2024-2025學(xué)年新教材高中物理第1章靜電力與電場強度第4節(jié)點電荷的電場勻強電場第5節(jié)靜電的利用與防護學(xué)案魯科版第三冊

PAGE9-第4節(jié)點電荷的電場勻強電場第5節(jié)靜電的利用與防護學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.[物理觀念]知道點電荷電場強度公式及勻強電場的特點，了解靜電的利用與防護，能說明相關(guān)的自然現(xiàn)象。2.[科學(xué)思維]會推導(dǎo)點電荷場強的計算式并能進行相關(guān)的計算；知道場強疊加原理，會應(yīng)用該原理進行簡潔的計算，進一步鞏固矢量的合成法則。3.[科學(xué)探究]通過密立根油滴試驗，會探究相關(guān)的靜電問題；通過靜電現(xiàn)象的利用和防護，增加平安利用靜電的意識。4.[科學(xué)看法與責(zé)任]在試驗中既能堅持自己的觀點，又能訂正錯誤，能對公眾利用和防護靜電的一些行為發(fā)表自己的觀點，有進行科學(xué)普及的愛好和責(zé)任感。一、點電荷的電場與勻強電場1．真空中點電荷的電場強度(1)大小(2)方向若Q為正電荷，場強方向沿Q和該點的連線指向該點；若Q為負(fù)電荷，場強方向沿Q和該點的連線指向Q。2．勻強電場電場中各點的電場強度大小和方向都到處相同的電場。3．場強的疊加：假如有多個點電荷同時存在，電場中隨意一點的電場強度等于這些點電荷各自由該點產(chǎn)生的電場強度的矢量和。說明：點電荷的電場強度由場源電荷和位置確定，與摸索電荷無關(guān)。二、靜電的利用與防護1．靜電的利用(1)原理：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引，利用靜電力限制帶電粒子的運動或分布。(2)應(yīng)用：靜電應(yīng)用有靜電除塵、靜電噴霧、激光打印等。2．靜電的防護(1)尖端放電：避雷針是利用尖端放電避開雷擊的一種設(shè)施。(2)防護方法：盡快把靜電導(dǎo)走，如印刷車間內(nèi)保持適當(dāng)?shù)臐穸龋瑐魉蛶襄冦y，油罐車車尾有導(dǎo)電拖地帶等。留意：靜電利用的原理：帶電粒子在靜電力作用下聚集到相應(yīng)帶電極板，從而達到除塵、噴涂、復(fù)印等。1．思索推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)電場中某點的電場強度與正電荷受力方向相同，當(dāng)該點放置負(fù)電荷時，場強反向。 (×)(2)依據(jù)E＝keq\f(Q,r2)，點電荷的電場強度與場源電荷Q成正比，與距離r的平方成反比。 (√)(3)勻強電場中隨意兩點的電場強度大小肯定相等，方向不肯定相同。 (×)(4)我們常常看到油罐車車尾有一根導(dǎo)電拖地帶，其作用是將油罐車上的靜電盡快導(dǎo)走。 (√)2．對電場強度公式E＝eq\f(kQ,r2)有幾種不同理解，其中正確的是()A．只要帶電體電荷量為Q，在距離r處激發(fā)的電場都能用此公式計算場強EB．以點電荷Q為中心、r為半徑的球面上各處的場強E相同C．當(dāng)離場源電荷距離r→0時，場強E→∞D(zhuǎn)．當(dāng)離場源電荷距離r→∞時，場強E→0D[電場強度公式E＝eq\f(kQ,r2)適用于點電荷形成的電場，對于不能看作點電荷的帶電體，本公式不再適用，故A選項錯誤；電場強度是矢量，以點電荷Q為中心、r為半徑的球面上各處的場強E大小相等，方向不同，故B選項錯誤；當(dāng)離場源電荷距離r→0時，此時帶電體不能看作點電荷，公式不再成立，故C選項錯誤；當(dāng)離場源電荷距離r→∞時，依據(jù)公式可得場強E→0，故D選項正確。]