高考物理大一轮总复习（主干回顾固基础+典例突破知规律+特色培优增素养）61 电场力的性质课件.ppt

01主干回顾固基础 知识点1电荷守恒点电荷 库仑定律 1 元电荷 点电荷 1 元电荷 所有带电体的电荷量都是元电荷的 其中质子 正电子的电荷量与元电荷相同 电子的电荷量q 1 6 10 19c 2 点电荷 代表带电体的有一定电荷量的点 忽略带电体的的理想化模型 e 1 6 10 19c 整数倍 大小和形状 2 电荷守恒定律 1 内容 电荷既不能创生 也不能消失 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 2 起电方法 3 带电实质 物体带电的实质是 4 电荷的分配原则 两个形状 大小相同的导体 接触后再分开 二者带相同电荷 若两导体原来带异种电荷 则电荷先中和 余下的电荷再平分 总量保持不变 摩擦起电 感应起电 接触起电 得失电子 3 库仑定律 1 内容 中两个静止点电荷之间的相互作用力 与它们的电荷量的乘积成正比 与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 真空 k 9 0 109n m2 c2 3 适用条件 真空中的点电荷 在空气中 两个点电荷的作用力近似等于真空中的情况 可以直接应用公式 当两个带电体的间距远大于本身的大小时 可以把带电体看成点电荷 两个点电荷间的距离r 0时 不能再视为点电荷 也不遵循库仑定律 它们之间的库仑力不能认为趋于无穷大 4 库仑力的方向 由相互作用的两个带电体决定 且 为斥力 为引力 同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引 知识点2静电场 电场强度 点电荷的场强 1 电场 1 定义 电场是电荷周围存在的一种特殊物质 电荷之间的相互作用就是通过发生的 2 基本性质 电场的基本特性是 电场 对放入其中的电荷有力的作用 2 电场强度 1 定义 放入电场中某点的电荷所受的静电力f跟它的电荷量q的 叫做该点的电场强度 简称场强 用e表示 3 单位 在国际单位制中 电场强度的单位是牛 库 符号是n c 4 矢量性 电场强度是矢量 方向 比值 与正电荷在该点所受的电场力的方向相同 式中q为场源电荷的电荷量 r为某点距场源电荷的距离 此公式只适用于真空中的点电荷产生的电场 4 电场强度的叠加电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的 遵循平行四边形定则 5 匀强电场 电场中各点电场强度的 这样的电场叫做匀强电场 矢量和 大小相等 方向相同 知识点3电场线 1 定义 为了形象地描述电场中各点场强的大小和方向 在电场中画出一系列的曲线 使 这些曲线叫做电场线 曲线上各点的切线方向表示该点 的场强方向 曲线的疏密表示场强的大小 2 电场线的特点 1 电场线上每一点的切线方向与该点的一致 2 电场线从出发 终止于 3 电场线在电场中 4 在同一电场中 5 沿电场线的方向 场强方向 正电荷或无穷远 无限远或负电荷 不相交 不闭合 不中断 电场线越密集的地方场强越大 电场线越稀疏的地方场强越小 电势逐渐降低 3 几种典型电场的电场线如图所示是几种典型电场的电场线分布图 特别提醒 1 电场线是为了形象地描述电场而引入的假想曲线 电场线上某点的切线方向为该点的场强方向 与正电荷的受力方向相同 与负电荷的受力方向相反 电场线的疏密表示场强的大小 同一电荷在电场线密的地方受电场力较大 2 电场线不是电荷的运动轨迹 根据电场线方向能确定电荷的受力方向和加速度方向 不能确定电荷的速度方向和运动轨迹 一 基础知识题组1 电荷守恒定律 多选 关于电现象说法 正确的是 a 玻璃棒无论与什么物体摩擦都会带上正电 而橡胶棒无论与什么物体摩擦都会带上负电b 相互摩擦又与外界绝缘的两个物体 若一个带了正电 另一个必定带上等量的负电c 电现象的本质是电子的转移 呈中性的物体得到电子就一定显负电性 失去电子就一定显正电性d 摩擦起电的过程 就是产生电子的过程 解析 物体摩擦后带什么电荷 取决于原子得失电子的难易程度 a错 电荷是守恒的 两物体组成的系统净电荷为零 b正确 电现象本质是电子的转移 呈中性的物体得到电子显负电性 失去电子显正电性 c正确 d错 答案 bc 2 点电荷的概念 关于点电荷的概念 下列说法正确的是 a 当两个带电体的形状对它们之间相互作用力的影响可以忽略时 