精高考物理冲刺复习：专题八静电场张课件.ppt

专题八静电场,1.物质的电结构、电荷守恒2.静电现象的解释3.点电荷4.库仑定律5.静电场6.电场强度、点电荷的场强7.电场线,8.电势能、电势9.电势差10.匀强电场中电势差与电场强度的关系11.带电粒子在匀强电场中的运动12.示波管13.常见电容器14.电容器的电压、电荷量和电容的关系,1.理解库仑定律的内容、适用条件，并能应用该定律解决相关问题.2.理解电场强度、电势和电势差的概念，知道它们分别从力的角度和能量的角度来描述电场，并能应用它们进行相关的分析与计算.3.能够用电场线描述几种常见的电场：点电荷的电场、等量同种(异种)点电荷电场、匀强电场等.,4.能够正确理解物理量的正值和负值的含义，如电荷的正负、电势的正负、电势能的正负以及电场力做功的正负与电势能的增减相对应关系.5.能结合力学的平衡、运动学、牛顿运动定律、功能关系、能量守恒定律及交流电等知识处理带电粒子在电场中运动的问题.6.理解电容器电容的定义式和平行板电容器电容的决定式，并能解决有关问题.,电荷守恒、库仑定律【典例1】(2011海南高考)三个相同的金属小球1、2、3分别置于绝缘支架上，各球之间的距离远大于小球的直径.球1的带电量为q，球2的带电量为nq，球3不带电且离球1和球2很远，此时球1、2之间作用力的大小为F.现使球3先与球2接触，再与球1接触，然后将球3移至远处，此时1、2之间作用力的大小仍为F，方向不变.由此可知()A.n=3B.n=4C.n=5D.n=6,【审题视角】解答本题时应注意以下两点：【关键点】(1)相同金属小球接触时电量的转移与分配规律.(2)库仑定律的应用.,【精讲精析】设小球1、2之间的距离为r.球3接触前，球3分别与球1、2接触后，联立以上两式解得：n=6，故D正确.答案：D,【命题人揭秘】电荷的重新分配规律两个完全相同的金属球接触,电荷将重新分配:(1)若两球带同种电荷q1、q2,则接触后电量平均分配,即(2)若两球带异种电荷q1、q2,则接触后电量先中和后平分,即电性与带电量大的金属球相同.,点电荷的场强、电场的叠加【典例2】(2011重庆高考)如图所示，电量为+q和-q的点电荷分别位于正方体的顶点，正方体范围内电场强度为零的点有()A体中心、各面中心和各边中点B体中心和各边中点C各面中心和各边中点D体中心和各面中心,【审题视角】解答本题时要把握以下三点：【关键点】(1)电场强度是矢量，按照矢量法则叠加.(2)点电荷场强公式(3)两个等量同种点电荷连线中点场强叠加为零.,【精讲精析】在正方体的上面中心，上面的四个电荷分成两组产生的场强都是零，下面的四个电荷分成两组产生的场强等大反向，所以正方体的上面中心处的合场强为零，同理所有各面中心处的合场强都为零.在体中心，可以将八个电荷分成四组，产生的合场强为零.而在各边中点，场强无法抵消，合场强不为零.答案：D,【命题人揭秘】求合场强的两种常用方法(1)对称法：利用带电体电荷分布具有对称性，或带电体产生的电场具有对称性的特点求合场强的方法.(2)补偿法：题给条件建立的模型A不是一个完整的标准模型，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.,电场强度、电势、电场线【典例3】(2011上海高考)电场线分布如图所示，电场中a，b两点的电场强度大小分别为Ea和Eb，电势分别为a和b，则()AEaEb，abBEaEb，abDEa0)，而且电荷均匀分布.两圆环的圆心O1和O2相距为2a，连线的中点为O，轴线上的A点在O点右侧与O点相距为r(rEb，abBEaEb，ab,【解题指南】解答本题时注意以下两点：(1)电场线的密、疏表示场强大、小.(2)沿电场线电势降低.【解析】选C.a处电场线较b处密集，所以EaEb，因为沿着电场线方向电势逐渐降低.所以ab.,21.(2010安徽高考)如图所示，在xOy平面内有一个以O为圆心、半径R=0.1m的圆，P为圆周上的一点，O、P两点连线与x轴正方向的夹角为.若空间存在沿y轴负方向的匀强电场，场强大小E=100V/m，则O、P两点的电势差可表示为(),A.UOP=-10sin(V)B.UOP=10sin(V)C.UOP=-10cos(V)D.UOP=10cos(V)【解析】选A.由题图可知匀强电场的方向是沿y轴负方向的.沿着电场线的方向电势是降低的，所以P点电势高于O点的电势，O、P两点的电势差UOP为负值.