人教版高中物理選修3-1第一章

1、靜電場靜電場兩種兩種電荷電荷元電荷元電荷e =1.610-19 C電荷守恒電荷守恒三種起電方式三種起電方式起電過程就是電子得失的過程起電過程就是電子得失的過程庫侖定律庫侖定律FKQ Qr122。K=9.0 109N m2/c2適用條件：適用條件：真空中，點電荷真空中，點電荷 力的力的性質性質電場強度電場強度定義定義：E=F/Q，方向規(guī)定為正電荷的受力方向，方向規(guī)定為正電荷的受力方向；點電荷點電荷電場：電場：E=KQ/r2；勻強勻強電場：電場：E=U/d電場線電場線對電場的對電場的描述描述：切線表示方向，疏密表示強弱：切線表示方向，疏密表示強弱電場線的電場線的特點特點：由正電荷出發(fā)到負電荷：由正

2、電荷出發(fā)到負電荷 終止終止幾種常見的電場線幾種常見的電場線例題例題靜電場靜電場能的能的性質性質電勢：電勢：A= Ao=W Ao/q對電場的描述；對電場的描述；等勢面：等勢面：等勢面特點等勢面特點電勢處處相等，但場強不一定相等電勢處處相等，但場強不一定相等與電場線垂直與電場線垂直電勢差電勢差UAB= A B = W AB/q電場力做功與電勢差的關系電場力做功與電勢差的關系W AB =q UAB電場力做功與電勢能變化的關系：電場力做功與電勢能變化的關系： W AB =EA-EB電荷在電場中的電荷在電場中的偏轉，示波器偏轉，示波器軌跡：軌跡：拋物線，類平拋運動拋物線，類平拋運動規(guī)律：規(guī)律：垂直電場線

3、方向做勻速直線運動垂直電場線方向做勻速直線運動沿電場線方向做勻加速直線運動沿電場線方向做勻加速直線運動電容器電容器電容：電容：C=UQQU=。平行板電容器的電容：平行板電容器的電容：C =S4kd。一一.電荷守恒定律：電荷守恒定律： 電荷既不能創(chuàng)造，電荷既不能創(chuàng)造，也不能被消滅，它也不能被消滅，它們只能從一個物體們只能從一個物體轉移到另一個物體，轉移到另一個物體，或者從物體的一部或者從物體的一部分轉移到另一部分。分轉移到另一部分。 (二二)電場、電場強度、電場線電場、電場強度、電場線 1.電荷周圍存在電荷周圍存在著電場。靜止的電荷著電場。靜止的電荷產生的電場稱為靜電產生的電場稱為靜電場。電場是

4、傳遞電荷場。電場是傳遞電荷相互作用的物質。相互作用的物質。2.電場強度電場強度 電場強度是反映電場的力的電場強度是反映電場的力的性質的物理量。它用檢驗電荷受性質的物理量。它用檢驗電荷受到的電場力跟檢驗電荷電量到的電場力跟檢驗電荷電量q的的比值來定義，即比值來定義，即 電場強度是矢量電場強度是矢量。 方向：方向：是正電荷在電場中所受電場力的方向。是正電荷在電場中所受電場力的方向。 大?。捍笮。菏怯呻妶霰旧淼膬仍谝蛩貨Q定的，它與引入電是由電場本身的內在因素決定的，它與引入電場中的檢驗電荷無關。場中的檢驗電荷無關。qFE 3.點電荷場強公式，即點電荷場強公式，即 EkQr2。EUd。4.勻強電場場強

5、公式，即勻強電場場強公式，即5.電場強度的疊加電場強度的疊加o 電場強度的疊加遵守平行四邊形法則電場強度的疊加遵守平行四邊形法則6.電場線 電場線是為了形象描電場線是為了形象描述電場中各點電場強度大述電場中各點電場強度大小和方向而小和方向而假想的線假想的線，電，電場線上每一點的電場強度場線上每一點的電場強度方向沿該點的切線方向；方向沿該點的切線方向；電場線密處電場強度大，電場線密處電場強度大，電場線疏處電場強度小。電場線疏處電場強度小。 靜電場的電場線從靜電場的電場線從正電荷出發(fā)到負電荷正電荷出發(fā)到負電荷終止終止。 例題例題1. 如圖如圖29-1所示，在真空中同一條直線所示，在真空中同一條直線

