靜電場(chǎng)及其應(yīng)用（必修三第九章，總結(jié)筆記）
1.電荷；2.庫(kù)倫定律；3.電場(chǎng)、電場(chǎng)強(qiáng)度；4.靜電的防止與利用
1.電荷
（1）電荷(electric charge)
自然界中有兩種電荷：正電荷(positive charge)和負(fù)電荷(negative charge)。毛皮摩擦過(guò)的玻璃棒帶負(fù)電；絲綢摩擦過(guò)的橡膠棒帶正電。
電荷量(electric quantity)：電荷的多少，用Q或q表示，國(guó)際單位制中的單位是庫(kù)侖，符號(hào)C。
自由電子(free electron)：脫離原子核舒束縛在金屬中自由運(yùn)動(dòng)的電子。
（2）起電方式
①摩擦起電：當(dāng)兩種物質(zhì)組成的物體互相摩擦?xí)r，一些受束縛較弱的電子會(huì)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上，原來(lái)電中性的物體由于得到電子而帶負(fù)電，失去電子的物體則帶正電。
②感應(yīng)起電：當(dāng)一個(gè)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)，由于電荷間相互吸引或排斥，導(dǎo)體中的自由電荷便會(huì)趨向或遠(yuǎn)離帶電體，使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異種電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端帶同種電荷，這種現(xiàn)象叫作靜電感應(yīng)。利用靜電感應(yīng)使金屬導(dǎo)體帶電的過(guò)程叫作感應(yīng)起電。
③接觸起電：當(dāng)一個(gè)帶電體接觸導(dǎo)體時(shí)，在電荷間相互作用下，電子從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體導(dǎo)體帶上與帶電體同種的電荷。
注意：無(wú)論哪種起電方式，發(fā)生轉(zhuǎn)移的都是電子，正電荷不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移。
【接觸起電時(shí)電荷量的分配規(guī)律】
①導(dǎo)體接觸帶電時(shí)電荷量的分配與導(dǎo)體的形狀、大小有關(guān)。
②當(dāng)兩個(gè)完全相同的金屬球接觸后，電荷將平均分配。若兩個(gè)球最初帶同種電荷，接觸后電荷量相加后均分；若兩個(gè)球最初帶異種電荷，則接觸后電荷先中和再均分。
（3）靜電感應(yīng)現(xiàn)象和元電荷
電荷守恒定律：電荷既不會(huì)創(chuàng)生，也不會(huì)消滅，它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分；在轉(zhuǎn)移過(guò)程中，電荷的總量保持不變。
電荷守恒定律的另一表述是：一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和保持不變。
元電荷：最小的電荷量叫作元電荷，用e表示．所有帶電體的電荷量或者等于e ，或者是e的整數(shù)倍。元電荷e的數(shù)值最早是由美國(guó)物理學(xué)家密立根(油滴實(shí)驗(yàn))測(cè)得的，在我們的計(jì)算中，可取。
比荷(荷質(zhì)比)：帶電粒子的電荷量與質(zhì)量的比值。
（4）驗(yàn)電器的原理和使用
驗(yàn)電器原理：同種電荷相互吸引。
①帶電體接觸驗(yàn)電器：當(dāng)帶電的物體與驗(yàn)電器上面的金屬球接觸時(shí)，有一部分電荷轉(zhuǎn)移到驗(yàn)電器上，與金屬球相連的兩個(gè)金屬箔片帶上同種電荷，因相互排斥而張開。如圖1甲。
②帶電體靠近驗(yàn)電器：當(dāng)帶電體靠近驗(yàn)電器的金屬球時(shí)，帶電體會(huì)使驗(yàn)電器的金屬球感應(yīng)出異種電荷，而金屬箔片上會(huì)感應(yīng)出同種電荷(感應(yīng)起電)，兩箔片在斥力作用下張開，如圖1乙。
2.庫(kù)倫定律
（1）電荷之間的作用力
【探究影響電荷之間相互作用力的因素】
①小球帶電荷量一定時(shí)，距離帶電物體越遠(yuǎn)，絲線偏離豎直方向的角度越小。
②小球處于同一位置時(shí)，小球所帶的電荷量越大，絲線偏離豎直方向的角度越大。
結(jié)論：電荷之間的作用力隨著電荷量的增大而增大，隨著距離的增大而減小。
（2）庫(kù)侖定律(Coulomb's law)
點(diǎn)電荷：當(dāng)帶電體之間的距離比它們自身的大小大得多，以致帶電體的形狀、大小及電荷分布狀況對(duì)它們之間的作用力的影響可以忽略時(shí)，帶電體可以看作帶電的點(diǎn)，叫作點(diǎn)電荷。
點(diǎn)電荷是只有電荷量，沒有大小、形狀的理想化模型，類似于力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)，實(shí)際中并不存在。帶電體能否看成點(diǎn)電荷視具體問(wèn)題而定．如果帶電體的大小比帶電體間的距離小得多，則帶電體的大小及形狀就可以忽略，此時(shí)帶電體就可以看成點(diǎn)電荷。
