1、第六章 静 电 场 内容要求物质的电结构、电荷守恒静电现象的解释点电荷库仑定律静电场电场强度、点电荷的场强电场线电势能、电势电势差匀强电场中电势差与电场强度的关系带电粒子在匀强电场中的运动示波管常用的电容器电容器的电压、电荷量和电容的关系第1讲 库仑定律 梳理基础强化训练 基础知识清单一、两种电荷1自然界中只有两种电荷(1)正电荷：用丝绸摩擦过的玻璃棒，规定玻璃棒带正电(2)负电荷：用毛皮摩擦过的橡胶棒，规定橡胶棒带负电2使物体带电的三种方法(1)接触带电：使一个原来不带电的物体跟一个已带电的物体相接触，不带电的物体也带了电，且使物体带上同种电荷特别指出：两个完全相同的金属球相接触后有等分电荷
2、的特性：q1q2Q1Q22，否则不能等分(2)摩擦起电：原来两个都不带电的物体相互摩擦时，使两物体同时带上等量异种电荷的方法摩擦起电必须是两种性质不同的物体，同种物质相摩擦不能带电(3)感应起电：如图所示A、B 枕形导体放入 C 的场源电荷形成电场A、B 中电子在外电场的作用下重新分布，使 A 端带负电，先分开 AB，再取走 C，则 A 带负电，B 带正电(4)物体带电的实质就是电子的得失或转移的过程，不是产生电荷，得到电子带负电，失去电子带正电3元电荷由带电实质可知，物体带电是不连续的，总是电子或质子电量的整数倍即 Qne，e1.61019 C称 1.61019 C 为元电荷，也称为基本电荷
3、二、电荷守恒定律表述一：不管是什么方法使物体带电都是电荷的转移电荷既不能创造也不能被消灭，它们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，这就是电荷守恒定律表述二：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变三、库仑定律1内容：在真空中两个点电荷间作用力跟它们的电量乘积成正比，跟它们间的距离的平方成反比作用力的方向在它们的连线上库仑定律是实验定律，由法国物理学家库仑用扭秤实验发现的其方法与卡文迪许的扭秤实验又有着惊人的相似2公式：FkQ1Q2r2式中 F 表示静电力或库仑力，Q1、Q2是两点电荷的电量；r是点电荷间的距离；式中 k为静电力常量，在 SI制中，k9.0
4、109Nm2/C23适用条件该公式适用条件为：真空中 点电荷(点电荷属理想化模型，是不存在的)四、带电体是否考虑重力问题1对电子、质子、粒子等微粒，由于 F 静F 万，计算如无特殊说明，一般均忽略重力的影响2对“带电小球”“带电油滴”“带电尘埃”等“宏观”物体，计算如无特殊说明，一般要考虑重力3题目中涉及到关于重力的平衡问题，必须考虑重力以上三条只是处理问题的一些共性的方法对待问题要具体问题具体分析 基础随堂训练1(2015安徽)由库仑定律可知，真空中两个静止的点电荷，带电荷量分别为 q1和 q2.其间距离为 r 时，它们之间相互作用力的大小为 Fkq1q2r2，式中 k 为静电力常量若用国际
5、单位制的基本单位表示，k 的单位应为()AkgA2m3 BkgA2m3s4Ckgm2C2DNm2A2答案 B解 析 由 k Fr2q1q2 可 得 单 位 为 Nm2C2 kgmm2（As）2s2 kgm3A2s4，故选 B 项 设置目的 考查库仑定律和单位制2(2015江苏)静电现象在自然界中普遍存在，我国早在西汉末年已有对静电现象的记载春秋纬考异邮中有玳瑁吸衣若只说，但下列不属于静电现象的是()A梳过头发的塑料梳子吸起纸屑B带电小球移至不带电金属球附近，两者相互吸引C小线圈接近通电线圈过程中，小线圈中产生电流D从干燥的地毯走过，手碰到金属把手时有被电击的感觉答案 C解析 小线圈接近通电线圈
6、过程中，小线圈中产生感应电流是电磁感应现象，不是静电现象，所以 C 项正确3(2015浙江)如图所示为静电力演示仪，两金属极板分别固定于绝缘支架上，且正对平行放置工作时两板分别接高压直流电源的正负极，表面镀铝的乒乓球用绝缘细线悬挂在金属极板中间，则()A乒乓球的左侧感应出负电荷B乒乓球受到扰动后，会被吸在左极板上C乒乓球共受到电场力，重力和库仑力三个力的作用D用绝缘棒将乒乓球拨到与右极板接触，放开后乒乓球会在两极板间来回碰撞答案 D解析 从图中可知金属板右侧连接电源正极，所以电场水平向左，故乒乓球上的电子移动到右侧，即乒乓球的右侧感应出负电荷，A 项错误；乒乓球右侧带负电，受到的电场力向右，乒
7、乓球左侧带正电，受到的电场力向左，因为左右两侧感应出的电荷量相等，所以受到的电场力相等，乒乓球受到扰动后，最终仍会静止，不会吸附到左极板上，B 项错误；乒乓球受到重力和电场力作用，库仑力即为电场力，C 项错误；用绝缘棒将乒乓球拨到与右极板接触，乒乓球带正电，在电场力作用下，并向左运动与左极板接触，然后乒乓球带负电，又在电场力作用下，运动到右极板，与右极板接触后乒乓球带正电，在电场力作用下，运动到左极板，如此重复，即乒乓球会在两极板间来回碰撞，D 项正确；设置目的 考查了库仑力，静电感应4用三个完全一样的金属小球 A、B、C.A 带电荷量 7Q，B带电荷量 Q，C 不带电将 A、B 固定起来，A
8、、B 之间的距离远大于小球的直径，然后让 C 球反复与 A、B 球接触，最后移去C 球，则()AA、B 间的相互作用力可能变为原来的47倍BA、B 间的相互作用力可能变为原来的167 倍CA、B 间的相互作用力可能变为原来的97倍DA、B 间的相互作用力可能变为原来的6463倍解析 由电荷守恒定律可知 A、B、C 带电的总量不变，C球反复与 A、B 接触，其目的是三球等分电量，若 A、B 电性相反，可假设 A 正、B 负，则有 QAQBQC7Q（Q）32Q，根据库仑定律可知，A、B 两球原作用力 FkQAQBr27kQ2r2，A、B 两球间后来的相互作用力大小为 Fk2Q2Qr24kQ2r2.
