资源简介

第4节　点电荷的电场　匀强电场
第5节　静电的利用与防护
学习目标 课标解读
1.理解点电荷的电场强度及场强叠加原理。 2.知道什么是匀强电场。 3.了解静电的利用与防护。 1.了解生产生活中关于静电的利用与防护。 2.了解场强叠加原理,会利用其分析和计算电场叠加的相关问题。
知识梳理
一、点电荷的电场及场强叠加原理
1.点电荷的电场
(1)电场强度公式:E=k,其中k是静电力常量,Q是场源电荷的电荷量。
(2)方向:将点电荷Q置于O点,另取一任意点P。当Q为正电荷时,电场强度方向沿O、P的连线向外;当Q为负电荷时,电场强度方向沿O、P的连线向内。
2.场强叠加原理
如果有多个点电荷同时存在,电场中任一点的电场强度等于这些点电荷各自在该点产生的电场强度的矢量和,这个结论称为场强叠加原理。
二、匀强电场
1.概念:物理学中把电场强度大小和方向都处处相同的电场称为匀强电场。
2.匀强电场的电场线:间隔相等的平行线。
3.实例:两块大小相同、相距很近、相互正对且分别带有等量异种电荷的金属板之间的电场(边缘除外)。
三、静电的利用与防护
1.静电的利用
三种常见的静电利用案例:静电除尘、静电喷雾、激光打印。
2.静电的防护
防止静电危害的方法之一,是尽快把静电导入地下。生活实例:避雷针、油罐车车尾装有导电拖地带等。
新知检测
1.思考判断
(1)点电荷的电场强度处处相同。(　×　)
(2)匀强电场的电场强度处处相同。(　√　)
(3)由E=k知,在以Q为球心、r为半径的球面上,各处电场强度相同。(　×　)
(4)若空间只有两个点电荷,则该空间某点的电场强度等于这两个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。(　√　)
(5)避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地。(　×　)
2.思维探究
(1)在加油站给车加油前,为什么要触摸一下静电释放器
(2)点火器的放电电极做成了钉尖形,而验电器的金属杆上端却固定一个金属球,这是为
什么
【答案】 (1)触摸时可将人体因摩擦产生的电荷释放到大地,以免发生火灾。
(2)点火器的放电电极做成了钉尖形是为了尖端放电产生电火花,而验电器的金属杆上端固定一个金属球是为了避免尖端放电。
要点一　电场强度两个公式的比较
情境探究
(1)根据E=可知,E与q成反比,这种说法对吗
(2)根据E=k可知,r一定,E与Q成正比,这种说法对吗
【答案】 (1)不对,E与试探电荷q无关。
(2)对,E与场源电荷Q成正比。
要点归纳
公式E=与E=的区别
公式 物理含义 引入过程 适用范围
E= 是电场强度的定义式 F∝q,但E与F、q无关,E反映某点处电场的性质 适用于 一切电场
E=k 是真空中点电荷电场强度的决定式 由E=和库仑定律导出,E由Q、r决定 在真空中,场源电荷Q是点电荷
[例1] 关于公式E=和E=k,下列说法正确的是(　　)
A.公式E=是电场强度的定义式,只适用于匀强电场
B.由E=可知,电场中某点的电场强度与静电力成正比
C.由E=k可知,到点电荷Q距离相等的各点的电场强度相同
D.由E=k可知,到点电荷Q距离相等的各点的电场强度大小相等
【答案】 D
【解析】 公式E=是电场强度的定义式,适用于任何电场;电场强度的大小是由电场本身决定的,与试探电荷所受静电力无关,故A、B错误;由于电场强度是矢量,故根据E=k知,在以点电荷Q为球心,r为半径的球面上,各点的电场强度大小相等,但方向不同,故各点电场强度不同,故C错误,D正确。
(1)E=提供了量度电场强度大小的一般方法。
(2)E=k提供了计算真空中点电荷产生的电场强度的具体方法。
[针对训练1] (双选)下列关于电场强度的两个表达式E=和E=的叙述正确的是(　　)
A.E=是电场强度的定义式,它只适用于点电荷产生的电场
