【人教版】物理必修三 第9章 静电场及其应用（知识梳理+单元练习）

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第九章 静电场及其应用知识清单知识点一：三种带电方式【对点检测1】如图所示，当人用手接触范德格拉夫起电机的金属球时会出现头发竖起来的现象，下面关于这个过程的描述不正确的是（   ）A．范德格拉夫起电机起电过程满足电荷守恒B．出现头发竖起来的现象能够说明同种电荷相互排斥C．若金属球带正电，手接触范德格拉夫起电机的金属球时，人头发带上负电荷D．手接触范德格拉夫起电机金属球时，要想出现头发竖起来的现象，人需站在绝缘材料上【对点检测2】如图将一束塑料包扎带一端打结，另一端撕成细条后，用手迅速捋细条，观察到细条散开现象的分析中，正确的是（　　）A．撕成细条后，由于空气浮力使细条散开B．撕成细条后，所受重力减小，细条自然松散C．由于摩擦起电，细条带同种电荷，相互排斥散开D．细条之间相互感应起电，相互排斥散开【对点检测3】如图所示，A、B为相互接触的用绝缘支柱支持的金属导体，起初它们不带电，在它们的下部贴有金属箔片，C是带正电的小球，下列说法正确的是（　　）  A．把C移近导体A时，A、B上的金属箔片都闭合B．把C移近导体A，先把A、B分开，然后移去C，A、B上的金属箔片仍张开C．把C移近导体A，再把C移走，然后把A、B分开，A、B上的金属箔片仍张开D．先把A、B分开，再把C移走，然后重新让A、B接触，A上的金属箔片张开，而B上的金属箔片闭合知识点二：电荷守恒定律 元电荷1.物体带电的实质使物体带电不是创造了电荷，使物体不带电也不是消灭了电荷。物体带电的实质是电荷发生了转移，也就是物体间电荷的重新分配。摩擦起电、感应起电和接触起电，均符合电荷守恒定律。2.“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后达到电中性的过程。3.两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①eq \x(\a\al(若带同,种电荷))⇒eq \x(\a\al(金属球,相接触))⇒eq \x(\a\al(总电荷,量平分))⇒eq \x(即均带电\f(q1＋q2,2))②eq \x(\a\al(若带异,种电荷))⇒eq \x(\a\al(金属球,相接触))⇒eq \x(\a\al(先中和,再平分))⇒eq \x(即均带电\f(|q1－q2|,2))4.元电荷【对点检测4】关于元电荷e，下列说法正确的是（　　）A．电荷量很小的电荷就是元电荷B．粒子所带电荷量可以为C．物体所带的电荷量可以取任意值D．带电体的电荷量一定是e的整数倍【对点检测5】M和N是两个不带电的物体，它们互相摩擦后M带正电荷且所带电荷量为，下列说法正确的是（　　）A．摩擦的过程中电子从N转移到MB．N在摩擦后一定带负电荷且所带电荷量为C．M在摩擦过程中失去个电子D．元电荷就是电子，元电荷数值是由美国物理学家密立根测得的知识点三：对库仑定律的理解1.库仑力的确定方法:(1)大小计算:利用库仑定律计算静电力大小时,不必将表示电性的正、负号代入公式,只代入q1、q2的绝对值即可。(2)方向判断:利用同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引来判断。2.两个点电荷间的库仑力:(1)真空中两个静止点电荷间相互作用力的大小只跟两个电荷的电荷量及间距有关,跟它们的周围是否存在其他电荷无关。(2)两个电荷之间的库仑力同样遵守牛顿第三定律,与两个电荷的性质、带电多少均无关,即作用力与反作用力总是等大反向。3.两个带电球体间的库仑力:(1)两个规则的均匀带电球体,相距比较远时,可以看成点电荷,也适用库仑定律,球心间的距离就是二者的距离。(2)两个规则的带电球体相距比较近时,不能被看作点电荷,此时两带电球体之间的作用距离会随所带电荷量的改变而改变,即电荷的分布会发生改变。若带同种电荷时,如图(a),由于排斥而距离变大,此时Fk。提醒:两个电荷间的距离r→0时,两电荷已失去了点电荷的前提条件,所以违背了库仑定律的适用条件,不能再运用库仑定律计算两电荷间的相互作用力,因此不能认为F→∞。【对点检测6】两个完全相同的均匀带电金属小球，分别带有电荷量为的正电荷、的负电荷，在真空中相距为r且静止，它们间的静电力大小为F，两带电小球均可视为点电荷。现把两个小球接触一下再放回原来的位置，则（　　）A．