1.通過實驗,了解靜電現(xiàn)象。能用原子結(jié)構(gòu)模型和電荷守恒的知識分析靜電現(xiàn)象。2.知道點電荷模型。知道兩個點電荷間相互作用的規(guī)律。體會探究庫侖定律過程中的科學思想和方法。3.知道電場是一種物質(zhì)。了解電場強度,體會用物理量之比定義新物理量的方法。會用電場線描述電場。4.了解生產(chǎn)生活中關(guān)于靜電的利用與防護。5.知道靜電場中的電荷具有電勢能。了解電勢能、電勢和電勢差的含義。知道勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系。能分析帶電粒子在電場中的運動情況,能解釋相關(guān)的物理現(xiàn)象。 6.觀察常見的電容器,了解電容器的電容,觀察電容器的充、放電現(xiàn)象。能舉例說明電容器的應(yīng)用。
1.正確理解電場強度、庫侖定律等,形成正確的物理觀念,能分析解答靜電場中的力學問題;結(jié)合等量同種電荷與等量異種電荷電場的分布認識電場線、等勢面,構(gòu)建正確的物理模型。2.正確理解電場中靜電力做功、電勢能、電勢與電勢差間的關(guān)系,重視比較記憶,形成正確的物理觀念;能結(jié)合數(shù)學知識分析解答勻強電場中電勢差與電場強度關(guān)系的問題,培養(yǎng)科學思維。3.掌握探究電容器充放電的方法,培養(yǎng)科學探究能力;正確認識電容器、電容等,形成正確的物理觀念,掌握分析電容器動態(tài)變化問題的分析方法,培養(yǎng)科學推理能力。4.掌握帶電粒子在電場中加速與偏轉(zhuǎn)問題的分析方法,重視物理模型的建構(gòu),培養(yǎng)科學推理能力,重視科學思維的培養(yǎng)。5.本章內(nèi)容與日常生活、生產(chǎn)、現(xiàn)代科學技術(shù)緊密結(jié)合,在學習過程中重視新背景問題的研究,建立正確的物理觀念,培養(yǎng)科學思維,重視科學探究。
第一環(huán)節(jié)　必備知識落實
第二環(huán)節(jié)　關(guān)鍵能力形成
第三環(huán)節(jié)　核心素養(yǎng)提升
1.點電荷有一定的電荷量,忽略形狀和大小的一種理想化模型。2.電荷守恒定律(1)起電方式:摩擦起電、接觸起電、感應(yīng)起電。(2)帶電實質(zhì):物體帶電的實質(zhì)是得失電子。(3)內(nèi)容:電荷既不會創(chuàng)生,也不會消滅,它只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體,或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分;在轉(zhuǎn)移過程中,電荷的總量保持不變。電荷的分配原則:兩個形狀、大小相同且?guī)N電荷的導體,接觸后再分開,二者帶相同電荷;若兩導體原來帶異種電荷,則電荷先中和,余下的電荷再平分。
3.庫侖定律(1)內(nèi)容:真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力,與它們的電荷量的乘積成正比,與它們的距離的二次方成反比,作用力的方向在它們的連線上。
(3)適用條件:真空中的點電荷。
4.電場強度的方向規(guī)定正電荷在電場中某點所受靜電力的方向為該點的電場強度方向。5.電場強度的疊加電場中某點的電場強度為各個點電荷單獨在該點產(chǎn)生的電場強度的矢量和,遵從平行四邊形定則。
1.定義為了形象地描述電場中各點電場強度的大小和方向,在電場中畫出一系列的曲線,使曲線上各點的切線方向表示該點的電場強度方向,曲線的疏密表示電場強度的大小,這些曲線叫電場線,是假想的曲線,實際不存在。
2.電場線的特點(1)電場線上每一點的切線方向與該點的電場強度方向一致。(2)靜電場的電場線從正電荷或無窮遠出發(fā),終止于無窮遠或負電荷。(3)電場線在電場中不相交、不閉合、不中斷。(4)在同一電場中,電場線越密集的地方電場強度越大,電場線越稀疏的地方電場強度越小。(5)沿電場線的方向電勢逐漸降低。(6)電場線和等勢面在相交處垂直。
追本溯源如圖所示,兩個質(zhì)量均為m的完全相同的金屬球殼A與B,其殼層的厚度和質(zhì)量分布均勻,將它們固定于絕緣支架上,兩球心間的距離為l,l為球殼外半徑r的3倍。若使它們帶上等量異種電荷,電荷量的絕對值均為Q,那么,計算A、B之間的萬有引力F1時,A、B間的距離可以是球心距l(xiāng),那么如果計算A、B之間的庫侖力F2,能不能也這樣處理?