B.E=是电场强度的定义式,F是放入电场中的电荷所受的静电力,q是场源电荷的电荷量,它适用于任何电场
C.E=是点电荷电场强度的计算式,Q是产生电场的电荷的电荷量
D.从点电荷电场强度计算式分析库仑定律的表达式F=k,是点电荷Q2产生的电场在点电荷Q1处的电场强度的大小,而是点电荷Q1产生的电场在Q2处电场强度的大小
【答案】 CD
【解析】 E=是电场强度的定义式,F是放入电场中的电荷所受的静电力,q是放入电场中的电荷的电荷量,它适用于任何电场,A、B错误;E=是点电荷电场强度的计算式,Q是产生电场的电荷的电荷量,它只适用于点电荷产生的电场,C正确;从点电荷电场强度计算式分析库仑定律的表达式F=k,将Q1看成试探电荷,Q2看成场源电荷,可知是点电荷Q2产生的电场在点电荷Q1处的电场强度的大小,同理,将Q2看成试探电荷,Q1看成场源电荷,可知是点电荷Q1产生的电场在Q2处电场强度的大小,D正确。
要点二　电场强度的叠加
情境探究
　如图所示,Q和Q′均为正点电荷,且电荷量Q=Q′。
(1)正点电荷Q在q处产生的电场强度为多大 沿什么方向
(2)正点电荷Q和Q′在q处产生的合电场强度为多大 沿什么方向
【答案】 (1)电场强度大小为,方向沿Q、q的连线,水平向右。
(2)根据平行四边形定则可知,合电场强度大小为,方向斜向右上方,与水平方向夹角为45°。
要点归纳
1.有几个场源电荷,就产生几个电场,各场源电荷在某处产生的电场强度均可用E=k来
求得。
2.电场强度是矢量,故当某处同时存在几个电场时,该处的电场强度为各个电场强度的矢量和。
[例2] (2023·湖南卷,5)如图,真空中有三个点电荷固定在同一直线上,电荷量分别为Q1、Q2和Q3,P点和三个点电荷的连线与点电荷所在直线的夹角分别为90°、60°和30°。若P点处的电场强度为零,q>0,则三个点电荷的电荷量可能为(　　)
A.Q1=q,Q2=q,Q3=q
B.Q1=-q,Q2=-q,Q3=-4q
C.Q1=-q,Q2=q,Q3=-q
D.Q1=q,Q2=-q,Q3=4q
【答案】 D
【解析】 选项A、B的电荷均为正和均为负,根据电场强度的叠加原理可知,P点的电场强度不可能为零,A、B错误;设P、Q1间的距离为r,则Q1、Q3在P点产生的合电场强度大小有 cos 120°=,解得E=,而Q2在P点产生的电场强度大小为E=,则P点的电场强度不可能为零,C错误;设P、Q1间的距离为r,则Q1、Q3在 P点产生的合电场强度大小有cos 120°=,解得E=,而Q2在P点产生的电场强度大小为E=,则P点的电场强度为零,D正确。
(1)电场强度是矢量,合成时遵循矢量运算法则,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。
(2)当两矢量满足大小相等、方向相反、作用在同一直线上时,两矢量合成叠加,合矢量为零,这样的矢量称为“对称矢量”,在电场的叠加中,注意图形的对称性,发现对称矢量可简化计算。[针对训练2] (2023·重庆卷,3)真空中固定有两个点电荷,负电荷Q1位于坐标原点处,正电荷Q2位于x轴上,Q2的电荷量大小为Q1的8倍。若这两点电荷在x轴正半轴的x=x0处产生的合电场强度为0,则Q1、Q2相距(　　)
A.x0 B.(2-1)x0
C.2x0 D.(2+1)x0
【答案】 B
【解析】 两点电荷电性相反,且Q2的电荷量较大,两点电荷在x轴正半轴x=x0处产生的合电场强度为零,则正电荷Q2位于x轴负半轴,设两点电荷相距L,根据点电荷电场强度公式可得=,又Q2=8Q1,解得L=(2-1)x0。
模型·方法·结论·拓展
巧用对称法求解电场强度
　　　所谓对称法,实际上是根据某些物理现象、物理规律、物理过程或几何图形的对称性进行解题的一种方法,也称为镜像法。利用此方法分析解决问题可以避免复杂的数学演算和推导,直接抓住问题的本质,便于求解。在计算电场强度时,往往涉及对称思想。
