高考物理大一轮复习 第六章 第1讲 电场的力的性质课件.ppt

一 电荷电荷守恒定律1 电荷 自然界中存在正 负电荷 用丝绸摩擦过的玻璃棒带 正电荷 用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带 负电荷 2 电荷量 物体所带电荷的多少 国际单位是库仑 3 几种常见的电荷 4 电荷守恒定律 1 三种起电方式 a 摩擦起电 b 接触起电 c 感应起电 2 带电实质 电子的转移 3 内容 电荷既不能被创造 也不能被消灭 它只能从一个物体转移到另一物体 或者从物体的一部分转移到另一部分 在转移过程中 电荷总量 保持不变 4 意义 电荷守恒定律是自然界的普遍规律 既适用于宏观系统 也适用于微观系统 注意 1 任何带电体的电荷量皆为元电荷的整数倍 2 不管是哪种起电方式 它们的实质都是电子的转移 二 库仑定律1 内容 真空中两个点电荷间的作用力跟它们电荷量的乘积成正比 跟它们的距离的平方成反比 作用力的方向在它们的连线上 2 公式 f k 式中k 9 0 109n m2 c2 叫做静电力常量 3 适用条件 真空中的 点电荷 注意当两带电体离得较近时 它们不能视为点电荷 库仑定律不再适用 但它们之间仍存在库仑力 三 电场 电场强度 电场线1 电场 带电体周围客观存在的一种物质 它是电荷间相互作用的媒介 具有力和能的性质 2 电场强度 1 意义 描述电场强弱和方向的物理量 2 定义 放入电场中某点的电荷所受的电场力跟它的电荷量的比值 3 公式 e 4 单位 n c或v m 5 方向 正电荷在该点的受力方向 6 决定因素 电场强度决定于电场本身 与q无关 3 电场线 1 电场线的特征a 电场线是假想的 实际电场中不存在 b 电场线起始于 正电荷 或来自无穷远 终止于 负电荷 或无穷远 静电场的电场线不闭合 c 电场线不相交 也不相切 d 电场线的疏密情况反映电场的强弱 e 电场线不表示电荷在电场中运动的轨迹 2 几种典型电场的电场线分布 2 几种典型电场的电场线分布 1 1 只有体积足够小的带电体才能看成点电荷 大的带电体不能看成点电荷 2 任何带电体的带电荷量都是元电荷的整数倍 3 任意两个带电体间的库仑力都可以用库仑定律计算 4 电场中某点的电场强度与放在该点的电荷所受静电力成正比 与电荷的电荷量成反比 5 当电场线是直线时 只受静电力的电荷的运动轨迹一定与电场线重合 6 当电场线是曲线时 初速度为零且只受静电力的电荷的运动轨迹一定与电场线重合 答案 1 2 3 4 5 6 7 2 下列关于点电荷的说法中 正确的是 a 只有体积很小的带电体才能看做点电荷b 体积很大的带电体一定不是点电荷c 当两个带电体的形状对它们相互作用力的影响可忽略时 这两个带电体可看做点电荷d 任何带电球体 都可看做电荷全部集中于球心的点电荷答案c本题考查点电荷的理想化条件 只有当带电体间的距离比它们自身的大小大得多 以至于带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时 带电体才可以视为点电荷 所以选c 3 大小相同 带电荷量也相同的金属球a和b 分别固定在两处 相互作用力为f 现用另一个不带电的同样大小的c球先与a球接触 再与b球接触 然后移去c球 则后来a b两球间的作用力变为 a f 2b f 4c 3f 8d f 10答案c移走c球后a b两球所带电荷量分别为 则它们之间的相互作用力变为 f k f 4 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v t图象如图甲所示 则a b两点所在区域的电场线分布情况可能是图乙中的 答案c由v t图象可知 负电荷做加速度逐渐增大的加速运动 再由电场线分布特点可知c选项正确 1 库仑定律的表达式为f k 其适用条件是真空中两静止点电荷之间相互作用的静电力 库仑定律与平衡问题联系比较密切 因此关于静电力的平衡问题是高考的热点内容 题型多以选择题为主 对于这部分内容 需要注意以下几点 一是明确库仑定律的适用条件 二是知道完全相同的带电小球接触时电荷量的分配规律 三是进行受力分析 灵活应用平衡条件 重难一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1如图所示的三个点电荷q1 