两个小球的电荷量均为 B．两个小球间的静电力为引力C．两个小球间的静电大小为 D．两个小球间的静电力大小为【对点检测7】如图所示，两个带电金属小球中心距离为r，所带电荷量相等为Q，则关于它们之间电荷的相互作用力大小F的说法正确的是（　　）A．若是异种电荷，B．若是同种电荷，C．不论何种电荷，D．不论是何种电荷，知识点四：电场强度的含义和表达式1.电场强度(1)定义：在电场的不同位置，试探电荷所受的静电力与它的电荷量之比一般来说是不一样的。它反映了电场在各点的性质，叫作电场强度。(2)定义式：E＝eq \f(F,q)，E与静电力F和试探电荷的电荷量q无关，与电场本身有关。(3)单位：牛每库，符号为N/C。(4)电场强度是矢量。物理学中规定，电场中某点的电场强度的方向与正电荷在该点所受的静电力的方向相同。(5)物理意义：反映电场本身的力的性质的物理量，其大小表示电场的强弱。2.真空中点电荷的电场强度(1)电场强度：E＝keq \f(Q,r2)，其中k是静电力常量，Q是场源电荷的电荷量，r是点电荷到电场中该点的距离。(2)方向：如果以Q为中心作一个球面，当Q为正电荷时，E的方向沿半径向外；当Q为负电荷时，E的方向沿半径向内。3.E＝eq \f(F,q)与E＝keq \f(Q,r2)的比较提醒:(1)由E=知,离某点电荷越远的地方电场强度越小。以点电荷为圆心,半径为r的球面上,各点的电场强度大小相等,方向不同。(2)正点电荷的电场方向由正电荷指向无穷远,负点电荷的电场方向由无穷远指向负电荷。4.电场强度的叠加:电场强度是矢量,合成时遵循矢量运算法则(平行四边形定则或三角形定则),常用的方法有图解法、解析法、正交分解法等;对于同一直线上电场强度的合成,可先规定正方向,进而把矢量运算转化成代数运算。【对点检测8】下列说法正确的是（    ）A．电场和电场线一样，是人为设想出来的，其实并不存在B．从公式来看，场强大小与成正比，与成反比C．当两个带电体的大小及形状对它们之间的相互作用力的影响可以忽略时，这两个带电体可以看成点电荷D．根据，当两点电荷间的距离趋近于零时，电场力将趋向无穷大【对点检测9】如图所示，M、N和P三点共线且，点处固定有一个点电荷，带电量为。若想让P点处电场强度E为0，可在M点处固定一个点电荷，其带电量为（　　）A． B． C． D．知识点五：电场线的性质1.点电荷的电场线:(1)点电荷的电场线呈辐射状,正电荷的电场线向外至无限远,负电荷则相反。(2)以点电荷为球心的球面上,电场线疏密相同,但方向不同,说明电场强度大小相等,但方向不同。(3)同一条电场线上,电场强度方向相同,但大小不等。实际上,点电荷形成的电场中,任意两点的电场强度都不同。2.两个等量点电荷的电场特征:【对点检测10】如图所示，下列说法正确的是（    ） A．图甲为等量同种点电荷形成的电场线B．图乙离点电荷距离相等的a、b两点场强相同C．图丙中在c点静止释放一正电荷，可以沿着电场线运动到d点D．图丁中某一电荷放在e点与放到f点，两点到极板距离相等，电场强度相同【对点检测11】如图为真空中两点电荷A，B形成的电场中的电场线，该电场线关于虚线对称，O点为A，B点电荷连线的中点，a、b为其连线的中垂线上对称的两点，则下列说法正确的是（    ）  A．A、B可能带等量异种电荷B．A、B可能带不等量的正电荷C．同一试探电荷在a、b两点处所受电场力相同D．O点为AB连线中点，其电场强度为零【对点检测12】如图所示，在两等量异种点电荷的电场中，MN为一根光滑绝缘细杆，放在两电荷连线的中垂线上，a、b、c三点所在水平直线平行于两点电荷的连线，且a与c关于MN对称，b点位于MN上，d点位于两电荷的连线上。下列说法中正确的是（　　）  A．b点的场强方向水平向右B．a点的场强与c点的场强相同C．b点的场强大于d点的场强D．套在细杆上的带电小环给一向下初速度释放后将做匀速直线运动知识点六：静电平衡和尖端放电1.静电平衡的实质:(1)在达到静电平衡的过程中,外电场引起导体内自由电荷的定向移动使导体两侧出现感应电荷,感应电荷的电场和外电场方向相反,使合场强减小,随着感应电荷的继续增加,合场强逐渐减小,直至合场强为零,自由电荷的定向移动停止。(2)静电平衡的状态:导体内部的合场强为零,即E合=0。2.静电平衡状态的特点:(1)处于静电平衡状态下的导体的特点。①导体内部某处感应电荷产生的场强E′与周围原电场场强E大小相等,方向相反,两者相互抵消,导体内部处处合场强E合为零,但导体表面的电场强度不为零。