6、上的上的A、B兩點固定有電荷量分別為兩點固定有電荷量分別為+4Q和和-Q的兩的兩個點電荷將另一個點電荷放在該直線上的哪一個點電荷將另一個點電荷放在該直線上的哪一個位置，可以使個位置，可以使它它在電場力作用下保持靜止？若在電場力作用下保持靜止？若要求這三個點電荷要求這三個點電荷都都只在電場力作用下保持靜止，只在電場力作用下保持靜止，那么引入的這個點電荷應是正電荷還是負電荷？電那么引入的這個點電荷應是正電荷還是負電荷？電荷量是多大？荷量是多大？ 例題例題2. 如圖如圖29-3所示，帶電小球所示，帶電小球A、B的電荷分別的電荷分別為為QA、QB，OA=OB，都用長，都用長L的絲線懸掛在的絲線懸掛在O

7、點靜點靜止時止時A、B相距為相距為d為使平衡時為使平衡時AB間距離減為間距離減為d/2，可，可采用以下哪些方法采用以下哪些方法 A.將小球將小球A、B的質量都的質量都增加到原來的增加到原來的2倍倍 B.將小球將小球B的質量增加到的質量增加到原來的原來的8倍倍 C.將小球將小球A、B的電荷量的電荷量都減小到原來的一半都減小到原來的一半 D.將小球將小球A、B的電荷量的電荷量都減小到原來的一半并將都減小到原來的一半并將B球球的質量增加到原來的的質量增加到原來的2倍倍BD 例題例題3：如圖：如圖29-8所示，一個半徑為所示，一個半徑為R的絕緣球的絕緣球殼上均勻分布有總電荷量為殼上均勻分布有總電荷量為

8、+Q的電荷另一個電荷量的電荷另一個電荷量為為+q的點電荷固定在該球殼的球心的點電荷固定在該球殼的球心O處現在從球殼處現在從球殼最左端挖去一個半徑為最左端挖去一個半徑為r（rR）的小圓孔，則此時）的小圓孔，則此時位于球心處的點電荷所受庫侖力的大小為位于球心處的點電荷所受庫侖力的大小為_，方，方向為向為_(三三)電場力的功、電勢能、電勢、電勢差、等勢面電場力的功、電勢能、電勢、電勢差、等勢面 1.電場力的功電場力的功: 電荷在電場中移動，電荷在電場中移動，電場力做功的數量跟電荷電場力做功的數量跟電荷移動的移動的路徑無關路徑無關。 電場力做正功時，電場力做正功時，電勢電勢能能減?。浑妶隽ψ鲐摴r，減

9、小；電場力做負功時，電勢能增大。電勢能增大。 2.電勢能電勢能: 電荷在電場電荷在電場中某點的電勢中某點的電勢能在數值上等能在數值上等于把電荷從該于把電荷從該點移到電勢能點移到電勢能為零處，電場為零處，電場力所做的功。力所做的功。 3.電勢電勢: 電勢是反映電場的能的性質的電勢是反映電場的能的性質的物理量。物理量。電場中某點的電勢定義為檢驗電荷在該點具有的電勢能E跟檢驗電荷的電量q的比值，即Eq 電勢是標量，它有正、負，但不表示方向。電場中某點的電勢大小及正負跟該點有無檢驗電荷無關，但與選取電場中電勢能為零的點(零電勢點)有關。 正電荷在電勢高的位置電勢能大，負電荷在電勢高的正電荷在電勢高的位

