物理专题复习课件：电场PPT演示文档

.,1,专题7 电场,考点28 电荷守恒与库仑定律,考点29 电场强度 电场线,考点30 电势能 电势 电势差,考点31 电容器,考点32 带电粒子在匀强电场中的运动,考点33 带电体在电场中的运动与能量变化,.,2,考点28 电荷守恒与库仑定律,.,3,(2) 库仑定律公式适用条件：真空中；点电荷间“点电荷”是一个理想模型，是相对而言的，只要带电体本身的大小跟它们之间的距离相比可以忽略，带电体就可以被看成点电荷例如，设带电小球的半径为R，两球间的距离为r，当rR时，带电小球可等效成电荷量都集中在球心的点电荷但带电导体球距离近了，电荷会重新分布，不能再用球心距代替两电荷的间距【关键点拨】任何一个带电体都可以被看成是由许多点电荷组成的，任意两点电荷之间的作用力都遵循库仑定律，可以用矢量求和法求合力 .,.,4,考法1电荷守恒定律和库仑定律的基本应用(1) 高考通常设置两个带电体相互接触，判断或计算接触前后二者间库仑力的变化，综合考查电荷守恒定律和库仑定律求解这类问题时要注意：对两个带电导体相互接触，首先正、负电荷相互中和，剩余电荷将重新在两导体间分配在题目中，两个带电体一般是完全相同的球体，其共有电荷量在接触后将等分，由F知，其作用力的变化取决于二者之积的大小(2) 对于库仑定律的专项考查，不外乎适用条件和计算关注以下实例和注意点,考点28 电荷守恒与库仑定律,.,5,如图所示，两个相距较近的带电金属球中心距离为r，所带电荷量均为Q，若是同种电荷则互相排斥，电荷中心间的距离大于r，如图所示，则有 ；若是异种电荷则相互吸引，电荷间的距离小于r，则有 .在用库仑定律进行计算时，要用电荷量的绝对值代入公式进行计算，然后根据是同种电荷，还是异种电荷来判断电荷间的相互作用力是斥力还是引力,考点28 电荷守恒与库仑定律,.,6,考法2与库仑力有关的受力分析与计算问题有库仑力参与的力的分析问题，在高考中非常常见，可以分为两个角度1库仑力与重力、弹力、摩擦力的综合作用问题这类问题研究对象是一个或两个带电体，除了受到重力、弹力、摩擦力之外，还受到库仑力解决本问题的基本方法仍是力的分析方法，首先明确研究对象，分析受力，再依据已知物体的平衡条件或运动特点，将所受的各个力包括库仑力进行合成或分解，列出方程或算式求解但需要注意的是：(1) 与重力、弹力、摩擦力不同，库仑力的大小与距离有关，距离的变化会带来力的大小变化，所以解题时需要注意物体间距离的变化,考点28 电荷守恒与库仑定律,.,7,(2) 库仑力的方向在相互作用物体间连线上，物体位置的变化，会导致力的作用方向出现变化由于重力是在竖直方向上的，所以要特别注意确定库仑力的方向是否水平或有特殊角否则，可以定性分析，却难于定量计算一个典型问题如图，用绝缘线悬挂的两个带电小球，质量分别为m1、m2，带电荷量分别为q1、q2.这是一个库仑力与重力、拉力综合的问题注意它们静止平衡时，悬线偏离竖直方向的角度不一定相同，连线不一定水平，这与两个小球重力的大小、两条悬线的长短有关但反过来，若已知连线水平，或已知偏离竖直方向角度等，就易求质量的大小(但有一个总的原则，用整体法分析，不管它们相互间的作用力，依据共点力平衡条件，两个小球的整体重心，一定与悬线的交点在一条竖直线上),考点28 电荷守恒与库仑定律,.,8,考点28 电荷守恒与库仑定律,.,9,定量计算：由相互间库仑力大小相等得 ，即有 ，又考虑到rACrABrBC，解得：此式为三球平衡时所带电荷量大小关系结论：三个点电荷平衡的规律可概括为：三点共线、两同夹异、两大夹小、近小远大,考点28 