[示例] 如图所示,一半径为R的圆盘上均匀分布着电荷量为Q的电荷,在垂直于圆盘且过圆心c的轴线上有a、b、d三个点,a和b、b和c、c和d间的距离均为R,在a点处有一电荷量为q(q>0)的固定点电荷。已知b点处的场强为零,则d点处场强的大小为(k为静电力常量)(　　)
A.k B.k
C.k D.k
【答案】 B
【解析】 b点处的场强为零,说明圆盘与点电荷在b点处产生的场强大小相等、方向相反,即k=Eb。由于d点和b点相对于圆盘是对称的,因此圆盘在d点产生的场强大小Ed=k。d点处的合电场强度大小E合=k+k=k,故B正确。
科学·技术·社会·环境
法拉第笼
　　法拉第笼是以电磁学的奠基人、英国物理学家迈克尔·法拉第的姓氏命名的一种用于演示等电位、静电屏蔽和高压带电作业原理的设备。
　　演示时,先请几位观众进入笼体后关闭笼门,操作员接通电源,用放电杆进行放电演示。这时即使笼内人员将手贴在笼壁上,使放电杆向手指放电,笼内人员不仅不会触电,而且还可以体验电子风的清凉感觉。外壳接地的法拉第笼可以有效地隔绝笼体内外的电场和电磁波干扰,这叫作“静电屏蔽”。许多设备采用接地的金属外壳可有效地避免壳体内外电场的干扰。
[示例] (双选)某研究性学习小组学习电学知识后对电工穿的高压作业服进行研究,发现高压作业服是用铜丝编织的,下列各同学的理由正确的是(　　)
A.甲认为铜丝编织的衣服不易拉破,所以用铜丝编织
B.乙认为铜丝必须达到一定的厚度,才能对人体起到保护作用
C.丙认为电工被铜丝编织的衣服所包裹,是利用了静电屏蔽的原理
D.丁认为电工被铜丝编织的衣服所包裹,使体内电场强度保持为零,对人体起保护作用
【答案】 CD
【解析】 用铜丝编织的作业服,其作用是可以屏蔽外部电场,使电工体内的电场强度为零,从而起到对人体的保护作用,故A、B错误,C、D正确。
1.下列关于点电荷的场强公式E=k的几种不同的理解,正确的是(　　)
A.以点电荷Q为中心、r为半径的球面上各处的场强相同
B.当r→0时,E→∞;当r→∞时,E→0
C.在点电荷Q产生的电场中,各点的场强方向一定是背向点电荷Q的
D.在点电荷Q产生的电场中,某点的场强大小与Q成正比,与r2成反比
【答案】 D
【解析】 以点电荷Q为中心、r为半径的球面上各处的场强大小相等,方向不同,故A错误。当r→0时,带电体已不能看成点电荷了,点电荷的场强公式E=k不再适用,故B错误。在点电荷Q产生的电场中,各点的场强方向与点电荷的性质有关,正点电荷产生的电场中,各点的场强方向是背离点电荷Q向外的;负点电荷产生的电场中,各点的场强方向是指向点电荷Q向内的,故C错误。在点电荷Q产生的电场中,场强公式 E=k为决定式,所以某点的场强大小与Q成正比,与r2成反比,故D正确。
2.(双选)如图所示的四种电场中均有a、b两点,其中a、b两点的电场强度相同的是(　　)
A.图甲中两等量异种点电荷连线的中垂线上与连线等距的a、b两点
B.图乙中两等量同种点电荷连线上关于中点对称的a、b两点
C.图丙中匀强电场中离上板距离不同的a、b两点
D.图丁中点电荷与带电平板形成的电场中与平板等距离的a、b两点
【答案】 AC
【解析】 题图甲中两等量异种点电荷连线的中垂线上与连线等距的a、b两点电场强度相同,A正确;题图乙中两等量同种点电荷连线上关于中点对称的a、b两点电场强度等大反向,B错误;题图丙中匀强电场中离上板距离不同的a、b两点电场强度相同,C正确;题图丁中点电荷与带电平板形成的电场中与平板等距离的a、b两点,电场强度不同,D错误。
3.如图所示,MN是点电荷电场中的一条直线,a、b是直线上的两点,已知直线上a点的电场强度最大,大小为E,b点电场强度大小为E,a、b间的距离为L,静电力常量为k,则场源电荷的电荷量为(　　)
