物理課件：靜電場(chǎng) 素養(yǎng)整合提升

第一章靜電場(chǎng)素養(yǎng)整合提升

1素養(yǎng)脈絡(luò)構(gòu)建2核心素養(yǎng)提升3觸及高考演練素養(yǎng)脈絡(luò)構(gòu)建靜電場(chǎng)

靜電場(chǎng)

靜電場(chǎng)

核心素養(yǎng)提升2．對(duì)電場(chǎng)和電場(chǎng)線的理解(1)電場(chǎng)是客觀存在的物質(zhì)，電場(chǎng)線是為了形象描述電場(chǎng)而引入的假想曲線。(2)電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小和方向是唯一的，其大小只由電場(chǎng)本身的特性決定，故不能認(rèn)為E與F成正比、與q成反比。(3)電場(chǎng)線不是電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)電場(chǎng)線的方向能確定電荷的受力方向和加速度方向，不能確定電荷的速度方向和運(yùn)動(dòng)軌跡。(4)只根據(jù)一條電場(chǎng)線無(wú)法判斷電場(chǎng)強(qiáng)弱和場(chǎng)源情況。

如圖所示為一個(gè)水平的勻強(qiáng)電場(chǎng)，在電場(chǎng)內(nèi)某水平面上作一個(gè)半徑為10cm的圓，在圓周上取如圖所示的A、B、C三點(diǎn)，已知A、B兩點(diǎn)間電勢(shì)差為1350V。典例1(1)求勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小。(2)若在圓心O處放置電荷量為10－8C的正點(diǎn)電荷，求C點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)答案：(1)9000V/m

(2)1.27×104N/C，方向與水平方向成45°角斜向右上二、電場(chǎng)的能的性質(zhì)的描述1．電勢(shì)的高低和電勢(shì)能大小、正負(fù)的判定方法(1)根據(jù)場(chǎng)源電荷判斷離場(chǎng)源正電荷越近，電勢(shì)越高，正檢驗(yàn)電荷的電勢(shì)能(為正值)越大，負(fù)檢驗(yàn)電荷的電勢(shì)能(為負(fù)值)越小。離場(chǎng)源負(fù)電荷越近，電勢(shì)越低，正檢驗(yàn)電荷的電勢(shì)能(為負(fù)值)越小，負(fù)檢驗(yàn)電荷的電勢(shì)能(為正值)越大。(2)根據(jù)電場(chǎng)線判斷順著電場(chǎng)線的方向，電勢(shì)逐漸降低，檢驗(yàn)正電荷(或負(fù)電荷)的電勢(shì)能逐漸減小(增加)。逆著電場(chǎng)線的方向，電勢(shì)逐漸升高，檢驗(yàn)正電荷(或負(fù)電荷)的電勢(shì)能逐漸增加(減小)。(3)根據(jù)電場(chǎng)力做功判定電場(chǎng)力對(duì)正電荷做正功時(shí)，正電荷由高電勢(shì)(電勢(shì)能大)的點(diǎn)移向低電勢(shì)(電勢(shì)能小)的點(diǎn)。電場(chǎng)力對(duì)負(fù)電荷做正功時(shí)，負(fù)電荷由低電勢(shì)(電勢(shì)能大)的點(diǎn)移向高電勢(shì)(電勢(shì)能小)的點(diǎn)。[特別提醒]場(chǎng)強(qiáng)為零的點(diǎn)，電勢(shì)、電勢(shì)能不一定為零；電勢(shì)為零的點(diǎn)，場(chǎng)強(qiáng)不一定為零，電勢(shì)能一定為零；電勢(shì)能為零的點(diǎn)，場(chǎng)強(qiáng)不一定為零，電勢(shì)一定為零。

(多選)(2019·黑龍江省雙鴨山市第一中學(xué)高二上學(xué)期期末)一帶正電的粒子僅在電場(chǎng)力作用下從A點(diǎn)經(jīng)B、C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)，其v－t圖象如圖所示，則下列說(shuō)法中正確的是

(

)A．A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度一定大于B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度B．粒子在A點(diǎn)的電勢(shì)能一定大于在B點(diǎn)的電勢(shì)能C．CD間各點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)都為零D．AB兩點(diǎn)間的電勢(shì)差大于CB兩點(diǎn)間的電勢(shì)差A(yù)B

典例2解析：由運(yùn)動(dòng)的速度—時(shí)間圖象可看出，帶正電的粒子的加速度在A點(diǎn)時(shí)較大，由牛頓第二定律得知在A點(diǎn)的電場(chǎng)力大，故A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度一定大于B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，故A正確；由A到B的過(guò)程中，速度變大，說(shuō)明是電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，由功能關(guān)系可知，此過(guò)程中電勢(shì)能減少，正電荷在A點(diǎn)時(shí)電勢(shì)能大于在B點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能，故B正確。從C到D，粒子速度一直不變，故電場(chǎng)力做功為零，可知CD間各點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度為零，但電勢(shì)不一定為零，故C錯(cuò)誤；A、C兩點(diǎn)的速度相等，故粒子的動(dòng)能相同，因此從A到B和從B到C電場(chǎng)力做功的絕對(duì)值相同，AB兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于CB兩點(diǎn)間的電勢(shì)差，故D錯(cuò)誤。三、用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)解決帶電體在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1．帶電的物體在電場(chǎng)中受到電場(chǎng)力作用，還可能受到其他力的作用，如重力、彈力、摩擦力等，在諸多力的作用下物體可能處于平衡狀態(tài)，靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)；物體也可能所受合力不為零，做勻變速運(yùn)動(dòng)或變加速運(yùn)動(dòng)。2．處理這類問(wèn)題，就像處理力學(xué)問(wèn)題一樣，首先對(duì)物體進(jìn)行受力分析(包括電場(chǎng)力)，再明確其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，最后根據(jù)所受的合力和所處的狀態(tài)選擇相應(yīng)的規(guī)律解題。3．相關(guān)規(guī)律：力的平衡條件，即F合＝0或Fx＝0，F(xiàn)y＝0。牛頓第二定律F合＝ma或Fx＝max，F(xiàn)y＝may，運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，如勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度公式、位移公式等，平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)、圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)等。典例3(1)求粒子穿過(guò)界面MN時(shí)偏離中心線OR的距離多遠(yuǎn)？(2)試在圖上粗略畫(huà)出粒子運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程軌跡并指出各段運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。(3)確定點(diǎn)電荷Q的電性并求其電量的大小。(2)第一段是類平拋運(yùn)動(dòng)，第二段是勻速直線運(yùn)動(dòng)，第三段是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，軌跡如下圖所示。答案：(1)3cm

