浙江省严州中学新安江校区高考物理 电场力的性质的描述复习课件.ppt

2014高三物理新课标 严州中学新校区 静电场 考纲展示 27电场力的性质 一 电荷和电荷守恒定律1 电荷 1 元电荷 e 1 6 10 19c 所有带电体的电荷量都是元电荷的 倍 其中质子 正电子的电荷量与元电荷相同 电子带的电荷量q 2 点电荷 有一定的电荷量 忽略 的理想化模型 整数 1 6 10 19c 形状和大小 2 电荷守恒定律 1 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 2 起电方式 感应起电 3 带电实质 物体带电的实质是 转移到另一个物体 转移到另一部分 保持不变 摩擦起电 接触起电 得失电子 真空 电荷量的乘积 距离的平方 它们的连线上 9 0 109 真空 点电荷 特别提醒 当r 0时 不能认为f 因电荷已不再是点电荷公式已不再适用 三 电场 电场强度和电场线1 电场基本性质 对放入其中的电荷有 2 电场强度 1 定义式 单位 或 2 方向 规定 在电场中某点 的方向为该点电场强度的方向 力的作用 n c v m 正电荷 所受电场力 3 电场线 1 电场线的特点 电场线从 或无限远处出发终止于 或无限远处 电场线在电场中不相交 在同一电场里 电场线 的地方场强越大 电场线上某点的切线方向表示该点的 正电荷 负电荷 越密 场强方向 2 几种典型电场的电场线 如图所示 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 1 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 考点一 对库仑定律的理解和应用 2 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 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 即 两同夹一异 两大夹一小 利用这一规律可以迅速 准确地确定三个自由电荷的相对位置及电荷的电性 然后根据库仑定律列出电荷的受力平衡方程 问题就迎刃而解了 d 例1 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的带电荷量为q 球2的带电荷量为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 c 变式题 如图所示 在光滑绝缘水平面上放置3个电荷量均为q q 0 的相同小球 小球之间用劲度系数均为k0的轻质弹簧绝缘连接 当3个小球处在静止状态时 每根弹簧长度为l 已知静电力常量为k 若不考虑弹簧的静电感应 则每根弹簧的原长为 1 如图所示 两金属球心相距为r r略大于两球半径之和 现让其分别带上异号电荷 q和 q 则两带电球之间的相互作用力的大小应满足 bd 考点二 场强三个表达式的比较 考点三 两等量电荷形成的电场比较 3 a b两个点电荷在真空中所产生电场的电场线 方向未标出 如图所示 图中c点为两点电荷连线的中点 mn为两点电荷连线的中垂线 d为中垂线上的一点 电场线的分布关于mn左右对称 则下列说法中正确的是 a 这两个点电荷一定是等量异种电荷b 这两个点电荷一定是等量同种电荷c ec edd ec 0 ac 题型一 库仑定律在力的平衡中的应用 c 规律小结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 a 题型二 电场的叠加 如图所示 a b是两个点电荷 它们的电荷量分别为q1 q2 mn是ab连线的中垂线 p是中垂线上的一点 下列哪种情况能使p点电场强度方向指向mn的左侧 a q1 q2都是正电荷 且q1 q2 c q1是负电荷 q2是正电荷 且 q1 q2 acd 规律小结电场强度是矢量 既有大小 又有方向 电场强度的叠加遵循平行四边形定则 在求解电场强度问题时 应分清所叙述的场强是合场强 还是分场强 若求分场强 要注意选择适当的公式进行计算 求合场强时 应先求出分场强 然后再根据矢量的合成法则 平行四边形定则 进行求解 2 如图所示 ac bd为圆的两条互相垂直的直径 圆心为o 将带有等电荷量q的正 负点电荷放在圆周上 它们的位置关于ac对称 要使圆心o处的电场强度为零 可以在圆周上再放置一个适当电荷量的正点电荷 q 则该点电荷 q应放在 a a点b b点c c点d d点 d 题型三 与电场线相关的问题 