課標(biāo)通用版高考物理總復(fù)習(xí)第七章01第1講電場力的性質(zhì)課件

第1講電場力的性質(zhì)一電荷和電荷守恒定律二庫侖定律三靜電場電場強(qiáng)度基礎(chǔ)過關(guān)四電場線及特點(diǎn)考點(diǎn)一對庫侖定律的理解及應(yīng)用考點(diǎn)二對電場強(qiáng)度的理解及巧解考點(diǎn)三電場線的理解和應(yīng)用考點(diǎn)突破基礎(chǔ)過關(guān)一、電荷和電荷守恒定律(1)點(diǎn)電荷:①

形狀和大小

及電荷分布狀況對研究問題的影響可忽

略不計的帶電體稱為點(diǎn)電荷。(2)電荷守恒定律:電荷既不會創(chuàng)生,也不會消滅,它只能從一個物體②

轉(zhuǎn)移

到另一個物體,或者從物體的一部分③

轉(zhuǎn)移

到另一部分;在轉(zhuǎn)移過程中,電荷的總量保持④

不變

。(3)起電方式:摩擦起電、接觸起電、感應(yīng)起電。二、庫侖定律(1)內(nèi)容:真空中兩個靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力,與它們的⑤

電荷量的乘積

成⑥

正比

,與它們的⑦

距離的二次方

成⑧

反比

,作用力的方向在它們的連線上。(2)公式:⑨

F=k

。式中的k×109

N·m2/C2,叫做靜電力常量。(3)適用條件:真空中的⑩

點(diǎn)電荷

。三、靜電場電場強(qiáng)度1.靜電場:靜電場是客觀存在于電荷周圍的一種

物質(zhì)

,其基本性質(zhì)是對放入其中的電荷有

力的作用

。(1)意義:描述電場強(qiáng)弱和方向。(2)公式a.電場強(qiáng)度的定義式:E=

,F為試探電荷在電場中某點(diǎn)受到的靜電力,q為試探電荷的電荷量。b.真空中點(diǎn)電荷的場強(qiáng):E=

k

,Q為場源電荷的電荷量,r為某點(diǎn)到場源電荷的距離。c.勻強(qiáng)電場的場強(qiáng):E=

。(3)方向:電場強(qiáng)度是

矢量

,規(guī)定電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度的方向與

正電荷

在該點(diǎn)所受靜電力的方向相同。(4)單位符號:N/C或V/m。四、電場線及特點(diǎn)1.電場線:電場線是畫在電場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)的電場強(qiáng)度方向。(1)電場線從

正電荷

或無限遠(yuǎn)出發(fā),終止于無限遠(yuǎn)或

負(fù)電荷

。(2)電場線在電場中不

相交

,不相切。(3)在同一電場里,電場線越密的地方場強(qiáng)越

大

。(4)電場線上某點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的場強(qiáng)方向。(5)沿電場線方向

電勢降低

。(6)電場線和等勢面互相垂直。1.判斷下列說法對錯。(1)任何帶電體所帶的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍。

(√)(2)根據(jù)F=k

,當(dāng)r→0時,F→∞。

(?)(3)電場強(qiáng)度反映了電場力的性質(zhì),所以電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度與試探

電荷在該點(diǎn)所受的電場力成正比。

(?)

(4)電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向即正電荷在該點(diǎn)所受的電場力的方向。

(

√

)(5)在點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場中,以點(diǎn)電荷為球心的同一球面上各點(diǎn)的電場強(qiáng)度都相同。

(?)(6)電場線的方向即帶電粒子的運(yùn)動方向。

(?)

2.如圖所示,半徑相同的兩個金屬小球A、B帶有電荷量大小相等的電

荷,相隔一定的距離,兩球之間的相互吸引力大小為F。今用第三個半徑

相同的不帶電的金屬小球C先后與A、B兩個球接觸后移開,這時,A、B

兩個球之間的相互作用力大小是

(A)

A.

F

B.

F

C.

F

D.

