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(共36張PPT)
第九章 靜電場及其應用
高二物理人教版（2019）必修第三冊
課后習題精講課件
第一節
電荷
課后習題精講
1.在天氣干燥的季節，脫掉外衣后再去摸金屬門把手時，常常會被電一下。這是為什么？
1. 答案 在天氣干燥的時候, 脫掉外衣時, 由于摩擦, 外衣和身體各自帶了等量、異號的電荷, 接著用手去摸金屬門把手時, 身體放電,于是產生電擊的感覺。
課本 P5
2.在圖9.1-3所示的實驗中，導體分開后，A帶上了－1.0×10-8C的電荷。
實驗過程中，是電子由A轉移到B還是由B轉移到A？
A、B得到或失去的電子數各是多少？
2. 答案 A、B是金屬導體,金屬內部可移動的電荷是自由電子。 由于A帶上的是負電荷,所以是電子由A轉移到A得到的電子數為
,與A失去的電子數相等。
3.如圖9.1-5，將帶正電荷Q的導體球C靠近不帶電的導體。若沿虛線1將導體分成A、B兩部分，這兩部分所帶電荷量分別為QA、QB；若沿虛線2將導體分成兩部分，這兩部分所帶電荷量分別為QA′和QB′。
（1）請分別說出以上四個部分電荷量的正負，并簡述理由。
（2）請列出以上四個部分電荷量（絕對值）之間存在的一些等量關系，并簡述理由。
3. 答案 (1) 沿任意一條虛線切開,都有A帶正電,B帶負電。
導體原來不帶電,當帶正電的導體球C靠近時,由于靜電感應,導體中的自由電子向 B部分轉移,使B部分因帶了多余的電子而帶負電, A部分因失去了電子而帶正電。
(2)
根據電荷守恒定律, A部分失去電子的數目和B部分得到電子的數目是相同的, 因此無論從哪一條虛線切開, 兩部分的電荷量總是相等的, 但因為電子在導體上分布不均勻, 越靠近右端負電荷密度越大, 越靠近左端正電荷密度越大, 所以從不同位置切開時左右兩部分所帶電荷量的大小
4.關于電荷，小明有以下認識：
A.電荷量很小的電荷就是元電荷；
B.物體所帶的電荷量可以是任意的。
你認為他的看法正確嗎？請簡述你的理由。
4. 答案 認識A是錯誤的,元電荷是最小的電荷量,不是電荷。 認識 B 也是錯誤的, 物體所帶的電荷量不是任意的, 只能是元電荷的整數倍。
第二節
庫侖定律
課后習題精講
1.有三個完全相同的金屬球，球A帶的電荷量為q，球B和球C均不帶電。現要使球B帶的電荷量為 ，應該怎么操作？
1. 答案 A球與B球接觸,則A球、B球帶電荷量均為 。然后B球與C球接觸, B球、C球帶電荷量均為 。再使A球與B球接觸, A球、B球帶電荷量均為
課本 P10
2.半徑為r的兩個金屬球，其球心相距3r，現使兩球帶上等量的同種電荷Q，兩球之間的靜電力 嗎？說明道理。
2. 答案 兩球之間的靜電力不等于
因為庫侖定律適用于真空中點電荷間靜電力的計算, 兩個半徑為r 的金屬球球心相距3r時,由于兩球距離太近,電荷在兩金屬球上的分布發生變化, 兩球不能視為點電荷, 因而它們之間作用力的大小已不能直接用庫侖定律進行計算, 所以
3.真空中兩個相同的帶等量異種電荷的金屬小球A和B（均可看作點電荷），分別固定在兩處，兩球之間的靜電力為F。現用一個不帶電的同樣的金屬小球C先與A接觸，再與B接觸，然后移開C，此時A、B之間的靜電力變為多少？若再使A、B之間距離增大為原來的2倍，則它們之間的靜電力又為多少？
3. 答案 設A、B帶的電荷量分別為q、-q ,A、B之間距離為r,則 。用C接觸A后, A、C帶的電荷量均為 ,C再接觸B后, B帶的電荷量 ,故此時A、B球間的靜電力 ,在此情況下再使A、B間距離增大為原來的 2 倍,它們間的靜電力
