高中物理静电场教案讲义.docx

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高中物理静电场教案讲义

静电场

一、基础知识

1.电场力的性质

（1）元电荷1.6×10-19C。

（2）静电现象：

电荷在物体之间或内部的转移。

（3）静电平衡：

导体中没有电荷定向移动的状态

（4）处于静电平衡的导体：

a.内部场强0，表面场强方向与该表面垂直；b.表面和内部各点电势相等，整个导体是一个等势体，导体表面是一个等势面；c.导体内部没有电荷，电荷只分布在导体外表面；d.导体外表面越尖锐的位置，电荷密度越大，凹陷处几乎没有电荷。

（5）静电屏蔽：

由于静电感应，1.导体外表面感应电荷的电场与外点场在导体内部任一点的场强的叠加结果为零，从而外部电场影响不到导体内部；2.接导体壳内表面感应电荷与壳内电场在导体壳外表面以外空间叠加结果为零，从而使接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有影响。

（6）库伦定律：

真空中两个静止点电荷之间的作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，跟它们之间距离的二次方成反比，作用力的方向在两点电荷的连线上。

9×10922。

条件：

点电荷、真空。

（7）电场：

电荷周围存在的一种物质，电场对放入其中的电荷有力的作用。

静止电荷产生的电场称为静电场。

（8）电场强度：

放入电场中某点的电荷受的电场力F与它的电荷量q的比值。

，单位或。

这是电场强度的定义式，而非决定式，场强大小决定于电场本身，与F、q无关。

方向为正电荷在电场中所受的电场力的方向。

（9）点电荷场强计算式：

（10）电场线：

画在电场中的有方向曲线，曲线上每点的切线方向就是该点的场强方向，电场线是假想的线。

电场线从正电荷或无限远出发，终止于负电荷或无限远。

电场线在电场中不相交不相切。

同一电场中，电场线越密集的地方场强越大。

2.电场能的性质

（1）电势：

φ，描述电场能的性质，由电场本身决定，标量，正负只表示大小，电势为零的地方场强不一定为零。

（2）电势差：

，描述电场做功的本领，由电场本身的两点间差异决定，标量，正负只表示电势的高低，零场强区域两点间电势差一定为零，电势差为零的两点间场强不一定为零。

（3）电势能：

φq，描述电荷在电场中的能量，电荷做功的本领，由电荷量和该点电势二者决定，与参考点选取有关，有相对性，正电荷在正电势位置有正电势能：

正正得正，正负得负，负负得正。

场强为零，电势能不一定为零，电势为零，电势能一定为零。

（4）各物理量关系：

匀强电场中（d为间沿场强方向的距离），电势沿着场强方向降低最快；φφB,φ,,。

（5）静电力做功：

，，静电力做多少正功，电势能就减少多少，做多少负功，电势能就增加多少。

3.电容器，带点粒子在电场中的运动

（1）电容：

，单位法拉（F），1106μF（微法）=1012（皮法）。

平板电容器的电容

（2）带电粒子在匀强电场中运动：

只有电场力做功、初速度为零，有2-02

二、常规题型

例1.带电微粒所带的电荷量不可能是下列值中的（A）

A.2.4×10-19C

B.-6.4×10-19C

C.-1.6×10-18C

D.4.0×10-17C

元电荷1.6×10-19C，整数倍

练习1.在电场中把元电荷作为电量的单位，下列说法正确的是（D）

A.质子是元电荷

B.电子是元电荷

C.物体所带的电荷量叫做元电荷

D.电子所带的电荷量叫做元电荷

练习2.两金属小球所带电荷量分别为+3Q和，将两小球接触后，它们所带的电荷量一共为（B）

A.+3Q

B.+2Q

C.

D.

