2025高考物理步步高同步練習必修3學習筆記第九章　靜電場及其應　電荷

2025高考物理步步高同步練習必修3學習筆記第九章靜電場及其應1電荷[學習目標]1.知道自然界中的兩種電荷及它們之間相互作用的規(guī)律，知道電荷量的概念及電荷量的單位.2.理解摩擦起電和感應起電.3.掌握電荷守恒定律.4.知道元電荷的概念，掌握元電荷的值．一、電荷1．自然界中有兩種電荷：________電荷和________電荷．2．電荷間的相互作用：同種電荷相互__________，異種電荷相互________．3．電荷量：電荷的多少，用Q或q表示，國際單位制中的單位是________，符號是________．正電荷的電荷量為__________值，負電荷的電荷量為________值．4．摩擦起電及其原因(1)摩擦起電：由于________而使物體帶電的方式．用毛皮摩擦過的橡膠棒帶負電，用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電．(2)原因：當兩種物質組成的物體互相摩擦時，一些受束縛較弱的電子會轉移到另一個物體上．于是，原來電中性的物體由于得到電子而帶________，失去電子的物體則帶________電．二、靜電感應1．靜電感應：當一個帶電體靠近導體時，由于電荷間相互吸引或排斥，導體中的自由電荷便會趨向或__________帶電體，使導體靠近帶電體的一端帶__________電荷，遠離帶電體的一端帶________電荷，這種現(xiàn)象叫作靜電感應．2．感應起電：利用________________使金屬導體帶電的過程．三、電荷守恒定律1．電荷守恒定律：電荷既不會__________，也不會______，它只能從一個物體轉移到__________，或者從物體的一部分轉移到______________；在轉移過程中，電荷的________保持不變．2．電荷守恒定律的另一表述是：一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，____________保持不變．四、元電荷1．元電荷：最小的電荷量，e＝________________C，由____________測得．所有帶電體的電荷量都是e的__________．2．比荷：帶電粒子的__________與其__________的比值．1．判斷下列說法的正誤．(1)用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，是因為正電荷從絲綢轉移到玻璃棒上．()(2)兩種不同物質組成的物體相互摩擦使物體帶電，是由于兩物體的原子核對核外電子束縛的能力不同．()(3)原來不帶電的絲綢和玻璃棒相互摩擦后分別帶上了異種電荷，說明通過摩擦可以創(chuàng)造電荷．()(4)元電荷就是最小的帶電體．()(5)某一帶電體的電荷量可能等于5×10－19C．()2.帶正電的物體C靠近不帶電的枕形導體AB，如圖所示，A端將帶____電，B端將帶____電．一、三種起電方式導學探究(1)如圖所示，取一對用絕緣柱支撐的導體A和B，使它們彼此接觸．起初它們不帶電，貼在下部的金屬箔片均是閉合的．①把帶正電荷的物體C移近導體A，金屬箔片有什么變化？②這時把A和B分開，然后移去C，金屬箔片是否閉合？③再讓A和B接觸，又會看到什么現(xiàn)象？(2)帶正電的物體A與不帶電的物體B接觸，使物體B帶上了什么電荷？在這個過程中電荷是如何轉移的？知識深化三種起電方式的比較摩擦起電感應起電接觸起電現(xiàn)象兩物體帶上等量異種電荷導體兩端出現(xiàn)等量異種電荷導體帶上與帶電體同性的電荷原因不同物質原子核對電子的束縛能力不同．束縛能力強的得電子，帶負電；束縛能力弱的失電子，帶正電電子在電荷間相互作用下發(fā)生轉移，近端帶異種電荷，遠端帶同種電荷在電荷間相互作用下，電子從一個物體轉移到另一個物體上實質電荷在物體之間或物體內部的轉移說明無論哪種起電方式，發(fā)生轉移的都是電子，正電荷不會發(fā)生轉移例1(多選)下列說法中正確的是()A．