2024-2025學(xué)年新教材高中物理第1章靜電力與電場強(qiáng)度第4節(jié)點(diǎn)電荷的電場勻強(qiáng)電場第5節(jié)靜電的利用與防護(hù)學(xué)案魯科版第三冊

PAGE9-第4節(jié)點(diǎn)電荷的電場勻強(qiáng)電場第5節(jié)靜電的利用與防護(hù)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.[物理觀念]知道點(diǎn)電荷電場強(qiáng)度公式及勻強(qiáng)電場的特點(diǎn)，了解靜電的利用與防護(hù)，能說明相關(guān)的自然現(xiàn)象。2.[科學(xué)思維]會推導(dǎo)點(diǎn)電荷場強(qiáng)的計(jì)算式并能進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算；知道場強(qiáng)疊加原理，會應(yīng)用該原理進(jìn)行簡潔的計(jì)算，進(jìn)一步鞏固矢量的合成法則。3.[科學(xué)探究]通過密立根油滴試驗(yàn)，會探究相關(guān)的靜電問題；通過靜電現(xiàn)象的利用和防護(hù)，增加平安利用靜電的意識。4.[科學(xué)看法與責(zé)任]在試驗(yàn)中既能堅(jiān)持自己的觀點(diǎn)，又能訂正錯(cuò)誤，能對公眾利用和防護(hù)靜電的一些行為發(fā)表自己的觀點(diǎn)，有進(jìn)行科學(xué)普及的愛好和責(zé)任感。一、點(diǎn)電荷的電場與勻強(qiáng)電場1．真空中點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度(1)大小(2)方向若Q為正電荷，場強(qiáng)方向沿Q和該點(diǎn)的連線指向該點(diǎn)；若Q為負(fù)電荷，場強(qiáng)方向沿Q和該點(diǎn)的連線指向Q。2．勻強(qiáng)電場電場中各點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小和方向都到處相同的電場。3．場強(qiáng)的疊加：假如有多個(gè)點(diǎn)電荷同時(shí)存在，電場中隨意一點(diǎn)的電場強(qiáng)度等于這些點(diǎn)電荷各自由該點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的矢量和。說明：點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度由場源電荷和位置確定，與摸索電荷無關(guān)。二、靜電的利用與防護(hù)1．靜電的利用(1)原理：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引，利用靜電力限制帶電粒子的運(yùn)動或分布。(2)應(yīng)用：靜電應(yīng)用有靜電除塵、靜電噴霧、激光打印等。2．靜電的防護(hù)(1)尖端放電：避雷針是利用尖端放電避開雷擊的一種設(shè)施。(2)防護(hù)方法：盡快把靜電導(dǎo)走，如印刷車間內(nèi)保持適當(dāng)?shù)臐穸龋瑐魉蛶襄冦y，油罐車車尾有導(dǎo)電拖地帶等。留意：靜電利用的原理：帶電粒子在靜電力作用下聚集到相應(yīng)帶電極板，從而達(dá)到除塵、噴涂、復(fù)印等。1．思索推斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度與正電荷受力方向相同，當(dāng)該點(diǎn)放置負(fù)電荷時(shí)，場強(qiáng)反向。 (×)(2)依據(jù)E＝keq\f(Q,r2)，點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度與場源電荷Q成正比，與距離r的平方成反比。 (√)(3)勻強(qiáng)電場中隨意兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小肯定相等，方向不肯定相同。 (×)(4)我們常常看到油罐車車尾有一根導(dǎo)電拖地帶，其作用是將油罐車上的靜電盡快導(dǎo)走。 (√)2．對電場強(qiáng)度公式E＝eq\f(kQ,r2)有幾種不同理解，其中正確的是()A．只要帶電體電荷量為Q，在距離r處激發(fā)的電場都能用此公式計(jì)算場強(qiáng)EB．以點(diǎn)電荷Q為中心、r為半徑的球面上各處的場強(qiáng)E相同C．當(dāng)離場源電荷距離r→0時(shí)，場強(qiáng)E→∞D(zhuǎn)．當(dāng)離場源電荷距離r→∞時(shí)，場強(qiáng)E→0D[電場強(qiáng)度公式E＝eq\f(kQ,r2)適用于點(diǎn)電荷形成的電場，對于不能看作點(diǎn)電荷的帶電體，本公式不再適用，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤；電場強(qiáng)度是矢量，以點(diǎn)電荷Q為中心、r為半徑的球面上各處的場強(qiáng)E大小相等，方向不同，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)離場源電荷距離r→0時(shí)，此時(shí)帶電體不能看作點(diǎn)電荷，公式不再成立，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)離場源電荷距離r→∞時(shí)，依據(jù)公式可得場強(qiáng)E→0，故D選項(xiàng)正確。]3．在下列各種措施中，屬于靜電利用的是()A．電視機(jī)后蓋上開有很多小孔B．在高大的建筑物頂端裝上避雷針C．靜電噴涂D．油罐車后的導(dǎo)電拖地帶C[電視機(jī)的后蓋上有很多小孔是為了把各電器元件產(chǎn)生的熱量剛好散掉，A錯(cuò)誤；高大建筑物上的避雷針和油罐車上的導(dǎo)電拖地帶是為了把產(chǎn)生的靜電導(dǎo)走，屬于靜電的防護(hù)，B、D錯(cuò)誤；噴槍噴出的油漆微粒帶負(fù)電荷，因相互排斥而散開，形成霧狀，被噴涂的物體帶正電荷，對霧狀油漆產(chǎn)生引力，把油漆吸到表面，屬于靜電的利用，C正確。]公式E＝eq\f(F,q)與E＝eq\f(kQ,r2)的比較依據(jù)點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度E＝eq\f(kQ,r2)，試判定以正的點(diǎn)電荷為球心，以r為半徑的球面上，各點(diǎn)的電場強(qiáng)度有什么特點(diǎn)？提示：各點(diǎn)電場強(qiáng)度大小相等，但方向都不相同。公式E＝eq\f(F,q)與E＝eq\f(kQ,r2)的比較公式E＝eq\f(F,q)E＝eq\f(kQ,r2)本質(zhì)區(qū)分定義式確定式意義及用途給出了一種量度電場強(qiáng)弱的方法指明白點(diǎn)電荷場強(qiáng)大小的確定因素適用范圍一切電場真空中點(diǎn)電荷的電場Q或q的意義q表示放入電場的摸索(或檢驗(yàn))電荷的電荷量Q表示產(chǎn)生電場的點(diǎn)電荷的電荷量關(guān)系理解E用F與q的比值來表示，但E的大小與F、q的大小無關(guān)E不僅能用Q、r來表示，且E∝Q，E∝eq\f(1,r2)【例1】下列關(guān)于電場強(qiáng)度的說法中正確的是()A．公式E＝eq\f(F,q)只適用于真空中點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場B．由公式E＝eq\f(F,q)可知，電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度E與摸索電荷在電場中該點(diǎn)所受的電場力成正比C．在公式F＝keq\f(Q1Q2,r2)中，keq\f(Q2,r2)是點(diǎn)電荷Q2產(chǎn)生的電場在點(diǎn)電荷Q1處的場強(qiáng)大??；而keq\f(Q1,r2)是點(diǎn)電荷Q1產(chǎn)生的電場在點(diǎn)電荷Q2處的場強(qiáng)大小D．