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1、第六章静电场1电荷守恒定律库仑定律【考点自清】一、物质的电结构与电荷守恒定律1原子是由带 的原子核和带 的电子构成，原子核的正电荷数与电子的负电荷数相等，整个原子对外界较远位置表现为 . 正电 负电 电中性2金属中离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动，这种电子叫做 ，失去电子的正离子在自己的平衡位置上振动而不移动，只有自由电子穿梭其中，这就使金属成为 . 自由电子 导体二、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_ 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 保持不变 转移 总量2元电荷：通常把e C的电荷叫做元电荷，所有带电体
2、的电荷量都是元电荷带电量的 倍，电子、质子的电荷量都等于元电荷量1.61019 C，但电性不同，前者为负，后者为正1.61019 整数三、库仑定律1点电荷：是一种理想化的物理模型，当带电体本身的_和_对研究的问题影响很小时，可以将带电体视为点电荷大小 形状2库仑定律(1)内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，跟它们的电荷量的乘积成 ，跟它们的距离的二次方成 ，作用力的方向在它们的 上 正比 反比 连线 (2)公式：Fk，其中比例系数k叫做静电力常量，k9.0109 Nm2/C2.(3)适用条件： ； 真空 点电荷 【核心考点突破】考点一静电现象的解释【问题展示】如图所示，有一带电的橡胶棒
3、和不带电的验电器，你有几种方法使验电器带上电？【归纳提炼】 1使物体带电的三种方法及实质摩擦起电、感应起电和接触带电是使物体带电的三种方法，它们的实质都是电荷的转移实现电荷转移的动力是同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引2验电器与静电计的结构与原理玻璃瓶内有两片金属箔，用金属丝挂在一根导体棒的下端，棒的上端通过瓶塞从瓶口伸出(如图甲所示)如果把金属箔换成指针，并用金属做外壳，这样的验电器又叫静电计(如图乙)注意金属外壳与导体棒之间是绝缘的不管是静电计的指针还是验电器的箔片，它们张开角度的原因都是同种电荷相互排斥的结果【例1】 (北京理综)使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开下列各图
4、表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是 () B考点二库仑定律的理解与应用1库仑定律的适用条件是真空中的静止点电荷点电荷是一种理想化模型，当带电体间的距离远远大于带电体的自身大小时，可以视其为点电荷而适用库仑定律，否则不能适用易错点：在理解库仑定律时，有人根据公式Fk，设想当r0时得出F的结论，请分析这个结论是否正确答案：从数学角度分析是正确的，但从物理角度分析，这一结论是错误的错误的原因是：当r0时两电荷已失去了作为点电荷的前提条件，何况实际电荷都有一定大小，根本不会出现r0的情况也就是说当r0时，已不能再利用库仑定律计算两电荷间的相互作用力了2库仑定律的应用方法库仑定律严格地说只适用于真
5、空中，在要求不很精确的情况下，空气可近似当作真空来处理注意库仑力是矢量，计算库仑力可以直接运用公式，将电荷量的绝对值代入公式，根据同种电荷相斥，异种电荷相吸来判断作用力F是引力还是斥力；也可将电荷量带正、负号一起运算，根据结果的正负，来判断作用力是引力还是斥力3三个自由点电荷的平衡问题(1)条件：两个点电荷在第三个点电荷处的合场强为零，或每个点电荷受到的两个库仑力必须大小相等，方向相反(2)规律：“三点共线”三个点电荷分布在同一条直线上；“两同夹异”正负电荷相互间隔；“两大夹小”中间电荷的电荷量最小；“近小远大”中间电荷靠近电荷量较小的电荷注意：(1)两个点电荷间的距离r0时，不能再视为点电荷
6、，也不遵循库仑定律，它们之间的库仑力不能认为趋于无穷大(2)两个带电体间的库仑力是一对相互作用力题型互动探究题型一用“补偿法”构建点电荷模型补偿法在物理解题中的应用是：当解决给定目标问题所需的条件不足或没有条件而造成直接求解困难或不能求解时，我们给其补偿上另外一个问题，使其成为一个新的目标问题，这个新的目标问题应该是我们所熟悉的一个物理模型，这个模型应该是比较容易求解的或能够求解的，同时要求补偿上的问题也应该是能够求解的这样我们就能够通过求解这个模型和补偿上的问题把较困难的问题转变为较容易的问题，从而达到最终求解所给定的目标问题的目的【例1】如图所示，半径为R的绝缘细圆环均匀带电，带电量为Q，
7、圆环上有一小缺口，缺口宽度为l，lR，在圆环中心放一带电量为q的点电荷，求点电荷q所受的库仑力的大小和方向解析因为缺口宽度lR，所以缺口宽度远小于圆环周长，圆环上单位长度的带电量为：q.因为小缺口处无电荷，可以认为带有等量的正电和负电，电量为：qql.由对称性可知，整个圆环上的正电对点电荷的作用力为零，所以点电荷q所受的库仑力应是缺口处负电荷的作用力由于缺口宽度lR，缺口处可以看作点电荷，所以有：F，方向由圆环中心指向缺口方法点电荷是一种理想化模型，带电体能否看作点电荷与电荷的大小及形状无关，关键是看带电体的大小与两带电体之间的距离的关系，如果带电体的大小远小于两带电体的间距就可以看作点电荷抽