电荷守恒与库仑定律,返回专题首页,.,10,考点29 电场强度 电场线,1电场与电场强度(1) 电场是电荷周围客观存在的物质，它对放入其中的电荷有力的作用(2) 电场强度是用来描述电场具有力的性质的物理量，其大小、方向由电场本身决定定义式： EF/q，普遍适用，其中q为检验电荷所带的电荷量点电荷Q在真空中产生的场强为EkQ/r2. (3) 场强是矢量，规定正电荷受电场力的方向为该点场强的方向，场强的叠加遵循平行四边形定则(4) 计算电场强度的三个公式的比较,.,11,2. 电场线电场线是假想线，直观形象地描述电场中各点场强的强弱及方向，曲线上各点的切线方向表示该点的场强方向，曲线的疏密程度表示电场的强弱,考点29 电场强度 电场线,.,12,(1) 静电场中电场线始于正电荷或无穷远，止于负电荷或无穷远，它不封闭，也不在无电荷处中断如图所示为正、负点电荷周围的电场线,(2) 电场线上每一点的切线方向就是该点电场强度的方向任意两条电场线不会在无电荷处相交(包括相切)注意：电场线只能描述电场的方向及定性地描述电场的强弱，并不是带电粒子在电场中的运动轨迹,考点29 电场强度 电场线,.,13,(3) 掌握几种电场的电场线分布等量异种点电荷a两点电荷连线上电场强度的大小是先减小后增大，中点的电场强度最小b两点电荷连线的中垂线上，场强的方向相同，总与中垂线垂直，指向负电荷的一侧，中点的电场强度最大，从O点向外，电场强度逐渐减小等量同种点电荷(以正电荷为例)a电场线左右对称， 连线的中点O的左侧电场强度方向向右，右侧电场强度方向向左，在两点电荷连线上，电场强度的大小是先减小后增大，O点的电场强度为零,考点29 电场强度 电场线,.,14,考点29 电场强度 电场线,.,15,考法3电场强度的叠加计算空间中的电场通常会是多个场源产生的电场的叠加，电场强度可以应用平行四边形定则进行矢量计算，这是高考常考的考点虽然电场强度的定义式为EF/q，但公式EkQ/r2反映了某点场强与场源电荷及该点到场源电荷的距离关系，体现了电场的来源与本质，高考更易围绕此公式出题主要有以下三种方式：1已知一些场源(通常会是点电荷)，以及若干点场强的大小或方向，求未知场源特性或者另一点的场强大小,考点29 电场强度 电场线,.,16,解决本问题的基本方法：(1)应用公式EkQ/r2表示各场源在已知点产生场强的大小；(2)依据已知点合场强的大小或方向，列关系式(如E1E2E已知)可以求出未知场源的场强；(3)进而求出未知场源特性，以及其他点场强的大小注意两个关键点：(1)要分析叠加在已知点上各个场强大小，特别是场强的方向例如，若已知一个点电荷受力或合场强为零，当各个分场强的方向不在同一条直线上时，这不是代数计算的问题，要注意应用矢量的合成与分解方法，建立三角形关系求解(2)要注意应用对称性求解，场源是一个大平面或环形带电体时，在穿过平面的中轴线上关于平面对称的点上产生的场强会对称，注意这个隐含条件的应用,考点29 电场强度 电场线,.,17,2利用静电平衡导体中场强特性求电场强度处于静电场中的导体在达到静电平衡时，导体内部的电场强度为零其本质是感应电荷的电场强度与外加电场的电场强度叠加后为零，即有E感E外0.,考点29 电场强度 电场线,.,18,3应用微元法和对称性求电场强度微元法就是将研究对象分割成若干微小的单元，或从研究对象上选取某一“微元”加以分析，从而可以应用点电荷场强公式 来计算电场强度,考点29 电场强度 电场线,.,19,考点29 电场强度 电场线,.,20,(3) 若是匀强电场中的一根电场线，则有EAEB.