由公式E＝keq\f(Q,r2)可知，在離點(diǎn)電荷特別近的地方(r→0)，電場強(qiáng)度E趨于無窮大思路點(diǎn)撥：(1)E＝eq\f(F,q)適用于任何電場，E＝eq\f(kQ,r2)只適用于真空中點(diǎn)電荷的電場。(2)r→0時(shí)，F(xiàn)＝eq\f(kQ1Q2,r2)不適用，E＝eq\f(kQ,r2)同樣不適用。C[電場強(qiáng)度的定義式E＝eq\f(F,q)適用于任何電場，故A錯(cuò)；電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度由電場本身確定，而與電場中該點(diǎn)是否有摸索電荷或引入摸索電荷所受的電場力無關(guān)(摸索電荷所受電場力與其所帶電荷量的比值僅反映該點(diǎn)場強(qiáng)的大小，不能確定場強(qiáng)的大小)，故B錯(cuò)；點(diǎn)電荷間的相互作用力是通過電場產(chǎn)生的，故C對；公式E＝eq\f(kQ,r2)是點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場中某點(diǎn)場強(qiáng)的計(jì)算式，當(dāng)r→0時(shí)，所謂“點(diǎn)電荷”已不存在，該公式已不再適用，故D錯(cuò)。]對E＝eq\f(F,q)和E＝eq\f(kQ,r2)的兩點(diǎn)說明(1)公式E＝eq\f(F,q)中的q是摸索電荷的電荷量，所以E＝eq\f(F,q)不是場強(qiáng)的確定式。(2)公式E＝keq\f(Q,r2)中的Q是場源電荷的電荷量，所以E＝keq\f(Q,r2)僅適用于點(diǎn)電荷的電場場強(qiáng)求解，是點(diǎn)電荷場強(qiáng)的確定式。eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])1．(多選)下列說法正確的是()A．E＝eq\f(F,q)也適用于點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場B．E＝eq\f(F,q)中的F是放入電場中的電荷所受的電場力，q是放入電場中的電荷的電荷量C．E＝eq\f(F,q)中的F是放入電場中的電荷所受的電場力，q是產(chǎn)生電場的電荷的電荷量D．E＝keq\f(Q,r2)適用于求解真空中點(diǎn)電荷的電場ABD[定義式E＝eq\f(F,q)適用于全部電場，式中的q是摸索電荷的電荷量，則A、B正確，C錯(cuò)誤；E＝keq\f(Q,r2)適用于求解真空中點(diǎn)電荷的電場，D正確。]電場強(qiáng)度的疊加如圖所示在A、B兩點(diǎn)分別放上等量的正點(diǎn)電荷，試求O的電場強(qiáng)度。提示：分別求出A處的Q在O點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)和B處的Q在O處產(chǎn)生的場強(qiáng)，再矢量合成即可。1．有幾個(gè)場源點(diǎn)電荷，就產(chǎn)生幾個(gè)電場，各場源點(diǎn)電荷在某處產(chǎn)生的電場強(qiáng)度可用E＝keq\f(Q,r2)來求得。2．電場強(qiáng)度是矢量，故當(dāng)某處同時(shí)存在幾個(gè)電場時(shí)，該處的總電場強(qiáng)度可以用平行四邊形定則來運(yùn)算?！纠?】如圖所示，真空中，帶電荷量分別為＋Q和－Q的點(diǎn)電荷A、B相距r，求：(1)兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)O的場強(qiáng)大小和方向；(2)在兩點(diǎn)電荷連線的中垂線上，距A、B兩點(diǎn)都為r的O′點(diǎn)的場強(qiáng)大小和方向。思路點(diǎn)撥：(1)分別求出兩點(diǎn)電荷在O處的場強(qiáng)大小、方向。(2)再按平行四邊形定則矢量合成。[解析](1)如圖甲所示，A、B兩點(diǎn)電荷在O點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)方向相同，均由A指向B。