提示 雖然兩球心間的距離l只有球殼外半徑r的3倍,但由于其殼層的厚度和質(zhì)量分布均勻,兩球殼可看作質(zhì)量集中于球心的質(zhì)點,因此,可以應(yīng)用萬有引力定律求F1;由于A、B兩球殼所帶異種電荷相互吸引,使它們各自的電荷分布不均勻,即相互靠近的一側(cè)電荷分布比較密集,又因兩球心間的距離l只有其外半徑r的3倍,不滿足l遠大于r的要求,故不能將兩帶電球殼看成點電荷,所以庫侖定律不適用。
3.某區(qū)域的電場線分布如圖所示,下列說法正確的是( )A.這個電場可能是正點電荷形成的B.D處沒有電場線,所以電場強度為零C.點電荷q在A點所受的靜電力比在B點所受靜電力小D.負電荷在C點受到的靜電力方向沿C點切線方向
解析:正點電荷的電場線是從正點電荷出發(fā)的直線,故A錯誤。電場線是為了更形象地描述電場而人為畫出的,沒有電場線的地方,電場強度不一定為零,故B錯誤。由題圖知B點處電場線比A點處電場線密集,故EB>EA,所以點電荷在A處所受的靜電力小于在B處所受的靜電力,C正確。負電荷在C點所受靜電力方向與C點切線方向相反,故D錯誤。
2.“三個自由點電荷平衡”的問題(1)平衡的條件:每個點電荷受到另外兩個點電荷的合力為零,或每個點電荷處于另外兩個點電荷產(chǎn)生的合電場強度為零的位置。(2)
訓練突破1.(2019·全國卷Ⅰ)如圖所示,空間存在一方向水平向右的勻強電場,兩個帶電小球P和Q用相同的絕緣細繩懸掛在水平天花板下,兩細繩都恰好與天花板垂直,則( )A.P和Q都帶正電荷B.P和Q都帶負電荷C.P帶正電荷,Q帶負電荷D.P帶負電荷,Q帶正電荷
解析:兩個帶電小球在勻強電場中均處于平衡狀態(tài),只有兩小球帶異種電荷、相互間為吸引力,才可能平衡。小球P帶負電荷時,勻強電場提供的力與小球Q對小球P的吸引力抵消,合力為零,此時小球Q帶正電荷,勻強電場提供的力與小球P對小球Q的吸引力抵消,合力為零,故A、B、C錯誤,D正確。
2.(2021·江蘇南通月考)如圖所示,光滑絕緣圓環(huán)豎直放置,A、B、C為三個套在圓環(huán)上可自由滑動的空心帶電小球。已知帶正電荷的小球C位于圓環(huán)最高點,A和C的連線與豎直方向成30°角,B和C的連線與豎直方向成60°角,三個小球均處于靜止狀態(tài)。下列說法正確的是( )A.A、B兩小球均帶正電荷B.A小球帶正電荷,B小球帶負電荷
整合構(gòu)建1.電場強度的性質(zhì)
2.電場強度的三個計算公式
3.等量同種點電荷的電場和等量異種點電荷的電場的電場強度比較
【典例1】 如圖所示,以O(shè)為圓心的圓周上有六個等分點a、b、c、d、e、f。等量正、負點電荷分別放置在a、d兩處時,在圓心O處產(chǎn)生的電場強度大小為E?，F(xiàn)改變a處點電荷的位置,關(guān)于O點的電場強度變化,下列敘述正確的是( )A.移至c處,O處的電場強度大小不變,方向沿OeB.移至b處,O處的電場強度大小減半,方向沿OdC.移至e處,O處的電場強度大小減半,方向沿OcD.移至f處,O處的電場強度大小不變,方向沿Oe
思維點撥關(guān)于O點對稱的兩個點電荷先疊加,最后再進行矢量合成,就可求出合電場強度。
歸納總結(jié)分析電場疊加問題的一般步驟電場強度是矢量,疊加時遵循平行四邊形定則。分析電場的疊加問題的一般步驟是:(1)確定要分析計算的空間位置;(2)分析該點有幾個分電場,確定各個分電場在該點的電場強度的大小和方向;(3)利用平行四邊形定則求出各分電場強度的矢量和。
訓練突破3.如圖所示,四個點電荷的電荷量的絕對值均為Q,分別固定在正方形的四個頂點上,正方形邊長為a,則正方形兩條對角線交點處的電場強度( )
整合構(gòu)建1.電場線的應(yīng)用(1)在同一電場里,電場線越密的地方電場強度越大。(2)電場線上某點的切線方向表示該點的電場強度方向。(3)沿電場線方向電勢逐漸降低。(4)電場線和等勢面在相交處互相垂直。
