人教版高中物理必修第三冊第九章素養(yǎng)提升課(一)靜電場中的力力學綜合問題課件

素養(yǎng)提升課(一)靜電場中的力力學綜合問題第九章靜電場及其應用學習任務1．學會利用幾種特殊方法求解帶電體電場強度。2．會分析電場線與帶電粒子運動軌跡相結合的問題。3．分析受力及運動的相關問題。探究重構·關鍵能力達成探究1

非點電荷電場的電場強度的計算對稱法對稱法實際上就是根據(jù)某些物理現(xiàn)象、物理規(guī)律、物理過程或幾何圖形的對稱性進行解題的一種方法。在電場中，當電荷的分布具有對稱性時，應用對稱性解題可將復雜問題大大簡化微元法當一個帶電體的體積較大，已不能視為點電荷時，求這個帶電體產(chǎn)生的電場在某處的電場強度時，可用微元法的思想把帶電體分成很多小塊，每塊都可以看成點電荷，用點電荷電場疊加的方法計算補償法有時由題給條件建立的模型不是一個完整的模型，這時需要給原來的問題補充一些條件，組成一個完整的新模型。這樣，求解原模型的問題就變?yōu)榍蠼庑履Ｐ团c補充條件的差值問題。如采用補償法將有缺口的帶電圓環(huán)補全為圓環(huán)，或將半球面補全為球面，從而將問題化難為易

√

[針對訓練]1．如圖所示，電荷量為q的正點電荷與均勻帶電薄板相距2d，點電荷到帶電薄板的垂線通過薄板的幾何中心。若圖中A點處的電場強度為零，靜電力常量為k，則帶電薄板在圖中B點處產(chǎn)生的電場強度(

)

√

2．如圖所示，均勻帶電圓環(huán)帶電荷量為Q，半徑為R，圓心為O，P為過圓心且垂直于圓環(huán)平面的直線上的一點，OP＝l，求P點的電場強度大小和方向。

探究2

電場線與帶電粒子運動軌跡的綜合分析1．幾個矢量的方向(1)合力方向：做曲線運動的帶電粒子所受合力方向指向運動軌跡的凹側。(2)速度方向：速度方向沿運動軌跡的切線方向。(3)靜電力方向：正電荷的受力方向沿電場線的切線方向。2．確定帶電粒子在電場中運動軌跡及其速度變化的思路(1)確定帶電粒子受力方向：正電荷所受靜電力與電場方向相同，負電荷所受靜電力與電場方向相反。(2)確定帶電粒子運動軌跡：帶電粒子的運動軌跡向受力方向偏轉。(3)判斷粒子速度變化情況：靜電力方向與運動方向成銳角時，粒子速度增大；靜電力方向與運動方向成鈍角時，粒子速度減小。【典例2】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(chǎn)一定帶正電，b一定帶負電B．a(chǎn)的速度將減小，b的速度將增大C．a(chǎn)的加速度將減小，b的加速度將增大D．兩個粒子的速度，一個增大一個減小√C

[帶電粒子做曲線運動，所受靜電力的方向指向軌跡的內側，由于電場線的方向未知，所以粒子帶電性質不確定，故A錯誤；從題圖軌跡變化來看，速度與力方向的夾角都小于90°，所以兩個粒子速度都增大，故B、D錯誤；電場線密的地方電場強度大，電場線疏的地方電場強度小，所以a受力減小，加速度減小，b受力增大，加速度增大，故C正確。][針對訓練]3．(多選)如圖所示，帶箭頭的線段表示某一電場中的電場線的分布情況。一帶電粒子在電場中運動的軌跡如圖中虛線所示。若不考慮其他力，則下列判斷正確的是(

)A．若粒子是從A運動到B，則粒子帶正電；若粒子是從B運動到A，則粒子帶負電B．不論粒子是從A運動到B，還是從B運動到A，粒子必帶負電C．若粒子是從B運動到A，則其加速度減小D．若粒子是從B運動到A，則其速度減小√√BC