练习3.（2012•浙江）用金属做成一个不带电的圆环，放在干燥的绝缘桌面上．小明同学用绝缘材料做的笔套，将笔套与头发摩擦后，将笔套自上向下慢慢靠近圆环，当距离约为0.5时圆环被吸引到笔套上，对上述现象的判断与分析，下列说法正确的是（）

A.摩擦使笔套带电

B.笔套靠近圆环时，圆环上、下感应出异号电荷

C.圆环被吸引到笔套的过程中，圆环所受静电力的合力大于圆环的重力

D.笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷立刻被全部中和

例2.不带电的金属球A与带正电的金属球B接触后也带正电，原因解释正确的是（C）

A.B有部分正电荷转移到A球上

B.A有部分正电荷转移到B球上

C.A有部分电子转移到B球上

D.B有部分电子转移到A球上

带正电物体夺得电子的本领大于不带电的金属球，带正电的物体夺得电子，金属球失去电子带正电

练习1.如图所示，将不带电的导体放在带正电的金属球A附近，当导体达到静电平衡后，则下列说法正确的有（）

A.用导线连接两端，导线中有瞬时电流通过

B.用手摸一下导体B端可使导体带正电

C.导体C端电势等于B端电势

D.B和C端感应电荷在导体内部产生的场强大小沿方向逐渐减小

导体发生静电感应现象，静电平衡之后，内部场强处处为0，等势体、等势面，A错C对。

B离A较近，导体处于正电荷的电场中，导体的电势为正，高于大地，用手触摸一下，大地的电子会定向移动到导体上，所以应该带负点，B错。

感应电荷的电场电场强度与A电荷的电场强度大小相等方向相反，合场强为零，根据的场强延逐渐减小，所以的感应电荷的电场电场强度也逐渐减小，D对。

练习2.如图所示，A、B为两个带等量异号电荷的金属球，将两根不带电的金属棒C、D放在两球之间，则下列叙述错误的是（）

A.若将B球接地，B所带的负电荷还将保留一部分

B.若将B球接地，B所带的负电荷全部流入大地

C.由于C、D不带电，所以C棒的电势一定等于D棒的电势

D.若用导线将C棒的x端与D棒的y端连接起来的瞬间，将有电子流从y流向x

若将B球接地，B所带的负电荷一部分流入大地，由于静电感应，B所带的负电荷还将保留一部分，A对B错。

金属球A、B间的电场从A指向B，因为沿着电场线电势降低，故C棒的电势高于D棒的电势，C错。

由于C棒处在电场中，其x端感应出负电荷，D棒的y端感应出正电荷，若用导线将C棒的x端与D棒的y端连接起来的瞬间，将有从y流向x的电子流，D对。

练习3.如图所示，将带电棒移近两个不带电的导体球，两个导体球开始时互相接触且对地绝缘，下述几种方法中能使两球都带电的是（A）

A.先把两球分开，再移走棒

B.先移走棒，再把两球分开

C.棒的带电荷量不变，两导体球不能带电

D.以上说法都不对

棒接近两球时，两球的异种电荷向两端移动，把两球分开，再移走棒，两球由于感应起电带上异种电荷对。

先移走棒，两球的电荷就中和了，不会带电，B错。

棒电荷量不变，两球的电荷可以移动，C错。

D错。

例3.一根套有细环的粗糙杆水平放置，带正电的小球A通过绝缘细线系在细环上，另一带正电的小球B固定在绝缘支架上，A球处于平衡状态，如图所示．现将B球稍向右移动，当A小球再次平衡（该过程A、B两球一直在相同的水平面上）时，细环仍静止在原位置，下列说法正确的是（）

A.细线对带电小球A的拉力变大

B.细线对细环的拉力保持不变

C.细环所受的摩擦力变大

D.粗糙杆对细环的支持力变大

练习1.有三个完全一样的金属小球A、B、C，A带电荷量+7Q、B带电荷量、C不带电，将A、B分别固定起来，然后让C球反复很它次与A、B球接触，最后移去C球，则A、B球间的库仑力变为原来的（B）

倍倍倍D.无法确定

练习2.如图所示，在光滑绝缘水平面上放置3个电荷量均为q（q＞0）的相同小球，小球之间用劲度系数均为k0的轻质弹簧绝缘连接．当3个小球处在静止状态时，每根弹簧长度为l．已知静电力常量为k，若不考虑弹簧的静电感应，则每根弹簧的原长为（C）