A. B.
C. D.
【答案】 B
【解析】 因直线MN上a点的电场强度最大,可知场源电荷位于过a点且垂直于直线MN的直线上,设场源电荷在距离a点x的位置,则a点的电场强度大小为E=k,场源电荷距b点的距离为,则b点的电场强度大小为E=k,联立解得Q=。
4.如图所示,边长为a的等边三角形的三个顶点P、M、N上各放置一个点电荷,三个点电荷带电荷量均为Q,其中M、N处的为正电荷,P处的为负电荷,O为等边三角形外接圆的圆心,S为M、N连线的中点,静电力常量为k,则S点的电场强度的大小为　　 　　,方向　　　　,其　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)O点的电场强度。
【答案】 　指向P点　小于
【解析】 根据点电荷电场强度公式和电场叠加原理,M、N处的电荷在S点的合场强为零,可知S点的电场强度等于P点的电荷在S点的电场强度,即E=k=,方向指向P点。由场强叠加原理可知,S点的电场强度小于O点的电场强度。
课时作业
1.在下图各电场中,A、B两点电场强度相同的是(　　)
【答案】 C
【解析】 选项A中A、B是离点电荷等距的两点,场强大小相等,但方向不同,则电场强度不同,故A错误;根据点电荷场强公式 E=k可知,选项B中A点的场强大于B点的场强,故B错误;平行金属板内部是匀强电场,A、B两点的电场强度相同,故C正确;选项D中A、B两点电场线方向不同,疏密程度也不同,两点场强不同,故D错误。
2.如图所示是静电喷漆原理的示意图。喷枪喷嘴与被涂工件之间有强电场,喷嘴喷出的带电涂料微粒在强电场的作用下会向工件高速运动,最后被吸附到工件表面。则可知(　　)
A.微粒一定带正电
B.微粒可能带正电,也可能带负电
C.微粒运动过程中,速度越来越小
D.微粒运动过程中,速度越来越大
【答案】 D
【解析】 带正电的工件因为静电感应电荷分布在表面,微粒在静电力的作用下向工件运动,故微粒带负电,A、B错误;微粒运动过程中,静电力与速度方向成锐角,速度越来越大,C错误,D正确。
3.(双选)如图所示是闪电击中高楼的画面,高楼的尖顶是一避雷针,雷雨天气时,底端带负电的云层经过避雷针上方时,避雷针尖端放电形成瞬间强电流,乌云所带的负电荷经避雷针导入大地,在此过程中,下列说法正确的是(　　)
A.云层靠近避雷针时,针尖感应出正电荷
B.避雷针上的电流方向从尖端流向底端
C.避雷针尖端附近的电场强度比避雷针底端附近的电场强度小
D.避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施
【答案】 AD
【解析】 根据同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引,可知带负电的云层靠近避雷针时,针尖感应出正电荷,A正确;负电荷从尖端流向底端,而电流的方向规定为正电荷运动的方向,因此电流的方向从底端流向尖端,B错误;由于电荷更容易集中到尖端,从而避雷针尖端附近的电场强度比避雷针底端附近的电场强度大,C错误;避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施,D正确。