靜電感應沒有創(chuàng)造電荷，只是電荷從物體的一部分轉移到另一部分B．摩擦起電和感應起電都能使電子轉移，只不過前者使電子從一個物體轉移到另一個物體上，而后者則使電子從物體的一部分轉移到另一部分C．摩擦起電時，一個電中性物體失去一些電子而帶正電，另一個電中性物體得到這些電子而帶負電D．一個帶電導體接觸一個不帶電的導體，兩個物體可能帶上異種電荷例2(2021·保定市高二期末)如圖所示，不帶電的金屬導體A和B放在絕緣支柱上并相互接觸，帶正電的小球C靠近A，以下說法中正確的是()A．若先將A、B分開，再移走C，A帶正電，B帶負電B．若先將A、B分開，再移走C，B帶正電，A帶負電C．若先將C移走，再把A、B分開，A帶正電，B帶負電D．若先將C移走，再把A、B分開，B帶正電，A帶負電針對訓練1(2022·寧鄉(xiāng)市教育研究中心高二期末)如圖所示，A、B是兩個帶有絕緣支架的金屬球，它們原來均不帶電，并彼此接觸．現(xiàn)使帶負電的橡膠棒C靠近A(C與A不接觸)，然后先將A球用導線接地一下后迅速斷開，再將C移走，最后將A、B分開．關于A、B的帶電情況，下列判斷正確的是()A．A、B均不帶電 B．A、B均帶正電C．A帶負電，B帶正電 D．A帶正電，B帶負電1．只有導體中的電子才能自由移動．絕緣體中的電子不能自由移動，所以導體能夠發(fā)生感應起電，而絕緣體不能．2．凡是遇到接地問題時，該導體與地球可視為一個更大導體，而且該導體可視為近端，帶異種電荷，地球可視為遠端，帶同種電荷，如圖．二、電荷守恒定律元電荷導學探究(1)在摩擦起電過程中，一個物體帶上了正電荷，另一個物體帶上了負電荷，該過程是否創(chuàng)造了電荷？在一個封閉的系統(tǒng)中，電荷的總量會增多或減少嗎？(2)物體所帶的電荷量可以是任意的嗎？物體所帶的電荷量可以是4×10－19C嗎？(3)電子和質子就是元電荷嗎？知識深化1．起電過程的實質是物體中自由電荷的轉移過程．在轉移過程中電荷的總量保持不變．也就是說，起電過程就是物體所帶電荷量的重新分配．2．電荷守恒定律和能量守恒定律一樣，都是自然界中最基本的守恒定律，任何帶電現(xiàn)象都不能違背電荷守恒定律．3．元電荷(1)最小的電荷量叫作元電荷，元電荷不是實物粒子，無正、負之分．(2)雖然質子、電子所帶的電荷量等于元電荷，但不能說質子、電子是元電荷．例3完全相同的兩金屬小球A、B帶有相同大小的電荷量，相隔一定的距離，讓第三個完全相同的不帶電金屬小球C，先后與A、B接觸后移開．(1)若A、B兩球帶同種電荷，求接觸后兩球帶電荷量大小之比；(2)若A、B兩球帶異種電荷，求接觸后兩球帶電荷量大小之比．兩金屬導體接觸后電荷量的分配規(guī)律1．若使兩個完全相同的金屬球帶電荷量分別為q1、q2，接觸后再分開，兩球帶電荷量分別為q1′、q2′，則有q1′＝q2′＝eq\f(q1＋q2,2)(q1、q2應帶＋、－號)．2．此規(guī)律只適用于兩個相同的金屬球(材料、大小都相同)．針對訓練2有三個相同的金屬小球A、B、C，其中小球A帶有q＝2.0×10－5C的正電荷，小球B、C不帶電，現(xiàn)在讓小球C先與球A接觸后取走，再讓小球B與球A接觸后分開，最后讓小球B與小球C接觸后分開，最終三球的帶電荷量分別為qA′＝______________C，qB′＝______________C，qC′＝____________C.例4(2022·玉溪師院附中高二月考)帶電微粒所帶的電荷量不可能是下列值中的()A．2.4×10－19C B．－6.4×10－19CC．－1.6×10－18C D．4.0×10－17C三、驗電器的原理和使用驗電器的兩種應用方式及原理1．當帶電的物體與驗電器上面的金屬球接觸時，有一部分電荷轉移到驗電器上，與金屬球相連的兩個金屬箔片帶上同種電荷，因相互排斥而張開，如圖甲．2．當帶電體靠近驗電器的金屬球時，帶電體會使驗電器的金屬球帶異種電荷，而金屬箔片上會帶同種電荷(感應起電)，兩個金屬箔片在斥力作用下張開，如圖乙．