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(共44张PPT)
专题01 静电场及其应用
人教版.2019
主讲老师：
1
知识清单
2
方法模型归纳
3
巩固练习
目录
CONTENTS
知识清单
part one
清单01 库仑定律和电荷守恒定律
1．点电荷
有一定的电荷量，忽略形状和大小的一种理想化模型．
2．电荷守恒定律:
（1）起电方式：摩擦起电、接触起电、感应起电．
（2）带电实质：物体带电的实质是得失电子．
（3）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．
清单01 库仑定律和电荷守恒定律
3．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，与它们的电荷量的乘积成正比，与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：，式中k＝9.0×109 N·m2/C2，叫做静电力常量．
（3）适用条件：①真空中；②点电荷．
清单02 电场和电场强度
1．电场
（1）定义：存在于电荷周围，能传递电荷间相互作用的一种特殊物质．
（2）基本性质：对放入其中的电荷有力的作用．
2．电场强度
（1）定义：放入电场中某点的电荷受到的电场力F与它的电荷量q的比值．
（2）定义式：E＝，q为试探电荷．
（3）物理意义：表示电场强弱和方向的物理量
（4）矢量性：规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点电场强度的方向．
清单02 电场和电场强度
3．电场强度三个公式的比较
4. 电场的叠加
（1）电场叠加：多个电荷在空间某处产生的电场强度为各电荷单独在该处所产生的电场强度的矢量和．
（2）运算法则：平行四边形定则．
公式
适用范围 一切电场 真空中的点电荷 匀强电场
清单02 电场和电场强度
5．等量同种和异种点电荷的电场强度的比较
比较项目 等量异种点电荷 等量同种点电荷
电场线分布图
连线中点O处的场强
连线上的场强大小(从左到右)　　　
沿中垂线由O点向外场强大小
连线上O点场强最小，指向负电荷一方
沿连线先变小，再变大
O点最大，向外逐渐减小
为零
沿连线先变小，再变大
O点最小，向外先变大后变小
清单03 电场线
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．电场线的三个特点
（1）电场线从正电荷或无限远处出发，终止于无限远或负电荷处；
（2）电场线在电场中不相交；
（3）在同一幅图中，电场强度较大的地方电场线较密，电场强度较小的地方电场线较疏．
清单04 静电的防止和利用
1. 静电平衡
（1）静电平衡：导体中(包括表面)没有电荷定向移动的状态叫作静电平衡状态
（2）处于静电平衡状态的导体的特点
①内部场强为0，表面场强的方向与导体表面垂直.
②表面和内部各点电势相等，即整个导体是一个等势体，导体表面是一个等
势面.
③导体内部没有自由电荷，自由电荷只分布在导体的外表面，并且电荷呈尖端分布.
清单04 静电的防止和利用
2. 静电屏蔽
(1)定义：把一个电学仪器放在封闭的金属壳里，即使壳外有电场，但由于壳内电场强度保持为 0，外电场对壳内的仪器不会产生影响.金属壳的这种作用叫作静电屏蔽.
【特别说明】实现静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也能起到屏蔽作用.
3.应用
（1）静电除除尘
（2）静电吸附
方法模型归纳
part two
模型01 非点电荷间电场力的计算
1. 对于两个均匀带电绝缘球体，可将其视为电荷集中在球心的点电荷，r为球心间的距离．
2. 对于两个带电金属球，要考虑表面电荷的重新分布，如图所示．
a. 同种电荷：F＜； b. 异种电荷：F＞.
3. 不能根据公式错误地认为r→0时，库仑力F→∞，因为当r →0时，两个带电体已不能看做点电荷了．
模型01 非点电荷间电场力的计算
【例1】（2023上·河南郑州·高一统考期末）如图所示，半径均为r的两个金属球，其球心相距为3r，现使两球带上等量的同种电荷，电荷量都为q，设静电力常量为k。则对两球间的静电力F的判断正确的是（　　）
D
【变式】半径为r的两个相同金属球，两球心相距为L（L=3r），它们所带电荷量的绝对值均为q，则对它们之间相互作用的静电力F的说法，正确的是（ ）
A．带同种电荷时， B．不论带何种电荷，
C．带异种电荷时， D．以上各项均不正确
A C
模型01 非点电荷间电场力的计算
模型02 库仑力作用下的平衡问题
1. 电场力的表达式
2.静电场中带电体平衡问题的解题思路
（1）确定研究对象，如果有几个物体相互作用时，要依据题意，适当选取“整体法”和“隔离法”，确定研究对象；
（2）受力分析：分析方法和动力学的受力分析方法一致，唯一的区别是多了一个库仑力；
表达式 F=qE
适用范围 真空中的点电荷 任意电池
模型02 库仑力作用下的平衡问题
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
①“三点共线”——三个点电荷分布在同一条直线上
②“两同夹一异”——正负电荷相互间隔
③“两同夹一小”——中间电荷电荷量最小
④“远小近大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷（远离电荷量较大的电荷）
【例2】如图所示，质量为m、带电荷量为q的带电小球A用绝缘细线悬挂于O点，带电荷量也为q的小球B固定在O点正下方的绝缘柱上，其中O点与小球A的间距为l，O点与小球B的间距为，当小球A平衡时，悬线与竖直方向的夹角θ=30°，带电小球A、B均可视为点电荷，静电力常量为k，则下列说法正确的是（　　）
A．A、B间库仑力大小
B．A、B间库仑力大小
C．细线拉力大小
D．细线拉力大小
A C
模型02 库仑力作用下的平衡问题
【变式】如图所示，在一倾角为45°的绝缘斜面C上有一带正电的小物体A处于静止状态，现将一带正电的小球B沿以A为圆心的圆弧缓慢地从P点移至A正上方的Q点处，已知P、A在同一水平线上，且在此过程中物体A和C始终保持静止不动，A、B可视为质点．关于此过程，下列说法正确的是（ ）．