4.在邊長為a的正方形的每個頂點都放置一個電荷量為q的同種點電荷。如果保持它們的位置不變，每個電荷受到其他三個電荷的靜電力的合力是多少？
4. 答案 第四個點電荷所受其余三個點電荷的靜電力如圖所示, 共受三個力的作用,因為 ,所以 所受三個力的大小為 ,根據平行四邊形定則,合力沿正方形的對角線向外,合力的大小是
由于對稱性, 每個電荷受到其他三個電荷的靜電力的合力的大小都相等, 方向都沿對角線向外。
5.兩個分別用長13cm的絕緣細線懸掛于同一點的相同小球（可看作質點），帶有同種等量電荷。由于靜電力F的作用，它們之間的距離為10cm（圖9.2-3）。已測得每個小球的質量是0.6g，求它們所帶的電荷量。g取10m/s2。
5. 答案 對右側小球進行受力分析, 如圖所示。
由勾股定理知, 小球距懸點的豎直距離為
設小球質量為 m ,由相似三角形關系知:
解得
由 得:
第三節
電場 電場強度
課后習題精講
1.關于電場強度，小明有以下認識：
A.若在電場中的P點不放試探電荷，則P點的電場強度為0；
B.點電荷的電場強度公式 表明，點電荷周圍某點電場強度的大小，與該點到場源電荷距離r的二次方成反比，在r減半的位置上，電場強度變為原來的4倍；
C.電場強度公式 表明，電場強度的大小與試探電荷的電荷量q成反比，若q減半，則該處的電場強度變為原來的2倍；
D.勻強電場中電場強度處處相同，所以任何電荷在其中受力都相同。
你認為他的看法正確嗎？請簡述你的理由。
課本 P16
1. 答案 認識A是錯誤的,電場中某點的電場強度是電場本身的性質,既與試探電荷的電荷量q無關,也與試探電荷的有無無關;
認識B是正確的,該公式為點電荷的電場強度的決定式;
認識C是錯誤的,電場強度E的大小與試探電荷的電荷量q無關,若q減半,試探電荷受到的靜電力F也會減半,而 不變;
認識D是錯誤的,勻強電場中電場強度E處處相同,放入其中的電荷量為q的電荷受到的靜電力為 ,所以,在勻強電場中, 電荷的電荷量越大, 受到的力也就越大。
2.把試探電荷q放到電場中的A點，測得它所受的靜電力為F；再把它放到B點，測得它所受的靜電力為nF。A點和B點的電場強度之比 是多少？再把另一個電荷量為nq的試探電荷放到另一點C，測得它所受的靜電力也是F。A點和C點的電場強度之比是多少？
2. 答案
3.場是物理學中的重要概念，除了電場和磁場，還有重力場。地球附近的物體就處在地球產生的重力場中。仿照電場強度的定義，你認為應該怎樣定義重力場強度的大小和方向？
3. 答案 重力場強度的大小等于物體所受到的重力與物體的質量的比值,即 ,單位為牛頓每千克,方向豎直向下。
4.有同學說，電場線一定是帶電粒子在電場中運動的軌跡。這種說法對嗎？試舉例說明。
4. 答案 這種說法是錯誤的。例如,當帶電粒子的初速度 與勻強電場方向不在一條直線上時, 帶電粒子在靜電力作用下做曲線運動, 其軌跡就不是電場線。
5.某一區域的電場線分布如圖9.3-11所示。A、B、C是電場中的三個點。
（1）哪一點的電場強度最強？哪一點的電場強度最弱？
（2）畫出各點電場強度的方向。
（3）把負的點電荷分別放在這三個點，畫出它所受靜電力的方向。
5. 答案 B點電場強度最強, C點電場強度最弱
(2) A、B、C三點電場強度的方向如圖所示
(3) 負點電荷在A、B、C三點所受靜電力的方向如圖所示
6.用一條絕緣輕繩懸掛一個帶正電小球，小球質量為1.0×10-3kg，所帶電荷量為2.0×10-8C。現加水平方向的勻強電場，平衡時絕緣繩與豎直方向夾角為30°（圖9.3-12）。