静电除尘器是目前普遍采用的一种高效除尘器 某除尘器模型的收尘板是很长的条形金属板 图中直线ab为该收尘板的横截面 工作时收尘板带正电 其左侧的电场线分布如图所示 粉尘带负电 在电场力作用下向收尘板运动 最后落在收尘板上 若用粗黑曲线表示原来静止于p点的带电粉尘颗粒的运动轨迹 下列4幅图中可能正确的是 忽略重力和空气阻力 a 规律小结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 带电粒子在电场中的运动轨迹是由带电粒子受到的合外力情况和初速度情况来决定的 1 带电粒子的轨迹的切线方向为该点处的速度方向 2 带电粒子所受合力 往往仅为电场力 应指向轨迹曲线的凹侧 再依电场力与场强同向或反向 即可确定准确的力的方向 3 在一段运动过程中 若合力与速度方向的夹角小于90 则合力做正功 动能增加 若夹角大于90 则合力做负功 动能减小 若夹角总等于90 则动能不变 3 如图 甲 所示 a b是一条电场线上的两点 若在某点释放一初速度为零的电子 电子仅受电场力作用 从a点运动到b点 其速度随时间变化的规律如图 乙 所示 则 a 电子在a b两点受的电场力faebc 场强方向为由b到ad 电场线的方向一定是从a到b ac 1 以下说法中错误的是 a 电荷的周围存在电场b 电场是一种物质 它与其他物质一样 是不依赖我们的感觉而存在的c 电荷甲对电荷乙的电场力是电荷甲的电场对电荷乙的作用力d 电场力是不直接接触物体之间的作用力 这种相互作用不经其他物质便可直接进行 d 2 法拉第首先提出用电场线形象生动地描绘电场 右图所示为点电荷a b所形成电场的电场线分布图 以下几种说法正确的是 a a b为异种电荷 a带电荷量大于b带电荷量b a b为异种电荷 a带电荷量小于b带电荷量c a b为同种电荷 a带电荷量大于b带电荷量d a b为同种电荷 a带电荷量小于b带电荷量 b 3 关于点电荷的说法 正确的是 a 只有体积很小的带电体才能看成是点电荷b 体积很大的带电体一定不能看成点电荷c 当两个带电体的大小远小于它们的距离时 可将这两个带电体看成是点电荷d 一切带电体都可以看成是点电荷 c 4 2010年8月19日讯 鲁西北 鲁中和半岛北部地区有大到暴雨 局部大暴雨 其他地区有雷雨或阵雨 已知在雷雨云下沿竖直方向的电场强度约为104v m 已知一半径为1mm的雨滴在此电场中不会下落 取重力加速度大小为10m s2 水的密度为103kg m3 这雨滴携带的电荷量的最小值约为 a 2 10 9cb 4 10 9cc 6 10 9cd 8 10 9c2 b 5 如图所示 分别在a b两点放置点电荷q1 2 10 14c和q2 2 10 14c 在ab的垂直平分线上有一点c 且lab lac lbc 6 10 2m 试求c点的场强 0 05n c 方向平行于ab指向右 bd 2 物理学中有些问题的结论不一定必须通过计算才能验证 有时只需通过一定的分析就可以判断结论是否正确 如图所示为两个彼此平行且共轴的半径分别为r1和r2的圆环 两圆环上的电荷量均为q q 0 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 r a 试分析判断下列关于a点处电场强度大小e的表达式 式中k为静电力常量 正确的是 d 3 如图两等量异号的点电荷相距为2a m与两点电荷共线 n位于两点电荷连线的中垂线上 两点电荷连线中点到m和n的距离都为l 且l a 略去 a l n n 2 项的贡献 则两点电荷的合电场在m和n点的强度 a 大小之比为2 方向相反b 大小之比为1 方向相反c 大小均与a成正比 方向相反d 大小均与l的平方成反比 方向相互垂直 ac 变式题 如图所示 带电荷量为 q的点电荷与竖直放置的均匀带电薄板相距2d 点电荷到带电薄板的垂线通过板的几何中心 若图中a点处的电场强度为零 根据对称性 带电薄板在图中b点处产生的电场强度的大小和方向分别为 a 例4 反射式速调管是常用的微波器件之一 它利用电子团在电场中的振荡来产生微波 其振荡原理与下述过程类似 如图所示 在虚线mn两侧分别存在着方向相反的两个匀强电场 一带电微粒从a点由静止开始 在电场力作用下沿直线在a b两点间往返运动 已知电场强度的大小分别是e1 2 0 103n c和e2 4 0 103n c 方向如图所示 带电微粒质量m 1 0 10 20kg 带电荷量q 1 0 10 9c a点距虚线mn的距离d1 1 0cm 不计带电微粒的重力 忽略相对论效应 求 1 