3．在下列各種措施中，屬于靜電利用的是()A．電視機后蓋上開有很多小孔B．在高大的建筑物頂端裝上避雷針C．靜電噴涂D．油罐車后的導(dǎo)電拖地帶C[電視機的后蓋上有很多小孔是為了把各電器元件產(chǎn)生的熱量剛好散掉，A錯誤；高大建筑物上的避雷針和油罐車上的導(dǎo)電拖地帶是為了把產(chǎn)生的靜電導(dǎo)走，屬于靜電的防護，B、D錯誤；噴槍噴出的油漆微粒帶負(fù)電荷，因相互排斥而散開，形成霧狀，被噴涂的物體帶正電荷，對霧狀油漆產(chǎn)生引力，把油漆吸到表面，屬于靜電的利用，C正確。]公式E＝eq\f(F,q)與E＝eq\f(kQ,r2)的比較依據(jù)點電荷的電場強度E＝eq\f(kQ,r2)，試判定以正的點電荷為球心，以r為半徑的球面上，各點的電場強度有什么特點？提示：各點電場強度大小相等，但方向都不相同。公式E＝eq\f(F,q)與E＝eq\f(kQ,r2)的比較公式E＝eq\f(F,q)E＝eq\f(kQ,r2)本質(zhì)區(qū)分定義式確定式意義及用途給出了一種量度電場強弱的方法指明白點電荷場強大小的確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表示放入電場的摸索(或檢驗)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的大小無關(guān)E不僅能用Q、r來表示，且E∝Q，E∝eq\f(1,r2)【例1】下列關(guān)于電場強度的說法中正確的是()A．公式E＝eq\f(F,q)只適用于真空中點電荷產(chǎn)生的電場B．由公式E＝eq\f(F,q)可知，電場中某點的電場強度E與摸索電荷在電場中該點所受的電場力成正比C．在公式F＝keq\f(Q1Q2,r2)中，keq\f(Q2,r2)是點電荷Q2產(chǎn)生的電場在點電荷Q1處的場強大小；而keq\f(Q1,r2)是點電荷Q1產(chǎn)生的電場在點電荷Q2處的場強大小D．由公式E＝keq\f(Q,r2)可知，在離點電荷特別近的地方(r→0)，電場強度E趨于無窮大思路點撥：(1)E＝eq\f(F,q)適用于任何電場，E＝eq\f(kQ,r2)只適用于真空中點電荷的電場。(2)r→0時，F(xiàn)＝eq\f(kQ1Q2,r2)不適用，E＝eq\f(kQ,r2)同樣不適用。C[電場強度的定義式E＝eq\f(F,q)適用于任何電場，故A錯；電場中某點的電場強度由電場本身確定，而與電場中該點是否有摸索電荷或引入摸索電荷所受的電場力無關(guān)(摸索電荷所受電場力與其所帶電荷量的比值僅反映該點場強的大小，不能確定場強的大小)，故B錯；點電荷間的相互作用力是通過電場產(chǎn)生的，故C對；公式E＝eq\f(kQ,r2)是點電荷產(chǎn)生的電場中某點場強的計算式，當(dāng)r→0時，所謂“點電荷”已不存在，該公式已不再適用，故D錯。]對E＝eq\f(F,q)和E＝eq\f(kQ,r2)的兩點說明(1)公式E＝eq\f(F,q)中的q是摸索電荷的電荷量，所以E＝eq\f(F,q)不是場強的確定式。(2)公式E＝keq\f(Q,r2)中的Q是場源電荷的電荷量，所以E＝keq\f(Q,r2)僅適用于點電荷的電場場強求解，是點電荷場強的確定式。eq\o([跟進訓(xùn)練])1．(多選)下列說法正確的是()A．E＝eq\f(F,q)也適用于點電荷產(chǎn)生的電場B．E＝eq\f(F,q)中的F是放入電場中的電荷所受的電場力，q是放入電場中的電荷的電荷量C．E＝eq\f(F,q)中的F是放入電場中的電荷所受的電場力，q是產(chǎn)生電場的電荷的電荷量D．