1、第4节点电荷的电场匀强电场第5节静电的利用与防护核心素养明目标核心素养学习目标物理观念知道点电荷电场强度公式及匀强电场的特点，了解静电的利用与防护，能解释相关的自然现象。科学思维会推导点电荷场强的计算式并能进行相关的计算；知道场强叠加原理，会应用该原理进行简单的计算，进一步巩固矢量的合成法则。科学探究通过密立根油滴实验，会探究相关的静电问题；通过静电现象的利用和防护，增强安全，利用静电的意识。科学态度与责任在实验中既能坚持自己的观点，又能纠正错误，能对公众利用和防护静电的一些行为发表自己的观点，有进行科学普及的兴趣和责任感。知识点一点电荷的电场匀强电场1点电荷的电场(1)电场强度：Ek。其中k
2、为静电力常量，Q为场源电荷(点电荷)，r为该点到场源电荷的距离。(2)方向：若Q为正电荷，场强方向沿r向外；若Q为负电荷，场强方向沿r向内。2匀强电场：电场中各点的电场强度大小和方向都处处相同的电场。3场强的叠加：如果有多个点电荷同时存在，电场中任意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。点电荷的电场强度由场源电荷和位置决定，与试探电荷无关。1：思考辨析(正确的打“”，错误的打“”)(1)电场中某点的电场强度与正电荷受力方向相同，当该点放置负电荷时，场强反向。()(2)根据Ek，点电荷的电场强度与场源电荷Q成正比，与距离r的平方成反比。()(3)匀强电场中任意两点的电场强
3、度大小一定相等，方向不一定相同。()知识点二静电的利用与防护1静电的利用(1)原理：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，利用静电力控制带电粒子的运动或分布。(2)应用：静电应用有静电除尘、静电喷雾、激光打印等。2静电的防护(1)尖端放电：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。(2)防护方法：尽快把静电导走，如印刷车间内保持适当的湿度，传送带上镀银，油罐车车尾有导电拖地带等。提醒：静电利用的原理：带电粒子在静电力作用下聚集到相应带电极板，从而达到除尘、喷涂、复印等目的。2：思考辨析(正确的打“”，错误的打“”)(1)我们经常看到油罐车车尾有一根导电拖地带，其作用是将油罐车上的静电尽快导走。()
4、(2)静电平衡时，导体内的自由电子不再定向移动。()3：填空一金属球，原来不带电，如图所示，沿球直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，a、b、c为该直径上从左向右排列的三点，设静电平衡时，金属球上感应电荷产生的电场在这三点的电场强度大小分别为Ea、Eb、Ec，则三点电场强度的大小顺序为EcEbEa。 考点1公式E与E的比较根据点电荷的电场强度E，试判定以正的点电荷为球心，以r为半径的球面上，各点的电场强度有什么特点。提示：各点电场强度大小相等，但方向都不相同。公式E与E的比较公式EE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
5、电荷的电场Q或q的意义q表示放入电场的试探(或检验)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的大小无关E不仅能用Q、r来表示，且EQ，E【典例1】下列关于电场强度的说法正确的是()A公式E只适用于真空中点电荷产生的电场B由公式E可知，电场中某点的电场强度E与试探电荷在电场中该点所受的电场力成正比C在公式Fk中，k是点电荷Q2产生的电场在点电荷Q1处的场强大小；而k是点电荷Q1产生的电场在点电荷Q2处的场强大小D由公式Ek可知，在离点电荷非常近的地方(r0)，电场强度E趋于无穷大思路点拨：(1)E适用于任何电场，E只适用于真空中点电荷的电场。(
6、2)r0时，F不适用，E同样不适用。C电场强度的定义式E适用于任何电场，故A错误；电场中某点的电场强度由电场本身决定，而与电场中该点是否有试探电荷或引入试探电荷所受的电场力无关，试探电荷所受电场力与其所带电荷量的比值仅反映该点场强的大小，不能决定场强的大小，故B错误；根据库仑定律公式Fk，Q表示场源电荷，则q为试探电荷，故将Q2看作场源电荷时，Ek表示点电荷Q2产生的电场在点电荷Q1处的场强大小，反之亦然，故C正确；公式E是点电荷产生的电场中某点场强的计算式，当r0时，所谓“点电荷”已不存在，该公式已不再适用，故D错误。对E和E的两点说明(1)公式E中的q是试探电荷的电荷量，所以E不是场强的决
