,M,L,a,b,c,2020/10/22,24,人教版物理选修31静电场,【例3】,如图所示，虚线,a,、,b,、,c,是电场中的三个等势面，相邻等势面间的电势差相同，实线为一个带正电的质点仅在电场力作用下，通过该区域的运动轨迹，,P,、,Q,是轨迹上的两点。下列说法中正确的是,A.三个等势面中，等势面,a,的电势最高,B.带电质点一定是从,P,点向,Q,点运动,C.带电质点通过,P,点时的加速度比通过,Q,点时小,D.带电质点通过,P,点时的动能比通过,Q,点时小,a,b,c,P,Q,2020/10/22,25,人教版物理选修31静电场,1、孤立点电荷电场中的一簇等势面如图所示中虚线所示，其电势分别为,1,、,2,、,3,，a、b、c是某电场线与这簇等势面的交点，且ab=bc.现将一正电荷由a移到b，电场力做正功W,1,；再由b移至C，电场力做正功W,2,则,（）,A.W,1,=W,2,，,1,2,3,B.W,1,=W,2,，,1,2,3,C.W,1,W,2,，,1,2,3,D.W,1,W,2,，,1,2,3,C,1,2,3,2020/10/22,26,人教版物理选修31静电场,如何比较电场中任两点电势的高低呢？,方法一: 根据电场线方向判断，顺着电场线方向，电势越来越低；,方法二: 根据电势的定义式= E,p,/q= -W/q，从电势的物理意义上分析判断;如：将+q从无穷远处移至+Q电场中的某点，外力克服电场力做功越多，则该点的电势越高；,方法三: 根据场强方向判断，场强方向即为电势降低最快的方向.,方法四: 根据电势差判断，若U,AB,0，则,A,B,2020/10/22,27,人教版物理选修31静电场,方法一:,根据电场力做功的正负判断，若电场力对移动电荷做正（负）功，则电势能减少（增加）；,方法二:,根据公式 E,p,=q, ；W,AB,qU,AB,计算,。,如何比较电荷电势能的大小呢？,2020/10/22,28,人教版物理选修31静电场,三、电场中的导体 电容器,2020/10/22,29,人教版物理选修31静电场,1如图所示在真空中把一绝缘导体AB向带负电的小球P缓慢的靠近时，下列说法正确的是（ ）,A、B端的感应电荷越来越多,B、导体内部场强越来越大,C、导体的感应电荷在M点产生的场强大于在N点产生的的场强,D、导体的感应电荷在M、N两点产生的的场强相等,M,B,A,N,P,AC,2020/10/22,30,人教版物理选修31静电场,2.长为L的导体棒原来不带电，现将一电荷量为+q的点电荷放在与棒的左端距离为R的地方，如图所示。达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点O处产生的场强有多大？方向如何？,R,L,O,+q,答：,达到静电平衡后导体内部处处场强为零,则,E,感,E,源,k,(,R,+,L,/2),2,E,感方向与,E,源方向相反，即指向点电荷+,q,.,q,2020/10/22,31,人教版物理选修31静电场,3关于静电平衡，下列说法中正确的是 ( ),A当导体达到静电平衡时，导体上任意两点间的电势一定相等,B当导体达到静电平衡时，其外表面附近的电场方向一定与导体的表面垂直,C绝缘体也有静电平衡状态,D达到静电平衡时，电荷分布在导体的外表面,ABD,2020/10/22,32,人教版物理选修31静电场,4在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电器,A,和一个带正电荷的空腔导体,B,，下列实验方法中能使验电器箔片张开的是 ( ),A用取电棒(带绝缘柄的导体棒)先跟,B,的内壁接触一下后再跟,A,接触,B用取电棒先跟,B,的外壁接触一下后再跟,A,接触,C用绝缘导线把验电器跟取电棒的导体部分相连，再把取电棒与,B,的内壁接触,D使验电器,A,靠近,B,BCD,2020/10/22,33,人教版物理选修31静电场,5在一个导体球壳内放一个电量为,Q,的点电荷，用,E,表示球壳外任一点的场强，则( ),A当,Q,在球壳中央时，,E,0,B不论,Q,在球壳内何处，,E,一定为零,C只有当,Q,在球心且球壳接地时，,E,0,D只要球壳接地，不论,Q,在球壳内何处，,E,一定为零,D,2020/10/22,34,人教版物理选修31静电场,6一个不带电的空心金属球，在它的球心处放一个正点荷。图中的哪一个能正确表示其电场分布的情况 ( ),B,2020/10/22,35,人教版物理选修31静电场,7如图所示，一带正电的绝缘金属球壳,A,，顶部开孔，有两只带正电的金属球,B,、,C,用金属导线连接，让,B,球置于球壳,A,的空腔中与内表面接触后又提起到如图所示的位置，,C,球放在,A,球壳外离,A,球较远，待静电平衡后，正确的说法是 (,),A,B,、,C,球都带电,B,B,球不带电，,C,球带电,C让,C,球接地后，,B,球带负电,D,C,球接地后，,A,球壳空腔中场强为零,BC,2020/10/22,36,人教版物理选修31静电场,8如图所示，在真空中有两个点电荷,A,和,B,，电荷量分别为,Q,和2,Q,，它们相距,L,。