(4) 若是两个等量异号点电荷连线上的电场线，就是两个点电荷场强的叠加，有以下两种情况：此电场线在两个电荷之间时，场强先减小后增大，在两个电荷中点时，场强最小(可以观察上页相应电场线图通过疏密程度判断，也可以通过极限法分析，当无限接近任一个电荷时，场强是巨大的，离两个电荷都较远的话，场强较小)在此特别注意，一条直线式的电场线不意味着场强只增大或减小此电场线若是任一个电荷外侧的电场线，则越靠近电荷场强越大(5) 若是两个等量同号点电荷连线上的电场线，则越靠近电荷场强越大，越远离电荷场强越小,考点29 电场强度 电场线,.,21,考法5带电粒子在电场中运动轨迹与受力分析带电粒子在电场中运动，受到电场力的作用，运动轨迹发生变化，这既能考查学生对电场性质的把握，又能考查学生对力与运动关系的把握这个问题一般分为两类：1带电粒子在电场中做曲线运动如图所示，带电粒子自a向b运动，判断粒子所处电场场强的方向解决这个问题的基本原理是曲线运动的条件，即物体受到的外力与速度不在同一条直线上解法如下：,考点29 电场强度 电场线,.,22,2带电粒子在电场中做直线运动在只受电场力作用时，粒子在电场中做直线运动，则电场强度的方向必定与粒子运动的方向在一条直线上(或粒子在这个“直线”电场中由静止释放)，运动方向与受力方向相同则加速，相反则减速,考点29 电场强度 电场线,.,23,当考虑粒子重力时，粒子做直线运动，这个电场一般是匀强电场，可能存在以下情况：(1) 粒子受到的电场力与重力大小相等，方向相反，粒子做匀速直线运动(2) 粒子受到的电场力与重力的合力不为零，但合力方向与速度方向在同一条直线上，粒子做变速直线运动应用力的三角形关系，可进一步求出电场强度或质量如图所示，带电粒子沿直线AB运动，则可判定粒子可能受到图示中实线Eq或虚线Eq的电场力的作用，它们与重力的合力方向在直线AB上,考点29 电场强度 电场线,.,24,返回专题首页,考点29 电场强度 电场线,.,25,考点30 电势能 电势 电势差,.,26,电场力对正电荷做正功，电荷电势能越少，电势降低，电场力对正电荷做负功，电荷电势能增加，电势升高；反之，电场力对负电荷做正功，电势升高，电场力对负电荷做负功，电势降低电势沿着电场线的方向降低，且降低最快(3) 在匀强电场中，电势差与电场强度的关系：UEd，d为沿着场强方向两点间的距离3等势面电场中电势相等的点构成的面叫做等势面(1) 等势面上各点电势相等，在等势面上移动电荷电场力不做功(2) 等势面一定跟电场线垂直，而且电场线总是由电势较高的等势面指向电势较低的等势面. (3) 等势面越密，说明场强越大,.,27,考法6电场力做功、电势、电势能关系与计算1电场力做功(1) 利用WFxcos 计算电场力做功电荷在匀强电场中移动时，受到电场力F为恒力，利用WFxcos 计算电场力做功，其中FEq，xcos d，WEqd.(2) 利用WEp或WqU计算电场力做功 电场力做功时，电势能和其他形式的能相互转化在已知电荷的电势能时，利用WEp计算电场力做的功比较方便,考点30 电势能 电势 电势差,.,28,在已知电势或电势差时，利用WqU计算电场力做功公式WqU适用于一切电场，计算时式中各个量可以取绝对值，功的正负则根据电场力的方向和位移的方向来判断；也可以将q、U的正负号代入公式进行计算，从而根据W的正负来判断功的正负2电势能的变化(1) 根据电场力做功判断，若电场力对电荷做正功，电势能减少；反之则增加即WABEp.