4.(双选)如图所示是静电除尘装置示意图,它由金属管A和管中金属丝B组成,其原理是在A、B间加上高电压,其间形成强电场,尘埃被吸附在金属管上。下列关于静电除尘原理的说法正确的是(　　)
A.金属管A与金属丝B间形成辐向电场,方向由A指向B
B.煤粉、烟尘等尘埃吸附正离子后被吸在A上
C.靠近B处电场强度大,B附近的空气被电离成正离子和电子
D.煤粉、烟尘等尘埃在强电场作用下电离而吸附在A上
【答案】 AC
【解析】 金属管A接高压电源的正极,金属丝B接高压电源的负极,相当于B带负电荷,A带正电荷,其间形成辐向电场,方向由A指向B,靠近金属丝B处的电场非常强,附近的空气被电离成正离子和电子,金属管中的煤粉、烟尘等尘埃吸附电子后在强电场作用下加速向金属管A运动,被吸附后收集,从而避免污染大气,选项A、C正确,B、D错误。
5.在如图所示的实验中,验电器的金属箔片会张开的是(　　)
【答案】 B
【解析】 金属网未接地时,可以屏蔽网外电荷产生的电场,验电器的两金属箔片不带电,不会张开,故A错误;网内带电体可以使验电器发生静电感应,使金属箔片张开,故B正确;金属网接地时,网内的带电体对网外无影响,网外的带电体对网内也无影响,不能使验电器发生静电感应现象,金属箔片不能张开,故C、D错误。
6.如图所示,水平直线上有A、O、B三点,BO=2AO,空间存在着竖直方向上的匀强电场(图中未画出)。若将一个电荷量为-Q的点电荷放在A点,则O点的电场强度大小为E1;若将这个电荷量为-Q的点电荷放在B点,则O点的电场强度大小变为E2,则匀强电场的电场强度大小为(　　)
A. B.
C. D.
【答案】 C
【解析】 设AO=r,电荷量为-Q的点电荷放在A点时,设它在O点产生的电场强度大小为E0, 则E0=k,由题意可知E1=,当电荷量为-Q的点电荷放在B点时,由于BO=2AO=2r,设它在O点产生的电场强度大小为E0′,则 E0′=k=,由题意可知E2=,联立可得E=。
7.(2022·山东卷,3)半径为R的绝缘细圆环固定在图示位置,圆心位于O点,环上均匀分布着电量为Q的正电荷。点A、B、C将圆环三等分,取走A、B处两段弧长均为ΔL的小圆弧上的电荷。将一点电荷q置于OC延长线上距O点为2R的D点,O点的电场强度刚好为零。圆环上剩余电荷分布不变,q为(　　)
A.正电荷,q= B.正电荷,q=
C.负电荷,q= D.负电荷,q=
【答案】 C
【解析】 在取走A、B处两段小圆弧上的电荷之前,整个圆环上的电荷在O点产生的电场强度为零,而取走的A、B处的电荷的电量qA=qB=ΔL,qA、qB在O点产生的合电场强度为EAB==,方向为从O指向C,故取走A、B处的电荷之后,剩余部分在O点产生的电场强度大小为,方向由C指向O,而点电荷q放在D点后,O点电场强度为零,故q在O点产生的电场强度与qA、qB在O点产生的合电场强度相同,所以q为负电荷,即有 k=k,解得q=。
8.等腰梯形ABCD的顶点上分别固定了三个点电荷,电荷量及电性如图所示。梯形边长AB=AC=BD=CD=L,则CD连线的中点O处的电场强度大小为(静电力常量为k)(　　)
A.0 B.