根据电势差与场强的关系UOP=-Ed=-ERsin=-10sin(V)，所以A正确.,22.(2010全国卷)关于静电场，下列结论普遍成立的()A.电场强度大的地方电势高，电场强度小的地方电势低B.电场中任意两点之间的电势差只与这两点的场强有关C.在正电荷或负电荷产生的静电场中，场强方向都指向电势降低最快的方向D.将正点电荷从场强为零的一点移动到场强为零的另一点，电场力做功为零,【解析】选C.在正电荷的电场中，离正电荷近，电场强度大，电势高，离正电荷远，电场强度小，电势低；而在负电荷的电场中，离负电荷近，电场强度大，电势低，离负电荷远，电场强度小，电势高，A错误；电势差的大小取决于电场线方向上两点的间距和电场强度，所以B错误；沿电场线方向电势降低，而且降落速度最快，C正确；在电场中移动电荷，电场力做功的大小仅与两点间电势差有关，所以D错误.,23.(2010天津高考)在静电场中，将一正电荷从a点移到b点，电场力做了负功，则()Ab点的电场强度一定比a点大B电场线方向一定从b指向aCb点的电势一定比a点高D该电荷的动能一定减小【解题指南】解答本题时注意以下两点：(1)根据电场力做负功判断出电势能增大，正电荷在高电势的地方电势能大，判断出电势的高低.(2)正确理解电场的强弱与电场力做功的正负无关.,【解析】选C.正电荷从a点移到b点，电场力做了负功，说明正电荷的电势能增加，电势升高，故b点的电势一定比a点高，C正确；但是a、b两点不一定在同一条电场线上，故B错误；从做功情况反映不出电场力的大小，也不能反映电场的强弱，故A错误；动能的变化取决于合外力做功，电场力做了负功不代表合外力也做负功，所以动能不一定减小，故D错误.,24.(2011上海高考)如图，在竖直向下、场强为E的匀强电场中，长为l的绝缘轻杆可绕固定轴O在竖直面内无摩擦转动，两个小球A、B固定于杆的两端，A、B的质量分别为m1和m2(m1m2)，A带负电，电量为q1，B带正电，电量为q2.杆从静止开始由水平位置转到竖直位置，在此过程中电场力做功为_，在竖直位置处两球的总动能为_.,【解析】电场力对、都做正功电场力所做总功重力所做总功根据动能定理，竖直位置处两球的总动能答案:(q1+q2)El/2(q1+q2)E+(m2-m1)gl/2,【方法技巧】电场中功能问题的分析方法(1)利用电场线、等势面分布的特点分析粒子做功情况.(2)应用WAB=UABq计算功时，WAB、q、UAB都要带正、负号计算.(3)应用动能定理解决问题时要分析合外力的做功情况.(4)应用能量守恒解决问题时应注意电势能和其他形式能间的转化关系.,25.(2011北京高考)静电场方向平行于x轴，其电势随x的分布可简化为如图所示的折线，图中0和d为已知量.一个带负电的粒子在电场中以x=0为中心、沿x轴方向做周期性运动.已知该粒子质量为m、电量为-q，其动能与电势能之和为-A(0Aq0).忽略重力.求：,(1)粒子所受电场力的大小；(2)粒子的运动区间；(3)粒子的运动周期.【解题指南】解答本题时可按以下思路分析：(1)根据电势差与场强的关系，求出场强，即可求得电场力.(2)根据动能定理结合边界条件即可求出粒子运动区间.(3)根据牛顿第二定律和运动学公式即可求出粒子运动的周期.,【解析】(1)由题图可知，O与d(或-d)两点间的电势差为0电场强度的大小电场力的大小(2)设粒子在-x0，x0区间内运动，速率为v，由题意得由图可知=0,由得因动能非负，由得粒子运动区间,(3)考虑粒子从x0处开始运动的四分之一周期，根据牛顿第二定律，粒子的加速度由匀加速直线运动将代入，得,粒子运动周期答案:(1)(2)(3),电容器高考指数:26.(2012新课标全国卷)如图,平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度,两极板与一直流电源相连.若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器,则在此过程中,该粒子(),A.所受重力与电场力平衡B.电势能逐渐增加C.动能逐渐增加D.做匀变速直线运动【解析】选B、D.分析带电粒子的受力情况，画出其受力图如图所示.可以看出其合力方向与其速度方向相反.所以,带电粒子在电场中做匀减速运动.电场力做负功，重力不做功，动能减少，电势能增加,故选项A、C错误，选项B、D正确.,27.(2012江苏高考)一充电后的平行板电容器保持两极板的正对面积、间距和电荷量不变，在两极板间插入一电介质，其电容C和两极板间的电势差U的变化情况是()A.C和U均增大B.C增大，U减小C.C减小，U增大D.C和U均减小【解析】选B.由知，S和d不变，插入电介质时，增大，电容增大，由可知：Q不变时，C增大，则两板间的电势差U一定减小，答案选B.,28.(2011大纲版全国卷)通常一次闪电过程历时约0.20.3s，它由若干个相继发生的闪击构成.每个闪击持续时间仅4080s，电荷转移主要发生在第一个闪击过程中.在某一次闪电前云地之间的电势差约为1.0109V，云地间距离约为1km；第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约为6C，闪击持续时间约为60s.假定闪电前云地间的电场是均匀的.根据以上数据，下列判断正确的是(),A.闪电电流的瞬时值可达到1105AB整个闪电过程的平均功率约为11014WC闪电前云地间的电场强度约为1106V/mD.整个闪电过程向外释放的能量约为6106J,【解析】选A、C.在60s的短暂时间内的平均电流就可以当做瞬时电流所以A正确；第一个闪击过程中的平均功率因为题目中告诉整个闪电过程的时间是0.2s0.3s而不是60s.故整个闪电过程的平均功率不等于第一个闪击过程中的平均功率，所以B错误；闪电前电场强度为C正确；由于电荷转移主要发生在第一个闪击过程中，整个闪电过程向外释放的能量大约是W=qU=6109J，所以D错误.,29.(2011安徽高考)如图(a)所示，两平行正对的金属板A、B间加有如图(b)所示的交变电压，一重力可忽略不计的带正电粒子被固定在两板的正中间P处.若在t0时刻释放该粒子，粒子会时而向A板运动，时而向B板运动，并最终打在A板上.则t0可能属于的时间段是(),【解析】选B.画出带电粒子速度时间图象，根据v-t图象中的“面积”研究各时刻开始的带电粒子的运动情况，A选项可画出T/8时刻开始的运动图象，如图甲,由图知在一个周期内粒子运动的总面积为正，即粒子向B板靠近，最终会打到B板上,A选项错；B选项可画出5T/8时刻,A.B.C.D.,开始的运动图象，如图乙,由图知在一个周期内粒子运动的总面积为负，即粒子向A板靠近，最终会打到A板上,B选项对；C选项可画出7T/8时刻开始的运动图象，同理知在一个周期内粒子运动的总面积为正，即粒子向B板靠近，最终会打到B板上，C选项错；同理D选项错.,30.(2010重庆高考)某电容式话筒的原理示意图如图所示，E为电源，R为电阻，薄片P和Q为两金属极板.对着话筒说话时，P振动而Q可视为不动.在P、Q间距增大过程中(),A.P、Q构成的电容器的电容增大B.P上电荷量保持不变C.M点的电势比N点的低D.M点的电势比N点的高【解析】选D.电容式话筒与电源串联，电压保持不变.在P、Q间距增大过程中，根据电容决定式得电容减小，又根据电容定义式得电容器所带电量减小，电容器的放电电流通过R的方向由M到N，所以M点的电势比N点的高，故只有D正确.,电场中的力学综合应用高考指数:31.(2012四川高考)如图所示，ABCD为固定在竖直平面内的轨道，AB段光滑水平，BC段为光滑圆弧，对应的圆心角=37，半径r=2.5m，CD段平直倾斜且粗糙，各段轨道均平滑连接，倾斜轨道所在区域有场强大小为E=2105N/C、方向垂直于斜轨向下的匀强电场.质量m=510-2kg、电荷量q=+110-6C的小物体(视为质点)被弹簧枪发射后，沿水平轨道向左,滑行，在C点以速度v0=3m/s冲上斜轨.以小物体通过C点时为计时起点，0.1s以后，场强大小不变，方向反向.已知斜轨与小物体间的动摩擦因数=0.25.设小物体的电荷量保持不变，取g=10m/s2，sin37=0.6，cos37=0.8.(1)求弹簧枪对小物体所做的功；(2)在斜轨上小物体能到达的最高点为P，求CP的长度.,【解析】(1)设弹簧枪对小物体做的功为W，由动能定理得代入数据得W=0.475J(2)取沿平直斜轨向上为正方向.设小物体通过C点进入电场后的加速度为a1，由牛顿第二定律得-mgsin-(mgcos+qE)=ma1,小物体向上做匀减速运动，经t1=0.1s后，速度达到v1，有v1=v0+a1t1由可知v1=2.1m/s，设运动的位移为s1，有电场力反向后，设小物体的加速度为a2，由牛顿第二定律得-mgsin-(mgcos-qE)=ma2设小物体以此加速度运动到速度为0，运动的时间为t2，位移为s2，有,0=v1+a2t2设CP的长度为s，有s=s1+s2联立相关方程，代入数据解得s=0.57m答案：(1)0.475J(2)0.57m,电荷守恒、库仑定律1.电荷守恒定律和元电荷(1)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，在转移过程中，电荷的总量保持不变(2)比荷：带电粒子的电荷量与粒子的质量之比，叫做该粒子的比荷,(3)元电荷：是世界上最小的电量，任何带电体的电量都是元电荷的整数倍，元电荷是质子或电子所带的电量，即e=1.6010-19C.(4)物体带电的方式和实质:带电方式：摩擦起电、接触起电和感应起电.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：在真空中两个静止点电荷间作用力跟它们的电量乘积成正比，跟它们之间的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上.(2)表达式：式中k表示静电力常量，k=9.0109Nm2/C2.(3)适用条件：真空中的点电荷.,3.三个孤立自由点电荷的平衡问题(1)平衡的条件：每个点电荷受到另外两个点电荷的合力为零或每个点电荷处另外两个点电荷产生的合场强为零.(2),【名师点睛】应用库仑定律应注意的四个问题(1)库仑定律只适用于真空中的点电荷，点电荷在空气中的相互作用可以近似应用库仑定律.(2)当带电体间的距离远大于它们本身的尺寸时，可把带电体看做点电荷.但不能根据公式错误地推论：当r0时，F.当F时，两个带电体已经不能再看做点电荷了.(3)对于两个均匀带电绝缘球体，可将其视为电荷集于球心的点电荷，r为两球心之间的距离.(4)对两个带电金属球，要考虑金属表面电荷的重新分布.,电场力的性质的描述1.电场的基本性质：对放入电场的电荷有力的作用.2.电场强度(1)定义式：单位：牛/库(N/C)或伏/米(V/m).(2)方向：规定正电荷受电场力的方向为该点的场强方向.,3.电场线(1)特点：电场线的密疏表示电场的强弱，切线方向表示该点场强的方向；电场线始于正电荷(或无穷远)，终于负电荷(或无穷远)；电场线不闭合，也互不相交；电场线和等势面关系：电场线由高等势面指向低等势面且在相交处互相垂直；电场线密的地方等差等势面密；等差等势面密的地方电场线也密.,(2)几种典型的电场线.,4.三个公式的比较,【状元心得】两个等量点电荷的电场特点1.等量的同种电荷两点电荷连线上：中点O处为零，其他点左右对称(大小相等，方向相反)；连线的中垂线上：由中点O到无限远，先变大后变小，且上下对称(大小相等、方向相反，背离O点).,2.等量的异种电荷两点电荷连线上：中点O处最小，其他点左右对称(大小相等，方向相同，平行连线指向负电荷)；连线的中垂线上：由中点O到无限远，逐渐变小，且上下对称(大小相等、方向相同，平行连线指向负电荷).,电场的能的性质的描述1.电场力的功(1)特点：和路径无关，只和被移动电荷的电荷量及初、末位置的电势差有关.(2)计算公式：W=Eqd，适用于匀强电场，其中d为沿电场线方向的位移.W=Uq，适用于任何形式的电场.,2.电势能(1)定义：电荷在电场中具有的势能，等于静电力把它从该点移动到零势能处所做的功.(2)静电力做功与电势能变化的关系：静电力做的功等于电势能的减小量，即WAB=EpA-EpB.(3)电势能的相对性与绝对性：电势能是相对的，与零电势点的位置有关，但电势能的变化是绝对的，与零电势点的位置无关.,3.电势(1)定义：电场中某点的电势，等于电荷由该点移动到参考点(零电势点)时电场力所做的功与电荷量的比值.(2)定义式：A=单位：伏特，符号V.(3)标量性：是标量，其正负只表示比零电势高还是低.(4)相对性：电势是相对的，只有选择零电势点的位置才能确定电势的值，通常取无限远或地球的电势为零.,4.等势面的概念及特点(1)等势面：电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面(2)等势面的特点.电场线与等势面处处垂直，且总是由电势高的等势面指向电势低的等势面；在同一等势面上移动电荷时电场力不做功；处于静电平衡的导体是一个等势体，导体表面是一个等势面；导体表面的电场线与导体表面处处垂直,(3)熟悉几种常见电场的等势面的分布情况,5.电势差(1)定义：电场中AB两点的电势之差，即UAB=A-B.电荷在电场中由一点A移动到另一点B时，电场力所做的功与该电荷电荷量的比值叫做AB两点的电势差.即(2)标量性：电势差是标量，其正负代表AB两点电势的高低关系.(3)影响因素：电势差UAB由电场本身的性质决定，与移动的电荷q及电场力做功WAB无关，与零势点的选取无关.,(4)匀强电场中电势差与电场强度的关系.方向关系：场强的方向是电势降低最快的方向.大小关系：U=Ed，d为两点间沿电场线间的距离.【状元心得】电势高低的判断方法1.依据场源电荷:正场源电荷周围电势高于零，越靠近场源电势越高；负场源电荷周围电势低于零，越靠近场源电势越低.2.依据电场线：沿电场线电势逐渐降低.,3.依据电场力做功的正负：电场力做正功时：正电荷向低电势处运动，负电荷向高电势处运动；电场力做负功时：正电荷向高电势处运动，负电荷向低电势处运动.4.依据电势能的大小：正电荷在高电势处、负电荷在低电势处电势能大.,【名师点睛】一、等分法计算匀强电场中的电势1匀强电场中的电势特点：在匀强电场中,沿任意一个方向上,电势降落都是均匀的,故在同一直线上相同距离的两点间的电势差相等,相互平行的相等的线段两端点电势差相等.如果把某两点间的距离等分为n段,则每段两端点间的电势差等于原电势差的1/n倍.,2等分法的应用：已知电场中几点的电势,如果要求某点的电势时,一般采用“等分法”在电场中找与待求点电势相同的等势点.等分法也常用在画电场线的问题中.二、在非匀强电场中的妙用1仅适用于匀强电场，但对于非匀强电场，可以用它来解释等差等势面的疏密与场强大小的关系，如U一定时，E越大，则d越小，即场强越大，等差等势面越密.2利用此关系式定性判断非匀强电场电势差的大小关系，如距离相等的两点间的电势差，E越大，U越大，E越小，U越小.,电容器1.电容器(1)组成：两个彼此绝缘又相距很近的导体可构成一个电容器.(2)充电与放电.充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两板带上等量的异种电荷，电容器中储存电能.放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中电能转化为其他形式的能.(3)电容器带的电荷量：是指每个极板上所带电荷量的绝对值.,2.电容C(1)定义：电容器所带的电荷量Q与两个极板间的电势差U的比值.(2)定义式：单位：法拉(F)，微法(F)，皮法(pF)，1F=106F=1012pF.(3)决定因素：由电容器本身物理条件(导体大小、形状、相对位置及电介质)决定，与电容器是否带电及带电多少无关.,3.平行板电容器(1)电容：跟介电常数成正比,跟正对面积S成正比,跟两极板的距离d成反比，即：(2)场强：4.,【状元心得】平行板电容器定性分析类问题的解题步骤(1)确定不变量.C与电源相连时，电压U不变；电容器先充电后与电源断开时，所带电荷量Q不变.(2)根据决定式和S、d的变化分析平行板电容器的电容的变化.(3)根据定义式分析电容器所带电荷量Q或两极板间电压U的变化.(4)用或分析电容器间场强的变化,或根据电容器带电量Q的变化分析回路中的电流方向.,带电粒子在电场中的运动1.带电粒子在电场中加速带电粒子在电场中加速时，电场力对带电粒子做功等于带电粒子动能的增量.(1)在匀强电场中：(2)在非匀强电场中：,2.带电粒子在电场中的偏转(1)运动性质：受恒力作用，是匀变速曲线运动.(2)两个分运动：平行于板方向：匀速直线运动；垂直于板方向：匀加速直线运动.(3)侧位移：(4)偏转角：,3.示波管(1)构造：电子枪,偏转电极,荧光屏.(2)工作原理(如图所示).,如果在偏转电极XX和YY之间都没有加电压，则电子枪射出的电子沿直线传播，打在荧光屏中心，并产生一个亮斑.YY上加的是待显示的信号，XX上加的是机器自身的锯齿形电压，叫做扫描电压.若所加扫描电压和信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内变化的图象.,【状元心得】带电粒子在电场中运动的处理方法1.分析方法和力学的分析方法基本相同：先分析受力情况，再分析运动状态和运动过程(平衡、加速或减速，是直线还是曲线)，然后选用恰当的规律解题.,2.受力分析(1)要掌握电场力的特点.如电场力的大小和方向不仅跟场强的大小和方向有关，还与带电粒子的电量和电性有关；在匀强电场中，同一带电粒子所受的电场力处处是恒力；在非匀强电场中，同一带电粒子在不同位置所受