例5如圖所示，用起電機使金屬球A帶上正電，靠近驗電器B上面的金屬球，則()A．驗電器金屬箔不張開，因為球A沒有和B接觸B．驗電器金屬箔張開，因為整個驗電器都帶上了正電C．驗電器金屬箔張開，因為整個驗電器都帶上了負電D．驗電器金屬箔張開，因為驗電器下部箔片都帶上了正電2庫侖定律[學習目標]1.知道點電荷的概念.2.理解庫侖定律的內容、公式及適用條件.3.理解靜電力的概念，會用庫侖定律進行有關計算．一、電荷之間的作用力1．實驗探究：利用如圖所示的裝置探究影響電荷之間相互作用力的因素．實驗結論：電荷之間的作用力隨著電荷量的增大而________，隨著距離的增大而________．2．庫侖定律(1)點電荷：當帶電體之間的距離比它們自身的大小____________，以致帶電體的__________、________及__________________對它們之間的作用力的影響可以忽略時，這樣的帶電體可以看作帶電的點，叫作__________．(2)庫侖定律①內容：真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成________，與它們的距離的__________成反比，作用力的方向在________________．這個規(guī)律叫作庫侖定律．這種電荷之間的相互作用力叫作____________或____________．②公式：F＝____________________________，其中k＝________N·m2/C2，叫作靜電力常量．③適用條件：a.____________；b.____________.二、庫侖的實驗1．庫侖扭秤實驗是通過懸絲________________比較靜電力F大小的．實驗結果發(fā)現(xiàn)靜電力F與距離r的____________成反比．2．庫侖在實驗中為研究F與q的關系，采用的是用兩個________________的金屬小球，一個帶電，一個不帶電，互相接觸后，電荷量________的方法，發(fā)現(xiàn)F與q1和q2的________成正比．三、靜電力計算1．微觀帶電粒子間的萬有引力____________庫侖力．在研究微觀帶電粒子的相互作用時，可以把萬有引力忽略．2．兩個或兩個以上點電荷對某一個點電荷的作用力，等于各點電荷單獨對這個點電荷的作用力的____________．1．判斷下列說法的正誤．(1)探究電荷之間的作用力與某一因素的關系時，必須采用控制變量法．()(2)只有電荷量很小的帶電體才能看成點電荷．()(3)兩點電荷所帶的電荷量越大，它們間的靜電力就越大．()(4)若點電荷q1的電荷量大于q2的電荷量，則q1對q2的靜電力大于q2對q1的靜電力．()2．真空中有兩個靜止的點電荷，它們之間的相互作用力為F.若它們的帶電荷量都增加為原來的2倍，距離增大1倍，它們之間的相互作用力變?yōu)?)A.eq\f(F,4)B.eq\f(F,2)C．FD．2F一、對點電荷的理解1．點電荷是只有電荷量，沒有大小、形狀的理想化模型，類似于力學中的質點，實際中并不存在．2．帶電體能否看成點電荷視具體問題而定．如果帶電體的大小比帶電體間的距離小得多，則帶電體的大小及形狀就可以忽略，此時帶電體就可以看成點電荷．例1(2021·安徽田家炳中學、蚌埠五中期中)下列對點電荷的理解正確的是()A．體積很大的帶電體都不能看作點電荷B．只有體積很小的帶電體才能看作點電荷C．只要是球形帶電體，無論球多大，都能看作點電荷D．當兩個帶電體的形狀和大小對它們之間相互作用力的影響可忽略時，這兩個帶電體都能看作點電荷針對訓練1(2021·新泰市二中高一期中)關于元電荷和點電荷的說法正確的是()A．元電荷就是點電荷B．質子就是元電荷C．點電荷一定是電荷量很小的電荷D．兩個帶電的金屬小球，不一定能將它們作為電荷集中在球心的點電荷處理二、庫侖定律的理解和應用導學探究如圖所示，一帶正電的物體位于M處，用絕緣絲線系上帶等量正電荷的相同的小球，先后掛在P1、P2、P3的位置，可觀察到小球在不同位置時絲線偏離豎直方向的角度不同．