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1、第六章 静 电 场(1)从近三年的高考试题可以看出，高考对静电场专题的考查频率很高，试题主要集中在电场强度、电场线、电场力、电势、电势差、等势面、电势能、平行板电容器、匀强电场、电场力做功、电势能的变化，还有带电粒子在电场中的加速和偏转等知识。其中在 2013 年全国各地试卷中，对电场的性质及库仑定律的考查共计 4 次；对电容器、带电粒子在电场中的运动的考查共计 4 次；对电势、电势能、电势差的考查共计 5 次。(2)高考试题的考查题型多以选择题及计算题形式出现，其中 2013 年电场的性质的考查以选择题形式出现 8次，每题分值 36 分不等；电容器、带电粒子在电场中的运动的考查以选择题形式出
2、现 2 次，每题分值 46 分不等，以计算题的形式出现了 2 次，分值分别为 14 分、20 分。(3)高考试题对知识点的考查主要有三种形式：一种是基本概念和规律与力学中牛顿运动定律、动能定理、动能关系相结合；一种是以实际生产、生活为背景材料，对带电粒子在电场中的加速、偏转等问题进行考查；还有一种形式是粒子在复合场中的运动，试题难度中等以上。2015 高考考向前瞻Error!Error!预计 2015 年的高考中，对本专题的考查仍将是热点之一，在上述考查角度的基础上，重点以选择题的形式考查静电场的基本知识点，以综合题的形式考查静电场知识和其他相关知识在生产、生活中的实际应用。另外高考试题命题的
3、一个新动向，就是静电的应用和防止，静电场与相关化学知识综合、与相关生物知识综合，与环保等热点问题相联系，在新颖、热门的背景下考查静电场基本知识的应用。第 1 节电场力的性质点电荷 电荷守恒定律想一想如图 611 所示，在带电荷量为Q 的带电体 C 右侧有两个相互接触的金属导体 A和 B，均放在绝缘支座上。图 611(1)若先将 C 移走，再把 A、B 分开，则 A、B 分别带什么电？(2)若先将 A、B 分开，再移走 C，则 A、B 分别带什么电？这一过程中电荷总量如何变化？提示：(1)A、B 均不带电 (2)A 带负电 B 带正电 不变记一记1元电荷、点电荷(1)元电荷：e1.601019
4、C，所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍，其中质子、正电子的电荷量与元电荷相同。电子的电荷量 q1.601019 C。(2)点电荷：代表带电体的有一定电荷量的点，忽略带电体的大小和形状的理想化模型。2电荷守恒定律(1)内容：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)三种起电方式：摩擦起电、感应起电、接触起电。(3)带电实质：物体得失电子。(4)电荷的分配原则：两个形状、大小相同的导体，接触后再分开，二者带相同电荷；若两导体原来带异种电荷，则电荷先中和，余下的电荷再平分。试一试1(多选)关于元电荷的下列
5、说法中正确的是( )A元电荷实质上是指电子和质子本身B所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍C元电荷的值通常取 e1.601019 CD元电荷 e 的数值最早是由美国科学家密立根通过实验测得的解析：选 BCD 元电荷只是一个电荷量单位，没有正、负，不是物质，电子、质子是实实在在的粒子，不是元电荷，其带电荷量为一个元电荷，A 错误；实验得出，所有带电体的电荷量或者等于 e，或者是 e 的整数倍，这就是说，电荷量是不能连续变化的物理量，B 正确；元电荷 e 的数值最早是由美国物理学家密立根测得的，D 正确。库仑定律记一记1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