9、即F47F，A、B 间的相互作用力变为原来的47；如果 A、B 电性相同，可假设均为正电，则 QAQBQC7QQ383Q，根据库仑定律可知，A、B 两球间后来的相互作用力大小为 Fk（83Q）2r2649 kQ2r2，即 F6463F，A、B 间的相互作用力变为原来的6463，故 A、D 选项正确，B、C 选项错误 答案 AD规律方法技巧 高考调研 库仑力的平衡问题确定研究对象(注意：选择哪个电荷(带电体)作为研究对象，其它的电荷(带电体)对研究对象均有库仑力的作用，分析时不要丢力，其次注意库仑力的方向)利用平衡条件(如果物体处于静止或匀速运动状态则物体受力平衡，可以列平衡方程解题)库仑力符合
10、牛顿第三定律，不管两电荷电量或电性是否相同，两电荷间的库仑力总是大小相等方向相反的1多个电荷平衡问题(1)要使三个电荷均平衡，三个电荷必须在同一直线上，才能保证每一个电荷所受的其他两电荷施加的库仑力等大反向；(2)两端的电荷必须是同性电荷，中间的为异性电荷，才能保证每一个电荷所受的两个力均反向；(3)两边放置的电荷量要大于中间放置的电荷量才能保证两边的电荷受力平衡，所谓：“同夹异”，“大夹小”2摆球带电平衡问题首先明确研究对象，其次受力分析中注意库仑力的大小方向，最后利用平衡条件解题【考题随练 1】两个电荷量分别为 Q 和 4Q 的负电荷 a、b，在真空中相距为 l，如果引入另一点电荷 c，正
11、好能使这三个电荷都处于静止状态，试确定电荷 c 的位置、电性及它的电荷量【解析】由于 a、b 点电荷同为负电性，可知电荷 c 应放在 a、b 之间的连线上，而 c 受到 a、b 对它的库仑力为零，即可确定它的位置又因 a、b 电荷也都处于静止状态，即 a、b 各自所受库仑力的合力均要为零，则可推知 c 的带电性并求出它的电荷量 依题意作图如图所示，并设电荷 c 和 a 相距为 x，则 b 与 c相距为(lx)，c 的电荷量为 qc.对电荷 c，其所受的库仑力的合力为零，即 FacFbc.根据库仑定律有：kqcQx2 kqc4Q（lx）2.解得：x113l，x2l.由于 a、b 均为负电荷，只有
12、当电荷 c 处于 a、b 之间时，其所受库仑力才可能方向相反、合力为零，因此只有 x13l.三个电荷都处于静止状态，即 a、b 电荷所受静电力的合力均应为零，对 a 来说，b 对它的作用力是向左的斥力，所以 c 对a 的作用力应是向右的引力，这样，可以判定电荷 c 的电性必定为正又由 FbaFca，得 k qcQ（l3）2k4QQl2，即 qc49Q.【答案】电荷 c 的电性必定为正，x13l，qc49Q【考题随练 2】(2015浙江)如图所示，用两根长度相同的绝缘细线把一个质量为 0.1 kg 的小球 A 悬挂到水平板的 MN 两点，A 上带有 Q3.0106 C 的正电荷两线夹角为 120
13、，两线上的拉力大小分别为 F1和 F2.A 的正下方 0.3 m 处放有一带等量异种电荷的小球 B，B 与绝缘支架的总质量为 0.2 kg(重力加速度取 g10 m/s2；静电力常量 k9.0109 Nm2/C2，A、B 球可视为点电荷)则()A支架对地面的压力大小为 2.0 NB两线上的拉力大小 F1F21.9 NC将 B 水平右移，使 M、A、B 在同一直线上，此时两线上的拉力大小为 F11.225 N，F21.0 ND将 B 移到无穷远处，两线上的拉力大小 F1F20.866 N【解析】对 B 和支架分析可知，受到竖直向下的重力，和A 对 B 竖直向上的库仑力，故对地面的压力为 FNGB
14、 支kqAqBr22 N0.9 N1.1 N，A 项错误；对 A 球分析，A 受到竖直向下的重力，竖直向下的库仑力，两线上的拉力，重力和库仑力的合力与两线的拉力的夹角正好是 120，处于平衡状态，所以 F1F2GAkqAqBr21.9 N，B 项正确；将 B 水平右移，使 M、A、B 在同一直线上，则两小球的距离变为 r0.3sin 30 m0.6 m，故有 F1kqAqBr2 F2GA，解得 F11.225 N，F21.0 N，C 项正确；将 B 移到无穷远处，两小球之间的库仑力为零，则两线上的拉力大小 F1F2GA1 N，D 项错误【答案】BC【设置目的】库仑定律，共点力平衡条件请做：题组层级快练（二十一）