10、置電勢能大，負電荷在電勢高的位置電勢能小位置電勢能小4.電勢差電勢差(電壓電壓)o AB兩點間的電勢差兩點間的電勢差UAB在在數值上等于將檢驗電荷從數值上等于將檢驗電荷從A點點移至移至B點電場力所作的功點電場力所作的功WAB與檢驗電荷電量與檢驗電荷電量q的比值的比值ABABU=-。點，顯然電場力做功點移到從電場中的把電荷。，也可以是負值可以是正值ABBAABBABAqU)U-q(U=WBAq)U(U)U(UABUABABWUq（1）（2）電功電功電勢能電勢能電勢差電勢差電勢電勢0ppEWppEq1212UqWU12121212qUW1 212WEE1212UppEqU 5.等勢面等勢面：等勢面

11、是電場中電勢相等的點構等勢面是電場中電勢相等的點構成的面。成的面。o 電荷沿等勢面移動，電勢電荷沿等勢面移動，電勢能不變化，電場力不做功。能不變化，電場力不做功。等等勢面一定和電場線垂直，勢面一定和電場線垂直，電場電場線的方向是電勢降低的方向。線的方向是電勢降低的方向。電場線本身不能相交，等勢面電場線本身不能相交，等勢面本身也不能相交。本身也不能相交。 點電荷電場的等勢面是以點電荷電場的等勢面是以點電荷為球心的一族球面；點電荷為球心的一族球面； 勻強電場的等勢面是與勻強電場的等勢面是與電場線垂直的一族平行平面。電場線垂直的一族平行平面。 說明說明:電勢與電場強度在數值上沒有必然對應的關系。電勢

12、與電場強度在數值上沒有必然對應的關系。o 例如，電勢為零的地方例如，電勢為零的地方電場強度可以不為零電場強度可以不為零(電勢為電勢為零的地方可任意選取零的地方可任意選取)；o 電場強度為零的地方電電場強度為零的地方電勢可以不為零勢可以不為零(如兩個帶同種如兩個帶同種等電量的點電荷，其連線的等電量的點電荷，其連線的中點處電場強度為零，電勢中點處電場強度為零，電勢卻不為零卻不為零)。o 電場強度恒定的區(qū)域電電場強度恒定的區(qū)域電勢有高低不同勢有高低不同(如勻強電場如勻強電場)；o 等勢面上的各點，電場等勢面上的各點，電場強度可以不相同強度可以不相同(如點電荷形如點電荷形成的電場的等勢面上，各點成的電

13、場的等勢面上，各點場強不同場強不同)。2.經常遇到的三個問題經常遇到的三個問題o （1）.比較場強的大小比較場強的大小,看電場線的疏密或等勢面的疏看電場線的疏密或等勢面的疏密。密。o （2）.比較電勢的高低，看電場線的方向。電場線的比較電勢的高低，看電場線的方向。電場線的方向是電勢降低的方向。方向是電勢降低的方向。o （3）.比較同一檢驗電荷在電場中兩點所具有的電勢比較同一檢驗電荷在電場中兩點所具有的電勢能的多少，看電場力的方向。電場力作正功，檢驗電荷能的多少，看電場力的方向。電場力作正功，檢驗電荷的電勢能減少。的電勢能減少。(四)電場對帶電質點(粒子)的作用o 1.帶電質點受電場力及其他力作

14、用處于平衡的問題，應用合力為零的條件求解。 例:o 3.帶電粒子在電場中加速或減速的問題，多應用動帶電粒子在電場中加速或減速的問題，多應用動能定理、能量守恒定律求解。能定理、能量守恒定律求解。o 4.帶電粒子在電場中偏轉的問題，如帶電帶電粒子在電場中偏轉的問題，如帶電粒子穿過勻強電場時的偏轉問題，多應用牛頓粒子穿過勻強電場時的偏轉問題，多應用牛頓第二定律及運動合成知識求解。第二定律及運動合成知識求解。 o （1）.加速度加速度o （2）.側向速度側向速度o （3）.偏向角偏向角o （4）.側向位移側向位移o （5 ）.側向位移與偏向角側向位移與偏向角o （6）.增加的動能增加的動能mdqUa