6、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。2表达式：Fk，式中 k9.0109 Nm2/C2，叫做静电力常量。q1q2r23适用条件：真空中的点电荷。(1)在空气中，两个点电荷的作用力近似等于真空中的情况，可以直接应用公式。(2)当两个带电体的间距远大于本身的大小时 ，可以把带电体看成点电荷。4库仑力的方向：由相互作用的两个带电体决定，且同种电荷相互排斥，为斥力；异种电荷相互吸引，为引力。试一试2.如图 612 所示，两个质量均为 m 的完全相同的金属球壳 a 与 b，壳层的厚度和质量分布均匀，将它们分别固定于绝缘支座上，两球心间的距离为 l，为球半径的 3 倍。若使它们带上等量异
7、种电荷，两球电量的绝对值均为 Q，那么，a、b 两球之间的万有引力 F引、库仑力 F库分别为( )图 612AF引G，F库k BF引G，F库km2l2Q2l2m2l2Q2l2CF引G，F库k DF引G，F库km2l2Q2l2m2l2Q2l2解析：选 D 万有引力定律适用于两个可看成质点的物体，虽然两球心间的距离 l 只有半径的 3 倍，但由于壳层的厚度和质量分布均匀，两球壳可看做质量集中于球心的质点。因此，可以应用万有引力定律。对于 a、b 两带电球壳，由于两球心间的距离 l 只有半径的3 倍，不能看成点电荷，不满足库仑定律的适用条件，故 D 正确。电场强度、点电荷的电场强度想一想 点电荷与检
8、验电荷概念有何区别？电场强度描述什么？电场中某点没有引入检验电荷q，也就没有电场力即 F0，因此有人说：根据 E 得：该点的场强不存在。你同意吗？Fq电场中某点的场强取决于什么？场强的方向是电荷的受力方向吗？提示：点电荷是带电体可视为带电的点，检验电荷要求不仅是点电荷，而且电量须充分小，对被测电场的存在和分布产生的影响可忽略。电场强度是从力的角度描述电场各处的强弱和方向的物理量，或者说是描述电场的力的属性的物理量。电场中某点的场强跟是否引入检验电荷无关。电场中某点即使没有引入检验电荷 q，也就是电场力 F0，但该点的场强仍存在，取决于场源和场点。数学上，也并非无意义，而是待定值。场强是矢量，某
9、点的场强方向规定为正电荷在该点所受电场00 力方向，跟负电荷受力方向相反。记一记1电场电场是客观存在于电荷周围的一种物质，其基本性质是对放入其中的电荷有力的作用。2电场强度(1)定义式：E ，适用于任何电场，是矢量，单位：N/C 或 V/m。Fq(2)点电荷的场强：E，适用于计算真空中的点电荷产生的电场。kQr2(3)方向：规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点的电场强度方向。(4)电场强度的叠加：电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。试一试3下列说法中正确的是( )A由 E 知，电场中某点的电场强度与检验电荷在该点所受的电场力成正比FqB电场中某点的电场强度
10、等于 ，但与检验电荷的受力大小及带电量无关FqC电场中某点的电场强度方向即检验电荷在该点的受力方向D公式 E 和 E对于任何静电场都是适用的FqkQr2解析：选 B E 只是电场强度的定义式，不能由此得出电场中某点的场强与检验电Fq荷在该点所受的电场力成正比、与电荷量成反比，因为电场中某点的电场强度只与电场本身的性质有关，与检验电荷的电量及受力无关，A 错，B 对；电场中某点的电场强度方向为正电荷在该点的受力方向，C 错； 公式 E 对于任何静电场都是适用的，E只适FqkQr2用于真空中的点电荷的电场，D 错。电场线记一记1定义为了形象地描述电场中各点场强的强弱及方向，在电场中画出一些曲线，曲