这两个带电体就可以看作点电荷b 只有体积很小的带电体才能看作点电荷c 体积很大的带电体一定不能看作点电荷d 对于任何带电球体 总可以把它看作电荷全部集中在球心的点电荷 解析 看作点电荷的条件是两带电体间距比其线度大得多 以至带电体的形状对研究问题属于次要因素 对于带电荷量分布均匀的球体 才可以把它看作电荷全部集中在球心的点电荷 答案 a 3 对感应起电过程的理解 多选 如图所示 a b为相互接触的用绝缘支柱支持的金属导体 起初它们不带电 在它们的下部贴有金属箔片 c是带正电的小球 下列说法正确的是 a 把c移近导体a时 a b上的金属箔片都张开b 把c移近导体a 先把a b分开 然后移去c a b上的金属箔片仍张开c 先把c移走 再把a b分开 a b上的金属箔片仍张开d 先把a b分开 再把c移走 然后重新让a b接触 a上的金属箔片张开 而b上的金属箔片闭合 解析 虽然a b起初都不带电 但带正电的导体c对a b内的电荷有力的作用 使a b中的自由电子向左移动 从而使a端积累了负电荷 b端积累了正电荷 其下部贴有的金属箔片因为接触带电 也分别带上了与a b同种的电荷 由于同种电荷间的斥力 所以金属箔片都张开 a正确 c只要一直在a b附近 先把a b分开 a b将带等量异种的感应电荷 此时即使再移走c 因a b已经绝缘 所带电荷量也不会变 故金属箔片仍张开 b正确 但如果先移走c a b上的感应电荷会马上中和 不再带电 所以金属箔片都不会张开 c错 先把a b分开 再移走c a b仍然带电 但重新让a b接触后 a b上的感应电荷完全中和 金属箔片都不会张开 d错 答案 ab 二 规律方法题组4 库仑力作用下的受力平衡 多选 下列选项中 a球系在绝缘细线的下端 b球固定在绝缘平面上 它们带电的种类以及位置已在图中标出 a球能保持静止的是 解析 对带电小球a进行受力分析 小球a受到重力 线的拉力和库仑力的作用 小球a能保持静止 说明三个力的合力为零 答案 ad 5 库仑力作用下的共线 平衡问题 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 q3为负电荷 且放于a左方b q3为负电荷 且放于b右方c q3为正电荷 且放于a b之间d q3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 故应选a 答案 a 6 电场线与带电粒子轨迹问题分析 多选 如图所示 图中实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线 虚线是某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 若带电粒子在运动过程中只受到电场力作用 根据此图可以作出的正确判断是 a 带电粒子所带电荷的正 负b 带电粒子在a b两点的受力方向c 带电粒子在a b两点的加速度何处较大d 带电粒子在a b两点的速度何处较大 解析 设带电粒子由a向b运动 画出初速度的方向 结合轨迹的弯曲方向 可判断带电粒子所受电场力的方向 但由于电场方向未知 故不能判断带电粒子的电性 故a错 b对 由电场线的疏密可知 a点的场强大 带电粒子在a点的加速度大 故c正确 由a b电场力做负功 动能减小 因此va vb 故d正确 若设粒子由b a运动 也可得出同样的结论 答案 bcd 1 三个自由点电荷仅在它们系统的静电力作用下处于平衡状态时 满足的规律是 两同夹异 两大夹小 近小远大 中间电荷靠近电荷量较小的端电荷 2 库仑力参与下的共点力平衡问题 分析方法与力学问题相同 只是多了一个库仑力而已 可以用正交分解法 也可以用矢量三角形法 3 解答电场线与粒子运动轨迹问题的方法 1 由轨迹弯曲方向判断电场力的方向 2 由电场线的疏密判断加速度的大小 根据动能定理分析速度的大小 02典例突破知规律 考点1库仑力作用下的平衡问题 2 三个自由点电荷的平衡问题 1 条件 两个点电荷在第三个点电荷处的合场强为零 或每个点电荷受到的两个库仑力必须大小相等 方向相反 2 规律 三点共线 三个点电荷分布在同一条直线上 两同夹异 正负电荷相互间隔 两大夹小 中间电荷的电荷量最小 近小远大 中间电荷靠近电荷量较小的电荷 典例透析如图所示三个点电荷q1 q2 q3在一条直线上 q2和q3的距离为q1和q2距离的两倍 每个点电荷所受静电力的合力为零 由此可以判定 三个点电荷的电荷量之比q1 q2 