2020版高考物理总复习第七章第1节电场的力的性质教学案新人教版.docx

第七章 静电场【p111】内容要求说明物质的电结构、电荷守恒静电现象的解释点电荷库仑定律静电场电场强度、点电荷的场强电场线电势能、电势电势差匀强电场中电势差与电场强度的关系带电粒子在匀强电场中的运动示波管常见电容器电容器的电压、电荷量和电容的关系带电粒子在匀强电场中运动的计算，只限于带电粒子进入电场时速度平行或垂直于电场强度方向的情况2017、2018命题情况【p111】年份考题题型分值主要考点2017全国卷第20题选择题6分x图象全国卷第25题计算题20分带电粒子在电场、重力场中做直线运动全国卷第25题计算题20分带电粒子在电场中运动全国卷第21题选择题6分电势、电场强度天津卷第7题选择题6分电场线、电势、电势能江苏卷第4题选择题3分带电粒子在电场中运动江苏卷第8题选择题4分x图象海南卷第4题选择题4分带电体在电场中的动态平衡北京卷第22题计算题16分带电体在电场中受力平衡、动能定理2018全国卷第16题选择题6分库仑定律、场强合成全国卷第21题选择题6分等差等势面、电场力做功全国卷第25题计算题12分带电粒子在电场中、磁场中运动全国卷第21题选择题6分电场力做功与电势能全国卷第21题选择题6分带电粒子在电场中运动第1节电场的力的性质【p111】夯实基础1电荷及电荷守恒定律(1)元电荷：是自然界中带电荷量最小的电荷，任何带电体的电荷量都是元电荷的_整数倍_，元电荷等于质子或电子所带的电荷量的大小，即e_1.601019_C.(2)点电荷：带一定电荷量并忽略带电体的_大小_和_形状_的一种理想化模型(3)电荷守恒定律电荷既不能创生，也不能消灭，只能从一个物体_转移_到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，在转移的过程中，电荷的总量保持_不变_这个结论叫做电荷守恒定律(4)物体带电的方式和实质带电方式：_摩擦起电_、_接触带电_和感应起电带电实质：物体带电的实质是电荷的_转移_2库仑定律(1)内容：在真空中两个点电荷间的作用力跟它们的_电荷量的乘积_成正比，跟它们的_距离的二次方_成反比，作用力的方向在它们的连线上(2)表达式：Fk，式中k表示静电力常量，k_9.0109_Nm2/C2_.(3)适用条件：_真空_中的_点电荷_(4)对库仑定律的三点理解Fk，r指_两点电荷间_的距离对可视为点电荷的两个均匀带电球，r为两球心间的距离；对于两个带电金属球，有时需考虑金属球表面电荷的_重新分布_；当两个电荷间的距离r0时，电荷_不能_视为点电荷，它们之间的静电力不能认为趋于无限大(5)应用库仑定律的四条提醒在用库仑定律公式进行计算时，无论是正电荷还是负电荷，均代入电荷量的绝对值计算库仑力的大小；作用力的方向判断根据：同性相斥，异性相吸，作用力的方向沿两电荷连线方向；两个点电荷间相互作用的库仑力满足牛顿第三定律，大小相等、方向相反；库仑力存在极大值，由公式Fk可以看出，在两带电体的间距及电量之和一定的条件下，当q1q2时，F最大考点突破例1在相距为r的A、B两点分别放上点电荷QA和QB，C为AB的中点，如图所示，现引入带正电的检验电荷q，则下列说法正确的是()A如果q在C点受力为零，则QA和QB一定是等量异种电荷B如果q在AB延长线离B较近的D点受力为零，则QA和QB一定是异种电荷，且电量大小QAQBC如果q在AC段上的某一点受力为零，而在BC段上移动时始终受到向右的力，则QA和QB一定是负电荷，且电量大小QArB，所以电量大小QAQB.