A.1+B.1-C.1-D.1-

对外侧小球受力分析，设压缩量为x，k0+，解得，此时弹簧是伸长状态，所以原长

练习3.如图，悬挂在O点的一根不可伸长的绝缘细线下端有一个带电量不变的小球A．在两次实验中，均缓慢移动另一带同种电荷的小球B．当B到达悬点O的正下方并与A在同一水平线上，A处于受力平衡时，悬线偏离竖直方向的角度为θ，若两次实验中B的电量分别为q1和q2，θ分别为30°和45°．则

为（C）

A.2B.3C.2D.3

设A电量q0，质量m，受力分析，两种情况都受三个力而平衡

库伦力=θ，θ，整理得θ2θ

所以=2

例4.在静电场中，将一电子从A点移到B点，电场力做了正功，则（C）

A.电场强度的方向一定是由A点指向B点

B.电场强度的方向一定是由B点指向A点

C.电子在A点的电势能一定比在B点高

D.电子在B点的电势能一定比在A点高

练习1、B、C三点在同一直线上，：

1：

2，B点位于A、C之间，在B处固定一电荷量为Q的点电荷．当在A处放一电荷量为的点电荷时，它所受到的电场力为F；移去A处电荷，在C处放一电荷量为-2q的点电荷，其所受电场力为（B）

无论B处点电荷是正还是负，A处的正电荷和C处的负电荷受力方向相同，C受力应该为正，A处，C处F′==

练习2.一带负电荷的质点，在电场力作用下沿曲线从a运动到c，已知质点的速率是递减的．关于b点电场强度E的方向，下列图示中可能正确的是（虚线是曲线在b点的切线）（D）

A.B.C.D.

做曲线运动，受力方向应该指向轨迹弯曲内侧，错，速率是递减的，电场力应该做负功，B错D对。

练习3.（2013，安徽）如图所示，平面是无穷大导体的表面，该导体充满z＜0的空间，z＞0的空间为真空．将电荷为q的点电荷置于z轴上处，则在平面上会产生感应电荷．空间任意一点处的电场皆是由点电荷q和导体表面上的感应电荷共同激发的．已知静电平衡时导体内部场强处处为零，则在z轴上处的场强大小为（k为静电力常量）（D）

由于导体远端在无限远处，对-处影响可以忽略不计，所以导体在处和-处产生的场强可看作是近端感应电荷产生的场强，在z轴-处，合场强为0，q在-处产生的场强为E1,故感应电荷在-处产生的场强为E2，所以感应电荷在处产生的场强为，q在处产生的场强为，所以处的合场强为+=。

D对。

例5.如图所示，一电场的电场线分布关于y轴（沿竖直方向）对称，O、M、N是y轴上的三个点，且．P点在y轴右侧，⊥．则（）

A.M点的电势比P点高

B.将负电荷由O点移动到P点，电场力做正功

C.M、N两点间的电势差大于O、M两点间的电势

D.在O点静止释放一带正电粒子，该粒子将沿y轴做直线运动

电场线应与等势线垂直，过P点做等势线，应该是一条曲线经过之间，M电势比P高，A对。

负电荷沿电场力方向移动，电场力做负功，B错。

比的电场线密度大，电势差应该小，C错。

O点电场力方向沿Y轴向上，D对。

练习1.（2010，广东）如图是某一点电荷的电场线分布图，下列表述正确的是（）

A.a点的电势高于b点的电势

B.该点电荷带负电

C.a点和b点电场强度的方向相同

D.a点的电场强度大于b点的电场强度

练习2.（2009，北京）某静电场的电场线分布如图所示，图中P、Q两点的电场强度的大小分别为和，电势分别为φP和φQ，则（A）

A.＞，φP＞φQ

B.＞，φP＜φQ

C.＜，φP＞φQ

D.＜，φP＜φQ

练习3.（2008，四川）如图，在真空中一条竖直向下的电场线上有两点a和b．一带电质点在a处由静止释放后沿电场线向上运动，到达b点时速度恰好为零．则下面说法正确的是（）