[根據(jù)做曲線運動的物體所受合力指向曲線內側可知，靜電力與電場線的方向相反，所以不論粒子是從A運動到B，還是從B運動到A，粒子必帶負電，故A錯誤，B正確；電場線密的地方電場強度大，所以粒子在B點受到的靜電力大，在B點時的加速度較大，若粒子是從B運動到A，則其加速度減小，故C正確；從B到A過程中靜電力與速度方向成銳角，速度增大，故D錯誤。]探究3

電場中的平衡及動力學問題1．帶電體在多個力作用下處于平衡狀態(tài)，帶電體所受合力為零，因此可用共點力平衡的知識分析，常用的方法有正交分解法、合成法等。2．帶電體在電場中的加速問題仍然滿足牛頓第二定律，在進行受力分析時不要漏掉靜電力。

[針對訓練]4．如圖所示，一質量為m＝1.0×10-2kg、帶電荷量大小為q＝1.0×10-6C的小球，用絕緣細線懸掛在水平向右的勻強電場中，假設電場足夠大，靜止時懸線向左與豎直方向夾角為θ＝37°。小球在運動過程中電荷量保持不變，重力加速度g取10m/s2。求：(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)(1)電場強度E的大??；(2)若在某時刻將細線突然剪斷，經(jīng)過1s時小球的速度大小v及方向。

[答案]

(1)7.5×104N/C

(2)12.5m/s，方向與豎直方向夾角為37°斜向左下1．一帶負電荷的質點，在靜電力作用下沿曲線abc從a運動到c，已知質點的速率是遞減的。關于b點電場強度E的方向，下列圖示中可能正確的是(虛線是曲線在b點的切線)(

)1題號23456789√101112素養(yǎng)提升練(一)靜電場中的力力學綜合問題A

B

C

DD

[根據(jù)曲線運動的規(guī)律可知，受力指向軌跡的內側，由于質點帶負電，速率是遞減的，因此靜電力方向與質點速度方向夾角應大于90°，故電場方向可能沿豎直方向向上，D選項正確。]1題號234567891011122．(多選)圖中實線是一簇未標明方向的電場線，虛線是某一帶電粒子通過該電場區(qū)域時的運動軌跡，a、b是軌跡上的兩點。若帶電粒子在運動過程中只受靜電力的作用，根據(jù)此圖可作出正確判斷的是

(

)A．帶電粒子所帶電荷的符號B．電場強度的方向C．帶電粒子在a、b兩點的受力方向D．帶電粒子在a、b兩點的加速度何處較大√1題號23456789101112√CD

[由粒子的軌跡可知，粒子所受靜電力指向曲線凹側，在a、b兩點的靜電力都沿著電場線指向左側，粒子的電性和電場強度的方向都未知，無法判斷，A、B錯誤，C正確；電場線的疏密表示電場的強弱，a點電場強度大，靜電力大，加速度大，D正確。]1題號23456789101112

√1題號23456789101112

1題號23456789101112

1題號23456789101112A

BC

D√

1題號23456789101112

√1題號23456789101112

1題號23456789101112

1題號234567891011126．A、B是一條電場線上的兩個點，一帶負電的微粒僅在靜電力作用下以一定的初速度從A點沿電場線運動到B點，其v-t圖像如圖所示。則此電場的電場線分布可能是(

)√1題號23456789101112A

B

C

DA

[由v-t圖像可知，微粒的速度在逐漸減小，圖像的斜率在逐漸增大，故此帶負電的微粒做加速度越來越大的減速直線運動，所受靜電力越來越大，由F＝qE知，電場強度增大，電場線越來越密。靜電力方向與其運動方向相反，靜電力向左，所以電場線方向向右，故A正確。]1題號23456789101112

√1題號23456789101112

1題號234567891011128．如圖所示，在光滑絕緣水平面上的P點固定著一個帶正電的點電荷，在它的右側N點由靜止開始釋放一個帶正電的小球(可視為質點)。以水平向右為正方向，下圖中能反映小球運動速度隨時間變化規(guī)律的是(