C. D.
【答案】 B
【解析】 如图所示,C、D两点的两个负点电荷在O点的电场强度等效于一个-Q的点电荷放在D点时的电场强度,大小为OCD=,方向由O指向D;B点的点电荷在O点的电场强度大小为EB=,方向沿BO连线斜向下,EB与ECD方向间夹角为120°,由平行四边形定则可知,O点的合电场强度大小为E=。
9.如图所示,在真空中存在电场强度大小为E、方向水平向右的匀强电场,A、B两点分别固定着等量异种点电荷+Q和-Q。O是线段AB的中点,C是线段AB的中垂线上的一点,且∠CAB=60°。若O点的电场强度大小为5E,则C点的电场强度大小为(　　)
A.E B.E
C.2E D.E
【答案】 B
【解析】 根据电场强度的矢量合成可知,O点的电场强度为匀强电场的电场强度E以及+Q和-Q在O点形成电场强度E′的矢量和,设AB距离为2r,则有5E=E+2E′=E+2k,可得 E′=k=2E;+Q和-Q在C点的电场强度E″大小相等,且夹角为120°, 故二者的合电场强度仍为E″,方向水平向右,有E″=k=E,故C点处的电场强度大小为E合=E+E″=E,故B
正确。
10.如图所示,真空中孤立的带电绝缘球体的半径为R,电荷均匀分布,a点距球心距离为r1,b点距球心距离为r2,已知r1R,电荷分布均匀的球壳在壳内形成的电场强度为零。若a、b两点的电场强度大小相等,则下列函数图像可能正确的是(　　)
【答案】 C
【解析】 设球体的电荷量为Q,则以a为球体边缘的内部电荷量 q1=×π=,电荷分布均匀的球壳在球壳内形成的电场强度为零,则a点的电场强度Ea=k=k,b点的电场强度大小为Eb=k,根据场强大小相等,解得 r1=,故C正确,A、B、D错误。
11.如图所示,将点电荷A、B放在绝缘的光滑水平面上,A带正电,B带负电,电荷量都是q,它们之间的距离为d。为使两点电荷在静电力作用下都处于静止状态,必须加一个　　　　(选填“由A指向B”或“由B指向A”)的匀强电场。那么两点电荷都处于静止状态时,A、B连线中点处的电场强度大小为　　　　,方向为　　　　　　(选填“由A指向B”或“由B指向A”)。(已知静电力常量为k)
【答案】 由B指向A　　由A指向B
【解析】 设两点电荷A、B在连线中点处产生的电场强度分别为EA、EB,所加匀强电场的电场强度为E0,A、B连线中点处的合电场强度为E。根据电荷受力平衡和库仑定律有qE0=,解得E0=,方向由B指向A。根据点电荷的电场强度公式可得,点电荷A在A、B连线中点处产生的电场强度为EA=k=,方向由A指向B;点电荷B在A、B连线中点处产生的电场强度为 EB=k=,方向由A指向B。根据场强叠加原理E=EA+EB-E0=,方向由A指向B。
12.(2023·全国乙卷,24)如图,等边三角形△ABC位于竖直平面内,AB边水平,顶点C在AB边上方,3个点电荷分别固定在三角形的三个顶点上。已知AB边中点M处的电场强度方向竖直向下,BC边中点N处的电场强度方向竖直向上,A点处点电荷的电荷量的绝对值
为q,求
(1)B点处点电荷的电荷量的绝对值并判断3个点电荷的正负;
(2)C点处点电荷的电荷量。
【答案】 (1)q,均为正电荷　(2)q
【解析】 (1)因为M点电场强度竖直向下,则C处为正电荷,根据电场强度的叠加原理,可知A、B两点的电荷在M点的电场强度大小相等,方向相反,则B处点电荷的电荷量的绝对值为q,电性与A处相同,又N点电场强度竖直向上,可得A处电荷在N点的电场强度垂直于BC沿AN连线指向右上方,如图甲所示。
可知A处点电荷为正电荷,所以A处、B处、C处点电荷均为正电荷。
(2)如图乙所示。由几何关系可知EA′=EBC′·tan 30°,
即=(-),其中AN=BN=CN,