A.a点的电场强度大于b点的电场强度

B.质点在b点所受到的合力一定为零

C.带电质点在a点的电势能大于在b点的电势能

D.a点的电势高于b点的电势

由于质点运动过程中初末速度均为零，因此质点所受电场力向上，而且先加速后减速，故在a点电场力大于重力，所以a点电场强度更大，A对。

b点电场力小于重力，合力不为0，B错。

电场力做正功，电势能减小，C对。

沿电场线方向电势降低，D错。

例6.一带电粒子在如图所示的点电荷的电场中，在电场力作用下沿虚线所示轨迹从A点运动到B点，电荷的加速度、动能、电势能的变化情况是（C）

A．加速度的大小增大，动能、电势能都增加

B．加速度的大小减小，动能、电势能都减少

C．加速度增大，动能增加，电势能减少

D．加速度增大，动能减少，电势能增加

B点电场线密集，受电场力大，加速度大，电场力做正功，动能增加、电势能减少

练习1.如果把ｑ＝1.0×10－8Ｃ的正电荷，从无穷远移至电场中的A点，需要克服电场力做功1.2×10－4Ｊ，那么：

（1）q在A点的电势能和A点的电势各是多少?

（2）q未移入电场前A点的电势是多少?

（1）克服电场力做功，电势能增加，1.2×10－4Ｊ，电势φ=1.2×104V

（2）电势是由电场本身决定的，与电荷无关，所以移入q前电势仍然是1.2×104V

练习2.如图所示，一个带负电的油滴以初速从P点倾斜向上进入水平方向的匀强电场中，若油滴到达最高点时速度大小仍为，则油滴最高点的位置是（A）

A．P点的左上方　B．P点的右上方

C．P点的正上方　D．上述情况都可能

最高点位置根据电势来判断，变高在左上，不变在正上，变低在右上

根据动能定理0，电场力做正功，电势能降低，因为油滴带负电，在电势越高的地方电势能越低，所以在左上

练习3.如图所示，将一质量为m，电荷量为的小球固定在绝缘体的一端，杆的另一端可绕通过O点的固定轴移动.杆长为L,杆的质量忽略不计，杆和小球置于场强为E的匀强电场中，电场的方向如图所示，将杆拉至水平位置，在此处将小球自由释放，求杆运动到竖直位置时小球的动能及小球电势能的变化量

根据动能定理：

电势能减少

练习4.如图所示,图中实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹，a、b是轨迹上的两点．若带电粒子在运动中只受电场力作用，根据此图可作出正确判断的是　（）

A．带电粒子所带电荷的符号

B．带电粒子在a、b两点的受力方向

C．带电粒于在a、b两点的速度何处较大

D．带电粒子在a、b两点的电势能何处较大

受力方向只想轨迹内侧，电场线密集的地方受力大，根据受力方向，电场力做正功电势能降低

练习5.如图所示，匀强电场方向水平向右，一带电微粒沿直虚线在电场中斜向上运动，则该微粒在从A运动到B的过程中，其能量变化为（）

A．动能增大，电势能减小

B．动能减小，重力势能增大

C．动能减小，电势能增大

D．动能增大，电势能增大

受力分析可知受到电场力水平向左，电场力重力的合力方向与速度方向正好相反，电场力重力都做负功，动能减小，电势能重力势能增大。

例7.电场中有a、b两点，a点电势为4V，若把电量为2×10-8C的负电荷，从a移到b的过程中，电场力做正功4×10-8J，则（D）

A．a、b两点中，a点电势较高。

点电势是2V

C．b点电势是-2V点电势是6V

2φφb，所以φ6V

练习1.如图所示，实线为电场线，虚线为等势面，且相邻两等势面的电势差相等，一正电荷在等势面φ3上具有动能为20J，当它运动到等势面φ1上时速度恰好为零，令φ2=0，那么当电荷的电势能为4J时，其动能大小为（C）

A.16JB.10JC.6JD.4J

根据动能和势能的总和是守恒的,因为在等势面2上电势为0,电势能也是0,

而其动能是等势面1和等势面3两个动能之和的一半,即为10焦耳,所以在每个

等势面上,动能和势能总和为10焦耳,所以当电势能为4,动能就是6焦耳

练习2.如图所示，光滑绝缘细杆竖直放置，它与以正点电荷Q为圆心的某一圆交于B、C两点，质量为m，带电量为的有孔小球从杆上A点无初速下滑，已知q远小于Q，，小球滑到B点时速度大小为，求：

⑴小球由A到B过程中电场力做的功⑵A、C两点的电势差.