15、0mdvqULvy20mdvqULtg2022mdvqULy 22LytgtgLy或2022222vmdLUqEk(五五)電容器和電容電容器和電容o 1.電容是反映電容器容納電荷本領的物理量。電容是反映電容器容納電荷本領的物理量。它用電容器所帶的電量跟電容器兩板間的電勢它用電容器所帶的電量跟電容器兩板間的電勢差的比值來定義，即差的比值來定義，即C =QU。2.平行板電容器的電容平行板電容器的電容o 平行板電容器的電容，跟介電常數成正比，平行板電容器的電容，跟介電常數成正比，跟正對面積成正比，跟極板間的距離成反比，跟正對面積成正比，跟極板間的距離成反比，即即C =S4kd。3.平行板電容器的電場

16、o (1)電勢差恒定o (2)帶電量恒定dUE SkQE4例2、如圖所示，A、B、C為一等邊三角形的三個頂點，三角形位于勻強磁場中，電場線平行于三角形的平面?，F將正點電荷10-8 C從A點移到B點，電場力做功310-6 J，現將負電荷10-8 C 從A點移到C點，克服電場力做功310-6 J ，求：(1)UUU(2)AB2 3ABACBC電場線方向、各為多少？若邊長為厘米，求電場強度。分析：根據電勢差與電功的關系式，通過計算可判斷B、C兩點處在同一等勢面上。又據電勢降低的方向是電場線的方向，可判斷電場線的方向，最后據在勻強電場中場強與電勢差的關系，通過計算得出電場強度的大小。解答：伏，伏，伏。

17、U=Wq=3= 300=Wq=-3= 300U= U-U= 300-300 = 0ABBCACAB101010106868UACB點與C點處在同一等勢面上，又因為電場線方向是電場降低的方向，所以電場線方向必定是A點指向BC連線的中點與BC垂直，如圖所示。(2)A點到等勢面的距離為d，那么d = ABcos30= 2 332= 310-2米102根據勻強電場中，場強與電勢差間的關系，電場強度為E =Ud3003101024伏米。例例3、在一個點電荷產生的靜電場中，一個帶電、在一個點電荷產生的靜電場中，一個帶電粒子運動軌跡如圖中的虛線所示。試問：粒子運動軌跡如圖中的虛線所示。試問： (1)帶電粒子

18、帶何種電？帶電粒子帶何種電？（2）M點和點和N點相比，帶電粒子的運動速度點相比，帶電粒子的運動速度VM、VN哪個大？運動加速度哪個大？運動加速度aM、aN哪個大，電勢哪個大，電勢能能EM、EN哪個大？哪個大？MN 例例4、一個質量為、一個質量為m、帶有電荷、帶有電荷-q的小物體，的小物體，可在水平軌道可在水平軌道Ox上運動，上運動，O端有一與軌道垂直端有一與軌道垂直的固定墻、軌道處于勻強電場中，其場強大小為的固定墻、軌道處于勻強電場中，其場強大小為E,方向沿方向沿OX軸正方向軸正方向,如圖所示。小物體以初速如圖所示。小物體以初速度度v0從從x0點沿點沿OX軌道運動，運動時受到大小不軌道運動，運

19、動時受到大小不變的摩擦力變的摩擦力f作用，且作用，且fqE；設小物體與墻碰；設小物體與墻碰撞時不損失機械能，且電量保持不變，求它在停撞時不損失機械能，且電量保持不變，求它在停止運動前所通過的總路程止運動前所通過的總路程s。解：由于fqE，所以物體最后停在O點，物體停止運動前所通過的總路程為s，根據動能定理有200mv210fsqEx所以sqExmvf22002答：物體停止運動前通過了路程。22002qExmvf例6、相距為d的平行金屬板a、b其長度為L，帶有等量異種電荷，使兩板間形成勻強電場，電壓為Uab，如圖所示，一個質量為m、電量為q的帶電粒子以平行于金屬板的方向的初速度V0垂直于電場線飛

20、入電場中，當粒子飛離電場區(qū)時，其橫向位移為y，飛行方向偏角為(忽略重力影響)。試問：和tan各變化為原來的幾倍？多大？多大？偏向角正切之比：場時，橫向位移之比電飛入電場。當它們飛離樣的初動量氫核、氘核、氦核以同HeDHHeDH0tantantanyyyP(1)y3U(2)ba倍，則增大到減小一半，偏轉電壓如果入射粒子的初動能側向位移與偏向角的正切分別為，方向的末速度為，動，做初速為零的勻加速運方向僅受電場力，；在時間為因而做勻速運動，運動at=vy2at=yyvL=ty2020000yvv=tandmvLqUvvLmqEab20)(21vLmdqUy 分析：帶電粒子進入電場以后，在x方向不受電