q2 q3固定在一条直线上 q2和q3的距离是q1和q2的距离的2倍 每个点电荷所受库仑力的合力为零 由此可以判定 三个点电荷的电荷量之比q1 q2 q3可能为 a 9 4 36 b 9 4 36c 3 2 6 d 3 2 6解析由三电荷平衡模型的特点 两同夹异 可知 q1和q3为同种电荷 它们与q2互为异种电荷 设q1和q2的距离为r 则q2和q3的距离为2r 对q1有 则有 对q3有 所以 考虑到各电荷的电性 故a正确 答案a 1 1真空中有两个完全相同的金属小球 a球带qa 6 4 10 16c的正电荷 b球带qb 3 2 10 16c的负电荷 均可视为点电荷 求 1 当它们相距为0 5m时 a b间的库仑力为多大 2 若将两球接触后再分别放回原处 a b间的库仑力又为多大 答案 1 7 37 10 21n 2 9 22 10 22n解析 1 a b两球带异种电荷 因此 a b间的库仑力是引力 由库仑定律可得它们间的库仑引力大小为f k 9 109 n 7 37 10 21n 2 两球接触后 它们的带电情况为 qa qb 10 16c 1 6 10 16c所以分别放回原处后 两球间的库仑力大小为f k 9 109 n 9 22 10 22n 1 电场强度的性质 重难二对电场强度的理解和计算 2 电场强度的三个计算公式 典例2在场强为e的匀强电场中 取o点为圆心 r为半径作一圆周 在o点固定一电荷量为 q的点电荷 a b c d为相互垂直的两条直线 其中一条沿竖直方向 和圆周的交点 当把一试探电荷 q放在d点时恰好平衡 如图所示 1 匀强电场场强e的大小 方向如何 2 试探电荷 q放在c点时 受力fc的大小 方向如何 3 试探电荷 q放在b点时 受力fb的大小 方向如何 解析 1 如图所示 由题意可知f1 kf2 qef1 f2所以qe k e k 场强方向沿db方向 2 试探电荷放在c点 如图所示 ec e k 所以fc qec k 方向与ac方向成45 角斜向 左下方 3 试探电荷放在b点 如图所示 eb e2 e 2e 2k 所以fb qeb 2k 方向沿db方向 答案见解析 2 1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 a 场强大小为 方向沿oa方向b 场强大小为 方向沿ao方向c 场强大小为 方向沿oa方向d 场强大小为 方向沿ao方向 答案c解析根据对称性 先假定在a点放上 q的点电荷 则o点的场强为零 即b c d e四个点电荷在o点的合场强方向沿oa方向 大小为 故o点的合场强为a点 q在o点产生的场强与b c d e四个 q在o点产生 的合场强的矢量和 即eo 方向沿oa方向 所以答案为c 2 2如图所示 以o为圆心的圆周上有六个等分点a b c d e f 带等量电荷的正 负点电荷分别放置在a d两处时 在圆心o处产生的电场强度大小为e 现改变a处点电荷的位置 使o点的电场强度改变 下列叙述正确的是 a 移至c处 o处的电场强度大小不变 方向沿oeb 移至b处 o处的电场强度大小减半 方向沿od c 移至e处 o处的电场强度大小减半 方向沿ocd 移至f处 o处的电场强度大小不变 方向沿oe 答案c解析放置在a d两处的带等量电荷的正 负点电荷在圆心o处产生的电场强度方向相同 每个点电荷在圆心o处产生的电场强度大小为 根据场强叠加原理 a处正电荷移至c处 o处的电场强度大小为 方向沿oe 选项a错误 a处正电荷移至b处 o处的电场强度大小为2 cos30 e 方向沿 eod的角平分线 选项b错误 a处正电荷移至e处 o处的电场强度大小为 方向沿oc 选项c正确 a处正电荷移至f处 o处的电场强度大小为2 cos30 e 方向沿 cod的角平分线 选项d错误 1 孤立点电荷的电场 1 正 负 点电荷的电场线呈空间球对称分布指向外 内 2 离点电荷越近 电场线越密 场强越大 3 以点电荷为球心作一球面 则电场线处处与球面垂直 在此球面上场强大小相等 但方向不同 2 两种等量点电荷的电场比较 重难三对电场线的理解及应用 3 电场线与带电粒子在电场中运动轨迹的关系 1 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 