（1）设电场力做功，由动能定理得2,代入得

（2）C点电势与B点相等，∴

练习3.如图所示，在范围很大的水平向右的匀强电场中，一个带电量为的油滴，从A点以速度v竖直向上射入电场。

已知油滴质量为m，重力加速度为g。

当油滴到达运动轨迹的最高点时，测得它的速度大小恰为2，则：

（1）电场强度E为多大？

（2）A点与最高点的电势差为多少？

（1）竖直方向上，水平方向上，，2，三式联立得

（2）设最高点为B，高为h，根据动能定理，m（）2-2

，得

例8.关于匀强电场中场强和电势差的关系，正确的是（C）

A.电场强度越大，则任意两点间的电势差也越大

B.任意两点间的电势差等于场强和这两点间距离的乘积

C.沿着电场线方向，任何相同距离上的电势降低必定相等

D.电势降低的方向必定是电场强度的方向

关键字，匀强电场。

练习1.如图所示，两带电小球，电量分别为＋q和－q，固定在一长为L的绝缘细杆的两端，置于电场强度为E的电场中，杆与场强方向平行，其位置如图所示。

若此杆绕O点垂直于杆的轴转1800角，则过程中电场力做功为（C）

A.0C.2D.4

练习2.如图所示，电荷量为－5×10－3C的点电荷在匀强电场中沿半径为10㎝的半圆弧由A点运动到B点，已知电场强度E=1.0×103，则此过程中电荷的电势能将如何变化？

变化多大？

电荷带负电，电场力向左，做正功，，带入数据得0.25J

所以电势能增大0.25J

练习3.如图所示为一组未知方向的匀强电场的电场线，将1×10-6C的负电荷由A点沿水平线移至B点，电场力做了2×10-6J的功，A、B间的距离为2。

问：

（1）A、B两点间的电势差多大？

（2）匀强电场场强多大？

方向如何？

（1）2V

（2）电场力做正功，说明A点电势能高，电荷为正，所以A点电势高

所以场强方向由上指向下，200

例9.如图所示，平行直线表示电场线，但未标方向，带电量为10-2C的微粒在电场中只受电场力作用，由A点移到B点，动能损失0.1J，若A点电势为－10V，则　（）

A．B点的电势为0V　　　　　　　　

B．电场线方向从右向左

C．微粒的运动轨迹可能是轨迹1　　

D．微粒的运动轨迹可能是轨迹2

正电荷动能损失，克服电场力，所以电场力方向向左，B正确。

10，所以A点电势比B点低10V，B点电势为0V，A正确。

受力方向指向轨迹内侧，C对，D错。

练习1.在匀强电场中，如图所示分布着A、B、C三点，当把一个电量10-5C的正电荷从A点沿连线移到B点时，电场力做功为零，从B移到C点时电场力做功为－1.73×10-3J，试判断该电场的方向，并求出场强的大小

A到B做功为零，电场线垂直与，正电荷B到C电场力做负功，所以电场方向

垂直向右下。

－1.73×10-3，×30°，解得1000

练习2.在方向水平的匀强电场中，一个不可伸长的不导电细绳的一端连着一个质量为m电荷量为q的带电小球，另一端固定于O点，把小球拉起直到细绳与场强方向平行，然后无初速度释放，已知小球摆到最低点的另一侧，线与竖直方向的最大夹角为θ，如图所示，求：

（1）匀强电场的场强；

（2）小球经过最低点时细线对小球的拉力。

（1）根据动能定理θ（1θ）=0

所以

（2）运动到最低点时，根据动能定理

2，受力分析，，解得3

练习3.如图所示，水平方向的匀强电场场强为E，有一带电物体P自O点竖直向上射入，它的初动能0=4J，当P上升至最高点M时，其动能6J，那么当它折回通过与O在同一水平线上的O′时，其动能为？