21、場力，僅有初速度，度，將式代入式得解：氫核、氘核和氦核的電量之比為 ，質量之比 ，帶電粒子在電場中的橫向位移為(1)qqq=112mmm=124HDHeHDHeyqUmdLv1202()的關系為與初動量，的常數，而分母對三種核來說都是相同、式中，0K00pE=/2mvdLU2E=12K0mvpm02022202202224dpmqULmpdqULydEqULyk024同理可得由于初動量相同，因此p0yyyq mq mqmHDHeHHDDHeHe 128tan()tantantan qULdmvqULdpmqULmdpHDHe020202128 (2)由y和tan的表達式，dEqULyk02dE

22、qULtgk02 當入射的帶電粒子初動能減小一半，則分母減小一半；偏轉電壓增大到3倍，則分子增大到3倍。因此，橫向位移y以及偏轉角的正切tan都增大到原來的6倍。 答：氫核、氘核、氦核以相同的初動量垂直飛入一個偏轉電場，橫向位移之比以及偏轉角正切之比均為1 2 8。若入射初動能減小一半，偏轉電壓增大到3倍，帶電粒子在偏轉電場中的橫向位移y以及運動偏轉角正切tan均增大到原來的6倍?！痉答伨毩暋?A-9 4 -36B9 4 36C-3 2 -6D3 2 6為個電荷的電量之比定，可以判力的合力均為零。由此倍，每個電荷所受靜電距離的與為的距離與固定在一直線上，、個點電荷圖所示，3212132321q

23、qq32qqqqqqq31答案:A2如圖所示，半徑相同的兩個金屬小球如圖所示，半徑相同的兩個金屬小球A、B帶有電量相帶有電量相等的電荷，相隔一定距離，兩球之間的相互吸引力的大等的電荷，相隔一定距離，兩球之間的相互吸引力的大小是小是F，今讓第三個半徑相同的不帶電的金屬小球先后，今讓第三個半徑相同的不帶電的金屬小球先后與與A、B兩球接觸后移開。這時，兩球接觸后移開。這時，A、B兩球之間的相兩球之間的相互作用力的大小是互作用力的大小是AFBFCFD18143834F答案:A3圖圖(1)所示，有兩個帶有等量異種電荷的小球，用絕緣所示，有兩個帶有等量異種電荷的小球，用絕緣細線相連后，再用絕緣細線懸掛在水

24、平方向的勻強電場細線相連后，再用絕緣細線懸掛在水平方向的勻強電場中。當兩小球都處于平衡時的可能位置是圖中。當兩小球都處于平衡時的可能位置是圖(2)中的哪中的哪一種。一種。答案:A4如圖所示，在光滑的水平面上有一個絕緣彈簧振子，小球帶負電，在振動過程中，當彈簧壓縮到最短時，突然加上一個水平向左的勻強電場，此后，A振子振幅增大B振子振幅減小C振子的平衡位置不變D振子的周期增大答案:B5若帶正電荷的小球只受到電場力作用，則它在任意一若帶正電荷的小球只受到電場力作用，則它在任意一段時間內段時間內 A一定沿電場線由高電勢處向低電勢處運動；一定沿電場線由高電勢處向低電勢處運動；B一定沿電場線由低電勢處向高

25、電勢處運動；一定沿電場線由低電勢處向高電勢處運動；C不一定沿電場線運動，但一定由高電勢處向低電勢處不一定沿電場線運動，但一定由高電勢處向低電勢處運動；運動；D不一定沿電場線運動，也不一定由高電勢處向低電勢不一定沿電場線運動，也不一定由高電勢處向低電勢處運動。處運動。答案:D6下面哪些話是正確的？下面哪些話是正確的？A在電場中，電場強度大的點，電勢必高。在電場中，電場強度大的點，電勢必高。B電荷置于電勢越高的點，所具有的電勢能也越大。電荷置于電勢越高的點，所具有的電勢能也越大。C電場中電場強度大的地方，沿電場線方向電勢降電場中電場強度大的地方，沿電場線方向電勢降落快。落快。D一帶電粒子只受電場力