E＝keq\f(Q,r2)適用于求解真空中點電荷的電場ABD[定義式E＝eq\f(F,q)適用于全部電場，式中的q是摸索電荷的電荷量，則A、B正確，C錯誤；E＝keq\f(Q,r2)適用于求解真空中點電荷的電場，D正確。]電場強度的疊加如圖所示在A、B兩點分別放上等量的正點電荷，試求O的電場強度。提示：分別求出A處的Q在O點產(chǎn)生的場強和B處的Q在O處產(chǎn)生的場強，再矢量合成即可。1．有幾個場源點電荷，就產(chǎn)生幾個電場，各場源點電荷在某處產(chǎn)生的電場強度可用E＝keq\f(Q,r2)來求得。2．電場強度是矢量，故當(dāng)某處同時存在幾個電場時，該處的總電場強度可以用平行四邊形定則來運算?！纠?】如圖所示，真空中，帶電荷量分別為＋Q和－Q的點電荷A、B相距r，求：(1)兩點電荷連線的中點O的場強大小和方向；(2)在兩點電荷連線的中垂線上，距A、B兩點都為r的O′點的場強大小和方向。思路點撥：(1)分別求出兩點電荷在O處的場強大小、方向。(2)再按平行四邊形定則矢量合成。[解析](1)如圖甲所示，A、B兩點電荷在O點產(chǎn)生的場強方向相同，均由A指向B。A、B兩點電荷分別在O點產(chǎn)生的電場強度大小EA＝EB＝eq\f(kQ,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(r,2)))eq\s\up12(2))＝eq\f(4kQ,r2)甲O點的場強為：EO＝EA＋EB＝eq\f(8kQ,r2)，方向由A指向B。(2)如圖乙所示，EA′＝EB′＝eq\f(kQ,r2)，由矢量圖結(jié)合幾何關(guān)系可知，O′點的場強EO′＝EA′＝EB′＝eq\f(kQ,r2)，方向平行于AB指向B。乙[答案](1)eq\f(8kQ,r2)，方向由A指向B(2)eq\f(kQ,r2)，方向平行于AB指向B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法則；對于同始終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)化為代數(shù)運算。eq\o([跟進訓(xùn)練])2．如圖所示，在正方形四個頂點分別放置一個點電荷，所帶電荷量已在圖中標(biāo)出，則下列四個選項中，正方形中心處場強最大的是()B[點電荷電場強度公式為E＝eq\f(kQ,r2)，由于各點電荷到正方形中心處距離r相等，依據(jù)矢量合成，可知B正確。]靜電的利用與防護金屬籠子接上50kV的高壓，但籠里的人為什么卻安穩(wěn)無恙？提示：由于金屬籠子的靜電屏蔽作用。1．靜電利用的基本原理異性電荷相吸引，使帶電的物質(zhì)微粒在電荷所產(chǎn)生的力的作用下，奔向并吸附到電極上。2．靜電危害產(chǎn)生的主要緣由靜電危害起因于靜電力和靜電火花，靜電危害中最嚴(yán)峻的是靜電放電引起可燃物的起火和爆炸。3．防止靜電危害的主要方法與途徑(1)盡量削減靜電的產(chǎn)生。常用的方法是增大空氣的濕度。(2)盡快把靜電導(dǎo)走，防止靜電積累。常用的最簡潔方法是接地?！纠?】如圖所示，運輸汽油等易燃易爆物品的車輛總有一條鐵鏈拖在地上，這樣做的目的是()A．發(fā)出聲音，引起路人留意B．減緩車速，保證行車平安C．把靜電引入大地，避開因放電引起爆炸D．與地面發(fā)生摩擦，在運輸車上積累電荷思路點撥：(1)易燃物與電火花易發(fā)生危急。(2)為避開危急應(yīng)把靜電導(dǎo)走，不讓其產(chǎn)生電火花。C[汽車行駛時，油罐中的汽油隨車的振動摩擦起電，假如不剛好將這些靜電導(dǎo)走，一旦出現(xiàn)放電現(xiàn)象，就會發(fā)生爆炸事故。