F

3.對于由點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場,下列說法正確的是

(B)A.電場強(qiáng)度的定義式仍成立,即E=

,式中的Q就是產(chǎn)生電場的點(diǎn)電荷的電荷量B.在真空中,電場強(qiáng)度的表達(dá)式為E=

,式中Q就是產(chǎn)生電場的點(diǎn)電荷的電荷量C.在真空中,電場強(qiáng)度的表達(dá)式E=

,式中q是試探電荷的電荷量D.在點(diǎn)電荷的電場中某點(diǎn),分別放置電荷量不同的正、負(fù)試探電荷,電場力大小、方向均不同,則電場強(qiáng)度也不同

4.如圖所示為真空中兩點(diǎn)電荷A、B形成的電場中的一簇電場線,已知該

電場線關(guān)于虛線對稱,O點(diǎn)為A、B電荷連線的中點(diǎn),a、b為其連線的中

垂線上對稱的兩點(diǎn),則下列說法正確的是

(D)A.A、B可能帶等量異號的正、負(fù)電荷B.A、B可能帶不等量的正電荷C.a、b兩點(diǎn)處無電場線,故其電場強(qiáng)度可能為零a、b兩點(diǎn)處所受電場力大小相等,方向一定相反

考點(diǎn)一對庫侖定律的理解及應(yīng)用考點(diǎn)突破(1)F=k

,r指兩點(diǎn)電荷間的距離。對可視為點(diǎn)電荷的兩個均勻帶電球,r為兩球的球心間距。(2)當(dāng)兩個電荷間的距離r→0時,電荷不能視為點(diǎn)電荷,它們之間的靜電

力不能認(rèn)為趨于無限大。涉及庫侖力的平衡問題與純力學(xué)平衡問題的分析方法一樣,受力分析是

基礎(chǔ),應(yīng)用平衡條件是關(guān)鍵,都可以通過解析法、圖示法或兩種方法相

結(jié)合解決問題,但要注意庫侖力的大小隨著電荷間距變化的特點(diǎn)。具體

步驟如下:

3.“三個自由點(diǎn)電荷平衡”的問題(1)平衡的條件:每個點(diǎn)電荷受到的另外兩個點(diǎn)電荷的合力為零或每個

點(diǎn)電荷處于另外兩個點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場中合電場強(qiáng)度為零的位置。(2)平衡規(guī)律

1.三個相同的金屬小球1、2、3分別置于絕緣支架上,各球之間的距離遠(yuǎn)大于小球的直徑。球1的帶電荷量為q,球2的帶電荷量為nq,球3不帶電且離球1和球2很遠(yuǎn),此時球1、2之間作用力的大小為F?，F(xiàn)使球3先與球2接觸,再與球1接觸,然后將球3移至遠(yuǎn)處,此時球1、2之間作用力的大小仍為F,方向不變。由此可知

(D)A.n=3

B.n=4

C.n=5

D.n=6

解析由于各球之間的距離遠(yuǎn)大于小球的直徑,小球帶電時可視為

點(diǎn)電荷。由庫侖定律F=k

知兩點(diǎn)電荷間距離不變時,相互間靜電力大小與兩球所帶電荷量的乘積成正比。又由于三個小球相同,則兩球接

觸時平分總電荷量,由于1、2之間的作用力不變,故有q×nq=

×

,解得n=6,D項(xiàng)正確。2.如圖所示,在一條直線上有兩個相距0.4m的點(diǎn)電荷A、B,A帶電荷量+Q,B帶電荷量-9Q?，F(xiàn)引入第三個點(diǎn)電荷C,恰好使三個點(diǎn)電荷均在電場力的作用下處于平衡狀態(tài),則C的帶電性質(zhì)及位置應(yīng)為

(C)A.正電荷,B的右邊0.4m處B.正電荷,B的左邊0.2m處C.負(fù)電荷,A的左邊0.2m處D.負(fù)電荷,A的右邊0.2m處

解析要使三個點(diǎn)電荷均處于平衡狀態(tài),必須滿足“兩同夾異”