b点到虚线mn的距离d2 2 带电微粒从a点运动到b点所经历的时间t 1 0 50cm 2 1 5 10 8s 变式题 如图所示 a b分别为绝缘正方体的一半 质量均为m 在a b内部各嵌入一个带电小球 带电荷量分别为 q和 q 且两个小球的球心连线垂直于ab接触面 a b最初靠在竖直的粗糙墙上 空间有水平向右的匀强电场 场强大小为e 重力加速度为g 现将a b无初速度释放 下落过程中始终相对静止 忽略空气阻力 则下列说法正确的是 a 两物块下落的加速度大小为gb 两物块下落的加速度大小小于gc a b之间接触面上的弹力为零d b受到a的摩擦力作用 方向沿接触面向上 ad 27电荷电荷守恒定律点电荷库仑定律 1 两种电荷 电荷守恒 2 真空中的库仑定律 电荷量 一 电荷库仑定律 一 电荷 1 两种电荷 毛皮摩擦橡胶棒 丝绸摩擦玻璃棒 橡胶棒 负电 毛皮 正电 玻璃棒 正电 丝绸 负电 2 元电荷 e 1 6 10 19c 带电体所带电荷量为元电荷的整数倍 3 起电 摩擦起电 感应起电 接触起电 电荷中和 实质 电子的转移 4 电荷守恒定律 最早由密立根用实验测得 比荷 电荷既不能创造 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 带电体所带电荷量与其质量之比 二 库仑定律 1 内容 真空中两个点电荷之间相互作用的电力 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 3 条件 真空中 点电荷 物理模型 当带电体相互间距离远大于其本身大小时带电体便可看做点电荷 4 说明 静电力常量k 9 109n m2 c2 计算时q1 q2的正负号不用代入 库仑力的方向可由两电荷的电性判断 两电荷之间的库仑力是一对作用力与反作用力 空气中近似适用 三 理解与巩固 1 关于库仑定律的适用条件 r r r 例 如图 半径均为r的金属球如图所示放置 使两球的边缘相距为r 今使两球带上等量的异种电荷q 设两电荷q间的库仑力大小为f 则 拓展 若所带电荷为同种电荷又将如何 两球带同 异 种电荷时 由于电荷的相互作用 使两球电荷中心距离大 小 于两球心距离 2 关于库仑定律与电荷守恒定律 例 有两个完全一样的金属小球a b 可看做点电荷 a带电量7q b带电量 q 相距为r 球的半径比r小得多 将两小球接触后放回原位置 小球间库仑力是原来的多少倍 将不带电的相同小球c与a接触后移去 a b间库仑力为原来多少倍 将不带电的相同小球c与a接触后再与b接触后移去 a b间库仑力为原来多少倍 将不带电的相同小球c反复与a b球接触 最后移去c球 试问a b间的库仑力变为原来的多少倍 3 关于受库仑力作用的物体的平衡问题 仅受库仑力 例 在真空中同一条直线上的a b两点相距l固定有电荷量分别为 9q和 4q的点电荷 将另一个点电荷放在该直线上的哪个位置 可以使它在电场力作用下保持静止 若要求这三个点电荷都只在电场力作用下保持静止 那么引入的这个点电荷应是正电荷还是负电荷 电荷量是多大 b点右边2l处 引入的点电荷为 36q 三个自由点电荷平衡 的问题 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 不只受库仑力作用 例 已知如图 带电小球a b的电荷分别为qa qb oa ob 都用长l的丝线悬挂在o点 静止时a b相距为d 若将a的电荷量增大到2qa 重新平衡时a b间距是多大 mag f t 例 已知如图 带电小球a b的电荷分别为qa qb oa ob 都用长l的丝线悬挂在o点 静止时a b相距为d 为使平衡时ab间距离减为d 2 可采用以下哪些方法 a 将小球a b的质量都增加到原来的2倍b 将小球b的质量增加到原来的8倍c 将小球a b的电荷量都减小到原来的一半d 将小球a b的电荷量都减小到原来的一半 同时将小球b的质量增加到原来的2倍 例 已知如图 在光滑绝缘水平面上有三个质量都是m的相同小球 两两间的距离都是l a b电荷量都是 q 给c一个外力f 使三个小球保持相对静止共同加速运动 求 c球的带电电性和电荷量 外力f的大小 4 涉及牛顿第二定律问题 f fca fba fa 5 涉及动量 能量问题 例 已知如图 光滑绝缘水平面上有两只完全相同的金属球a b 带电量分别为 2q与 q 现在使它们以相同的初动能e0 对应的动量大小为p0 开始相向运动且刚好能发生接触 接触后两小球又各自反向运动 当它们刚好回到各自的出发点时的动能分别为e1和e2 