解得qC=q。(共40张PPT)
第4节　点电荷的电场　
匀强电场
第5节　静电的利用与防护
学习目标 课标解读
1.理解点电荷的电场强度及场强叠加原理。 2.知道什么是匀强电场。 3.了解静电的利用与防护。 1.了解生产生活中关于静电的利用与防护。
2.了解场强叠加原理,会利用其分析和计算电场叠加的相关问题。
探究·必备知识
「知识梳理」
一、点电荷的电场及场强叠加原理
1.点电荷的电场
静电力常量
场源电荷
(2)方向:将点电荷Q置于O点,另取一任意点P。当Q为正电荷时,电场强度方向沿O、P的连线 ;当Q为负电荷时,电场强度方向沿O、P的连线
。
向外
向内
2.场强叠加原理
如果有多个点电荷同时存在,电场中任一点的电场强度等于这些点电荷各自在该点产生的电场强度的 ,这个结论称为场强叠加原理。
二、匀强电场
1.概念:物理学中把 大小和方向都处处相同的电场称为匀强电场。
2.匀强电场的电场线: 的平行线。
3.实例:两块大小相同、相距很近、相互正对且分别带有 电荷的金属板之间的电场(边缘除外)。
矢量和
电场强度
间隔相等
等量异种
三、静电的利用与防护
1.静电的利用
三种常见的静电利用案例: 、 、 。
2.静电的防护
防止静电危害的方法之一,是尽快把 导入地下。生活实例: 、油罐车车尾装有 等。
静电除尘
静电喷雾
激光打印
静电
避雷针
导电拖地带
「新知检测」
1.思考判断
(1)点电荷的电场强度处处相同。(　 　)
(2)匀强电场的电场强度处处相同。(　 　)
×
√
×
(4)若空间只有两个点电荷,则该空间某点的电场强度等于这两个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。(　 　)
(5)避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地。(　 　)
√
×
2.思维探究
(1)在加油站给车加油前,为什么要触摸一下静电释放器
【答案】 (1)触摸时可将人体因摩擦产生的电荷释放到大地,以免发生火灾。
(2)点火器的放电电极做成了钉尖形,而验电器的金属杆上端却固定一个金属球,这是为什么
【答案】 (2)点火器的放电电极做成了钉尖形是为了尖端放电产生电火花,而验电器的金属杆上端固定一个金属球是为了避免尖端放电。
突破·关键能力
要点一　电场强度两个公式的比较
「情境探究」
【答案】 (1)不对,E与试探电荷q无关。
【答案】 (2)对,E与场源电荷Q成正比。
「要点归纳」
D
·名师点拨·
CD
要点二　电场强度的叠加
「情境探究」
如图所示,Q和Q′均为正点电荷,且电荷量Q=Q′。
(1)正点电荷Q在q处产生的电场强度为多大 沿什么方向
(2)正点电荷Q和Q′在q处产生的合电场强度为多大 沿什么方向
「要点归纳」
2.电场强度是矢量,故当某处同时存在几个电场时,该处的电场强度为各个电场强度的矢量和。
[例2] (2023·湖南卷,5)如图,真空中有三个点电荷固定在同一直线上,电荷量分别为Q1、Q2和Q3,P点和三个点电荷的连线与点电荷所在直线的夹角分别为90°、60°和30°。若P点处的电场强度为零,q>0,则三个点电荷的电荷量可能为(　 　)
D
(1)电场强度是矢量,合成时遵循矢量运算法则,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。
(2)当两矢量满足大小相等、方向相反、作用在同一直线上时,两矢量合成叠加,合矢量为零,这样的矢量称为“对称矢量”,在电场的叠加中,注意图形的对称性,发现对称矢量可简化计算。
·名师点拨·