A、B兩點(diǎn)電荷分別在O點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大小EA＝EB＝eq\f(kQ,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(r,2)))eq\s\up12(2))＝eq\f(4kQ,r2)甲O點(diǎn)的場強(qiáng)為：EO＝EA＋EB＝eq\f(8kQ,r2)，方向由A指向B。(2)如圖乙所示，EA′＝EB′＝eq\f(kQ,r2)，由矢量圖結(jié)合幾何關(guān)系可知，O′點(diǎn)的場強(qiáng)EO′＝EA′＝EB′＝eq\f(kQ,r2)，方向平行于AB指向B。乙[答案](1)eq\f(8kQ,r2)，方向由A指向B(2)eq\f(kQ,r2)，方向平行于AB指向B電場強(qiáng)度是矢量，合成時(shí)遵循矢量運(yùn)算法則平行四邊形定則或三角形法則；對于同始終線上電場強(qiáng)度的合成，可先規(guī)定正方向，進(jìn)而把矢量運(yùn)算轉(zhuǎn)化為代數(shù)運(yùn)算。eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])2．如圖所示，在正方形四個(gè)頂點(diǎn)分別放置一個(gè)點(diǎn)電荷，所帶電荷量已在圖中標(biāo)出，則下列四個(gè)選項(xiàng)中，正方形中心處場強(qiáng)最大的是()B[點(diǎn)電荷電場強(qiáng)度公式為E＝eq\f(kQ,r2)，由于各點(diǎn)電荷到正方形中心處距離r相等，依據(jù)矢量合成，可知B正確。]靜電的利用與防護(hù)金屬籠子接上50kV的高壓，但籠里的人為什么卻安穩(wěn)無恙？提示：由于金屬籠子的靜電屏蔽作用。1．靜電利用的基本原理異性電荷相吸引，使帶電的物質(zhì)微粒在電荷所產(chǎn)生的力的作用下，奔向并吸附到電極上。2．靜電危害產(chǎn)生的主要緣由靜電危害起因于靜電力和靜電火花，靜電危害中最嚴(yán)峻的是靜電放電引起可燃物的起火和爆炸。3．防止靜電危害的主要方法與途徑(1)盡量削減靜電的產(chǎn)生。常用的方法是增大空氣的濕度。(2)盡快把靜電導(dǎo)走，防止靜電積累。常用的最簡潔方法是接地?！纠?】如圖所示，運(yùn)輸汽油等易燃易爆物品的車輛總有一條鐵鏈拖在地上，這樣做的目的是()A．發(fā)出聲音，引起路人留意B．減緩車速，保證行車平安C．把靜電引入大地，避開因放電引起爆炸D．與地面發(fā)生摩擦，在運(yùn)輸車上積累電荷思路點(diǎn)撥：(1)易燃物與電火花易發(fā)生危急。(2)為避開危急應(yīng)把靜電導(dǎo)走，不讓其產(chǎn)生電火花。C[汽車行駛時(shí)，油罐中的汽油隨車的振動摩擦起電，假如不剛好將這些靜電導(dǎo)走，一旦出現(xiàn)放電現(xiàn)象，就會發(fā)生爆炸事故。拖地鐵鏈?zhǔn)褂凸薇砻媾c大地相連，使油罐罐體中的電荷不斷地中和，避開因放電引起爆炸，C正確。]靜電利用和防護(hù)(1)靜電利用就是依據(jù)靜電場的特點(diǎn)加以應(yīng)用，對人類生產(chǎn)生活有益，更加便利。(2)靜電防護(hù)就是消退或減弱靜電作用，以消退危急等。eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])3．(多選)下列說法中正確的是()A．靜電除塵的原理是讓灰塵帶上電荷，然后在靜電力的作用下，奔向并吸附到帶有異種電荷的電極上B．靜電復(fù)印的原理是讓油墨帶上電荷，然后在靜電力的作用下，奔向并吸附到帶異種電荷的白紙上C．靜電噴涂的原理是讓油漆帶上電荷，然后在靜電力的作用下，奔向并吸附到吸引油漆的工件上D．