(2) 若只有电场力做功，电荷的电势能与动能相互转化，而总和应保持不变即当动能增加时，电势能减少,考点30 电势能 电势 电势差,.,29,考法7已知电荷或电场线分布分析电势、电场力做功等情况1掌握特殊电场的等势面(1)正电荷与负电荷的等势面，它们是同心圆，越远离场源电荷，等势面越疏正电荷周围越远离电荷，电势越低；负电荷周围越靠近电荷，电势越低(2)等量异种电荷周围的等势面：是两簇对称的曲面，如图甲所示在二者的连线上，由正电荷到负电荷电势逐渐降低；在二者连线的中垂线上，各点电势相等,考点30 电势能 电势 电势差,.,30,(3) 等量同种正电荷周围的等势面：是两簇对称的曲面，如图乙所示在二者的连线上，中点电势最低；在二者连线的中垂线上，中点电势最高，由中点到无穷远处电势逐渐降低，无穷远处电势为零2已知电荷或电场线分析电势高低(1) 分析电势高低的基本原则根据电场线的方向，沿着电场线的方向，电势越来越低根据UABABWAB/q，电场力对正电荷做正功，电势降低；电场力对正电荷做负功，电势升高电场力做正功，电势降低，电场力做负功，电势升高例如，设无穷远处电势为零，分析图甲和图乙中两个电荷连线上中点电势大小情况,考点30 电势能 电势 电势差,.,31,分析图甲：设想一正电荷在图甲中心点，让电荷沿中垂线移动到无穷远，由于电场力始终与位移垂直，电场力不做功，所以在中垂线上各点电势相等，若定义无穷远处电势为零，那么中垂线上包括中心点的电势均为零分析图乙：设想一正电荷在图乙中心点，让电荷沿中垂线移动到无穷远处，电场力与正电荷运动方向一致，始终做正功，电势不断降低，若定义无穷远处电势为零，可以确定中心点的电势大于零考法8已知等势面分布时，分析电场情况高考中已知等势面或等势点的信息要求判断电场的特性，也是本节的重要考查方式这类题除已知等势面信息外，一般还会已知场源电荷电性或电场力做功等情况，以判断电势变化的方向,考点30 电势能 电势 电势差,.,32,(1) 分析电场情况的基本原则电荷从等势面上一点移到另一点，无论路径如何，电场力做功为零从一个等势面的一点到另一个等势面的任一点，电场力做功相等电场线垂直于每个等势面，电场线方向沿着电势降低的方向判断电势变化的依据：a正电荷从电势高处向电势低处移动，电场力做正功，电势能减小，反之，则电场力做负功，电势能增加(负电荷读者自行分析)b对于正电荷，电势能大处，电势高；对于负电荷，电势能大处，电势低,考点30 电势能 电势 电势差,.,33,(2) 已知等势面分析电场情况的思路明确等势面的形状特点，勾勒出电场线的大概方向若已知的是若干个等势点，还须先大概描出等势面(要将题中的等势面与所学的正、负电荷的等势面或者同号、异号电荷的等势面做类比)依据已知的场源电荷电性或电场力做功等情况，确定电势的高低分布，从而确定电场线的方向(或者依据已知的电势高低，确定电场线的方向和场源的电性)考法9匀强电场中电势差和电场强度关系的应用 匀强电场中电势差和电场强度关系需要明确两点：,考点30 电势能 电势 电势差,.,34,(1) 电势在沿电场方向降落得最快如图甲中，同样的电势差沿AB方向距离比沿AO方向更长(2) 电势与电场强度的数量关系中 d是沿电场方向的距离，UEd或UElcos .公式UEd主要有以下两类拓展应用：由于公式UElcos 中U与l成比例，所以，如图甲中 .