A．10JB．12JC．24JD．28J

竖直方向动能不变，为4J，由O到M，水平方向动能增加了6J，初速度

为0的匀加速运动在相同时间内的位移比为1：

3：

5。

。

。

所以由M到O′，水平方向动能又增加18J，所以最后动能为4+6+18=28J

例10.如图所示，在原来不带电的金属细杆附近P处，放置一个正点电荷．达到静电平衡后（B）

A.a端的电势比b端的高等势体处处电势相等

B.b端的电势比d点的低

C.a端的电势不一定比d点的低

D.杆内c处场强的方向由a指向b内部场强为零

练习1.在两块带等量异性电荷的平行金属板M、N之间，垂直于金属板放置一个原来不带电的金属棒，如图所示．当达到静电平衡后，以下说法中正确的是（）

A.金属棒上A端电势高于B端电势等势体处处电势相等

B.金属棒上A、B两端电势相等

C.由于静电感应，金属棒的A端带正电荷

D.由于静电感应，金属棒的A端带负电荷

练习2.工人在高压作业时穿的工作服中间夹有一层细金属丝编织的网，关于这层细金属网的作用，以下说法正确的是（B）

A.使人体所在空间保持电势为零

B.使人体所在空间保持场强为零

C.使人体所在空间保持电势差恒定但不为零

D.使人体所在空间为一匀强电场

练习3.如图所示，在两个固定电荷和之间放入两个原来不带电的导体，1、2、3、4为导体上的四个点，在达到静电平衡后，各点的电势分别是φ1、φ2、φ3、φ4，则（B）

A.φ4＞φ3＞φ2＞φ1

B.φ4=φ3＞φ2=φ1

C.φ4＜φ3＜φ2＜φ1

D.φ4=φ3＜φ2=φ1

例11.下列选项描述的是对给定的电容器充电时电荷量Q、电压U、电容C之间相互关系的图像，其中正确的是（）

练习1.平行板电容器充电后断开电源，现将其中一块金属板沿远离另一极板的方向平移一小段距离．下图表示此过程中电容器两极板间电场强度E随两极板间距离d的变化关系，正确的是（C）

由于平行板电容器充电后断开电源，电容器所带电荷量保持不变，两极板间电场强度E＝＝＝，E随两极板间距离d的增大保持不变，C正确，A、B、D错误．

练习2.一充电后的平行板电容器保持两极板的正对面积、间距和电荷量不变，在两极板间插入一电介质，其电容C和两极板间的电势差U的变化情况是（B）

A．C和U均增大B．C增大，U减小

C．C减小，U增大D．C和U均减小

由平行板电容器电容决定式C＝知，当插入电介质后，εr变大，则在S、d不变的情况下C增大；由电容定义式C＝得U＝，又电荷量Q不变，故两极板间的电势差U减小，选项B正确．

练习3.如图所示，把一个平行板电容器接在电压U＝10V的电源上．现进行下列四步操作：

（1）合上K；

（2）在两板中央插入厚为的金属板；（3）断开K；（4）抽出金属板．则此时电容器两板间的电势差为（D）

A．0B．10V

C．5VD．20V

根据C＝分析每一步操作造成的影响如下：

（1）合上K，电源对电容器充电，电容器两端电压为U，设电容为C，

则带电荷量Q1＝，板间形成一个匀强电场，电场强度为E1＝.

（2）插入金属板，板的两侧出现等量异号的感应电荷，上、下形成两个匀强电场区域，其宽度均为.由于整个金属板为等势体，则M板与金属板之间、金属板与N板之间的电势差均为，因此，其电场强度增为原来的2倍，即E2＝2E1.显然，在插入过程中，电源必须对M、N两板继续充电，使板上电荷量增为原来的2倍，即Q2＝2Q1.

（3）断开K，M、N两板的电荷量保持不变，即Q3＝Q2＝2Q1.

（4）抽出金属板，电容器的电容仍为C，而电荷量为2Q1，所以两板间电势差变为＝2U＝20V.

练习4.如图所示，平行板电容器的两个极板A、B分别接在电压为60V的恒压电源上，两极板间距为3cm，电容器带电荷量为6×10－8C，A极板接地．求：

（1）平行板电容器的电容；

（2）平行板电容器两板之间的电场强度；

（3）距B板2cm的M点处的电势．