26、作用，在電場中運動時，一帶電粒子只受電場力作用，在電場中運動時，電勢能一定變化。電勢能一定變化。答案:C7一平行板電容器充電后與電源斷開，負極板接地。在兩極板間有一正電荷(電量很小)固定在P點，如圖所示。E表示兩極板間的場強，U表示電容器的電壓，表示正電荷在P點的電勢能。若保持負極板不動，將正極板移到圖中虛線所示的位置，則AU變小，E不變BE變大，不變CU變小，不變DU不變，不變答案:AC8如圖所示，在真空中把一絕緣導體向帶電如圖所示，在真空中把一絕緣導體向帶電(負電負電)的的小球小球P緩慢地靠近緩慢地靠近(不相碰不相碰)，下列說法中正確的是：，下列說法中正確的是：AB端的感應電荷越來越多端的

27、感應電荷越來越多B導體內場強越來越大導體內場強越來越大C導體的感應電荷在導體的感應電荷在M點產生的場強恒大于在點產生的場強恒大于在N點產點產生的場強生的場強D導體的感應電荷在導體的感應電荷在MN兩點的場強相等兩點的場強相等答案:AC9兩個質量相同的帶電小球，分別帶等量異種電荷，兩個質量相同的帶電小球，分別帶等量異種電荷，電量為電量為q，固定在一根長度為，固定在一根長度為l的輕質絕緣細桿的兩的輕質絕緣細桿的兩端端,置于電場強度為置于電場強度為E的勻強電場中的勻強電場中,桿的方向與場桿的方向與場強方向平行強方向平行,如圖所示。若此桿繞其中點如圖所示。若此桿繞其中點O旋轉旋轉180，則在此轉動過程中

28、，兩個小球動能的增加，則在此轉動過程中，兩個小球動能的增加量為量為 A0 BqElC2qElDqEl答案:C【課后練習】1如圖所示，在一個正方形的4個頂點各有一個電量大小相等的點電荷，那么下列說法中正確的是強為零，電勢也為零場強不為零場強也不為零電勢不為零AqqqqO1234如果、都是正電荷，則正方形中心點 的場BqqqqO1234如、為正電荷，、為負電荷，則 點電勢為零，CqqqqO1324如、為正電荷，、為負電荷，則 點電勢不為零，DqqqqO1234如、為負電荷，、為正電荷，則 點場強為零，答案：答案：B2平行板電容器的兩極板A、B接于電池兩極，一帶正電小球懸掛在電容器內部。閉合電鍵K，

29、電容器充電，這時懸線偏離豎直方向的夾角為，如圖所示。A保持電鍵K閉合，帶正電的A板向B板靠近，則增大B保持電鍵K閉合，帶正電的A板向B板靠近，則不變C電鍵K斷開，帶正電的A板向B板靠近，則增大D電鍵K斷開，帶正電的A板向B板靠近，則不變答案：答案：AD3在O點有一個電量為Q的正點電荷，空間有水平向右的勻強電場，如圖所示?，F將一個檢驗電荷-q置于O點左方距O為半徑r的a點時，該檢驗電荷所受電場力為零。試求：(2)檢驗電荷-q由a點移動到b點，電勢能的改變量是多大？(1)-qbFb檢驗電荷置于 點時所受電場力的方向和大小。的電場線方向飛入勻強電場區(qū)，測得該電子深入電場的最大距離為d=50m。試求：(1)勻強電場的場強E的大??；(2)電子經多少時間t回到出發(fā)點。4v = 210 ms06如圖所示，一個電子以 的速度沿著一勻強電場kg)109.Q=mC10-1.6=e-(-31-19，電子質量取電子電量 5一個半徑為R的絕緣球殼上均勻地帶有電量為+Q的電荷，另一電量為+q的點電荷放