拖地鐵鏈?zhǔn)褂凸薇砻媾c大地相連，使油罐罐體中的電荷不斷地中和，避開因放電引起爆炸，C正確。]靜電利用和防護(1)靜電利用就是依據(jù)靜電場的特點加以應(yīng)用，對人類生產(chǎn)生活有益，更加便利。(2)靜電防護就是消退或減弱靜電作用，以消退危急等。eq\o([跟進訓(xùn)練])3．(多選)下列說法中正確的是()A．靜電除塵的原理是讓灰塵帶上電荷，然后在靜電力的作用下，奔向并吸附到帶有異種電荷的電極上B．靜電復(fù)印的原理是讓油墨帶上電荷，然后在靜電力的作用下，奔向并吸附到帶異種電荷的白紙上C．靜電噴涂的原理是讓油漆帶上電荷，然后在靜電力的作用下，奔向并吸附到吸引油漆的工件上D．靜電復(fù)印中的硒鼓上字跡的像實際是曝光的地方ABC[灰塵很簡潔吸附電子，靜電除塵的原理就是帶負(fù)電荷的灰塵在靜電力作用下被吸附到帶正電荷的圓筒上，A正確；靜電復(fù)印和靜電噴涂是分別使油墨和油漆帶電，在靜電力作用下吸附到帶異種電荷的預(yù)期部位；靜電復(fù)印曝光時，在光學(xué)系統(tǒng)作用下，將原稿圖像投射到感光片上，并使其形成靜電潛像，曝光時，感光片亮區(qū)光導(dǎo)體導(dǎo)通，表面電荷快速消逝(亮衰)，暗區(qū)光導(dǎo)體絕緣，表面電荷基本保持(不變)，B、C正確，D錯誤。]1．物理觀念：點電荷的電場強度及勻強電場，靜電利用與防護。2．科學(xué)思維：公式E＝eq\f(kQ,r2)計算，電場強度疊加計算。3．科學(xué)方法：試驗法、計算法、矢量合成法。1．(多選)關(guān)于點電荷產(chǎn)生的電場，下列說法中正確的是()A．當(dāng)某點與點電荷間的距離r→∞時，該點場強E→0B．當(dāng)某點與點電荷間的距離r→0時，該點場強E→∞C．沒有兩個點的場強是相同的D．與點電荷距離相等的點的場強是相同的AC[點電荷的場強公式E＝keq\f(Q,r2)只適用于點電荷電場，而任何帶電體都是有大小和體積的，當(dāng)某點與點電荷間的距離特別近即r→0時，不能將帶電體看作點電荷，因此E＝keq\f(Q,r2)不再適用，故選項B錯誤；當(dāng)某點與點電荷間的距離特別遠(yuǎn)即r→∞時，由場強公式可知該點場強E→0，故選項A正確；對于點電荷來說，它產(chǎn)生的場強到處都不同，因為場強是矢量，只有大小、方向都相同時場強才相同，故選項C正確，D錯誤。]2．(多選)真空中距點電荷(電荷量為Q)為r的A點處，放一個電荷量為q(q?Q)的點電荷，q受到的電場力大小為F，則A點的場強為()A．eq\f(F,Q) B．eq\f(F,q)C．keq\f(q,r2) D．keq\f(Q,r2)BD[E＝eq\f(F,q)中q指的是摸索電荷，E＝eq\f(kQ,r2)中Q指的是場源電荷，故B、D正確。]3．如圖所示是某個點電荷電場中的一根電場線，在電場線上的O點由靜止釋放一個自由的負(fù)電荷(僅受電場力作用)，它將沿電場線向B點運動。下列推斷中正確的是()A．電場線由B指向A，該電荷做加速運動，加速度越來越小B．電場線由B指向A，該電荷做加速運動，其加速度大小的改變不能確定C．電場線由A指向B，該電荷做勻速運動D．電場線由B指向A，該電荷做加速運動，加速度越來越大B[負(fù)電荷由靜止起先從O運動到B，其所受電場力方向從O到B，場強方向與負(fù)電荷所受電場力方向相反，故場強方向由B指向A。負(fù)電荷從靜止起先，必定做加速運動，由于電場線的分布狀況未知，場強如何改變無法確定，電場力和加速度如何改變也無法確定，故B正確，A、C、D錯誤。]4．(多選)對靜電現(xiàn)象的相識，下列說法正確