此實驗得出的結論是什么？知識深化1．庫侖定律的理解(1)公式：F＝keq\f(q1q2,r2)(2)適用條件①真空中的靜止點電荷②均勻帶電球體注意：r→0時，帶電體不能看成點電荷，庫侖定律不再適用．2．庫侖力(1)利用庫侖定律計算庫侖力大小時，不必將表示電性的正、負號代入公式，只代入q1、q2的絕對值即可．(2)利用同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引來判斷方向．(3)兩個點電荷之間的庫侖力是一對作用力與反作用力．3．兩個規(guī)則的帶電球體相距比較近時，不能被看作點電荷，此時必須考慮電荷在球上的實際分布．若帶同種電荷時，如圖(a)，由于排斥，電荷分布于最遠的兩側，電荷中心距離大于r，此時F<keq\f(q1q2,r2)；若帶異種電荷時，如圖(b)，由于吸引，電荷分布于最近的兩側，電荷中心距離小于r，此時F>keq\f(q1q2,r2).例2(多選)(2022·北京市延慶區(qū)高二期末改編)關于庫侖定律，下列說法正確的是()A．庫侖定律適用于點電荷，體積很大的帶電體都不能看作點電荷B．根據庫侖定律，當兩個帶電體間的距離r→0時，庫侖力將趨向無窮大C．庫侖定律和萬有引力定律的表達式很相似，它們都是與距離平方成反比的定律D．靜電力常量k的值為9.0×109N·m2/C2例3A、B、C三點在同一直線上，AB∶BC＝1∶2，B點位于A、C之間，在B處固定一電荷量為Q的點電荷．當在A處放一電荷量為＋q的點電荷時，Q所受的靜電力為F；移去A處電荷，在C處放一電荷量為－2q的點電荷，則Q所受的靜電力為()A．－eq\f(F,2)B.eq\f(F,2)C．－FD．F例4兩個半徑為R的帶電金屬球帶同種電荷，電荷量分別為q1和q2，當兩球心相距3R時，相互作用的靜電力大小F滿足關系式()A．F＝keq\f(q1q2,3R2) B．F>keq\f(q1q2,3R2)C．F＜keq\f(q1q2,3R2) D．以上均不對三、靜電力的疊加導學探究如圖所示，真空中有三個帶正電的點電荷A、B、C，它們固定在邊長為a的等邊三角形的三個頂點上，電荷量都是Q，則點電荷C所受的靜電力多大？方向如何？知識深化1．兩點電荷間的庫侖力與周圍是否存在其他電荷無關．2．兩個或兩個以上點電荷對某一點電荷的作用力，等于各點電荷單獨對這個點電荷的作用力的矢量和．3．靜電力的合成與分解滿足平行四邊形定則，如圖所示．例5如圖所示，分別在A、B兩點放置點電荷Q1＝＋2×10－14C和Q2＝－2×10－14C．在AB的垂直平分線上有一點C，且AB＝AC＝BC＝6×10－2m．如果有一電子靜止放在C點處，靜電力常量k＝9.0×109N·m2/C2，則它所受的靜電力的大小為______________N，方向____________________．針對訓練2(2021·廣東惠州一中期末)如圖所示，帶電荷量分別為qa、qb、qc的小球a、b、c(均可視為點電荷)，固定在等邊三角形的三個頂點上，a球所受庫侖力的合力F方向垂直于a、b的連線，則：(1)a、b間為________，a、c間為________．(均選填“引力”或“斥力”)(2)eq\f(qc,qb)＝________.3電場電場強度第1課時電場強度電場強度的疊加[學習目標]1.知道電場的概念及電場的基本性質.2.理解電場強度及其定義式，并能用該公式進行有關計算.3.掌握點電荷的電場和電場強度的疊加．一、電場1．電場：存在于________周圍的一種特殊物質，電荷之間的相互作用是通過________產生的．2．場像分子、原子等實物粒子一樣具有________，場是________存在的一種形式．二、電場強度1．試探電荷與場源電荷(1)試探電荷：為了便于研究電場各點的性質而引入的電荷，是電荷量和體積都________的點電荷．(2)場源電荷：________________的帶電體所帶的電荷，也叫源電荷．2．