电场线为直线 电荷初速度为零 或速度方向与电场线平行 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 当带电粒子在电场中做曲线运动时 其所受电场力总是指向其运动轨迹的凹侧 典例3如图所示 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电场力作用 根据此图可作出正确判断的是 a 带电粒子所带电荷的符号b 带电粒子在a b两点的受力方向 c 带电粒子在a b点的速度何处较大d 带电粒子在a b两点的电势能何处较大 解析由轨迹弯曲情况 可知电场力应沿电场线向左 但因不知电场线方向 故带电粒子所带电荷符号不能确定 设粒子从a运动到b 也可分析从b运动到a的情形 速度方向与电场力方向夹角大于90 故速度减小 即a点速度大于b点速度 电场力做负功 电势能增加 即b点电势能较大 答案bcd 解决此类问题要首先由轨迹弯曲方向判断电场力的方向 电场力一定与电场线共线且指向曲线的凹侧 再由电场力方向与速度方向的夹角 判断电场力做功的正负 进而判断动能 电势能的变化情况及初末速度的大小关系 3 1如图所示 在真空中一条竖直向下的电场线上有a b两点 一带电质点在a处由静止释放后沿电场线向上运动 到达b点时速度恰好为零 则下列说法正确的是 a 该带电质点一定带正电荷b 该带电质点一定带负电荷c a点的电场强度小于b点的电场强度d 质点在b点所受的合力一定为零答案b解析带电质点由a点释放后向上运动 可知此时所受合力方向竖直向上 而质点所受重力方向竖直向下 故电场力方向一定竖直向上 与电场线 方向相反 可知该质点一定带负电荷 b项正确 a项错 带电质点到达b点时速度又减为零 可知向上运动过程中 合力先向上再向下 因重力不变 可知电场力减小 则a处电场强度大于b处电场强度 c d项均错 3 2如图所示为两个点电荷在真空中所产生电场的电场线 方向未标出 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 这两点电荷一定是等量异种电荷b 这两点电荷一定是等量同种电荷 c d c两点的电场强度一定相等d c点的电场强度比d点的电场强度小 答案a解析由电场线分布的特征可知 产生电场的两点电荷一定是等量异种电荷 a正确 b不正确 d c两点电场线的疏密不同 d c两点的电场强度不同 c不正确 c点电场线较密 电场强度较大 d不正确 带电体的力电综合问题1 解答思路 2 运动情况反映受力情况 1 物体静止 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合与速度方向在一条直线上 3 做曲线运动 f合 0 f合与速度方向不在一条直线上 且总指向曲线凹的一侧 4 加速运动 f合与v的夹角为 0 90 减速运动 90 180 5 匀变速运动 f合 恒量 典例如图所示 一根长l 1 5m的光滑绝缘细直杆mn 竖直固定在场强为e 1 0 105n c 与水平方向成 30 角的倾斜向上的匀强电场中 杆的下端m固定一个带电小球a 电荷量q 4 5 10 6c 另一带电小球b穿在杆上可自由滑动 电荷量q 1 0 10 6c 质量m 1 0 10 2kg 现将小球b从杆的上端n静止释放 小球b开始运动 静电力常量k 9 0 109n m2 c2 取g 10m s2 求 1 小球b开始运动时的加速度为多大 2 小球b的速度最大时 与m端的距离r为多大 解析 1 开始运动时小球b受重力 库仑力 杆的弹力和电场力 沿杆方向运动 由牛顿第二定律得mg qesin ma解得a g 代入数据解得a 3 2m s2 2 小球b速度最大时合力为零 即 qesin mg解得r 代入数据解得r 0 9m 答案 1 3 2m s2 2 0 9m 针对训练如图所示 在匀强电场中 一个带正电的物体沿绝缘天棚平面在水平方向做匀速直线运动 从某时刻 设为t 0 起 电场强度从e0均匀增大 若物体与天棚平面间的动摩擦因数为 电场线与水平方向的夹角为 物体所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力 且电场空间和天棚平面均足够大 下列判断正确的是 a 在t 0之前 物体可能