靜電復(fù)印中的硒鼓上字跡的像實(shí)際是曝光的地方ABC[灰塵很簡潔吸附電子，靜電除塵的原理就是帶負(fù)電荷的灰塵在靜電力作用下被吸附到帶正電荷的圓筒上，A正確；靜電復(fù)印和靜電噴涂是分別使油墨和油漆帶電，在靜電力作用下吸附到帶異種電荷的預(yù)期部位；靜電復(fù)印曝光時(shí)，在光學(xué)系統(tǒng)作用下，將原稿圖像投射到感光片上，并使其形成靜電潛像，曝光時(shí)，感光片亮區(qū)光導(dǎo)體導(dǎo)通，表面電荷快速消逝(亮衰)，暗區(qū)光導(dǎo)體絕緣，表面電荷基本保持(不變)，B、C正確，D錯(cuò)誤。]1．物理觀念：點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度及勻強(qiáng)電場，靜電利用與防護(hù)。2．科學(xué)思維：公式E＝eq\f(kQ,r2)計(jì)算，電場強(qiáng)度疊加計(jì)算。3．科學(xué)方法：試驗(yàn)法、計(jì)算法、矢量合成法。1．(多選)關(guān)于點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場，下列說法中正確的是()A．當(dāng)某點(diǎn)與點(diǎn)電荷間的距離r→∞時(shí)，該點(diǎn)場強(qiáng)E→0B．當(dāng)某點(diǎn)與點(diǎn)電荷間的距離r→0時(shí)，該點(diǎn)場強(qiáng)E→∞C．沒有兩個(gè)點(diǎn)的場強(qiáng)是相同的D．與點(diǎn)電荷距離相等的點(diǎn)的場強(qiáng)是相同的AC[點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式E＝keq\f(Q,r2)只適用于點(diǎn)電荷電場，而任何帶電體都是有大小和體積的，當(dāng)某點(diǎn)與點(diǎn)電荷間的距離特別近即r→0時(shí)，不能將帶電體看作點(diǎn)電荷，因此E＝keq\f(Q,r2)不再適用，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；當(dāng)某點(diǎn)與點(diǎn)電荷間的距離特別遠(yuǎn)即r→∞時(shí)，由場強(qiáng)公式可知該點(diǎn)場強(qiáng)E→0，故選項(xiàng)A正確；對于點(diǎn)電荷來說，它產(chǎn)生的場強(qiáng)到處都不同，因?yàn)閳鰪?qiáng)是矢量，只有大小、方向都相同時(shí)場強(qiáng)才相同，故選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。]2．(多選)真空中距點(diǎn)電荷(電荷量為Q)為r的A點(diǎn)處，放一個(gè)電荷量為q(q?Q)的點(diǎn)電荷，q受到的電場力大小為F，則A點(diǎn)的場強(qiáng)為()A．eq\f(F,Q) B．eq\f(F,q)C．keq\f(q,r2) D．keq\f(Q,r2)BD[E＝eq\f(F,q)中q指的是摸索電荷，E＝eq\f(kQ,r2)中Q指的是場源電荷，故B、D正確。]3．如圖所示是某個(gè)點(diǎn)電荷電場中的一根電場線，在電場線上的O點(diǎn)由靜止釋放一個(gè)自由的負(fù)電荷(僅受電場力作用)，它將沿電場線向B點(diǎn)運(yùn)動。下列推斷中正確的是()A．電場線由B指向A，該電荷做加速運(yùn)動，加速度越來越小B．電場線由B指向A，該電荷做加速運(yùn)動，其加速度大小的改變不能確定C．電場線由A指向B，該電荷做勻速運(yùn)動D．電場線由B指向A，該電荷做加速運(yùn)動，加速度越來越大B[負(fù)電荷由靜止起先從O運(yùn)動到B，其所受電場力方向從O到B，場強(qiáng)方向與負(fù)電荷所受電場力方向相反，故場強(qiáng)方向由B指向A。負(fù)電荷從靜止起先，必定做加速運(yùn)動，由于電場線的分布狀況未知，場強(qiáng)如何改變無法確定，電場力和加速度如何改變也無法確定，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤。]4．(多選)對靜電現(xiàn)象的相識，下列說法正確