如果在两点电荷连线的中点,O,有一个半径为,r,(2,r,L,)的空心金属球，且球心位于,O,点，则球壳上的感应电荷在,O,点处的场强大小 方向。,12KQ/L,2,A B,2020/10/22,37,人教版物理选修31静电场,9.平行板电容器充电后断开电源，然后将两极板间的正对面积逐渐增大，则在此过程中：( ),A.电容器电容将逐渐增大,B.两极板间的电场强度将逐渐增大,C.两极板间的电压将保持不变,D.两极板上带电量不变,2020/10/22,38,人教版物理选修31静电场,10.平行板电容器保持与直流电源两极连接，充电平衡后，两极板间的电压是U，充电量为Q ，两极板间场强为E，电容为C，将两极板间的距离减小，则引起变化情况是：( ),A.Q变大 B.C变大 C.E变小 D.U变小,2020/10/22,39,人教版物理选修31静电场,11、（2011天津）板间距为,d,的平行板电容器所带电荷量为,Q,时，两极板间的电势差为,U,1,，板间场强为,E,1,。现将电容器所带电荷量变为2,Q,，板间距变为d/2，其他条件不变，这时两极板间电势差为,U,2,，板间场强为,E,2,，下列说法正确的是,A,U,2,=,U,1,，,E,2,=,E,1,B,U,2,= 2,U,1,，,E,2,= 4,E,1,C,U,2,=,U,1,，,E,2,= 2,E,1,D,U,2,= 2,U,1,，,E,2,= 2,E,1,C,2020/10/22,40,人教版物理选修31静电场,12、,如图所示，平行板电容器A、B间有一带电油滴P正好静止在极板正中间，现将两极板间稍错开一些，其它条件不变。则（ ）,A油滴将向上加速，电流计中电流由b流向a,B油滴将向下加速，电流计中电流由a流向b,C油滴将静止不动，电流计中电流由b流向a,D极板带电量减少，两板间电势差和场强不变,D,2020/10/22,41,人教版物理选修31静电场,（北京卷）18用控制变量法，可以研究影响平行板电容器的因素（如图）。设两极板正对面积为，极板间的距离为，静电计指针偏角为,。实验中，极板所带电荷量不变，若,A、保持S不变，增大d，,则变大,B、保持S不变，增大d，,则变小,C、保持d不变，增大S ，,则变小,D、保持d不变，增大S，,则不变,【答案】A,2020/10/22,42,人教版物理选修31静电场,四、带电粒子在电场中的运动,2020/10/22,43,人教版物理选修31静电场,1、水平放置的平行板电容器，两板相距5mm，电容为2F，当将其充电到两板电压为100V时，一个质量为10,-10,g的带电尘埃正好在板间静止。则尘埃的电荷量为,C。,mg,F,2020/10/22,44,人教版物理选修31静电场,2、,如图，电子在电势差为U,1,的加速电场中由静止开始加速，然后射入电势差为U,2,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、U,1,变大、U,2,变大 B、U,1,变小、U,2,变大,C、U,1,变大、U,2,变小 D、U,1,变小、U,2,变小,B,2020/10/22,45,人教版物理选修31静电场,析与解,对加速过程由动能定理：,对偏转过程由偏转角正切公式：,与粒子的,电量q、质量m,无关,2020/10/22,46,人教版物理选修31静电场,3、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,与粒子的,电量q、质量m,无关,ABC,2020/10/22,47,人教版物理选修31静电场,20、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。,x,2020/10/22,48,人教版物理选修31静电场,4、如图所示，有一电子(电量为e、质量为m)经电压U,0,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。,2020/10/22,49,人教版物理选修31静电场,析与解,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：,2020/10/22,50,人教版物理选修31静电场,22、,质量为110,-25,kg、电量为-110,-16,C的带电粒子以210,6,m/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。