8、象物理模型的能力是物理解题的最基本能力之一，如上题中，巧妙地把“缺口”看作点电荷，并充分运用“对称性”，使问题得到解决【例2】如图所示，两个质量均为m的完全相同的金属球壳a和b，其壳层的厚度和质量分布均匀，将它们固定于绝缘支座上，两球心间的距离l为球半径的3倍若使它们带上等量异种电荷，使其电荷量的绝对值均为Q，那么关于a、b两球之间的万有引力F引和库仑力F的表达式正确的是（ ）D AF引G，F库k BF引G，F库kCF引G，F库k DF引G，F库k题型二库仑力作用下的平衡问题【例2】 (2009浙江理综)如图所示，在光滑绝缘水平面上放置3个电荷量均为q(q0)的相同小球，小球之间用劲度系数均为
9、k0的轻质弹簧绝缘连接当3个小球处在静止状态时，每根弹簧的长度为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 () CAl Bl Cl Dl 解析以左边小球为研究对象，它受另外两个带电小球的库仑斥力和弹簧弹力作用而平衡，有Fk0x，x，故弹簧原长l0lxl.【例3】如图所示，把质量为0.2 g的带电小球A用丝线吊起，若将带电荷量为4108 C的小球B靠近它，当两小球在同一高度且相距3 cm时，丝线与竖直方向夹角为45，此时小球B受到库仑力F的大小为多少？小球A带的电荷量QA是多少？答案2103 N5109 C题型三库仑力参与的动力学问题【例3】如图所示，竖直平面内有一圆形
10、光滑绝缘细管，细管截面半径远小于半径R，在中心处固定一带电荷量为Q的点电荷质量为m、带电荷量为q的带电小球在圆形绝缘细管中做圆周运动，当小球运动到最高点时恰好对细管无作用力，求当小球运动到最低点时对管壁的作用力是多大？解析设小球在最高点时的速度为v1，根据牛顿第二定律mgm 设当小球在最低点时的速度为v2，管壁对小球的作用力为F，根据牛顿第二定律有Fmgm 小球从最高点运动到最低点的过程中只有重力做功，故机械能守恒则mg2Rmv-mv 由式得F6mg由牛顿第三定律得球对管壁的作用力F6mg.2电场力的性质【考点自清】一、静电场1电场是存在于电荷周围的一种 ，静电荷产生的电场叫静电场 特殊的物质
11、 2电荷间的相互作用是通过 实现的电场的基本性质是对放入其中的电荷有 . 电场 力的作用二、电场强度1物理意义：表示电场的 和 强弱 方向 2定义：电场中某一点的电荷受到的电场力F跟它的_的比值叫做该点的电场强度 电荷量q【核心考点突破】考点一电场强度1对三个电场强度公式E、Ek和E的正确理解表达式比较EEkE公式意义电场强的定义式真空中点电荷的决定式匀强电场E与U的关系式适用条件一切电场真空；点电荷匀强电场比较决定因素电场本身决定，与q无关场源电荷Q和场源电荷到该点的距离r共同决定电场本身决定相同点矢量，1 N/C1 V/m注意针对电场中某点的电场强度，公式E只是电场强度的定义式而非决定式，
12、q是引入的试探电荷，E与q无关，不能说E与F成正比、E与q成反比电场中某点的场强和放入的试探电荷无关，是由电场本身的性质决定的孤立点电荷Q的电场中，E是电场的决定式，可以说E与Q成正比、E与r2成反比E表达式中d是沿电场线方向上的距离.2.场强叠加原理和应用(1)当空间有几个点电荷同时存在时，它们的电场就互相叠加，形成合电场，这时某点的场强就是各个点电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和(2)场强是矢量，遵守矢量合成的平行四边形定则，注意只有同时作用在同一区域的电场才能叠加(3)电场中某点处的电场强度E是唯一的，它的大小和方向与放入该点的点电荷q无关，它决定于形成电场的电荷(源电荷)及空间位置
13、，电场中每一点对应的电场强度与放入该点的电荷无关考点二电场线【问题展示】图是等量同种、等量异种电荷的电场线图，试分析：连线上A与A，中垂线上B与B的场强关系【归纳提炼】1两点电荷连线的中垂线上的电场分布及特点的比较比较项目等量同种电荷等量异种电荷交点O处的场强为零在连线上最小在中垂线上最大由O沿中垂线向外场强的变化向外先增大后减小向外逐渐减小关于O点对称的两点A与A，B与B场强的关系等大、反向等大、同向2.电场线与带电粒子运动轨迹的关系一般情况下，带电粒子在电场中的运动轨迹不会与电场线重合，只有同时满足以下三个条件时，两者才会重合：(1)电场线为直线；(2)电荷初速度为零，或速度方向与电场线平
14、行；(3)电荷仅受电场力或所受其他力合力的方向与电场线平行【经典题型】题型一巧用“对称思想”处理电场强度的叠加问题对称现象普遍存在于各种物理现象和物理规律中，应用对称性不仅能帮助我们认识和探索物质世界的某些基本规律，而且也能帮助我们去求解某些具体的物理问题，这种思维方法在物理学中称为对称法利用对称法分析解决物理问题，可以避免复杂的数学演算和推导，直接抓住问题的实质，出奇制胜，快速简便地求解问题例1.如图所示，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答案：0例2.如图所示，带电荷量为q的点电荷与均匀带电薄板相距为2d，点电荷到带电薄板的垂