(2)見(jiàn)解析圖(3)帶負(fù)電1.04×10－8C點(diǎn)評(píng)：由粒子的受力情況，準(zhǔn)確判斷出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡及臨界條件，是解決此類問(wèn)題的突破口。四、用能量觀點(diǎn)解決帶電體在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1．帶電的物體在電場(chǎng)中具有一定的電勢(shì)能，同時(shí)還可能具有動(dòng)能和重力勢(shì)能等，用能量的觀點(diǎn)處理問(wèn)題是一種簡(jiǎn)便的方法。處理這類問(wèn)題，首先要進(jìn)行受力分析以及各力做功的情況分析，再根據(jù)做功情況選擇合適的規(guī)律列式求解。常用的規(guī)律有動(dòng)能定理和能量守恒定律。2．常見(jiàn)的幾種功能關(guān)系(1)只要外力做功不為零，物體的動(dòng)能就要改變(動(dòng)能定理)。(2)靜電力只要做功，物體的電勢(shì)能就要改變，且靜電力做的功等于電勢(shì)能的減少量。如果只有靜電力做功，物體的動(dòng)能和電勢(shì)能之間相互轉(zhuǎn)化，總量不變(類似機(jī)械能守恒定律)。(3)如果除了重力和靜電力之外，無(wú)其他力做功，則物體的動(dòng)能、重力勢(shì)能和電勢(shì)能三者之和不變。典例4(1)帶電體第1次運(yùn)動(dòng)到圓弧形軌道C點(diǎn)時(shí)的速度；(2)帶電體最終停在何處；(3)帶電體從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到停止的整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量。(3)解法一：整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量等于克服摩擦力所做的功，即Q＝μmgsAB＋μqEh代入數(shù)據(jù)解得Q＝7.67J解法二：整個(gè)過(guò)程中電勢(shì)能的減少量轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能和內(nèi)能，即Q＝qE(sAB＋R)－mg(R＋h)代入數(shù)據(jù)解得Q＝7.67J。觸及高考演練1.本章知識(shí)是高考的熱點(diǎn)，考查頻率較高的是電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的變化，帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)等知識(shí)點(diǎn)，尤其是與力學(xué)知識(shí)的結(jié)合構(gòu)成力電綜合題，能力要求較高，以計(jì)算題形式出現(xiàn)。2.對(duì)庫(kù)侖定律、電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)線、電勢(shì)、電勢(shì)能、等勢(shì)面、平行板電容器等的考查，通常以選擇題形式出現(xiàn)，對(duì)概念理解要求較高。3.本章知識(shí)與生產(chǎn)技術(shù)、生活實(shí)際、科學(xué)研究聯(lián)系密切，如靜電屏蔽、尖端放電、示波器原理、靜電分選器、直線加速器等都可以成為新情景命題素材，要密切關(guān)注。例題解題指導(dǎo)：本題中，帶電粒子在G板上方勻強(qiáng)電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)；在G板下方勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)可逆向等效為類平拋運(yùn)動(dòng)。處理時(shí)可將該復(fù)雜運(yùn)動(dòng)分解為水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和電場(chǎng)方向上的勻變速運(yùn)動(dòng)。二、臨場(chǎng)真題練兵1．(2019·全國(guó)卷Ⅰ，15)如圖，空間存在一方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，兩個(gè)帶電小球P和Q用相同的絕緣細(xì)繩懸掛在水平天花板下，兩細(xì)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(fù)電荷C．P帶正電荷，Q帶負(fù)電荷

D．P帶負(fù)電荷，Q帶正電荷D

解析：A、B錯(cuò)：細(xì)繩豎直，把P、Q看作整體，在水平方向不受力，對(duì)外不顯電性，帶異種電荷。C錯(cuò)，D對(duì)：如果P、Q帶不同性質(zhì)的電荷，受力如圖所示，由圖知，P帶負(fù)電、Q帶正電時(shí)符合題意。2．(多選)(2019·全國(guó)卷Ⅲ，21)如圖，電荷量分別為q和－q(q＞0)的點(diǎn)電荷固定在正方體的兩個(gè)頂點(diǎn)上，a、b是正方體的另外兩個(gè)頂點(diǎn)。則

(

)A．a(chǎn)點(diǎn)和b點(diǎn)的電勢(shì)相等B．a(chǎn)點(diǎn)和b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等C．a(chǎn)點(diǎn)和b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同D．將負(fù)電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn)