高三物理一轮复习课件：6[1].1《电场力的性质.ppt

第1课时 电场力的性质 考点自清 一、元电荷及电荷守恒定律 1.元电荷:科学家发现最小的电荷量,质子、正负电子 电荷量与它相同,用e表示,e= . 2.电荷守恒定律 (1)起电方式: 、 、感应起电. 第六章 静电场 1.6010-19 C 摩擦起电接触起电 (2)带电实质:物体带电的实质是 . (3)内容:电荷既不会创生,也不会消灭,它只能从一个 物体 ,或者从物体的一部分 ;在转移的过程中,电荷的总量 . 得失电子 转移到另一个物体 转移到另 一部分保持不变 特别提醒 当完全相同的带电金属球相接触时,同种电荷电量平均 分配,异种电荷先中和后平分. 二、点电荷及库仑定律 1.点电荷:有一定的电荷量,忽略 的一种理想化 模型. 2.库仑定律 (1)内容: 中两个静止点电荷之间的相互作用力与它 们的 成正比,与它们的 成反比. 作用力的方向在 . (2)表达式: ,式中k= Nm2/C2,叫静电 力常量. (3)适用条件: 中的 . 形状和大小 真空 电荷量的乘积距离的平方 它们的连线上 9.0109 真空点电荷 三、电场、电场强度和电场线 1.电场 (1)定义:存在于电荷周围,能传递电荷间 的一 种特殊物质. (2)基本性质:对放入其中的电荷有 . 2.电场强度 (1)定义:放入电场中某点的电荷受到的电场力F与它的 的比值. (2)定义式: . (3)单位: 或 . 相互作用 力的作用 电荷量q N/C V/m (4)矢量性:规定 在电场中某点 的方向 为该点电场强度的方向. 3.电场线的特点 (1)电场线从 或无限远处出发,终止于 或无 限远处. (2)电场线在电场中不相交. (3)在同一电场里,电场线 的地方场强越大. (4) 的电场线是均匀分布的平行直线. (5)电场线不是实际存在的线,而是为了形象地描述电场 . 正电荷所受电场力 正电荷负电荷 越密 匀强电场 假想的线 4.几种典型电场的电场线(如图1所示) 特别提醒 电场中某点场强的大小和方向与该点放不放电荷以及所放 电荷的大小和电性无关,由电场本身决定. 图1 热点一 应用库仑定律需要注意的几个问题 热点聚焦 1.库仑定律的适用条件是真空中的静止点电荷.点电荷是一种 理想化模型,当带电体间的距离远远大于带电体的自身大小 时,可以视其为点电荷而适用库仑定律,否则不能适用. 交流与思考:在理解库仑定律时,有人根据公式 ,设 想当r0时得出F的结论,请分析这个结论是否正确. 提示:从数学角度分析是正确的,但从物理角度分析,这一 结论是错误的.错误的原因是:当r0时两电荷已失去了作 为点电荷的前提条件,何况实际电荷都有一定大小,根本不 会出现r =0的情况.也就是说r0时,已不能再利用库仑定 律 计算两电荷间的相互作用力了. 2.库仑定律的应用方法 库仑定律严格地说只适用于真空中,在要求不很精确的 情况下,空气可近似当作真空来处理.注意库仑力是矢 量,计算库仑力可以直接运用公式,将电荷量的绝对值 代入公式,根据同种电荷相斥,异种电荷相吸来判断作 用力F是引力还是斥力;也可将电荷量带正、负号一起 运算,根据结果的正负,来判断作用力是引力还是斥力. 3.三个点电荷的平衡问题 要使三个自由电荷组成的系统处于平衡状态,每个电荷 受到的两个库仑力必须大小相等,方向相反,也可以说 另外两个点电荷在该电荷处的合场强应为零. 由库仑力的方向及二力平衡可知,三个点电荷必须在同一 直线上,且同种电荷不能相邻,中间的异种电荷的电荷量应 最小,且靠近两侧电荷量较小的那一个,即“三点共线,两 同夹异,两大夹小,近小远大”. 交流与思考:当三个电荷中有两个电荷已经固定,要使第三 个自由电荷平衡,需要哪些条件?对自由电荷的电性和电荷 量有无要求? 当三个电荷中有两个电荷已经固定,要使第三个自由 电荷平衡,只要找到两个固定电荷的合场强为零的点即可, 对自由电荷的电性和电荷量都无要求. 提示: 热点二 电场强度的计算方法 1.一般方法 中学阶段求场强一般有下列三种方法: (1) 是电场强度的定义式,适用于任何电场,电场中 某点的场强是确定值,其大小和方向与试探电荷无关,试 探电荷q充当“测量工具的作用”. (2) 是真空中点电荷所形成电场的计算式,E由场 源电荷Q和某点到场源电荷的距离r决定. (3) 是场强与电势差的关系式,只适用于匀强电场, 注意式中的d为两点间的距离在场强方向的投影. 场强是矢量,所以场强的合成遵守矢量合成的平行四边形 定则. 2.特殊方法 (1)补偿法:求解电场强度,常用的方法是根据问题给出的 条件建立起物理模型.如果这个模型是一个完整的标准模 型,则容易解决.但有时由题给条件建立的模型不是一个完 整的标准模型,比如说是模型A,这时需要给原来的问题补 充一些条件,由这些补充条件建立另一个容易求解的模型B, 并且模型A与模型B恰好组成一个完整的标准模型.这样求 解模型A的问题就变为求解一个完整的标准模型与模型B的 差值问题. (2)极值法:物理学中的极值问题可分为物理型和数学型两 类.物理型主要依据物理概念、定理、定律求解.数学型则 是根据物理规律列出方程后,依据数学中求极值的知识求 解. (3)微元法:微元法就是将研究对象分割成许多微小的单位, 或从研究对象上选取某一“微元”加以分析,从而可以化曲 为直,使变量、难以确定的量转化为常量、容易确定的量. (4)等效替代法:等效替代法是指在效果一致的前提下,从A 事实出发,用另外的B事实来代替,必要时再由B到C直至 实现所给问题的条件,从而建立与之相对应的联系,得以用 有关规律解之.如以模型替代实物,以合力(合运动)替代两 个分力(分运动). (5)对称法:对称法是利用带电体(如球体、薄板等)产生的 电场具有对称性的特点来求电场强度的方法. 热点三 对电场线的进一步认识 1.电场线与带电粒子在电场中的运动轨迹的关系 根据电场线的定义,一般情况下,带电粒子在电场中的运 动轨迹不会与电场线重合,只有同时满足以下三个条件时, 两者才会重合: (1)电场线为直线; (2)电荷初速度为零,或速度方向与电场线平行; (3)电荷仅受电场力或所受其他力合力的方向与电场线平 行. 2.等量同种电荷和等量异种电荷的电场 (1)等量同种电荷的电场如图2甲所示 图2 两点电荷连线中点O处的场强为零,此处无电场线. 两点电荷连线中点O附近电场线非常稀疏,但场强不为零. 从两点电荷连线中点O沿中垂面(线)到无限远,电场线先 变密后变疏,即场强先变大后变小. 两点电荷连线中垂线上各点的场强方向和中垂线平行. 关于O点对称的两点A与A、B与B的场强等大、反向. (2)等量异种电荷的电场如图2乙所示. 两点电荷连线上各点的场强方向从正电荷指向负电荷,沿 电场线方向场强先变小再变大. 两点电荷连线的中垂面(线)上,电场线的方向均相同,即 场强方向相同,且与中垂面(线)垂直. 关于O点对称的两点A与A、B与B的场强等大同向. 题型1 库仑定律的应用 【例1】 如图3所示,悬挂在O点的一根不可伸长 的绝缘细线下端有一个带电量不变的小球A. 在两次实验中,均缓慢移动另一带同种电荷 的小球B,当B到达悬点O的正下方并与A在同 一水平线上,A处于受力平衡时,悬线偏离竖 直方向的角度为.若两次实验中B的电荷量 分别为q1和q2,分别为30和45,则q2/q1为 多少? 题型探究 图3 思路点拨 A受力平衡,可以A为研究对象,受力分析,然后利 用合力为零求解. 解析 A受重力、库仑力和绳子拉力的作用,如下图所示. 由图可得F=Gtan 由库仑定律得 由图r=lsin 由以上三式可解得 , 因qA不变,则 . 答案 方法提炼 解决带电体在电场中处于平衡状态问题的方法与解 决力学中平衡问题的方法是一样的,都是依据共点力平衡 条件求解,所不同的只是在受力分析列方程时,一定要注 意考虑电场力. 变式练习1 光滑绝缘的水平面上固定着 三个带电小球A、B、C,它们的质量均为m, 间距均为r,A、B带等量正电荷q.现对C球 施一水平力F的同时,将三个小球都放开, 如图4所示,欲使得三个小球在运动过程中 保持间距r不变,求: (1)C球的电性和电荷量. (2)力F及小球的加速度a. 图4 解析 设取A、B、C系统为研究对象,由牛顿第二定律有 :F=3ma.以A为研究对象,画出其受力图如右图所示,A球受到B 球的库仑斥力F1和C球的库仑力F2后,要产生水平向右的加速 度,故F2必为引力,所以C球带负电荷.又由库仑定律得 答案 (1)负电 2q (3) 题型2 有关电场线的问题 【例2】 如图5所示,点电荷的静电场中电场线用实线表示, 但其方向未标明,虚线是某一带电粒子通过该电场区域时 的运动轨迹.a、b是轨迹上的两点.若带电粒子在运动中只 受到电场力的作用,根据此图可作出正确判断的是 ( )A.带电粒子所带电荷的性质 B.a、b两点电场强度方向 C.带电粒子a、b两点处的受力方向 D.带电粒子在a、b两点的速度何 处较大 图5 解析 因不知电场线的方向,故无法确定粒子的电性和场 强的方向,所以选项A、B错;粒子从ab,电场力做负功,动 能减少,故在b处速度较小. 答案 CD 规律总结 解答这类问题,首先要根据带电粒子的弯曲方向,判断 出受力情况;第二步,把电场线方向、受力方向与电性相联 系;第三步,把电场线疏密和受力大小、加速度大小相联系 .有时还要与等势面联系在一起. 变式练习2 一负电荷从电场中A点由静 止释放,只受电场力作用,沿电场线运 动到B点,它运动的速度时间图象如 图6所示.则A、B两点所在区域的电场 线分布情况可能是下图中的 ( )图6 解析 由速度时间图象可知,电荷的速度越来越大,且加 速度也是越来越大,故电荷在运动过程中,应受到逐渐增大 的吸引力作用,所以电场线的方向应由B指向A.由于加速度 越来越大,所以电场力越来越大,即B点的电场强度应大于A 点的电场强度,即B点处电场线应比A点处密集.所以正确答 案为C. 答案 C 题型3 电场强度的叠加与计算 【例3】 如图7所示,分别在A、B两点放置点 电荷Q1=+210-14 C和Q2=-210-14 C. 在AB的垂直平分线上有一点C,且AB= AC=BC=610-2 m.试求: (1)C点的场强. (2)如果将一个电子放置在C点,它所受的库仑力的大小 和方向如何? 解析 (1)本题所研究的电场是点电荷Q1和Q2所形成的 电场的合电场.因此C点的场强是由Q1在C处的场强E1C 和Q2在C处的场强E2C的合场强.根据 图7 根据平行四边形定则作出E1C和E2C的合成图.CE1CEC是等边三 角形,故EC=E1C=0.05 N/C,方向与AB平行指向右. (2)电子在C点所受的力F=qEC=1.610-190.05 N=0.8 10-20 N.因为电子带负电,所以方向与EC方向相反. 答案 (1)0.05 N/C,方向平行于AB指向右 (2)0.810-20 N 方向与AB平行指向左 方法提炼 1.解决此类问题,需要巧妙地运用对称性特点,将相互对 称的两个点电荷的场强进行叠加. 2.不在同一直线上电场的叠加要根据电荷的正、负,先判 断场强的方向,然后利用矢量合成法则,结合对称性分析叠加 结果. 变式练习3 正电荷Q位于图8中的坐标原点,另一负 电荷-2Q放在何处才能使P点的场强为零? ( ) A.位于x轴上,x1 B.位于x轴上,xv0时,B球将做库仑力、加速度、 速度都变小的离心运动.当vE2 B.两处的电场方向相反,E1E2 C.两处的电场方向相同,E1E1,由此分析可知,两处场强方向相反, 故D项正确. 答案 D 6.如图16所示,绝缘水平面上静止着两个质量均为m,电荷 量均为+Q的物体A和B(A、B均可视为质点),它们之间的 距离为r,与水平面间的动摩擦因数均为,求: (1)A受的摩擦力为多大? (2)如果将A的电荷量增至+4Q,两物体开始运动,当它们 的加速度第一次为零时,A、B各运动了多远距离? 图16 解析 (1)由A受力平衡得，A受的摩擦力为 答案 7.如图17所示,质量为m,带电荷量为+q的微粒在O点以初速 度v0与水平方向成角射出,微粒在运动中受阻力大小恒 定为Ff. 图17 (