故B正确如果q在AC段上的某一点受力为零，根据，rArB，所以QAE0BE1E2E0C碰撞发生在M、N两点连线的中点的左侧D两球同时分别返回M、N两点【解析】两电荷相互作用的斥力大小相等，靠近时，F，因初速、质量相同，做相同的加速度大小增大的减速运动，故在MN中点相碰，C错；发生弹性碰撞、相互分离的速度大小相同，FkF，故做相同的加速度大小减小的加速运动，同时各自回到M、N点，D对；因相互接近时电场力做的负功的大小小于分离时做的正功，故A对，B错3如图，在光滑绝缘水平面上，三个带电小球a、b和c分别位于边长为l的正三角形的三个顶点上；a、b带正电，电荷量均为q，c带负电整个系统置于方向水平的匀强电场中已知静电力常量为k.若三个小球均处于静止状态，则匀强电场的电场强度大小为(B)A. B. C. D.【解析】设c电荷带电量为Q，以c电荷为研究对象进行受力分析，根据平衡条件得a、b对c的合力与匀强电场对c的力等值反向，即：2cos 30EQ，所以匀强电场场强的大小为.故选B.【p113】夯实基础1电场(1)定义：存在于电荷周围的一种特殊物质(2)基本性质：对放入其中的电荷有_电场力的作用_2电场强度(1)意义：是描述电场的_强弱和方向_(即力的性质)的物理量(2)定义：放入电场中某点的电荷所受的_电场力F_跟它的_电荷量q_的比值(3)定义式：_E_，单位：_牛/库(N/C)_或_伏/米(V/m)_(4)矢量性：规定_正电荷_在某点所受电场力的方向为该点的电场强度方向(5)真空中点电荷产生的电场中，电场强度的决定式：E.(6)匀强电场中，电场强度E与电势差U的关系式：E.考点突破例3如图所示，N(N为大于5的正整数)个小球均匀分布在半径为r的圆周上，圆周上P点的一个小球所带电荷量为2q，其余小球带电量均为q，圆心处的电场强度大小为E.若仅撤去P点的带电小球，圆心处的电场强度大小为()AE B. C. D.【解析】设除P点的小球外，其他带电小球在圆心处产生的电场强度为E，则有：EE，EE.设想再引进一个带3q的小球放在P点(原来的不动)，则圆心处场强为0.有0E，E，E，E，C对【答案】C【小结】电场强度的三个公式及其叠加原理1三个公式的比较表达式比较EEkE公式意义电场强度定义式真空中点电荷的电场强度决定式匀强电场中E与U的关系式适用条件一切电场真空点电荷匀强电场比较决定因素由电场本身决定，与q无关由场源电荷Q和场源电荷到该点的距离r共同决定由电场本身决定，d是场中两点间沿电场强度方向的距离，U是这段距离间的电压相同点矢量，单位：1 N/C1 V/m2.电场强度的叠加原理(1)叠加原理：多个电荷在某点产生的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和；(2)运算法则：遵循平行四边形定则；(3)一般求解思路：在求解电场强度问题时，应分清所叙述的电场强度是合电场强度还是分电场强度，若求分电场强度，要注意选择适当的公式进行计算；若求合电场强度时，应先求出分电场强度，然后再根据平行四边形定则求解针对训练4如图所示， M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三点，O点为半圆弧的圆心，MOP60.电荷量相等、符号相反的两个点电荷分别置于M、N两点，这时O点电场强度的大小为E1；若将N点处的点电荷移至P点，则O点的场强大小变为E2，则E1与E2之比为(B)A12 B21C2 D4【解析】因为两个点电荷的电荷量相等，符号相反，设一个点电荷在O点产生的电场强度为E，则放在M、N两点的点电荷在O点产生的场强方向是相同的，故有E12E，将N点的点电荷移到P点后，通过假设其中一个点电荷为正电荷，作场强的矢量图，可知两个场强的方向夹角为120，故由平行四边形定则可得，其合场强的大小E2E，所以，所以正确答案为B.5直角坐标系xOy中，M、N两点位于x轴上，G、H两点坐标如图M、N两点各固定一负点电荷，一电量为Q的正点电荷置于O点时，G点处的电场强度恰好为零静电力常量用k表示若将该正点电荷移到G点，则H点处电场强度的大小和方向分别为(B)A.