q3为 a 9 4 36 b 9 4 36c 3 2 6 d 3 2 6 解题探究 1 三个电荷电性相同 三个电荷能平衡吗 提示 不能 2 对q1进行受力分析 能求出哪两个电荷电量之比 分析带电体平衡问题的方法与力学中分析平衡的方法相同 1 当力在同一直线上时 根据二力平衡的条件求解 2 三力作用下物体处于平衡状态 一般运用勾股定理 三角函数关系以及矢量三角形等知识求解 3 三个以上的力作用下物体的平衡问题 一般用正交分解法求解 变式训练 多选 如右图所示 用等长的绝缘线分别悬挂两个质量 电荷量都相同的带电小球a和b 两线上端固定于o点 b球固定在o点正下方 当a球静止时 两悬线夹角为 能保持夹角 不变的方法是 a 同时使两悬线长度减半b 同时使a球的质量和电荷量减半c 同时使两球的质量和电荷量减半d 同时使两悬线长度和两球的电荷量减半 同时使两悬线长度减半 则d减半 不能满足上式 a错 同时使a球的质量和电荷量减半 上式仍然能满足 b正确 同时使两球的质量和电荷量减半 不能满足上式 c错 同时使两悬线长度和两球的电荷量减半 则d qa qb减半 上式仍然能满足 d正确 答案 bd 考点2电场强度的三个公式考点解读 三个公式的比较 典例透析 2013 聊城模拟 如图所示 a b c d e是半径为r的圆周上等间距的五个点 在这些点上各固定一个点电荷 除a点处的电荷量为 q外 其余各点处的电荷量均为 q 则圆心o处 解题探究 1 各点电荷在o点产生的电场强度大小是否相等 方向如何 提示 大小相等 方向沿半径指向a点 背离b c d e各点 2 若在a点放置的电荷量变为 q 则o点的合场强为多少 提示 根据矢量合成的平行四边形定则 可知在o点的合场强为零 变式训练 2013 课标全国卷 如图 一半径为r的圆盘上均匀分布着电荷量为q的电荷 在垂直于圆盘且过圆心c的轴线上有a b d三个点 a和b b和c c和d间的距离均为r 在a点处有一电荷量为q q 0 的固定点电荷 已知b点处的场强为零 则d点处场强的大小为 k为静电力常量 答案 b 解后反思 该题用到了哪些思维方法和解题方法 1 自然界中很多现象具有对称性 对称思维也是物理解题的重要方法 本题中均匀带电圆盘在其左右两侧产生的电场是对称的 2 电场强度是矢量 叠加时应遵循平行四边形定则 由于本题所求场强是在同一直线上的合成 便转化为代数运算 考点3对电场线的理解及应用考点解读 两种等量点电荷的电场 典例透析1 多选 如右图所示为平面直角坐标系xoy 在x轴上关于原点o对称的两点固定放置等量异种点电荷 q和 q y轴上有一点p pn是一条平行于x轴的直线 下列判断正确的是 a 在n点放一点电荷可能使p点电场强度为零b 在p点放一点电荷可能使n点电场强度为零c 若将一试探电荷 q从p点移至n点 电势能增大d 若将一试探电荷 q从p点移至n点 电势能减小 解题探究 1 等量异种电荷在p点产生的电场强度的方向 提示 沿x轴正向 2 p点和n点电势的高低 提示 n点电势高 尝试解答 选ac 等量异种点电荷电场分布如图 p点电场强度沿x轴正向 在n点放一负电荷可以使p点合场强为零 由p到n移动试探电荷 q 电势能增加 答案为ac 2 多选 如图所示 在两等量异种点电荷的电场中 mn为两电荷连线的中垂线 a b c三点所在直线平行于两电荷的连线 且a和c关于mn对称 b点位于mn上 d点位于两电荷的连线上 以下判断正确的是 a b点场强大于d点场强b b点场强小于d点场强c a b两点间的电势差等于b c两点间的电势差d 试探电荷 q在a点的电势能小于在c点的电势能 解题探究 1 电场线的疏密能反映场强的 不能代表电势的 提示 大小 高低 2 正电荷在电势高的地方 电势能 负电荷在电势高的地方 电势能 提示 大 小 尝试解答 选bc 利用等量异种电荷的电场线分布特点 知两点电荷连线上的中点o是连线上场强最小的点 即ed eo 同时 对中垂线mn而言 中点o又是中垂线上场强最大的点 即eo eb 综上可知 ed eb a错误 b正确 等量异种点电荷的电场线 等势面均关于中垂线mn对称 由题意 a和c关于mn对称 可知 uab ubc c正确 根据电场线的方向可知 a点的电势高于c点的电势 即 a c 结合电势能公式ep q 可知 试探电荷 q在a点的电势能大于在c点的电势能 d错误 熟悉几种典型的电场线分布有利于我们对电场强度和电势做出迅速判断 且可以进一步了解电荷在电场中的受力和运动情况 