“兩大夾小”的原則,所以選項(xiàng)C正確。3.(2018課標(biāo)Ⅰ,16,6分)如圖,三個固定的帶電小球a、b和c,相互間的距離分別為ab=5cm,bc=3cm,ca=4cm。小球c所受庫侖力的合力的方向平行于a、b的連線。設(shè)小球a、b所帶電荷量的比值的絕對值為k,則

(D)

A.a、b的電荷同號,k=

B.a、b的電荷異號,k=

C.a、b的電荷同號,k=

D.a、b的電荷異號,k=

解析本題考查庫侖定律及矢量合成。若a、b的電荷同號,則c所

受庫侖力的合力指向2或4區(qū)域;若a、b的電荷異號,則c所受庫侖力的合

力指向1或3區(qū)域;故只有a、b的電荷異號,合力方向才能與a、b連線平

行。設(shè)a帶正電荷,b、c帶負(fù)電荷,c受力如圖,tanβ=tanα=

,

=tanβ,由庫侖定律得

=

,聯(lián)立得k=

=

。故A、B、C三項(xiàng)均錯誤,D項(xiàng)正確?？键c(diǎn)二對電場強(qiáng)度的理解及巧解矢量性電場強(qiáng)度E是表示電場力的性質(zhì)的一個物理量。規(guī)定正電荷受力方向?yàn)樵擖c(diǎn)場強(qiáng)的方向唯一性電場中某一點(diǎn)的電場強(qiáng)度E是唯一的,它的大小和方向與放入該點(diǎn)的電荷q無關(guān),它決定于形成電場的電荷(場源電荷)及空間位置疊加性如果有幾個靜止電荷在空間同時產(chǎn)生電場,那么空間某點(diǎn)的場強(qiáng)是各場源電荷單獨(dú)存在時在該點(diǎn)所產(chǎn)生的場強(qiáng)的矢量和表達(dá)式E=

E=k

E=

意義電場強(qiáng)度的定義式真空中點(diǎn)電荷電場強(qiáng)度的決定式勻強(qiáng)電場中E的計算式適用條件一切電場(1)真空中;(2)點(diǎn)電荷勻強(qiáng)電場決定因素由電場本身決定,與q無關(guān)由場源電荷的電荷量Q和場源電荷到該點(diǎn)的距離r共同決定由電場本身決定,d為沿電場方向的距離相同點(diǎn)矢量,遵循平行四邊形定則單位符號:1N/C=1V/m

考向1點(diǎn)電荷電場中場強(qiáng)的計算1.靜電場可以用電場線和等勢面形象描述。Q的場強(qiáng)表達(dá)式;b.點(diǎn)電荷的電場線和等勢面分布如圖所示,等勢面S1、S2到點(diǎn)電荷的距離分別為r1、r2。我們知道,電場線的疏密反映了空間區(qū)域電場強(qiáng)度的大小。請計算S1、S2上單位面積通過的電場線條數(shù)之比N1/N2。答案

a.見解析

b.

解析Q為r的位置放一電荷量為q的試探電荷。根據(jù)庫侖定律試探電荷受到的電場力F=k

根據(jù)電場強(qiáng)度的定義E=

得E=k

=

=

考向2補(bǔ)償法2.(2019河北石家莊質(zhì)檢)均勻帶電球殼在球外空間產(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(diǎn)與球心O的軸線,在軸線上有M、N兩點(diǎn),OM=ON=2R。已知M點(diǎn)的場強(qiáng)大小為E,則N點(diǎn)的場強(qiáng)大小為

(A)

A.

-E

B.

C.

-E

D.

+E

解析左半球面AB上的正電荷產(chǎn)生的電場等效為電荷均勻分布的

帶正電荷量為2q的整個球面的電場和帶電荷量為-q的右半球面的電場

的合電場,則M點(diǎn)的場強(qiáng)E=

-E',E'為帶電荷量為-q的右半球面在M點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)大小。帶電荷量為-q的右半球面在M點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)大小

與帶正電荷量為q的左半球面AB在N點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)大小相等,則EN=E'=

-E=

-E,則A項(xiàng)正確?？枷?對稱法3.下列選項(xiàng)中的各

圓環(huán)大小相同,所帶電荷量已在圖中標(biāo)出,且電荷均勻分布,各

圓環(huán)間彼此絕緣。坐標(biāo)原點(diǎn)O處電場強(qiáng)度最大的是

(B)