，沿y轴正向 B.，沿y轴负向C.，沿y轴正向 D.，沿y轴负向【解析】处于O点的正点电荷在G点处产生的电场强度E1k，方向沿y轴负向；又因为G点处电场强度为零，所以M、N处两负点电荷在G点共同产生的电场强度E2E1k，方向沿y轴正向；根据对称性，M、N处两负点电荷在H点共同产生的电场强度E3E2k，方向沿y轴负向；将该正点电荷移到G处，该正点电荷在H点产生的电场强度E4k，方向沿y轴正向，所以H点的电场强度EE3E4，方向沿y轴负向，B对【p113】夯实基础1电场线的定义：为了形象描述电场中各点电场强度的强弱及方向，在电场中画出一些曲线，曲线上每一点的_切线方向_都跟该点的电场强度方向一致，曲线的_疏密程度_表示电场的强弱2电场线的特点：电场线始于_正电荷_(或无限远处)，终于_无限远处_(或负电荷)；电场线互不相交；电场线和等势面在相交处互相_垂直_；顺着电场线的方向电势_降低_；在同一电场里，电场线越密的地方，电场强度_越大_等差等势面_越密_3几种典型的电场线4两种等量点电荷的电场比较等量异种点电荷等量同种点电荷电场线分布图电荷连线上的电场强度不同点O点最小，但不为零O点为零相同点沿连线先变小后变大中垂线上的电场强度O点最大，向外逐渐减小O点最小，向外先变大后变小关于O点对称位置的电场强度示例A与A、B与B、C与C相同点大小相等不同点方向相同方向相反考点突破例4A、B是一条电场线上的两个点，一带负电的微粒仅在电场力作用下以一定初速度从A点沿电场线运动到B点，其速度时间图象如图所示则这一电场可能是下图中的()【解析】由vt图象可知，速度在逐渐减小，图象的斜率大小在逐渐增大，故此带负电的微粒做加速度越来越大的减速直线运动，所受电场力越来越大，受力方向与运动方向相反故选A.【答案】A【小结】关于电场线的问题往往与带电粒子的运动联系起来进行考查，解答这类问题应抓住以下几个关键：1判断电场强度的方向电场线上任意一点的切线方向即为该点电场强度的方向；2判断电场力的方向正电荷的受力方向和电场线在该点切线方向相同，负电荷的受力方向和电场线在该点切线方向相反；3判断电场强度的大小(定性)电场线密处电场强度大，电场线疏处电场强度小，进而可判断电荷受力大小和加速度的大小；4判断电势的高低与电势降低的快慢沿电场线的方向电势逐渐降低，电场强度的方向是电势降低最快的方向针对训练6如图所示，实线为不知方向的三条电场线，从电场中M点以相同速度垂直于电场线方向飞出a、b两个带电粒子，仅在电场力作用下的运动轨迹如图中虚线所示，则(C)Aa一定带正电，b一定带负电Ba的速度将减小，b的速度将增加Ca的加速度将减小，b的加速度将增大D两个粒子的动能一个增加一个减小【解析】根据两粒子的偏转方向，可知两粒子带异性电荷，但无法确定其具体电性，故A错误；由粒子受力方向与速度方向的关系，可判断电场力对两粒子均做正功，两粒子的速度、动能均增大，故B、D错误；从两粒子的运动轨迹判断，a粒子经过的电场的电场线逐渐变得稀疏，b粒子经过的电场的电场线逐渐变密，说明a的加速度减小，b的加速度增大，故C正确7如图所示，实线表示某电场的电场线，过O点的虚线MN与电场线垂直，两个相同的带负电的粒子P、Q分别从A、B两点以相同的初速度开始运动，速度方向垂直于MN，且都能从MN左侧经过O点设粒子P、Q在A、B两点的加速度大小分别为a1和a2，电势能分别为Ep1和Ep2，经过O点时的速度大小分别为v1和v2，到达O点经过的时间分别为t1和t2，粒子的重力不计，则下列关系不正确的是(A)Aa1a2 