11、线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致，曲线的疏密表示电场的强弱。2特点(1)电场线从正电荷或无限远处出发，终止于负电荷或无限远处；(2)电场线在电场中不相交；(3)电场线不是电荷在电场中的运动轨迹。3应用(1)在同一电场里，电场线越密的地方场强越大；(2)电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向；(3)沿电场线方向电势逐渐降低；(4)电场线和等势面在相交处互相垂直。4几种典型电场的电场线图 613物理学史链接背背就能捞分11785 年法国物理学家库仑利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律库仑定律，并测出了静电力常量 k 的值。21837 年，英国物理学家法拉第最早引入了电场概念，并提出
12、用电场线表示电场。31752 年，富兰克林在费城通过风筝实验验证闪电是放电的一种形式，把天电与地电统一起来，并发明了避雷针。41913 年，美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷 e 的电荷量，获得诺贝尔奖。试一试4. (多选)如图 614 是某静电场的一部分电场线分布情况，下列说法中正确的是( )图 614A这个电场可能是负点电荷的电场BA 点的电场强度大于 B 点的电场强度CA、B 两点的电场强度方向不相同D负电荷在 B 点处受到的电场力的方向沿 B 点切线方向解析：选 BC 电场线呈汇聚状，不是直线，因此不可能是孤立的负电荷形成的电场，故 A 错；电场线的疏密代表场强的大小，电场
13、线切线方向代表场强的方向，故 B、C 正确；负电荷的受力方向与场强的方向相反，故 D 错误。考点一Error!Error!库仑力作用下的平衡问题例 1 (2013新课标全国卷)如图 615，在光滑绝缘水平面上，三个带电小球a、b 和 c 分别位于边长为 l 的正三角形的三个顶点上：a、b 带正电，电荷量均为 q，c 带负电。整个系统置于方向水平的匀强电场中。已知静电力常量为 k。若三个小球均处于静止状态，则匀强电场场强的大小为( )图 615A. B.3kq3l23kql2C. D.3kql22 3kql2解析 选 B 以小球 c 为研究对象，其受力如图甲所示，其中 F库，由平衡条kqqcl2
14、件得：2F库cos 30Eqc。即：Eqc，E3kqqcl23kql2此时 a 的受力如图乙所示，222(kq2l2)(3kq2l2)(kqqcl2)得 qc2q即当 qc2q 时 a 可处于平衡状态，同理 b 亦恰好平衡，故选项 B 正确。例 2 如图 616 所示，在一条直线上有两个相距 0.4 m 的点电荷 A、B，A 带电Q，B 带电9Q。现引入第三个点电荷 C，恰好使三个点电荷均在电场力的作用下处于平衡状态，则 C 的带电性质及位置应为( )图 616A正 B 的右边 0.4 m 处B正 B 的左边 0.2 m 处C负 A 的左边 0.2 m 处D负 A 的右边 0.2 m 处解析
15、选 C 要使三个电荷均处于平衡状态，必须满足“两同夹异” “两大夹小”的原则，所以选项 C 正确。1分析点电荷平衡问题的方法步骤点电荷的平衡问题的分析方法与纯力学平衡问题的分析方法是相同的，只是在原来受力的基础上多了一个电场力。具体步骤如下：2 “三个自由点电荷平衡”的问题(1)平衡的条件：每个点电荷受到另外两个点电荷的合力为零或每个点电荷处于另外两个点电荷产生的合场强为零的位置。(2)考点二Error!Error!电场强度的叠加与计算1场强的公式三个公式Error!Error!2电场的叠加(1)叠加原理：多个电荷在空间某处产生的电场为各电荷在该处所产生的电场场强的矢量和。(2)运算法则：平行四边形定则。例 3 如图 617 所示，位于正方形四个顶点处分别固定有点电荷A、B、C、D，四个点电荷的带电量均为 q，其中点电荷 A、C 带正电，点电荷 B、D 带负电，试确定过正方形中心 O 并与正方形垂直的直线上到 O 点距离为 x 的 P 点处的电场强度的大小和方向。图 617审题指导第一步：抓关键点关键点获取信息电荷处在正方形四个顶点上电荷所在位置关于中心 O 对称；电荷到中心轴上同一点距离相等电荷电量相等四个电荷在中心轴线上产生的场强大小相等P 点处