解析將圓環(huán)分割成微元,根據(jù)對稱性和矢量疊加可知,D圖中O點(diǎn)

的場強(qiáng)為零,C圖中的場強(qiáng)等效為第二象限內(nèi)

圓環(huán)在O點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng),大小與A圖中

圓環(huán)在O點(diǎn)處產(chǎn)生的場強(qiáng)相等,B圖中關(guān)于y軸對稱的兩

圓環(huán)在O點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)大小相等,方向互相垂直,合場強(qiáng)是其中一個的

倍,也是A、C圖中O點(diǎn)處場強(qiáng)的

倍,故選B?？枷?等效法4.(2019山東濟(jì)南期中)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(diǎn)電荷O,金屬板右側(cè)空間的電場分

布如圖甲所示,P點(diǎn)是金屬板表面上與點(diǎn)電荷O距離為r的一點(diǎn)。幾位同

學(xué)想求出P點(diǎn)的電場強(qiáng)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。圖乙中是

兩等量異種點(diǎn)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(diǎn)電荷連線的中垂線。由此他們分別對甲圖P點(diǎn)的電

場強(qiáng)度方向和大小做出以下判斷,其中正確的是

()

P點(diǎn)和點(diǎn)電荷的連線向左,大小為

P點(diǎn)和點(diǎn)電荷的連線向左,大小為

C.方向垂直于金屬板向左,大小為

D.方向垂直于金屬板向左,大小為

答案

C

解析據(jù)題意,從乙圖可以看出,P點(diǎn)處的電場方向?yàn)樗较蜃?由圖

乙可知,帶等量異種電荷的、電荷量大小為q的點(diǎn)電荷在P點(diǎn)電場的疊

加情況,其場強(qiáng)大小為E=2k

cosθ=2k

·

=2k

,故選項(xiàng)C正確。考向5微元法5.如圖所示,均勻帶電圓環(huán)所帶電荷量為Q,半徑為R,圓心為O,P為

垂直于圓環(huán)平面中心軸上的一點(diǎn),OP=L,試求P點(diǎn)的場強(qiáng)大小。

答案

k

求解電場強(qiáng)度的一些特殊方法(1)等效法:在保證效果相同的前提條件下,將復(fù)雜的物理情境變換為簡單或熟悉的情境。(2)對稱法:利用空間上對稱分布的電荷形成的電場具有對稱性的特點(diǎn),將復(fù)雜的電場疊加計算簡化。(3)補(bǔ)償法:將有缺口的帶電圓環(huán)補(bǔ)全為圓環(huán),或?qū)肭蛎嫜a(bǔ)全為球面,從而化難為易。(4)微元法:將研究對象分割成若干微小的單元,或從研究對象上選取某一“微元”加以分析,從而可以化曲為直,使變量、難以確定的量轉(zhuǎn)化為常量、容易確定的量。(5)極值法:物理學(xué)中的極值問題可分為物理型和數(shù)學(xué)型兩類。物理型主要依據(jù)物理概念、定理、定律求解。數(shù)學(xué)型則是根據(jù)物理規(guī)律列出方程后,依據(jù)數(shù)學(xué)中求極值的知識求解。方法技巧考點(diǎn)三電場線的理解和應(yīng)用比較項(xiàng)目等量異種點(diǎn)電荷等量同種點(diǎn)電荷電場線分布圖

兩電荷連線中點(diǎn)O處的場強(qiáng)在兩電荷連線上,O點(diǎn)場強(qiáng)最小,指向負(fù)電荷一方O點(diǎn)處場強(qiáng)為零兩電荷連線上的場強(qiáng)大小(從左到右)沿連線先變小,再變大沿連線先變小,再變大沿兩電荷連線中垂線由O點(diǎn)向外場強(qiáng)大小O點(diǎn)最大,向外逐漸減小O點(diǎn)最小,向外先變大后變小關(guān)于O點(diǎn)對稱的A與A'、B與B'處的場強(qiáng)等大同向等大反向1.(2016課標(biāo)Ⅱ,15,6分)如圖,P是固定的點(diǎn)電荷,虛線是以P為圓心的兩個圓。帶電粒子Q在P的電場中運(yùn)動,運(yùn)動軌跡與兩圓在同一平面內(nèi),a、b、c為軌跡上的三個點(diǎn)。若Q僅受P的電場力作用,其在a、b、c點(diǎn)的加速度大小分別為aa、ab、ac,速度大小分別為va、vb、vc。則