动量大小分别为p1和p2 有下列说法 e1 e2 e0 p1 p2 p0 e1 e2 e0 p1 p2 p0 接触点一定在两球初位置连线的中点右侧某点 两球必将同时返回各自的出发点 其中正确的是a b c d 例 质量分别为m和2m的两个点电荷a b 放在光滑绝缘的水平面上 相距为d 它们由静止开始运动 刚开始时 a的加速度为a 经过一段时间后 b的加速度增大为a 这时两个电荷间距离是多少 图示为一个内 外半径分别为r1和r2的圆环状均匀带电平面 其单位面积带电量为 取环面中心o为原点 以垂直于环面的轴线为x轴 设轴上任意点p到o点的的距离为x p点电场强度的大小为e 下面给出e的四个表达式 式中k为静电力常量 其中只有一个是合理的 你可能不会求解此处的场强e 但是你可以通过一定的物理分析 对下列表达式的合理性做出判断 根据你的判断 e的合理表达式应为 a b c d b a b 一 库仑定律及电荷守恒定律 16 2mg eq 17 2m s2方向向左 18 变式题 如图所示 带电荷量为 q的点电荷与竖直放置的均匀带电薄板相距2d 点电荷到带电薄板的垂线通过板的几何中心 若图中a点处的电场强度为零 根据对称性 带电薄板在图中b点处产生的电场强度的大小和方向分别为 a 电场的力的性质 一 电场 电荷周围客观存在的一种特殊物质 电场的基本性质 1 对放入其中的电荷有力的作用 2 电荷在电场中具有电势能 电荷间的相互作用是通过电场来实现的 二 电场强度 描述电场的力的性质的物理量 1 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 叫做该点的电场强度 简称场强 1 表达式 定义式 适用于任何场强的计算 2 矢量 方向为正电荷在电场中受到的电场力方向 3 表达式中q为试探电荷可正可负 4 点电荷电场的场强 场源电荷 5 匀强电场的场强 电场中两点沿电场线方向或两等势面间距 2 电场线 是为了形象地描述电场而人为画出的假想的曲线 静电场中 电场线起始于正电荷 或无穷远处 终止于负电荷 或无穷远处 电场线上各点的切线方向与该点场强方向相同 电场线的疏密能大致表示电场中各处场强的大小 不相交 不闭合 不存在相互平行同方向但疏密不同的电场线 几种常见的电场中电场线的分布和各点场强 例 如图所示的是在一个电场中的a b c d四个点分别引入试探电荷时 电荷所受的电场力f跟引入的电荷电量之间的函数关系 下列说法正确的是 a a b c d四点的场强大小关系是ed eb ea ecb 这四点的场强大小关系是eb ea ec edc 该电场是匀强电场d 无法比较e值大小 理解与巩固 1 场强的定义 a 2 场强的计算 例 如图 在x轴上的x 1cm和x 1cm两点分别固定电荷量为 4q和 9q的点电荷 求 x轴上合场强为零的点的坐标 并求在x 3cm点处的合场强方向 例 图中边长为a的正三角形abc的三点顶点分别固定三个点电荷 q q q 求该三角形中心o点处的场强大小和方向 x 10cm点处的合场强方向 06全国 卷 ab是长为l的均匀带电细杆 p1 p2是位于ab所在直线上的两点 位置如图所示 ab上电荷产生的静电场在p1处的场强大小为e1 在p2处的场强大小为e2 则以下说法正确的是a 两处的电场方向相同 e1 e2b 两处的电场方向相反 e1 e2c 两处的电场方向相同 e1 e2d 两处的电场方向相反 e1 e2 ab是长为l的均匀带电绝缘细杆 p1 p2是位于ab所在直线上的两点 位置如图所示 ab上电荷产生的静电场在p1处的场强大小为e1 在p2处的场强大小为e2 则p1 p2处电场强度方向 填相同或相反 若将绝缘细杆的右边l 2截掉并移走 左边l 2电量 位置不变 则p2处的场强大小为 相反 e2 e1 例 等量异种电荷与等量同种电荷的连线与中垂线上的场强大小与方向 例 长木板ab放在水平面上如图所示 它的下表面光滑而上表面粗糙 一个质量为m 电量为大小为q的小物块c从a端以某一初速起动向右滑行 当存在向下的匀强电场时 c恰能滑到b端 当此电场改为向上时 c只能滑到ab的中点 求此电场的场强 e mg 3q q为负电荷 3 电场线的性质 例如图所示 在a点由静止释放一个质量为m 电荷量为q的带电粒子 粒子到达b点时速度恰好为零 设ab所在的电场线竖直向下 a b间的高度差为h 则 a 带电粒子带负电b a b两点间的电势差uab mgh qc b点场强大于a点场强d a点场强大于b点场强 例 如图所示 带箭头的线段表示某一电场中的电场线的