电场力做功及伴随的能量转化情况 变式训练 2013 江苏高考 多选 将一电荷量为 q的小球放在不带电的金属球附近 所形成的电场线分布如图所示 金属球表面的电势处处相等 a b为电场中的两点 则 a a点的电场强度比b点的大b a点的电势比b点的高c 检验电荷 q在a点的电势能比在b点的大d 将检验电荷 q从a点移到b点的过程中 电场力做负功 解析 在电场中电场线越密的地方电场越强 故选项a正确 电场线总是指向电势降低的方向 故选项b正确 在电场中移动电荷时 负电荷顺着电场线移动时 电场力做负功 电势能增加 故选项c错误 选项d正确 答案 abd 考点4带电粒子的运动轨迹判断考点解读 1 粒子所受合力的方向指向轨迹的凹侧 由此判断电场的方向或粒子的电性 2 由电场线的疏密情况判断带电粒子的受力大小及加速度大小 3 由功能关系判断速度变化 如果带电粒子在运动中仅受电场力作用 则粒子电势能与动能的总量不变 电场力做正功 动能增大 电势能减小 典例透析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 下列四幅图中可能正确的是 忽略重力和空气阻力 解题探究 1 哪些因素可影响粉尘颗粒的运动轨迹 提示 受力方向 速度方向以及二者之间的夹角大小 2 粉尘颗粒只受电场力作用 能否逆着某一根电场线做曲线运动 为什么 提示 不能 如果逆着电场线运动 则粉尘颗粒的受力方向和运动方向恰好重合 它就会做直线运动 而并非曲线运动了 尝试解答 选a 粉尘受力方向应该是电场线的切线方向 从静止开始运动时 带电粉尘颗粒一定做曲线运动 且运动曲线总是向电场力一侧弯曲 由于惯性只能是a图那样 不可能偏向同一电场线内侧或沿电场线运动或振动 故不可能出现b c d图的情况 电场线与带电粒子运动轨迹的关系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始终与电场力方向相同或相反 变式训练 多选 一个正点电荷q静止在正方形的一个顶点上 另一个带电质点射入该区域时 恰好能经过正方形的另外三个顶点a b c 如图所示 则有 a a b c三点场强大小的关系是ea ec 2ebb a b c三点电势高低的关系是 a c bc 质点在a b c三处的加速度大小之比是1 2 1d 质点从a运动到c的过程中 从a到b电势能增加 在b点处动能最小 答案 abd 考点5带电体的力电综合问题考点解读 解决力 电综合问题的一般思路 典例透析在足够长的粗糙绝缘板a上放一个质量为m 电荷量为 q的小滑块b 用手托住a置于方向水平向左 场强大小为e的匀强电场中 此时a b均能静止 如图所示 现将绝缘板a从图中位置p垂直电场线移至位置q 发现小滑块b相对于a发生了运动 解题探究 1 开始时a b能保持相对静止 说明电场力 最大静摩擦力 此时b对a的压力 mg 提示 小于等于 2 b相对于a滑动 说明电场力 摩擦力 此时b对a的压力 mg 说明绝缘板a向上做 提示 大于小于匀减速运动 运动与受力的几个关系 1 物体保持静止 f合 0 2 做直线运动 匀速直线运动 f合 0 变速直线运动 f合 0 且f合一定沿速度方向 3 做曲线运动 f合 0 且f合总指向曲线凹的一侧 4 加速运动 f合与v夹角 0 90 减速运动 90 180 5 匀变速运动 f合 恒量 变式训练 2013 四川高考 在如图所示的竖直平面内 物体a和带正电的物体b用跨过定滑轮的绝缘轻绳连接 分别静止于倾角 37 的光滑斜面上的m点和粗糙绝缘水平面上 轻绳与对应平面平行 劲度系数k 5n m的轻弹簧一端固定在o点 一端用另一轻绳穿过固定的光滑小环d与a相连 弹簧处于原长 轻绳恰好拉直 dm垂直于斜面 水平面处于场强e 5 104n c 方向水平向右的匀强电场中 已知a b的质量分别为ma 0 1kg和mb 0 2kg b所带电荷量q 4 10 6c 设两物体均视为质点 不计滑轮质量和摩擦 绳不可伸长 弹簧始终在弹性限度内 b电量不变 取g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 1 求b所受静摩擦力的大小 2 现对a施加沿斜面向下的拉力f 使其以加速度a 0 6m s2开始做匀加速直线运动 a从m到n的过程中 b的电势能增加了 ep 0 06j 已知dn沿竖直方向 b与水平面间的动摩擦因数 0 4 求a到达n点时拉力f的瞬时功率 解析 1 a b处于静止状态 设b所