BEp1Ep2Cv1t2【解析】由题图，A处电场线较B处密集，故P受电场力较大，加速度较大，A错误根据等势线总是与电场线相互垂直，可作出B所在的等势线如图，再由沿电场线方向电势逐渐降低得A处的电势高于B处的电势，故相同电荷量的负电荷在A处电势能较小，B正确两粒子运动到O的过程中，电场力做负功，根据电势差的定义式知UAOUBO，则有电场力对两粒子做负功的多少满足WPWQ，根据动能定理知运动过程中P损失的动能大于Q损失的动能，则通过O点时v1a2，故a1一定大于a2在水平方向上的分加速度，即水平方向上，P减速比Q快，则水平方向上P粒子的平均速度小于Q粒子的平均速度，则t1t2，D正确应选A.考 点 集 训【p304】A组1两个可自由移动的点电荷分别放在A、B两处，如图所示A处电荷带正电荷量Q1，B处电荷带负电荷量Q2，且|Q2|4Q1，另取一个可以自由移动的点电荷Q3，放在AB直线上，欲使整个系统处于平衡状态，则(A)AQ3为负电荷，且放于A左方BQ3为负电荷，且放于B右方CQ3为正电荷，且放于A、B之间DQ3为正电荷，且放于B右方【解析】因为每个电荷都受到其余两个电荷的库仑力作用，且已知Q1和Q2是异种电荷，对Q3的作用力一为引力，一为斥力，所以Q3要平衡就不能放在A、B之间根据库仑定律知，由于B处的电荷Q2电荷量较大，Q3应放在离Q2较远而离Q1较近的地方才有可能处于平衡，故应放在Q1的左侧要使Q1和Q2也处于平衡状态，Q3必须带负电，故选项A正确2真空中某一点电荷Q在自己周围产生电场，a、b分别是该电场中的两点，如图，其中a点的电场强度大小为Ea，方向与a、b两点连线成120角；b点的电场强度大小为Eb，方向与a、b两点连线成150角，检验电荷q分别放在a点和b点，则(B)A点电荷Q是负电荷Ba、b两点的电场强度大小之比为31C检验电荷在a、b两点受到的电场力大小相等Da、b两点可能处于同一等势面上【解析】将两条电场线反向延长后相交于一点，即为点电荷Q的位置，设a、b两点到Q的距离分别为ra和rb，由几何知识得到，rbra，a、b两点不可能处于同一等势面上，根据公式E得，Ea3Eb，故B正确；检验电荷在a、b两点受到的电场力大小不相等，C、D错误；由电场线方向可知该点电荷为正电荷，A错误3如图所示，在光滑绝缘水平面上有三个孤立的点电荷Q1、Q、Q2，Q恰好静止不动，Q1、Q2围绕Q做匀速圆周运动，在运动过程中三个点电荷始终共线已知Q1、Q2分别与Q相距r1、r2，不计点电荷间的万有引力，下列说法正确的是(C)AQ1、Q2的电荷量之比为BQ1、Q2的电荷量之比为CQ1、Q2的质量之比为DQ1、Q2的质量之比为【解析】由于Q处于静止，则有，所以，选项A、B错误；对Q1有m12r1，对Q2有m22r2，将代入，得m1r1m2r2，解得，选项C正确4(多选)如图所示，长为L、倾角为的光滑绝缘斜面固定于静电场中，一带电荷量为q、质量为m的小球，以初速度v0由斜面底端的A点开始沿斜面上滑，到达斜面顶端的速度仍为v0，途中小球始终未离开斜面，重力加速度为g，则(AB)A小球在B点的电势能一定小于小球在A点的电势能B小球的电势能可能先增大后减小CA、B两点的电势差一定为D若处于匀强电场中，则该电场的场强大小一定是【解析】小球在斜面上受到重力、支持力和电场力，支持力不做功，小球以速度v0由斜面底端A点沿斜面上滑，到达顶端B点的速度仍为v0说明电场力做的功和重力做的功大小相等，小球从A点到B点的过程，重力做负功，电场力做正功，电势能减小，故小球在B点的电势能一定小于在A点的电势能，A正确；电场力可能先做负功后做正功，B正确；由于电场力做的正功和重力做的负功大小相等，即qUWGmgLsin ，可知A、B两点之间的电势差U，C错误；小球在斜面上向上运动的过程中，电场力做的正功和重力做的负功大小相等，但是不知道电场强度的方向，因此即使是匀强电场，场强大小也不一定为，故D错误5(多选)在真空中A、B两点分别放有异种点电荷Q和2Q，以AB连线中点O为圆心作一圆形路径acbd，如图所示，则下列说法正确的是(BC)A场强大小关系有EaEb、EcEdB电势高低关系有ab、cdC将一负点电荷沿圆弧由a运动到b的过程中电场力做负功D将一正点电荷沿直线由c运动到d的过程中电势能始终不变【解析】由于QAb、由于c、d在两电荷连线的垂直平分线上，到连线距离相等，所以两点电势相等故B正确将一负点电荷沿圆弧由a运动到b的过程中，电场力沿速度方向的分力的方向与运动方向相反，所以电场力做负功故C正确将一正点电荷沿直线由c运动到d的过程中，根据电场强度的叠加可知，在c点电场力方向与速度方向夹角小于90，而在d点的电场力方向与速度方向夹角大于90，所以电场力先做正功后做负功，则电势能先减小后增加故D错误故选B、C.6(多选)放在水平地面上的光滑绝缘圆筒内有两个带正电小球A、B，A位于筒底靠在左侧壁处，B在右侧筒壁上受到A的斥力作用处于静止，如图所示若A的电荷量保持不变，B由于漏电而下降少许重新平衡，下列说法正确的是(AB)AA对筒底的压力不变 BB对筒壁的压力变大CA、B间的库仑力变小 DA、B间的电势能减小【解析】对A、B系统由整体法可知，A对筒底的压力不变，A项正确；当B球下降时，F库与水平方向的夹角变小，在竖直方向上有：F库sin mBg.水平方向上FNF库cos ，FNmBgcot ，显然FN变大，B项对，C项错误；因为B下降后更靠近A球，克服库仑斥力做功，系统电势能增大，D错误7如图所示，在粗糙绝缘水平面上固定一点电荷Q，从M点无初速度释放一带有恒定负电荷的小物块，小物块在Q形成的电场中运动到N点静止则小物块从M点运动到N点的过程中，下列说法中正确的是(D)A小物块所受电场力逐渐增大B小物块具有的电势能逐渐增大CQ形成的电场中M点的电势高于N点的电势D小物块电势能变化量的大小等于克服摩擦力做的功8如图所示，A、B是两个带异种电荷的小球，其质量分别为m1和m2，所带电荷量分别为q1和q2，A用绝缘细线L1悬挂于O点，A、B间用绝缘细线L2相连整个装置处于水平方向的匀强电场中，平衡时L1向左偏离竖直方向，L2向右偏离竖直方向，则可以判定(C)Am1m2 Bm1m2Cq1q2 Dq1q2【解析】对A、B整体分析，受细线L1的拉力、重力、水平方向的电场力，由于细线L1向左偏，则电场力水平向左，即(q1q2)E0，q1q2，C正确，D错误；不能判断m1、m2的大小关系，A、B错误9如图所示，一个挂在绝缘细线下端的带正电的小球B，静止在图示位置，若固定的带正电的小球A的电荷量为Q，B球的质量为m，带电荷量为q，30，A和B在同一条水平线上，整个装置处于真空中，(静电力常量为k，重力加速度为g)求：(1)带电小球A在B点处产生的电场强度；(2)A、B两球间的距离【解析】(1)根据题意，A、B两球都受力平衡，对B球进行受力分析：Fmgtan E得E，场强方向由A指向B(2)两球之间库仑力：F以上两式联立解得：lB组10(多选)如图所示为两个点电荷的电场线分布，图中M、N两点到点电荷Q1(带电荷量为q1)的距离和R、S两点到点电荷Q2(带电荷量为q2)的距离相等，M、N两点与点电荷Q1共线，且M、N两点和R、S两点均关于两点电荷的连线对称，左边以Q1为圆心的半圆(图示虚线)是正检验电荷的运动轨迹下列说法正确的是(AD)A|q1|q2|BM、N两点的电场强度可能