電場強度(1)定義：放入電場中某點的試探電荷所受的__________與它的__________之比，叫作該點的電場強度．(2)定義式：E＝eq\f(F,q).(3)單位：________________.(4)方向：電場強度是矢量，規(guī)定電場中某點的電場強度的方向與正電荷在該點所受的靜電力的方向________，與負電荷在該點所受靜電力的方向________．三、點電荷的電場電場強度的疊加1．真空中點電荷的電場(1)電場強度公式：E＝________________.(2)方向：如果以電荷量為Q的點電荷為中心作一個球面，當Q為正電荷時，E的方向沿半徑____________；當Q為負電荷時，E的方向沿半徑____________．2．電場強度的疊加電場強度是________量，如果場源是多個點電荷時，則電場中某點的電場強度等于各個點電荷________在該點產生的電場強度的________________________________________．1．判斷下列說法的正誤．(1)根據電場強度的定義式E＝eq\f(F,q)可知，E與F成正比，與q成反比．()(2)電場中某點的電場強度與正電荷受力方向相同，當該點放置負電荷時，電場強度反向．()(3)由E＝eq\f(kQ,r2)知，在以Q為球心、r為半徑的球面上，各處電場強度相同．()(4)若空間中只有兩個點電荷，則該空間某點的電場強度等于這兩個點電荷單獨在該點產生的電場強度的矢量和．()2．在靜電場中的某一點A放一個試探電荷q＝－1×10－10C，q受到的靜電力為1×10－8N，方向向左，則A點的電場強度的大小為________，方向__________；如果從A點取走q，A點電場強度大小為____________．一、電場電場強度導學探究(1)電荷A是如何對電荷B產生作用力的？電荷B是如何對電荷A產生作用力的？(2)在空間中有一電場，把一帶電荷量為q的試探電荷放在電場中的A點，該電荷受到的靜電力為F.若把帶電荷量為2q的點電荷放在A點，則它受到的靜電力為多少？若把帶電荷量為nq的點電荷放在該點，它受到的靜電力為多少？電荷受到的靜電力F與電荷量q有何關系？(3)如圖所示，若此電場為正點電荷Q的電場，在距Q的距離為r處放一試探電荷q，求q受到的靜電力F與q的比值；該比值與q有關嗎？知識深化1．電場強度的大小和方向都是由電場本身所決定的，與試探電荷無關．2．電場強度是矢量，其方向與在該點的正電荷所受靜電力的方向相同，與在該點的負電荷所受靜電力的方向相反．3．公式E＝eq\f(F,q)可變形為F＝qE，正電荷所受靜電力方向與該點電場強度方向相同，負電荷所受靜電力方向與該點電場強度方向相反．例1電場中有一點P，點P處放一試探電荷q，關于P點的電場強度，下列說法正確的是()A．P點電場強度的方向總是跟靜電力的方向一致B．將放在P點的試探電荷q拿走，則P點的電場強度為零C．根據公式E＝eq\f(F,q)可知，P點電場強度的大小跟靜電力成正比，跟放入P點的電荷的電荷量成反比D．P點的電場強度越大，則同一試探電荷在P點所受的靜電力越大例2如圖所示，在一帶負電荷的導體A附近有一點B，如在B處放置一個q1＝－2.0×10－8C的電荷，測出其受到的靜電力F1大小為4.0×10－6N，方向如圖，則：(1)B處電場強度多大？方向如何？(2)如果換成一個q2＝＋4.0×10－7C的電荷放在B點，其受力多大？此時B處電場強度多大？(3)如果將B處電荷拿走，B處的電場強度是多大？二、點電荷的電場電場強度的疊加導學探究(1)如圖所示，在正點電荷Q的電場中，P點到Q的距離為r，則Q在P點的電場強度是多大？方向如何？(2)如果再有一正點電荷Q′＝Q，放在如圖所示的位置，P點的電場強度多大？知識深化1．對點電荷電場強度公式E＝keq\f(Q,r2)的理解．(1)E＝keq\f(Q,r2)僅適用于真空中的點電荷的電場，而E＝eq\f(F,q)適用于任何電場．(2)在計算式E＝keq\f(Q,r2)中，r→0時，電場強度E不可以認為無窮大．