(D)A.aa>ab>ac,va>vc>vbB.aa>ab>ac,vb>vc>vaC.ab>ac>aa,vb>vc>vaD.ab>ac>aa,va>vc>vb

解析帶電粒子在電場中僅受電場力作用,由牛頓第二定律知加速

度a=

=

,E=k

,因?yàn)閞b<rc<ra,所以ab>ac>aa;由動能定理有Wab=qQUab=

m

-

m

Wbc=qQUbc=

m

-

m

因?yàn)閃ab<0,所以va>vb因?yàn)閃bc>0,所以vc>vb因?yàn)閨Uab|>|Ubc|,所以va>vc故有va>vc>vb,D項(xiàng)正確。2.如圖所示,在真空中有兩個固定的等量異種點(diǎn)電荷+Q和-Q。直線MN是兩點(diǎn)電荷連線的中垂線,O點(diǎn)是兩點(diǎn)電荷連線與直線MN的交點(diǎn)。a、b是兩點(diǎn)電荷連線上關(guān)于O點(diǎn)對稱的點(diǎn),c、d是直線MN上關(guān)于O點(diǎn)對稱的兩個點(diǎn)。下列說法中正確的是

()

A.a點(diǎn)的場強(qiáng)大于b點(diǎn)的場強(qiáng);將一試探電荷沿MN由c移動到d,所受電場

力先增大后減小B.a點(diǎn)的場強(qiáng)小于b點(diǎn)的場強(qiáng);將一試探電荷沿MN由c移動到d,所受電場

力先減小后增大C.a點(diǎn)的場強(qiáng)等于b點(diǎn)的場強(qiáng);將一試探電荷沿MN由c移動到d,所受電場

力先增大后減小D.a點(diǎn)的場強(qiáng)等于b點(diǎn)的場強(qiáng);將一試探電荷沿MN由c移動到d,所受電場

力先減小后增大答案

C解析在兩點(diǎn)電荷的連線上,由場強(qiáng)的疊加原理可知,中點(diǎn)O處的場強(qiáng)最小,從O點(diǎn)到a點(diǎn)或b點(diǎn),場強(qiáng)逐漸增大,由于a、b是兩點(diǎn)電荷連線上關(guān)于O點(diǎn)對稱的點(diǎn),故場強(qiáng)相等,選項(xiàng)A、B錯誤;在兩點(diǎn)電荷連線的中垂線上,O點(diǎn)處的場強(qiáng)最大,由O點(diǎn)到c點(diǎn)或d點(diǎn),場強(qiáng)逐漸減小,所以沿MN從c點(diǎn)到d點(diǎn)場強(qiáng)先增大后減小,因此試探電荷所受電場力先增大后減小,C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯誤。靜電場中的平衡和加速問題例如圖所示,長l=1m的輕質(zhì)細(xì)繩上端固定,下端連接一個可視為質(zhì)點(diǎn)

的帶電小球,小球靜止在水平向右的勻強(qiáng)電場中,繩與豎直方向的夾角θ

=37°。已知小球所帶電荷量q×10-6C,勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)E×103N/C,取重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。求:

熱點(diǎn)題型探究(1)小球所受電場力F的大小。(2)小球的質(zhì)量m。(3)將電場撤去,小球回到最低點(diǎn)時速度v的大小。答案×10-3×10-4kg(3)2.0m/s解析(1)F=qE×10-3N(2)由

=tan37°,得m×10-4kg(3)由mgl(1-cos37°)=

mv2,得v=

=2.0m/s

1.(多選)如圖所示,把A、