,v,0,+ + + + +,- - - - -,强化练习,2020/10/22,51,人教版物理选修31静电场,v,0,+ + + + +,- - - - -,析与解,对偏转过程由偏转角正切公式：,或对偏转过程由侧移公式：,2020/10/22,52,人教版物理选修31静电场,思考题3,：,有三个质量相等，分别带正电、负电和不带电粒子，从极板左侧中央以相同的初速度先后垂直场强射入，分别落在正极板的,A,、,B,、,C,处，如图，则下述正确的是：,A,、,A,带正电，,B,不带电，,C,带负电,B,、三个粒子的加速度大小,a,C,a,B,a,A,C,、三个粒子的运动时间相等,D,、三个粒子到达下板的动能,E,KA,E,KB,E,KC,2020/10/22,53,人教版物理选修31静电场,思考题1:,如图，平行实线代表电场线，但未标明方向,带电量为+,10,-2,C的粒子在电场中只受电场力作用，由,A,点移到,B,点，动能损失了,0.1,J，若,A,点电势为,-10,V，则：,A,、,B,点电势为为,0 B,、电场线的方向从右向左,C,、粒子的运动轨迹可能是,D,、粒子的运动轨迹可能是,2020/10/22,54,人教版物理选修31静电场,思考题2,：,空间有一水平方向的匀强电场，在竖直平面内，有一带电粒子沿图中虚线由A运动到B，其能量变化的情况是 A.动能减少，重力势能增加，电势能减少 B.动能减少，重力势能增加，电势能增加 C.动能不变，重力势能增加，电势能减少D.动能增加，重力势能增加，电势能减少,A,B,2020/10/22,55,人教版物理选修31静电场,例题1：,如图所示，倾角为30,o,的直角三角形底边长为，放置在竖直平面内，底边处于水平位置，斜边为光滑绝缘导轨。现在底边中点处固定一正点电荷，电荷量为，让一质量为、电荷量为的带正电的质点，从斜面顶端沿斜轨滑下，滑到斜边的垂足时速度为，则：,（1）质点滑到非常接近底端C点 时加速度大小为多少？,（2）到达C点时速度V,C,为多少？,2020/10/22,56,人教版物理选修31静电场,例题:2：,如图所示，A、B为平行金属板，两板相距d，分别与电源两极相连，两板的中央各有一个小孔M、N。今有一质量m的带电小球，自A板上方相距为h的P点由静止自由下落（P、M、N在同一竖直线上），刚好能到达N孔，若空气阻力不计，且只要考虑极板间的电场，则：,P,M,N,A,B,h,d,（1）小球受力如何？运动情况如何？,（2）极板间电压大小U为多少？,（3）若将B板向下移动少许，,U保持不变，小球能否穿过N孔？,2020/10/22,57,人教版物理选修31静电场,例题3：,一绝缘“ ”形杆由两段相互平行的足够长的水平直杆,PQ,、,MN,和一半径为,R,的光滑半圆环,MAP,组成，固定在竖直平面内，其中,MN,杆是光滑的，,PQ,杆是粗糙的现将一质量为,m,的带正电荷的小环套在,MN,杆上，小环所受的电场力为重力的1/2,（1）若将小环由,D,点静止释放，则刚好能到达,P,点，求,DM,间的距离,（2）若将小环由,M,点右侧5,R,处静止释放，设小环与,PQ,杆间的动摩擦因数为,，小环所受最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，求小环在整个运动过程中克服摩擦力所做的功,2020/10/22,58,人教版物理选修31静电场,例题4：,一根长为L的不可伸长的细线一端固定于O点，另一端系一质量为m，电量为q的带正电的小球，空间存在一水平向右的匀强电场，场强E= ，如图所示，将小球从与O等高的A点由静止释放，求:,E,A,B,O,（1）小球通过最低点B时对细线的拉力多大？,（2）若将电场反向，其它条件不变，则小球通过最低点B时对细线的拉力又为多大？,2020/10/22,59,人教版物理选修31静电场,练习1：,如图所示，在E = 10,3,V/m的水平向左匀强电场中，有一光滑半圆形绝缘轨道竖直放置，轨道与一水平绝缘轨道MN连接，半圆轨道所在竖直平面与电场线平行，其半径R = 40cm，一带正电荷q = 10,4,C的小滑块质量为m = 40g，与水平轨道间的动摩因数,= 0.2,，取g = 10m/s,2,，求：,（1）要小滑块能运动到圆轨道的最高点L，滑块应在水平轨道上离N点多远处释放？,（2）这样释放的滑块通过P点时对轨道压力是多大？（P为半圆轨道中点）,2020/10/22,60,人教版物理选修31静电场,练习2：,如图所示，固定于同一条竖直线上的,A,、,B,是两个带等量异种电荷的点电荷，电荷量均为,Q,，其中,A,带正电，,B,带负电，,D,、,C,是它们连线的垂直平分线，,A,、,B,、,C,三点构成一边长为,d,的等边三角形。另有一个带电小球,E,，质量为,m,、电荷量为,q,（可视为点电荷），被长为,L,的绝缘轻质细线悬挂于,O,点，,O,点在,C,点的正上方。现在把小球,E,拉到,M,点，使细线水平绷直且与,A,、,B,、,C,处于同一竖直平面内，并由静止开始释放，小球,E,向下运动到最低点,C,时，速度为,v,。（已知静电力恒量为,k,，取,D,点的电势为零），试求：,（1）在点电荷,A,、,B,所形成的电场中，,M,点的电势U,M,；,（2）在小球经过,C,点时绝缘细线所受的拉力T。,2020/10/22,61,人教版物理选修31静电场,