因為r→0時，帶電荷量為Q的物體就不能看成點電荷了．2．均勻帶電球體之外某點的電場強度E＝eq\f(kQ,r2)，式中r為球心到該點的距離．3．電場強度是矢量，對于同一直線上電場強度的合成，可先規(guī)定正方向，進而把矢量運算轉化成代數運算，對于互成角度的電場強度的疊加，合成時遵循平行四邊形定則．例3(2022·三明市高二期末)如圖，真空中有一等邊三角形ABC，邊長d＝0.30m．在A點固定一電荷量q1＝＋3.0×10－6C的點電荷，靜電力常量k＝9.0×109N·m2/C2，求：(1)點電荷q1產生的電場在C處的電場強度E1的大小；(2)在B點固定另一個q2＝－3.0×10－6C的點電荷，則C處合電場強度E的大小及方向；(3)在(2)條件下，試探電荷q3＝＋5.0×10－7C放在C處受到的靜電力F大?。槍τ柧?2021·平岡中學高二上月考)如圖所示，M、N和P是以MN為直徑的半圓弧上的三點，O點為半圓弧的圓心，∠MOP＝60°.電荷量相等、電性相反的兩個點電荷分別置于M、N兩點，這時O點電場強度的大小為E1；若將N點處的點電荷移至P點，此時O點的電場強度大小為E2，則E1與E2之比為()A．1∶2 B．2∶1C．2∶eq\r(3) D．4∶eq\r(3)例4如圖所示，等邊三角形ABC的三個頂點分別固定三個點電荷＋q、－q、－q，已知三角形邊長為eq\r(3)L，靜電力常量為k，則該三角形中心O點處的電場強度大小、方向如何？第2課時電場線勻強電場[學習目標]1.知道什么是電場線并掌握電場線的特點.2.知道孤立正負點電荷、等量同種(異種)點電荷電場線的分布特點．掌握兩個等量同種(異種)點電荷連線及中垂線上的電場變化規(guī)律.3.知道什么是勻強電場及其特點．一、電場線1．英國物理學家____________首先用電場線描述電場．2．電場線是畫在電場中的一條條____________的曲線，曲線上每點的________方向表示該點的電場強度方向．3．電場線的特點(1)電場線從____________或無限遠出發(fā)，終止于____________或負電荷．(2)電場線在電場中____________．(3)在同一電場中，電場強度較大的地方電場線______________，電場強度較小的地方電場線__________________________．二、勻強電場1．概念：如果電場中各點的電場強度的大小______、方向______，這個電場就叫作勻強電場．2．特點：(1)電場方向處處相同，電場線是________________．(2)電場強度大小處處相等，電場線疏密程度________．判斷下列說法的正誤．(1)電場線不僅能在空間相交，也能相切．()(2)在電場中，凡是電場線通過的點的電場強度不為零，不畫電場線區(qū)域內的點的電場強度為零．()(3)同一試探電荷在電場線密集的地方所受靜電力大．()(4)電場線是人們假設出來的，用以形象表示電場的強弱和方向，客觀上并不存在．()(5)勻強電場的電場線可以是間距相等的曲線．()一、電場線勻強電場導學探究(1)電荷周圍存在著電場，法拉第采用了什么簡潔方法來描述電場？(2)在實驗室，可以用實驗模擬電場線；頭發(fā)屑在蓖麻油中排列顯示了電場線的形狀，這能否說明電場線是實際存在的線？知識深化1．電場線的特點(1)電場線從正電荷或無限遠出發(fā)，終止于無限遠或負電荷．(2)電場線在電場中不相交．(3)在同一電場中，電場強度較大的地方電場線較密，電場強度較小的地方電場線較疏．2．點電荷的電場線(1)點電荷形成的電場中，不存在電場強度相同的點，離場源電荷越近，電場線越密集，電場強度越強．(2)正點電荷的電場強度方向背離點電荷，負點電荷的電場強度方向指向點電荷．(3)若以點電荷為球心作一個球面，電場線處處與球面垂直．在此球面上電場強度大小處處相等，方向各不相同．3．勻強電場的電場線勻強電場的電場線是間隔相等的平行線，場中各點電場強度大小相等、方向相同．例1如圖所示是電場中某區(qū)域的電場線分布，a、b是電場中的兩點，則()A．a