②电场线与导体表面垂直,如果不垂直,该点场强应有沿表面的切向分量,会使导体表面电荷发生移动,与静电平衡状态矛盾。(2)静电平衡状态下的导体的电荷分布特点。①净电荷都分布在导体的外表面,导体内部没有净电荷。②感应电荷分布于导体两端,电性相反,电荷量相等,远同近异,如图甲所示。③净电荷在导体表面分布不均匀,导体表面尖锐处电荷分布密集,平滑处电荷分布稀疏,凹陷处几乎没有电荷,如图乙所示。3.尖端放电：在一定条件下，导体尖端周围的强电场使空气电离，产生的所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷。4.尖端放电的应用与防止：(1)应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。(2)防止：高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失。【对点检测13】如图所示，导体棒原来不带电，将电荷量为Q的正点电荷放在棒左侧O处，当棒达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内A点处产生的场强为E1。下列说法正确的是（　　）A．E1的大小与电荷量Q成正比B．E1的方向沿OA连线向右C．在导体棒内部，离O点越远场强越小D．在O点放置电荷量为2Q的点电荷，A点的场强为2E1【对点检测14】模拟避雷针作用的实验装置如图所示，金属板M接高压电源的正极，金属板N接高压电源的负极。金属板N上有两个等高的金属柱A、B，A为尖头，B为圆头。逐渐升高电源电压，当电压达到一定数值时，可看到放电现象。下列说法正确的是（    ）A．A、B金属柱同时产生放电现象B．B金属柱先产生放电现象C．先产生放电现象的可能是A金属柱，也可能是B金属柱D．A金属柱先产生放电现象知识点七：静电屏蔽静电屏蔽的两种情况提醒:金属材料的物体才能作静电屏蔽器,静电屏蔽的原理是静电平衡,只有金属导体才能处于静电平衡状态。【对点检测15】如图所示，放在绝缘台上的金属网罩B内放有一个不带电的验电器C，若把一带正电荷的绝缘体A移近金属罩B，则（　　）  A．金属罩B的内表面带正电荷 B．验电器C的金属箔片将张开C．金属罩B的右侧外表面带正电荷 D．若将B接地，验电器的金属箔片将张开摩擦起电接触起电感应起电产生条件两种不同物质构成的绝缘体摩擦导体与带电体接触带电体靠近导体实验毛皮摩擦橡胶棒带电体接触验电器带电体靠近验电器现象两物体带上等量异种电荷验电器带上与带电体相同电性的电荷验电器两端出现等量异种电荷,且电性与原带电体“近异远同”起电原因不同物质的原子核对核外电子的束缚能力不同而发生电子的得失电荷之间的相互作用导体中的自由电子受带正(负)电物体吸引(排斥)而靠近(远离)带电体起电实质均为电荷在物体之间或物体内部的转移概念辨别元电荷是最小的电荷量，大小e＝1.60×10－19 C，不是带电体，没有电性的正负之分，所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍电子是带电体，带的电荷量是一个元电荷，电性是负电质子是带电体，带的电荷量是一个元电荷，电性是正电比荷带电粒子的电荷量q与其质量m之比，也叫荷质比公式E=E=本质区别定义式决定式意义及用途给出了一种量度电场强弱的方法指明了点电荷场强大小的决定因素适用范围一切电场真空中点电荷的电场Q或q的意义q表示引入电场的试探电荷的电荷量Q表示产生电场的点电荷的电荷量关系理解E用F与q的比值来表示,但E的大小与F、q大小无关E不仅用Q、r来表示,且E∝Q,E∝比较项目等量异种点电荷等量同种点电荷电场线分布图连线上中点O处的电场强度最小但不为零,指向负电荷一侧为零连线上的电场强度大小(从左到右)先变小,再变大先变小,再变大沿中垂线由O点向外的电场强度大小O点最大,向外逐渐减小O点最小,向外先变大后变小类别导体外部电场不影响导体内部接地导体内部的电场不影响导体外部图示实现过程因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内的合场强为零,达到静电平衡状态,起到屏蔽外电场的作用当空腔外部接地时,外表面的感应电荷因接地将传给地球,外部电场消失,起到屏蔽内电场的作用最终结论导体内空腔不受外界电荷影响接地导体空腔外部不受内部电荷影响本质静电感应与静电平衡,所以作静电屏蔽的材料只能是导体,不能是绝缘体