)√1題號23456789101112A

B

C

DA

[由于小球與點電荷都帶正電，兩者之間存在排斥力，相互遠離，小球在靜電力作用下做加速運動，速度逐漸增大。根據(jù)庫侖定律可知，小球所受的靜電力逐漸減小，加速度逐漸減小，而v-t圖像切線的斜率表示加速度，圖像的斜率應不斷減小，故A正確。]1題號23456789101112

√1題號23456789101112

1題號23456789101112

√1題號23456789101112

1題號2345678910111211．如圖所示，質量為m的小球A穿在光滑絕緣細桿上，桿的傾角為α，小球A帶正電(可視為點電荷)，電荷量為q。在桿上B點處固定一個電荷量為Q的正點電荷。將A由距B豎直高度為H處無初速度釋放，小球A下滑過程中電荷量不變。整個裝置處在真空中，已知靜電力常量k和重力加速度g。求：(1)A球剛釋放時的加速度；(2)當A球的動能最大時，A球與B點間的距離。

1題號23456789101112

1題號23456789101112

12．如圖所示，帶電小球A和B(可視為點電荷)放在傾角為30°的光滑固定絕緣斜面上，質量均為m，所帶電荷量分別為＋q和－q，沿斜面向上的恒力F作用于A球，可使A、B保持間距r不變沿斜面向上勻加速運動，已知重力加速度為g，靜電力常量為k。求：(1)加速度a的大小；

(2)F的大小。1題號23456789101112

1題號23456789101112

章末綜合測評(一)動量守恒定律題號13524687910111213√1415

題號135246879101112131415

題號21345687910111213√14152．如圖所示，某同學在用毛皮摩擦過的PVC管靠近一細水流，發(fā)現(xiàn)細水流向靠近PVC管的方向偏轉，下列說法正確的是(

)A．摩擦可以創(chuàng)造更多電荷B．下雨天，實驗效果會更明顯C．PVC管所帶的電荷量一定是元電荷e的整數(shù)倍D．用絲綢摩擦過的玻璃棒代替本實驗的PVC管，細水流會向遠離玻璃棒的方向偏轉題號213456879101112131415C

[摩擦只能轉移電荷，不能夠創(chuàng)造電荷，A錯誤；下雨天，對細水流的偏轉會有著一定的影響，實驗效果會不明顯，B錯誤；所有帶電體所帶電荷量一定為元電荷的整數(shù)倍，C正確；用絲綢摩擦過的玻璃棒，玻璃棒會帶正電，毛皮摩擦過的PVC管帶負電，雖然二者帶電種類不同，但細水流依舊會向靠近玻璃棒方向偏轉，D錯誤。]題號3245687910111213114153．下列關于電場和電場線說法正確的是(

)A．電場是人為假想的，電場線是客觀存在的B．只有點電荷周圍才存在電場C．沿著電場線的方向，電場強度越來越大D．電場線不可以相交√題號324568791011121311415D

[電場是客觀存在的一種特殊物質，而電場線是為了描述電場而虛擬的，實際上不存在，故A錯誤；不僅點電荷，其他帶電體周圍也存在電場，故B錯誤；電場線的疏密程度描述電場的強弱，電場線越密集的地方電場強度越大，與是否沿電場線的方向無關，故C錯誤；電場線上某點沿電場線的切線方向代表該點電場強度的方向，電場線既不重合也不相交，故D正確。]題號42356879101112131√14154．某電場的電場線分布如圖所示，下列說法正確的是(

)A．c點的電場強度大于b點的電場強度B．若將一試探電荷＋q由a點釋放，它將沿電場線運動到b點C．b點的電場強度大于d點的電場強度D．a(chǎn)點和b點的電場強度方向相同題號423568791011121311415C

[電場線的疏密表示電場強度的大小，由題圖可知Eb>Ec，Eb>Ed，C正確，A錯誤；由于電場線是曲線，由a點釋放的正電荷不可能沿電場線運動，B錯誤；電場線的切線方向為該點電場強度的方向，a點和b點的切線不同向，D錯誤。]題號24536879101112131√1415