若已知UAB和UAC，可通过比例关系找到C点，如此可画出等势面也可通过比例关系求得UAC.,考点30 电势能 电势 电势差,.,35,考点30 电势能 电势 电势差,.,36,考法10根据电场中场强、电势等物理量的函数图像分析电场对粒子的作用电场中场强、电势、电势能密切相关，透过其中一个物理量能够捕捉到另一个物理量的信息，进而可知电场对电荷的作用情况，高考趋向于如此考查考生的分析能力如图甲所示，在匀强电场中的一条电场线上有A、B两点，其坐标分别为x1、x2，其电势与坐标的关系如图乙所示，分析电荷沿x轴运动的加速度变化解决此类问题的关键是求出电场强度E随坐标x变化的信息,考点30 电势能 电势 电势差,.,37,因为 ，所以电势对位移的变化率表示场强，即曲线上某点的斜率表示该点的场强，当x趋近于0时， 就是某点的场强由图乙曲线斜率变化可知，随x的增大场强逐渐减小于是可知电荷沿x轴运动时，加速度越来越小同理，由电场力做功与电势能变化的关系EpFx，即 ，由此可知Epx图线的斜率表示电场力F的大小，而FqE，所以 ，因此 Epx图线的斜率也可分析场强的情况总之，挖掘出场强的变化规律是解决问题的关键,返回专题首页,考点30 电势能 电势 电势差,.,38,考点31 电容器,.,39,.,40,1了解静电计静电计是用验电器改装的器材，如图所示，金属球接平行板电容器一极板，外壳接地，用来测量电势差静电计本身是一个极小的电容器，依据QUC，Q比较小，测量时不影响所测的电路；U越大，Q越大，静电计内指针张开角度越大,考点31 电容器,考法11静电计测试平行板电容器的变化静电计用在研究决定平行板电容器电容因素的实验当中，高考借此实验拓展考查学生对平行板电容器特性的掌握,2注意电路的连接，静电计需要与所测的电势差并联一般地，金属球接电容器一个极板，外壳接地，那么电容器的另一个极板也接地,.,41,3决定平行板电容器电容的因素与静电计指针的变化当电路连接后，首先要确定的是，加在两极板间的电路是闭合还是断开，若闭合则加在两极板间的电压是不变的，静电计的指针不会变化若断开，则两板所带的电荷量不变，随着两极板的结构改变，静电计指针变化，分析如下当Q一定时，依据 和 ，平行板电容器的两板距离变大或正对面积变小，C变小，U增大，静电计指针张开角度增大平行板电容器的两板距离变小或正对面积变大，C变大，U变小，静电计指针张开角度减小,考点31 电容器,.,42,考法12平行板电容器与电场、电路及力学的应用平行板电容器连接在电路中，受到电路的控制；平行板电容器两极板间是匀强电场，可以探究其中场强、电势以及电荷在其中的运动所以平行板电容器这一考点一般以综合问题的形式在高考中出现我们可从以下几个方面各个突破1通过电容器的变化分析电荷量、电压、场强变化电容器与电路连接，影响平行板电容器的电容的因素发生变化时，可能会使电压、场强或者电荷量发生变化求解这类问题时，区分两种情形，分别分析：,考点31 电容器,.,43,考点31 电容器,.,44,(2) 如图所示，电容器充电后断开开关S，保持电容器带电荷量Q恒定，这种情况下 ， ，则 ， .注意：在Q不变的情形下，无论d变大还是变小，两板间匀强电场E不变，E与两板正对面积成反比2通过电容器的变化分析平衡问题充电后的平行板电容器，两板之间形成了匀强电场，带电粒子处在电容器中可以在重力、电场力等的共同作用下平衡或加速运动当影响平行板电容器的电容的因素发生变化时，会引起电场强度的变化，进而引起带电粒子所受电场力的变化求解这类问题时，关键是判断电容器两板间场强的变化，依据前面的分析，可知两板间Q不变时，E不随d变化，E与S成反比；两板间U不变时，E与d成反比，但U可通过电路调节，计算时，要注意各个变化因素的比例关系,考点31 