第九章 静电场及其应用（培优复习课件）物理人教版2019必修第三册

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第九章 静电场及其应用必修第三册•人教版 乌云密布的天空中，一道闪电撕裂漆黑的夜幕，瞬间照亮大地。这是静电在释放能量 —— 云层间正负电荷相互吸引，当电场强度超过空气极限时，电荷如潮水般涌动，形成耀眼的闪电。 闪电中，电荷间的相互作用、电场的能量释放令人震撼。那么，摩擦起电时梳子吸引纸屑的微小现象，是否也蕴含着同样的静电场规律？在本章，我们将从电荷与电场的角度，探索静电现象的本质及其应用规律。第九章 静电场及其应用 单元复习本章思维导图第九章 静电场及其应用 单元复习第1节 电荷第九章 静电场及其应用 单元复习知识一 电荷1.电荷的定义及分类知识一 电荷2.电荷的基本性质知识一 电荷3.电荷量（1）定义：电荷的多少叫电荷量，用Q或q表示。（2）单位：在国际单位制中，电荷量的单位是库仑，简称库，用符号C表示。正电荷的电荷量为正值（+Q），负电荷的电荷量为负值（-Q）。知识二 三种起电方式1．摩擦起电当两种物质组成的物体互相摩擦时，一些受束缚较弱的电子会转移到另一个物体上。于是，原来电中性的物体由于得到电子而带负电，失去电子的物体则带正电.如玻璃棒与丝绸摩擦时，玻璃棒容易失去电子而带正电，丝绸因获得电子而带负电。知识二 三种起电方式(1)如图所示，取一对用绝缘柱支撑的导体A和B，使它们彼此接触.起初它们不带电，贴在下部的金属箔片均是闭合的.①把带正电荷的物体C移近导体A，金属箔片有什么变化？答案　C移近导体A，A、B下部的金属箔片都张开；探究感应起电知识二 三种起电方式②这时把A和B分开，然后移去C，金属箔片是否闭合？答案　金属箔片仍张开；③再让A和B接触，又会看到什么现象？答案　A、B接触，金属箔片都闭合.知识二 三种起电方式(2)带正电的物体A与不带电的物体B接触，使物体B带上了什么电荷？在这个过程中电荷是如何转移的？答案　正电荷，在这个过程中，有电子从物体B转移到物体A.知识二 三种起电方式2．感应起电当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带异种电荷，远离带电体的一端带同种电荷，这种现象叫作静电感应。利用静电感应使金属导体带电的过程叫作感应起电。知识二 三种起电方式3．接触起电接触起电是指将不带电的物体与带电体接触，由于电荷转移，使不带电物体获得与带电体同种电荷的起电方式，其实质是电子在物体间的转移，比如用带电的金属球接触不带电的金属棒，棒会因获得电子或失去电子而带电。。知识二 三种起电方式知识三 电荷守恒定律 元电荷1．电荷守恒定律(1)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，在转移过程中，电荷的总量保持不变。(2)一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。知识三 电荷守恒定律 元电荷2．元电荷(1)电荷量：电荷的多少叫作电荷量，常用符号Q或q表示，其国际单位是库仑，简称库，符号为C。(2)元电荷：科学实验发现电子所带的电荷量最小，且所有带电体的电荷量是电子电荷量的整数倍，这个最小的电荷量叫作元电荷，用e表示，在计算中通常取e＝1.60×10-19 C。质子、正电子所带电荷量与电子相等、电性相反。(3)比荷：电子的电荷量e与电子的质量me之比，叫作电子的比荷，其值为1.76×1011 C/kg一、对电荷的理解【例题1】关于电荷，下列说法正确的是（    ）A．电荷量很小的电荷就是元电荷B．物体所带的电荷量可以是任意的C．在国际单位制中，电荷量的单位是库仑D．摩擦起电的过程实质上是创造电荷的过程C【解析】元电荷指的是最小电荷量，电子和质子所带的电荷量大小等于元电荷，A错误；物体所带的电荷量一定是元电荷的整数倍，B错误；在国际单位制中，电荷量的单位是库仑，C正确；摩擦起电的实质是电荷在两个物体间发生了转移，没有创造电荷，D错误。故选C。二、元电荷【例题2】关于元电荷的理解，下列说法正确的是（    ）A．元电荷就是电子B．元电荷就是中子C．元电荷就是质子D．物体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍D【解析】元电荷是自然界最小的电量，其数值与电子的电荷量数值相等，故A、B、C错误；任何带电体所带电荷都等于元电荷或者是元电荷的整数倍，故D正确。故选D。区分点电荷与元电荷的方法(1)元电荷是最小的电荷量，其数值等于一个电子或一个质子所带电荷量的绝对值。(2)点电荷只是不考虑带电体的大小和形状，是带电个体，其带电荷量可以很大也可以很小，但它一定是元电荷的整数倍。一、电荷和元电荷三、电荷守恒定律【例题3】甲、乙、丙三个相同的带电导体球，电荷量分别为+1C、-3C和-5C，先使甲与乙接触，然后使乙与丙接触，最终乙的电荷量为（    ）A．-4CB．-3CC．-2CD．-1CB【解析】先使甲与乙接触，则甲乙带电量各为然后使乙与丙接触，最终乙的电荷量为 ，故B正确。故选B。应用电荷守恒定律解题时的技巧1.“中性”与“中和”的理解(1)中性：物体内有电荷存在，但正、负电荷的绝对值相等，对外不显电性。(2)中和：两个带有等量异种电荷的带电体相接触达到电中性的过程。二、电荷守恒定律应用电荷守恒定律解题时的技巧2．守恒的广泛性电荷守恒定律同能量守恒定律一样，是自然界中最基本的规律，任何电现象都不违背电荷守恒定律，也涵盖了近代物理实验发现的微观粒子在变化中遵守的规律。