[针对训练2] (2023·重庆卷,3)真空中固定有两个点电荷,负电荷Q1位于坐标原点处,正电荷Q2位于x轴上,Q2的电荷量大小为Q1的8倍。若这两点电荷在x轴正半轴的x=x0处产生的合电场强度为0,则Q1、Q2相距(　　)
B
提升·核心素养
「模型·方法·结论·拓展」
巧用对称法求解电场强度
所谓对称法,实际上是根据某些物理现象、物理规律、物理过程或几何图形的对称性进行解题的一种方法,也称为镜像法。利用此方法分析解决问题可以避免复杂的数学演算和推导,直接抓住问题的本质,便于求解。在计算电场强度时,往往涉及对称思想。
[示例] 如图所示,一半径为R的圆盘上均匀分布着电荷量为Q的电荷,在垂直于圆盘且过圆心c的轴线上有a、b、d三个点,a和b、b和c、c和d间的距离均为R,在a点处有一电荷量为q(q>0)的固定点电荷。已知b点处的场强为零,则d点处场强的大小为(k为静电力常量)(　　)
B
「科学·技术·社会·环境」
法拉第笼
法拉第笼是以电磁学的奠基人、英国物理学家迈克尔·法拉第的姓氏命名的一种用于演示等电位、静电屏蔽和高压带电作业原理的设备。
演示时,先请几位观众进入笼体后关闭笼门,操作员接通电源,用放电杆进行放电演示。这时即使笼内人员将手贴在笼壁上,使放电杆向手指放电,笼内人员不仅不会触电,而且还可以体验电子风的清凉感觉。外壳接地的法拉第笼可以有效地隔绝笼体内外的电场和电磁波干扰,这叫作“静电屏蔽”。许多设备采用接地的金属外壳可有效地避免壳体内外电场的干扰。
[示例] (双选)某研究性学习小组学习电学知识后对电工穿的高压作业服进行研究,发现高压作业服是用铜丝编织的,下列各同学的理由正确的是
(　 　)
A.甲认为铜丝编织的衣服不易拉破,所以用铜丝编织
B.乙认为铜丝必须达到一定的厚度,才能对人体起到保护作用
C.丙认为电工被铜丝编织的衣服所包裹,是利用了静电屏蔽的原理
D.丁认为电工被铜丝编织的衣服所包裹,使体内电场强度保持为零,对人体起保护作用
CD
【解析】 用铜丝编织的作业服,其作用是可以屏蔽外部电场,使电工体内的电场强度为零,从而起到对人体的保护作用,故A、B错误,C、D正确。
检测·学习效果
A.以点电荷Q为中心、r为半径的球面上各处的场强相同
B.当r→0时,E→∞;当r→∞时,E→0
C.在点电荷Q产生的电场中,各点的场强方向一定是背向点电荷Q的
D.在点电荷Q产生的电场中,某点的场强大小与Q成正比,与r2成反比
D
2.(双选)如图所示的四种电场中均有a、b两点,其中a、b两点的电场强度相同的是(　 　)
A.图甲中两等量异种点电荷连线的中垂线上与连线等距的a、b两点
B.图乙中两等量同种点电荷连线上关于中点对称的a、b两点
C.图丙中匀强电场中离上板距离不同的a、b两点
D.图丁中点电荷与带电平板形成的电场中与平板等距离的a、b两点
AC
【解析】 题图甲中两等量异种点电荷连线的中垂线上与连线等距的a、b两点电场强度相同,A正确;题图乙中两等量同种点电荷连线上关于中点对称的a、b两点电场强度等大反向,B错误;题图丙中匀强电场中离上板距离不同的a、b两点电场强度相同,C正确;题图丁中点电荷与带电平板形成的电场中与平板等距离的a、b两点,电场强度不同,D错误。
B
4.如图所示,边长为a的等边三角形的三个顶点P、M、N上各放置一个点电荷,三个点电荷带电荷量均为Q,其中M、N处的为正电荷,P处的为负电荷,O为等边三角形外接圆的圆心,S为M、N连线的中点,静电力常量为k,则S点的
电场强度的大小为　　　　,方向　　　　,其　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)O点的电场强度。
指向P点
小于
感谢观看

展开更多......

收起↑