庫(kù)侖定律內(nèi)容：真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)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。這種電荷之間的相互作用力叫作靜電力(electrostatic force)。
公式：，其中
，稱為靜電力常量。
用公式計(jì)算靜電力時(shí)，不必將表示電荷、
的帶電性質(zhì)的正、負(fù)號(hào)代入公式中，只將其電荷量的絕對(duì)值代入即可；力的方向可根據(jù)同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引加以判別。
若要將電荷、
的帶電性質(zhì)的正、負(fù)號(hào)代入公式中，則最后結(jié)果若為負(fù)則為吸引力，為正值則為排斥力。
適用條件：適用于真空中靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用，一般沒有特殊說(shuō)明的情況下，都可按真空來(lái)處理。當(dāng)時(shí)，電荷不能再看成點(diǎn)電荷，庫(kù)侖定律不再適用；兩個(gè)規(guī)則的帶電球體相距比較近時(shí)，電荷的分布會(huì)發(fā)生改變，庫(kù)侖定律不再適用。
兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的靜電力遵守牛頓第三定律，但不能認(rèn)為電荷量大的電荷對(duì)電荷量小的電荷作用力大。
對(duì)于三個(gè)或三個(gè)以上的點(diǎn)電荷，其中每一個(gè)點(diǎn)電荷所受的靜電力，等于其余所有點(diǎn)電荷單獨(dú)對(duì)它作用產(chǎn)生的靜電力的矢量和。電荷間的單獨(dú)作用符合庫(kù)侖定律，求各靜電力的矢量和時(shí)應(yīng)用平行四邊形定則。
（3）庫(kù)侖的扭秤實(shí)驗(yàn)
庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)是通過(guò)懸絲扭轉(zhuǎn)的角度比較靜電力F大小的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)靜電力F與距離r的二次方成反比。
庫(kù)侖在實(shí)驗(yàn)中為研究F與q的關(guān)系，采用的是用兩個(gè)完全相同的金屬小球接觸，電荷量平分的方法，發(fā)現(xiàn)F與和
的乘積成正比。
3.電場(chǎng)、電場(chǎng)強(qiáng)度
（1）電場(chǎng)
電場(chǎng)：存在于電荷周圍的一種特殊物質(zhì)，電荷之間的相互作用是通過(guò)電場(chǎng)產(chǎn)生的。電場(chǎng)像分子、原子等實(shí)物粒子一樣具有能量，電場(chǎng)是物質(zhì)存在的一種形式。
（2）電場(chǎng)強(qiáng)度
定義：放入電場(chǎng)中某點(diǎn)的試探電荷所受的靜電力跟它的電荷量的比值，叫作該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度。
定義式：，
是試探電荷的電荷量。
單位：牛每庫(kù)侖；符號(hào)：N/C
方向：電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量，電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向與正電荷在該點(diǎn)所受的靜電力的方向相同，與負(fù)電荷在該點(diǎn)所受靜電力的方向相反。
注意：①電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向都是由電場(chǎng)本身所決定的，與試探電荷無(wú)關(guān)；②公式可變形為
，正電荷所受靜電力方向與電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同，負(fù)電荷所受靜電力方向與電場(chǎng)強(qiáng)度方向相反。
（3）點(diǎn)電荷的電場(chǎng)、電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加
【真空中點(diǎn)電荷的電場(chǎng)】
場(chǎng)強(qiáng)公式：，其中k是靜電力常量，
是場(chǎng)源電荷的電荷量，
是點(diǎn)電荷到電場(chǎng)中該點(diǎn)的距離。
方向：如果以Q為中心作一個(gè)球面，當(dāng)Q為正電荷時(shí)，E的方向沿半徑向外；當(dāng)Q為負(fù)電荷時(shí)，E的方向沿半徑向內(nèi)。
【電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加】
場(chǎng)強(qiáng)是矢量，如果場(chǎng)源是多個(gè)點(diǎn)電荷時(shí)，合成時(shí)遵循矢量運(yùn)算法則(平行四邊形定則或三角形定則)，電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和；對(duì)于同一直線上電場(chǎng)強(qiáng)度的合成，可先規(guī)定正方向，進(jìn)而把矢量運(yùn)算轉(zhuǎn)化成代數(shù)運(yùn)算。