7、定式。(2)公式Ek中的Q是场源电荷的电荷量，所以Ek仅适用于点电荷的电场场强求解，是点电荷场强的决定式。跟进训练1(多选)下列说法正确的是()AE也适用于点电荷产生的电场BE中的F是放入电场中的电荷所受的电场力，q是放入电场中的电荷的电荷量CE中的F是放入电场中的电荷所受的电场力，q是产生电场的电荷的电荷量DEk适用于求解真空中点电荷的电场ABD定义式E适用于所有电场，式中的q是试探电荷的电荷量，A、B正确，C错误；Ek适用于求解真空中点电荷的电场，D正确。 考点2电场强度的叠加如图所示在A、B两点分别放上等量的正点电荷，试求O的电场强度。提示：分别求出A处的Q在O点产生的场强和B处的Q在O
8、处产生的场强，再矢量合成即可。1有几个场源点电荷，就产生几个电场，各场源点电荷在某处产生的电场强度可用Ek来求得。2电场强度是矢量，故当某处同时存在几个电场时，该处的总电场强度可以用平行四边形定则来运算。【典例2】如图所示，真空中，带电荷量分别为Q和Q的点电荷A、B相距r，求：(1)两点电荷连线的中点O的场强大小和方向；(2)在两点电荷连线的中垂线上，距A、B两点都为r的O点的场强大小和方向。思路点拨：(1)分别求出两点电荷在O处的场强大小、方向。(2)再按平行四边形定则矢量合成。 解析(1)如图甲所示，A、B两点电荷在O点产生的场强方向相同，均由A指向B。A、B两点电荷分别在O点产生的电场强
9、度大小EAEB甲O点的场强为：EOEAEB，方向由A指向B。(2)如图乙所示，EAEB，由矢量图结合几何关系可知，O点的场强EOEAEB，方向平行于AB指向B。乙答案(1)，方向由A指向B(2)，方向平行于AB指向B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法则)；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为代数运算。跟进训练2如图所示，在正方形四个顶点分别放置一个点电荷，所带电荷量已在图中标出，则下列四个选项中，正方形中心处场强最大的是()ABCDB点电荷电场强度公式为E，由于各点电荷到正方形中心处距离r相等，根据矢量合成，可知B正确。 考点3静电的
10、利用与防护金属笼子接上50 kV的高压，但笼里的人为什么却安然无恙？提示：由于金属笼子的静电屏蔽作用。1静电利用的基本原理异性电荷相吸引，使带电的物质微粒在电荷所产生的力的作用下，奔向并吸附到电极上。2静电危害产生的主要原因静电危害起因于静电力和静电火花，静电危害中最严重的是静电放电引起可燃物的起火和爆炸。3防止静电危害的主要方法与途径(1)尽量减少静电的产生。常用的方法是增大空气的湿度。(2)尽快把静电导走，防止静电积累。常用的最简单办法是接地。【典例3】如图所示，运输汽油等易燃易爆物品的车辆总有一条铁链拖在地上，这样做的目的是()A发出声音，引起路人注意B减缓车速，保证行车安全C把静电引入
11、大地，避免因放电引起爆炸D与地面发生摩擦，在运输车上积累电荷思路点拨：(1)易燃物与电火花易发生危险。(2)为避免危险应把静电导走，不让其产生电火花。C汽车行驶时，油罐中的汽油随车的振动摩擦起电，如果不及时将这些静电导走，一旦出现放电现象，就会发生爆炸事故。拖地铁链使油罐表面与大地相连，使油罐罐体中的电荷不断地中和，避免因放电引起爆炸，C正确。静电利用和防护(1)静电利用就是根据静电场的特点加以应用，对人类生产生活有益，更加便利。(2)静电防护就是消除或减弱静电作用，以消除危险等。跟进训练3(多选)下列说法正确的是()A静电除尘的原理是让灰尘带上电荷，然后在静电力的作用下，奔向并吸附到带有异种