求勻強電場的電場強度。
6. 答案 小球受重力mg、靜電力F、輕繩的拉力T
的作用而處于平衡狀態, 如圖所示。
所以
7.如圖9.3-13，真空中有兩個點電荷，Q1為4.0×10-8C、Q2為－1.0×10-8C，分別固定在x軸的坐標為0和6cm的位置上。
（1）x軸上哪個位置的電場強度為0？
（2）x軸上哪些位置的電場強度的方向是沿x軸的正方向的？
7. 答案 因為電荷量的大小 ,故在Q1左側的x軸上, Q1產生的電場強度總大于Q2產生的電場強度,合場強方向總是指向x軸負半軸。在x=0和x=6之間,合場強的方向總是沿x軸的正方向。故只有在Q2右側的x軸上的某點處,電場強度才有可能為零。
(1) 設該點與x=0點的距離為x,則
解得 (不合題意,舍去),
(2) 在x軸上 和 的地方,電場強度的方向是沿x軸正方向的。
說明: 在距離坐標原點 和 的位置,電場強度也為零。
第四節
靜電的防止與利用
課后習題精講
1.靜電給人們帶來很多方便，但有時也帶來很多麻煩，甚至造成危害。例如：印刷廠里，紙張之間摩擦帶電，會使紙張吸附在一起，給印刷帶來麻煩；印染廠里染織物上帶靜電，會吸附空氣中的塵埃，使印染質量下降；制藥生產中，由于靜電吸引塵埃，使藥品達不到預定純度。要采取措施防止以上事例中靜電的影響，你會怎么做？
1. 答案 用導線將生產過程中產生的靜電導走, 或使車間保持潮濕, 及時將靜電導走。
課本 P22
2.在一次科學晚會上，一位老師表演了一個“魔術”：如圖9.4-10，一個沒有底的空塑料瓶上固定著一根鐵鋸條和一塊易拉罐（金屬）片，把它們分別跟靜電起電機的兩極相連。在塑料瓶里放一盤點燃的蚊香，很快就看見整個透明塑料瓶里煙霧繚繞。當把起電機一搖，頓時塑料瓶清澈透明，停止搖動，又是煙霧繚繞。起電機搖動時，塑料瓶內哪里電場強度最大？是鋸條附近還是金屬片附近？若鋸條接電源負極，金屬片接正極，這些煙塵最終到哪里去了？
2. 答案 起電機搖動時, 鋸條附近電場強度最大。
空氣被電離后形成的自由電子會附著在煙塵上, 這些被自由電子附著的煙塵最終會到接正極的金屬片上。
3.超高壓帶電作業的工人穿戴的工作服（圖9.4-11），為什么要用包含金屬絲的織物制成？
3. 答案 因為超高壓輸電線周圍存在很強的電場, 帶電作業的工人直接進入這樣的強電場會有生命危險。如果工人穿上包含金屬絲的織物制成的工作服, 這身工作服就像一個金屬網罩, 可以起到靜電屏蔽的作用, 使超高壓輸電線周圍的電場被工作服屏蔽起來,工人就可以安全作業了。
4.在燃氣灶和燃氣熱水器中，常常安裝電子點火器，接通電子線路時產生高電壓，通過高壓放電的電火花來點燃氣體。點火器的放電電極是釘尖形（圖9.4-12）。這是為什么？與此相反，驗電器的金屬桿上端卻固定一個金屬球而不做成針尖狀，這又是為什么？
4. 答案 點火器的放電電極做成釘尖形是利用尖端放電現象, 使在電壓不高的情況下也容易點火。
驗電器的金屬桿上端固定一個金屬球是為了防止出現尖端放電現象, 使驗電器在電壓較高時也不會放電 (漏電)。
5.當我們使用有線話筒擴音時，有些由于周圍環境中的靜電現象或其他原因產生的電信號會通過話筒線混入功率放大器中進行放大，影響擴音的效果。因此，很多優質的話筒線在構造上都采取了防備措施。請觀察圖9.4-13的話筒線，你知道它采用了什么方法防止干擾信號從話筒線上侵入嗎？
5. 答案 使用金屬網狀編織層把話筒線包裹起來, 屏蔽周圍環境的干擾信號。
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