2.電場線與軌跡問題判斷(1)“運動與力兩線法”——畫出“速度”(運動軌跡在初始位置的切線)與“力”(在初始位置電場線的切線方向)兩個矢量,從兩者的夾角情況來分析曲線運動的情況。(2)“三不知時要用假設(shè)法”——電荷的正負、電場強度的方向或等勢面電勢的高低、電荷運動的方向,若已知其中的任意一個,可順次向下分析判定各待求量;若三個都不知,則要用假設(shè)法分別討論各種情況。
【典例2】 某電場在直角坐標系中的電場線分布情況如圖所示,O、P、M、N為電場中的四個點,其中P和M在一條電場線上,則下列說法正確的是( )A.M點的電場強度小于N點的電場強度B.M點的電勢高于N點的電勢C.將一負電荷由O點移到M點電勢能增加D.將一正電荷由P點無初速度釋放,僅在靜電力作用下,可沿PM電場線運動到M點思維點撥根據(jù)電場線的疏密判斷電場強度的大小,根據(jù)沿電場線方向電勢降低判斷電勢高低,根據(jù)靜電力方向判斷做功正負,并可判定運動情況。
解析:電場線密的地方電場強度大,由題圖可知M點電場線比N點的密,所以M點的電場強度大于N點的電場強度,故A錯誤。沿電場線方向電勢降低,所以M點的電勢低于N點的電勢,故B錯誤。將一負電荷由O點移到M點靜電力做負功,所以電荷的電勢能增加,故C正確。一正電荷從P點由靜止釋放,該電荷所受的靜電力是變力,據(jù)曲線運動的條件,該電荷并不能沿電場線運動到M點,故D錯誤。
訓練突破4.(2020·福建三明模擬)如圖所示,實線為不知方向的三條電場線,從電場中M點以相同速度垂直于電場線方向飛出A、B兩個帶電粒子,僅在靜電力作用下的運動軌跡如圖中虛線所示,則( )A.A一定帶正電,B一定帶負電B.A的速度將減小,B的速度將增大C.A的加速度將減小,B的加速度將增大D.兩個粒子的動能一個增大一個減小
解析:根據(jù)兩粒子的偏轉(zhuǎn)方向,可知兩粒子帶異種電荷,但無法確定其具體電性,選項A錯誤。由粒子受力方向與速度方向的關(guān)系,可判斷靜電力對兩粒子均做正功,兩粒子的速度、動能均增大,選項B、D錯誤。從兩粒子的運動軌跡判斷,A粒子經(jīng)過的電場的電場線逐漸變稀,B粒子經(jīng)過的電場的電場線逐漸變密,說明A的加速度減小,B的加速度增大,選項C正確。
考向1 補償法將有缺口的帶電圓環(huán)補全為圓環(huán),或?qū)肭蛎嫜a全為球面?！纠?】 均勻帶電的球殼在球外空間產(chǎn)生的電場等效于電荷集中于球心處產(chǎn)生的電場。如圖所示,在半球面AB上均勻分布正電荷,總電荷量為q,球面半徑為R,CD為通過半球面頂點與球心O的軸線,在軸線上有M、N兩點,lOM=lON=2R。已知M點的電場強度大小為E,則N點的電場強度大小為( )
考向2 微元法可將帶電圓環(huán)、帶電平面等分成許多微元電荷,每個微元電荷可看成點電荷,再利用公式和電場強度疊加原理求出合電場強度。【例2】 如圖所示,均勻帶電圓環(huán)的電荷量為Q,半徑為R,圓心為O,P為垂直于圓環(huán)平面的中心軸上的一點,O、P間距離為l,試求P點的電場強度。
【例3】 (2020·四川成都第二次診斷)如圖所示,邊長為l的正六邊形ABCDEF的5條邊上分別放置5根長度也為l的相同絕緣細棒,每根細棒均勻帶上正電?，F(xiàn)將電荷量為+Q的點電荷置于BC中點,不考慮絕緣棒及點電荷之間的相互影響,此時正六邊形幾何中心O點的電場強度為零。若移走點電荷及AB邊上的細棒,則O點電場強度大小為(k為靜電力常量)( )
考向4 等效法在保證效果相同的條件下,將復雜的電場情景變換為簡單的或熟悉的電場情景。
【例4】 MN為足夠大的不帶電的金屬板,在其右側(cè)距離為d的位置放一個電荷量為+q的點電荷,金屬板右側(cè)空間的電場分布如圖甲所示,P是金屬板表面上與點電荷距離為r的一點。幾位同學想求出P點的電場強度大小,但發(fā)現(xiàn)問題很難,經(jīng)過研究,他們發(fā)現(xiàn)圖甲所示的電場分布與圖乙中虛線右側(cè)的電場分布是一樣的。圖乙是兩等量異種點電荷的電場線分布,其電荷量的大小均為q,它們之間的距離為2d,虛線是兩點電荷連線的中垂線。由此他們分別對甲圖P點的電場強度方向和大小做出以下判斷,其中正確的是( )

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