A．地面对斜面C的摩擦力一定逐渐减小
B．地面对斜面的支持力一定一直增大
C．物体A受到斜面的摩擦力可能一直减小
D．物体A受到斜面的支持力可能一直增大
A B
模型02 库仑力作用下的平衡问题
【例3】如图所示，三个带电小球A、B、C（可视为质点），静止在光滑水平地面上，A带正电，电荷量为q（q>0），A、B之间距离为L，B、C之间距离为3L，则（　　）
A．B球带正电 B．C球带负电 C．C球电荷量9q D．B球电荷量为q
C
模型02 库仑力作用下的平衡问题
【变式】如图所示，光滑绝缘水平面上有A、B、C三点，它们在同一直线上且AB:BC＝1:2，在B处放一电荷量为q的试探电荷，当在A处放一电荷量为+Q的点电荷时，在C处固定一未知电量的点电荷时，试探电荷处于静止状态，则C处所固定的点电荷所带电荷量为（　　）
A．+2Q B．+4Q C．-2Q D．-4Q
B
模型02 库仑力作用下的平衡问题
【例4】如图所示，三个质量均为m的带正电小球A、B、C被三根不可伸长的绝缘细绳系于О点，三球平衡时绳OC处于竖直方向，且悬点O、球A、球C和球B所在位置恰好组成一个边长为a的正方形。已知A、B、C的电荷量分别为q1、q2、q3，，静电力常量为k，重力加速度为g，则q1：q2：q3等于（　　）
A．1：1： B．1：2：
C．1：1： D．1：2：
C
模型02 库仑力作用下的平衡问题
【变式】如图所示，三个带电小球A、B、C分别位于等边三角形的三个顶点，放在光滑绝缘的水平桌面上，空间存在水平且与BC连线垂直的匀强电场，三个小球均静止不动且可看成质点，则三个带电小球的电性及电荷量的关系是（　　）
A．三个小球均带正电，A、B、C所带电荷量大小之比1:1:1
B．A带正电， B、C带负电，A、B、C所带电荷量大小之比2:1:1
C．A带正电， B、C带负电，A、B、C所带电荷量大小之比1:1:1
D．三个小球均带负电，A、B、C所带电荷量大小之比2:1:1
B
模型02 库仑力作用下的平衡问题
模型03 电场强度的叠加计算
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产生的电场强度的矢量和；
2.运算法则:平行四边形法则
3.电场强度计算的四种特殊方法
(1)等效法：在保证效果相同的前提下，将复杂的电场情景变换为简单的或熟悉的电场情景．
例如：一个点电荷＋q与一个无限大薄金
属板形成的电场，等效为两个异种点电荷
形成的电场，如图甲、乙所示．
模型03 电场强度的叠加计算
(2)对称法：利用空间上对称分布的电荷形成的电场具有对称性的特点，使复杂电场的叠加计算问题大为简化．
如图丙所示，均匀带电的球壳在O点产生的场强，
等效为弧BC产生的场强，弧BC产生的场强方向，
又等效为弧的中点M在O点产生的场强方向．
(3)填补法：将有缺口的带电圆环补全为圆环，或将半球面补全为球面，从而化难为易、事半功倍．
(4)微元法：将带电体分成许多元电荷，每个元电荷看成点电荷，先根据库仑定律求出每个元电荷的场强，再结合对称性和场强叠加原理求出合场强．
【例5】一金属球，原来不带电，现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，如图所示，金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a，b，c三点的场强的大小分别为Ea、Eb、Ec，三者相比（　　）

A．Ea最大 B．Eb最大
C．Ec最大 D．Ea=Eb=Ec
A
模型03 电场强度的叠加计算--点电荷与均匀球体（或球壳）电场的叠加
【变式】如图所示，在真空中的O点处放置一孤立点电荷，以O点为球心的同一球面上有a、b、c、d、e、f六个点。以下说法正确的是（　　）

A．a、c两点的电场强度不同、电势不同
B．b、d两点的电场强度不同、电势不同
C．e、f两点的电场强度不同、电势相同
D．以上各点的电场强度相同、电势相同
C
模型03 电场强度的叠加计算--点电荷与均匀球体（或球壳）电场的叠加
C
模型03 电场强度的叠加计算--割补法求电场强度
A
模型03 电场强度的叠加计算--割补法求电场强度
巩固提升
part three
A
巩固提升
D
巩固提升
B
巩固提升
D
巩固提升
B
巩固提升
B
巩固提升
A
巩固提升
B
巩固提升
A
巩固提升
A
巩固提升
BC
巩固提升
BC
巩固提升
巩固提升
巩固提升

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