电容器,.,45,3通过电容器的变化分析电势和电势能电容器的电容发生变化时，可能会引起电压、场强发生变化，进而可能会引起某点电势的变化和电荷在该点电势能的变化判断电容器某点电势的变化时，一般是通过该点与某一极板的电势差的变化来判断电势能是电荷和电场所组成的系统所共有的电场中同一点放上不同的电荷，其电势能不同正电荷在电势高处电势能大，而负电荷在电势高处电势能小,考点31 电容器,.,46,如图所示，平行板电容器经开关S保持与电源连接，a处固定一带电荷量很小的正点电荷，现将电容器N板向下移动一小段距离时，由于电压不变，根据 得场强减小，a点和上极板M的电势差UMaEdMa，则UMa减小，又根据UMaMa知，因M不变，所以a升高，正电荷的电势能也就增大,返回专题首页,考点31 电容器,.,47,考点32 带电粒子在匀强场中的运动,.,48,.,49,.,50,考法13带电粒子在电场中做直线运动的分析分析带电粒子在电场中做直线运动时需注意：(1) 不忽略重力时，带电粒子在电场中可能做直线运动具体分析见考点29考法5.(2) 带电粒子在重力场与电场共同作用下的加速运动此时可以不考虑过程，应用动能定理有(3) 带电粒子在交变电场中的直线运动这个时候要采用力学的分析方法分析粒子的运动由于电场呈周期性变化，这个运动也呈现周期性,考点32 带电粒子在匀强场中的运动,.,51,若带电粒子从静止开始释放，并且恰巧在电场一个变化周期刚刚开始时释放那么粒子做先加速后减速的直线运动，而不会往返运动若带电粒子从静止释放，是在电场变化周期中间某时刻释放那么以电场变化的下一个时刻为界点，粒子会是做先加速后减速的直线运动之后会反方向运动，这个反方向运动也是一个先加速后减速的过程通常可以通过描绘运动图像的方法，分析粒子运动情况和运动位移,考点32 带电粒子在匀强场中的运动,.,52,考法14带电粒子在电场中做曲线运动的分析与计算1带电粒子垂直于电场方向入射发生偏转时，偏转位移 ，偏转角 ，它们与多个物理量有关一般可从以下几个方面分析：,考点32 带电粒子在匀强场中的运动,.,53,(1) 偏转电场的特性：U和d.由上述公式可以得出，偏转位移和偏转角的正切与U成正比、与d成反比，即与E成正比注意，在电路电压可调节时，U与d可能同时变化，所以考虑偏转位移和偏转角的正切与电场强度E的关系更直接(2) 板的特性：板长l与粒子入射初速度v0.这两个条件决定了运动时间tl/v0，从而影响偏转位移和偏转角注意：偏转位移y与v0的平方成反比，偏转位移y与板长l的平方成正比有时带电粒子还未偏转出电场，便打在极板上，此时水平位移不再是板长，得通过偏转位移和相关已知条件应用公式求出水平位移(3) 粒子自身特性：q、m和动能可以得出，q/m即比荷相同的粒子以同样的初速度射入同一个偏转电场时，偏转情况相同还可以得出，当其他条件相同时，偏转位移与偏转角的正切值成正比，与带电粒子的初动能成反比,考点32 带电粒子在匀强场中的运动,.,54,2. 带电粒子垂直于电场方向入射发生偏转时的能量分析在高考中一般涉及带电粒子的动能与电势能动能增加主要是EkqUqEd，既要考虑偏转电场特性，也要考虑电荷自身特性还要考虑初动能、电势能只要带电粒子发生偏转，电势能均减小3带电粒子在电场中偏转的相关计算本考点一般计算不是直接套用公式算偏转角和偏转位移，更常见的有：(1) 偏转限定条件，例如偏转轨迹或偏转的位移，应用公式来求偏转电压或粒子的特性；(2) 带电粒子可能以一个角度不垂直电场的方向进入电场无论是什么情况，关键是：,考点32 带电粒子在匀强场中的运动,.,55,明确粒子偏转的原理：垂直电场方向做匀速直线运动，在这个方向找出板长与运动时间等相关物理量沿电场力方向做匀