題號245368791011121311415

題號24536879101112131√14156．(2023·海南卷)如圖所示，一光滑絕緣軌道水平放置，直徑上有A、B兩點，AO

＝2cm，OB

＝4cm，在A、B兩點固定兩個帶電量分別為Q1、Q2的正電荷，現(xiàn)有一個帶正電小球靜置于軌道內側P點(小球可視為點電荷)，已知AP∶BP

＝

n∶1，則Q1∶Q2是(

)A．2n2∶1 B．4n2∶1C．2n3∶1

D．4n3∶1題號245368791011121311415

]題號24537689101112131√1415

題號245376891011121311415

題號2453867910111213114158．如圖所示為某電子秤示意圖。一絕緣支架放在電子秤上，上端固定一帶電小球a，穩(wěn)定后，電子秤示數(shù)為F?，F(xiàn)將另一固定于絕緣手柄一端的不帶電小球b與a球充分接觸后，再移至小球a正上方L處，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，電子秤示數(shù)為F1；用手摸小球b使其再次不帶電，然后將該不帶電小球b與a球再次充分接觸并重新移至a球正上方L處，電子秤示數(shù)為F2。若兩小球完全相同，則(

)題號245386791011121311415A．F1＞F2B．F1＝4F2C．若小球a帶負電，L增大，則F1增大D．若小球a帶正電，L減小，則F2增大√√題號245386791011121311415

題號92453867101112131√14159．如圖所示，在兩等量同種點電荷的電場中，MN為兩點電荷連線的中垂線，a、c關于MN對稱，b是兩電荷連線的中點，d位于兩電荷的連線上，e、f位于MN上，以下判斷正確的是(

)A．b點電場強度大于d點電場強度B．b點電場強度小于d點電場強度C．正試探電荷q在a、c兩點所受靜電力相同D．f點電場強度可能大于e點電場強度√題號924538671011121311415BD

[由電場強度的矢量疊加或由等量同種點電荷產(chǎn)生的電場的電場線可以知道，在兩等量同種點電荷連線上，中間點電場強度為零(最小)，即Ed>Eb＝0，A錯誤，B正確；由于兩等量同種點電荷電場的電場線關于中垂線對稱，a、c兩點電場強度大小相等，但方向不同，故正試探電荷在a、c兩點所受靜電力大小相等、方向不同，C錯誤；在兩等量同種點電荷連線的中垂線上，中間點電場強度為零(最小)，無窮遠處也為零(最小)，則在兩等量同種點電荷連線的中垂線上，從中間點到無窮遠處電場強度應先增大后減小，但不知道e、f在電場中的具體位置關系，則f點電場強度可能大于e點電場強度，D正確。]題號92453867101112131√1415

√題號924538671011121311415

]題號924538671011121311415二、非選擇題11．某實驗小組用如圖所示的裝置探究庫侖力與電荷量的關系。A、B是均勻帶電的塑料小球，其中A球的質量為m，用一根絕緣細線將A球懸掛起來，實驗時改變兩小球所帶的電荷量，移動B球并保持A、B兩球球心連線與細線垂直。用Q和q分別表示A、B球的電荷量，d表示A、B球心間的距離，θ表示絕緣細線偏離豎直方向的角度，k為靜電力常量，當?shù)氐闹亓铀俣却笮間。題號924538671011121311415(1)關于實驗，下列說法正確的是________。A．實驗中兩塑料小球的帶電荷量必須相等B．兩個小球可以換成異種電荷進行實驗C．細線的拉力隨著θ角的增大而增大D．庫侖力隨著θ角的增大而增大(2)通過實驗數(shù)據(jù)得到的圖像可能正確的是________。A

BC

DBDB題號924538671011121311415

題號92453867101112131141512．如圖所示，帶正電且電荷量為Q的帶電體固定在絕緣支架上，電荷量為q的小球受到的庫侖力大小可通過絲線偏離豎直方向的角度表示。掛在P1位置時，小球和帶電體的距離為r，兩者都可以看成點電荷。已知靜電力常量為k，則小球：(1)帶正電還是帶負電？(2)掛在P1位置時受帶電體的庫侖力F多大？(3)掛在P2位置時，絲線偏離豎直方向的角度增大了還是減小了？題號924538671011121311415

題號9245386710111213