12、电荷的电极上B静电复印的原理是让油墨带上电荷，然后在静电力的作用下，奔向并吸附到带异种电荷的白纸上C静电喷涂的原理是让油漆带上电荷，然后在静电力的作用下，奔向并吸附到吸引油漆的工件上D静电复印中的硒鼓上字迹的像实际是曝光的地方ABC灰尘很容易吸附电子，静电除尘的原理就是带负电荷的灰尘在静电力作用下被吸附到带正电荷的圆筒上，A正确；静电复印和静电喷涂是分别使油墨和油漆带电，在静电力作用下吸附到带异种电荷的预期部位；静电复印曝光时，在光学系统作用下，将原稿图像投射到感光片上，并使其形成静电潜像，曝光时，感光片亮区光导体导通，表面电荷迅速消失(亮衰)，暗区光导体绝缘，表面电荷基本保持不变，B、C正确
13、，D错误。1(多选)关于点电荷产生的电场，下列说法正确的是()A当某点与点电荷间的距离r时，该点场强E0B当某点与点电荷间的距离r0时，该点场强EC没有两个点的场强是相同的D与点电荷距离相等的点的场强是相同的AC点电荷的场强公式Ek只适用于点电荷电场，而任何带电体都是有大小和体积的，当某点与点电荷间的距离非常近即r0时，不能将带电体看作点电荷，因此Ek不再适用，故选项B错误；当某点与点电荷间的距离非常远即r时，由场强公式可知该点场强E0，故选项A正确；对于点电荷来说，它产生的场强处处都不同，因为场强是矢量，只有大小、方向都相同时场强才相同，故选项C正确，D错误。2(多选)真空中距点电荷(电荷量
14、为Q)为r的A点处，放一个电荷量为q(qQ)的点电荷，q受到的电场力大小为F，则A点的场强为()ABCkDkBDE中q指的是试探电荷，E中Q指的是场源电荷，故B、D正确。3如图所示是某个点电荷电场中的一根电场线，在电场线上的O点由静止释放一个自由的负电荷(仅受电场力作用)，它将沿电场线向B点运动。下列判断正确的是()A场强方向由B指向A，该电荷做加速运动，加速度越来越小B场强方向由B指向A，该电荷做加速运动，其加速度大小的变化不能确定C场强方向由A指向B，该电荷做匀速运动D场强方向由B指向A，该电荷做加速运动，加速度越来越大B负电荷由静止开始从O运动到B，其所受电场力方向从O到B，场强方向与负
15、电荷所受电场力方向相反，故场强方向由B指向A。负电荷从静止开始，必定做加速运动，由于电场线的分布情况未知，场强如何变化无法确定，电场力和加速度如何变化也无法确定，故B正确，A、C、D错误。4(新情境题，以“静电除尘”为背景，考查静电的利用)在玻璃管中心轴上安装一根直导线，玻璃管外绕有线圈，直导线的一端和线圈的一端分别跟感应圈的两放电柱相连，开始时，感应圈未接通电源，点燃蚊香，让烟通过玻璃管冒出，当感应圈电源接通时，玻璃管中的导线和管外线圈间就会加上高电压，立即可以看到，不再有烟从玻璃管中冒出来了。过一会儿还可以看到管壁吸附了一层烟尘。问题：请思考其中的原因。解析蚊香的烟中含有一定的碳颗粒，当玻
16、璃管中的导线和管外线圈间加上高电压后，玻璃管中的导线和管外线圈间的空气被电离，碳颗粒吸附一定的电子带上负电荷，然后碳颗粒将向正极移动，所以可以看到，不再有烟从玻璃管中冒出来了，该方法与静电除尘是相同的。答案见解析回归本节知识，自我完成以下问题：1写出真空中点电荷电场强度的表达式及其方向？提示：E，方向：若Q为正电荷，E的方向沿Q与该点连线指向该点；若Q为负电荷，E的方向沿Q与该点连线指向Q。2什么是匀强电场及场强叠加原理？提示：匀强电场中各点的电场强度大小、方向都相同。矢量叠加遵从平行四边形定则。3写出几种静电的应用？提示：静电除尘、静电喷雾、激光打印、避雷针等。雷火炼殿武当山位于湖北省西北部
17、，其主峰天柱峰屹立着一座光耀百里的金殿，全部为铜铸鎏金。武当山金殿雷雨交加时，金殿的屋顶常会出现盆大的火球，来回滚动。雨过天晴时，大殿金光灿灿，像被重新炼洗过一般，这就是人们所说的“雷火炼殿”奇观。武当山重峦叠嶂，气候多变，云层常带大量电荷。金殿屹立峰巅，是一个庞大的优良导体。当带电的积雨云移来时，云层与金殿顶部之间形成巨大的电压，使空气电离，产生电弧，也就是闪电。强大的电弧使周围空气剧烈膨胀而爆炸，看似火球，并伴有雷鸣。金殿顶部，除海马等屋脊上的装饰外，很少有带尖的结构，不易放电，所以能使电压升得比较高，保证“炼殿”之需。如此，金殿五百年灿烂地屹立在天柱峰之巅。近些年来因为金殿周围的一些建筑物常遭雷击，金殿也安装了避雷设施。此后，雷火炼殿的奇观消失了。没有水火的炼洗，金殿的色泽暗淡了许多。为什么能形成“雷火炼殿”？提示：空气电离形成导体放电。