（4）電場(chǎng)線、勻強(qiáng)電場(chǎng)
【電場(chǎng)線】
概念：電場(chǎng)線是畫在電場(chǎng)中的一條條有方向的曲線，曲線上每點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向。電場(chǎng)線是為了形象地描述電場(chǎng)而假想的線，實(shí)際上是不存在的。
特點(diǎn)：①電場(chǎng)線從正電荷或無(wú)限遠(yuǎn)出發(fā)，終止于無(wú)限遠(yuǎn)或負(fù)電荷；②電場(chǎng)線在電場(chǎng)中不相交；③在同一電場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度較大的地方電場(chǎng)線較密，電場(chǎng)強(qiáng)度較小的地方電場(chǎng)線較疏。
【勻強(qiáng)電場(chǎng)】
概念：如果電場(chǎng)中各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小相等、方向相同，這個(gè)電場(chǎng)就叫作勻強(qiáng)電場(chǎng)。相距很近、帶有等量異種電荷的一對(duì)平行金屬板之間的電場(chǎng)(邊緣除外)，可以看作勻強(qiáng)電場(chǎng)。
特點(diǎn)：①電場(chǎng)方向處處相同，電場(chǎng)線是平行直線；場(chǎng)強(qiáng)大小處處相等，電場(chǎng)線疏密程度相等。
（5）兩種電場(chǎng)強(qiáng)度公式的比較
（1）靜電平衡
靜電平衡：導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動(dòng)的狀態(tài)。處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度處處為0。
處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零的本質(zhì)是外電場(chǎng)和感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)E'的合場(chǎng)強(qiáng)為0，即
。
靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體上的電荷分布規(guī)律
①凈電荷只分布在導(dǎo)體外表面，內(nèi)部沒有凈電荷。
②感應(yīng)電荷分布于導(dǎo)體兩端，電性相反，電荷量相等，近異遠(yuǎn)同，如圖4甲所示。
③凈電荷在導(dǎo)體外表面的分布不均勻，一般越尖銳的地方電荷的分布越密集，如圖4乙所示。
（2）尖端放電
空氣的電離：導(dǎo)體尖端電荷密度很大，附近的電場(chǎng)很強(qiáng)，強(qiáng)電場(chǎng)作用下的帶電粒子劇烈運(yùn)動(dòng)，并與空氣分子碰撞從而使空氣分子中的正負(fù)電荷分離的現(xiàn)象。
尖端放電：與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子，由于被吸引，而與尖端上電荷中和，相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷的現(xiàn)象。
【尖端放電的應(yīng)用與防止】
應(yīng)用：避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施。
防止：高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面盡量光滑會(huì)減少電能的損失。
（3）靜電屏蔽
靜電平衡時(shí)，空腔導(dǎo)體內(nèi)表面沒有電荷，導(dǎo)體殼內(nèi)空腔里的電場(chǎng)強(qiáng)度為0。外電場(chǎng)對(duì)殼(網(wǎng))內(nèi)的儀器不會(huì)產(chǎn)生影響的作用叫作靜電屏蔽。
靜電屏蔽實(shí)質(zhì)是利用了靜電感應(yīng)現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)感應(yīng)電荷的電場(chǎng)和外加電場(chǎng)矢量和為零，像是金屬殼將外電場(chǎng)“擋”在外面，即所謂的屏蔽作用，其實(shí)是殼內(nèi)兩種電場(chǎng)并存，矢量和為零。
【靜電屏蔽的兩種情況】
（4）靜電吸附
靜電吸附：在電場(chǎng)中，帶電粒子在靜電力作用下，向著電極運(yùn)動(dòng)，最后被吸附在電極上的現(xiàn)象。
靜電除塵：當(dāng)空氣中的塵埃帶電時(shí)，在靜電力作用下，塵埃到達(dá)電極而被收集起來(lái)的過(guò)程。
靜電噴漆：接負(fù)高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負(fù)電，在靜電力作用下，向作為正極的工件運(yùn)動(dòng)，并沉積在工件表面。
靜電復(fù)?。簭?fù)印機(jī)應(yīng)用了靜電吸附的原理，復(fù)印機(jī)的有機(jī)光導(dǎo)體鼓表面涂覆有機(jī)光導(dǎo)體(OPC)，無(wú)光照時(shí)，OPC是絕緣體，受光照時(shí)變成導(dǎo)體。
本章思維導(dǎo)圖