如：由一个高能光子可以产生一个正电子和一个负电子，一对正、负电子可同时湮灭，转化为光子。在这种情况下，带电粒子总是成对产生或湮灭，电荷的代数和不变。二、电荷守恒定律四、接触起电【例题4】如图所示，当人用手接触范德格拉夫起电机的带电金属球时，纸花（碎纸屑）会从头上飞出来。关于此“静电飞花”现象，下列说法正确的是（    ）A．飞出的纸花相互排斥B．纸花飞出，它们所带电荷的电性与金属球相反C．纸花飞出，但可能它们并不带电D．纸花飞出，是因为受到空气浮力的作用A【解析】静电飞花现象是因为纸花带同种电（并且与金属球电性相同）互相排斥，故A正确。故选A。两金属导体接触后电荷量的分配规律(1)当两个导体材料、形状不同时，接触后再分开，只能使两者均带电，但无法确定电荷量的多少。(2)若使两个完全相同的金属球带电荷量大小分别为q1、q2，则有三、接触起电的电荷量五、摩擦起电和感应起电【例题5】橡胶棒用毛皮摩擦后，放到验电器上端金属球附近，则（　　）A．验电器带负电B．验电器带正电C．用手摸一下金属球后验电器带负电D．用手摸一下金属球后验电器带正电D【解析】毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，放到验电器上端金属球附近，发生静电感应，根据“近异远同”原理，验电器的金属小球将带上正电，验电器的金属箔片会带负电，故A、B错误；毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，放到验电器上端金属球附近，发生静电感应，用手摸一下金属球的瞬间，电子从金属球转移到手上，拿开橡胶棒后，小球和金箔都带正电，故C错误，D正确。故选D。五、摩擦起电和感应起电【例题6】如图所示，不带电的枕形导体的A、B两端各贴有一对金箔。让带正电的C靠近A，A端和B端分别带（    ）A．正电、正电B．负电、负电C．正电、负电D．负电、正电D【解析】由静电感应规律可知，让带正电的C靠近A，同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引，枕形导体中部分自由电子向A端聚集，A端感应出负电荷，B端感应出正电荷，故D正确。故选D。(1)只有导体中的电子才能自由移动，绝缘体中的电子不能自由移动，所以导体能够发生感应起电，而绝缘体不能。(2)凡是遇到接地问题时，该导体与地球可视为一个导体，而且该导体可视为近端，带异种电荷，地球就成为远端，带同种电荷。四、感应起电第2节 库仑定律第九章 静电场及其应用 单元复习知识一 探究影响电荷间相互作用力1.实验现象2.实验结论(1)小球带电荷量不变时，距离带电物体越远，丝线偏离竖直方向的角度越小。(2)小球处于同一位置时，小球所带的电荷量越大，丝线偏离竖直方向的角度越大。电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小。知识二 库仑定律1．库仑定律：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.这种电荷之间的相互作用叫作静电力或库仑力。2．点电荷：带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，带电体可以看作带电的点，叫作点电荷。知识二 库仑定律3．点电荷的特点(1)带电体间的距离比它们自身的大小大很多。(2)带电体的形状、大小及电荷分布状况对电荷之间的作用力的影响可以忽略。(3)点电荷是一种理想化的模型。4．对库仑定律的理解点电荷乘积二次方连线5．表达式：F＝ ，其中静电力常量k＝ 。9.0×109 N·m2/C2知识二 库仑定律知识三 静电力的叠加原则 (1)两个点电荷间的作用力 因第三个点电荷的存在而有所改变。 (2)两个或者两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的 。不会矢量和一、库仑力的简单计算【例题1】两个分别带有电荷量+Q和+3Q的相同金属小球（均可视为点电荷）固定在间距为r的两处，它们之间库仑力的大小为F，现将两球接触后再放回原处，则两球间库仑力的大小变为（　　）B【解析】根据库仑定律可得 ，接触后再分开，两球的电荷量均变为+2Q，所以 ，故B正确。故选B。二、非点电荷库仑力计算【例题2】如图所示，两个带电金属球半径为r，中心距离为4r，所带电荷量大小相等均为Q。结合库仑定律适用条件，关于它们之间电荷的相互作用力大小F，下列说法正确的是（   ）A．若带同种电荷， B．若带异种电荷，C．若带同种电荷， D．无论何种电荷，C【解析】若是同种电荷，则相互排斥，电荷间距大于4r，因此库仑力 故A错误，C正确；若是异种电荷，则相互吸引，电荷间距小于4r，因此库仑力 ，故B错误，D错误。。故选C。三、库仑力作用下静态平衡问题【例题3】如图所示，光滑绝缘的水平桌面上，放置着三个可视为点电荷的带电小球A、B和C，三个小球位于同一直线上，其中B和C固定，带电量分别为-q1和+q2，若未固定的小球A能保持静止，则下列说法正确的是（　　）A．A可能带负电，q1q2C．A一定带负电，q1=q2 D．A一定带正电，q1=q2A【解析】若根据题意可知，若小球A能保持静止，则小球B、C对A的作用力等大，反向，由同种电荷相互吸引，异种电荷相互排斥可知，由于小球B、C带异种电荷，无论A带何种电荷，小球B、C对A的作用力方向都相反，设小球A的带电量为qA，由库仑定律有 ，可得q1EbD．Ea