高考物理一轮总复习 第六章 第1讲 电场力的性质的描述配套课件 新人教版.ppt

选修3 1第六章静电场电势能与电势差第1讲电场力的性质的描述 知识点1物质的电结构电荷守恒点电荷 库仑定律 1 元电荷元电荷e 带电体的电荷量都是元电荷的 单个质子 电子的电荷量与元电荷相同 1 6 10 19c 整数倍 2 电荷守恒定律 1 内容 电荷既不能 也不能 只能从物体的一部分 到另一部分 或者从一个物体 到另一个物体 在 的过程中 电荷的总量 创造 消灭 转移 转移 任何转移 不变 2 三种起电方式 3 带电实质 物体 3 点电荷代表带电体的有一定电荷量的点 是一种理想化模型 当带电体本身 和 对研究的问题影响很小时 可以将带电体视为点电荷 点电荷的体积不一定很小 带电量也不一定很少 摩擦起电 感应起电 接触起电 得失电子 大小 形状 4 库仑定律 正比 相互排斥 相互吸引 点电荷 反比 知识点2静电场 电场强度 点电荷的场强 1 静电场静电场是客观存在于电荷周围的一种 其基本性质是对放入其中的电荷有 2 电场强度 1 定义式 e 是 单位 或 2 点电荷的场强 e 物质 力的作用 矢量 n c v m 3 方向规定 在电场中某点 的方向为该点的电场强度方向 4 电场叠加 多个电荷在空间某处产生的电场为各电荷在该处所产生的电场强度的 5 计算法则 遵循矢量合成法则 正电荷 受电场力 矢量和 平行四边形定则 知识点3电场线 1 定义为了形象地描述电场中各点的电场强度的强弱及方向 在电场中画出的一些曲线 曲线上每一点的切线方向都跟该点的 方向一致 曲线的 表示电场强度大小 电场强度 疏密 2 几种典型电场的电场线 3 特点 1 电场线从 出发 终止于 或无限远处 或来自于无限远处 终止于 2 电场线在电场中 3 在同一电场中 电场线 的地方场强越大 4 电场线上某点的切线方向表示该点的 5 沿电场线方向电势逐渐 6 电场线和等势面在相交处 正电荷 负电荷 负电荷 不相交 越密 场强方向 降低 互相垂直 思考辨析 1 元电荷是自然界中带电量最小的电荷 2 两形状大小相同的带电量分别为q1 q2的金属球 接触后电量平均分配 即 3 根据公式得 当r 0时 有f 4 电场强度反映了电场力的性质 所以此电场中某点的场强与试探电荷在该点所受的电场力成正比 5 电场中某点的场强方向即为正电荷在该点所受的电场力的方向 6 带电粒子的运动轨迹可能与电场线重合 7 电场线的方向即为带电粒子的运动方向 分析 元电荷是电荷量 不是电荷 故 1 错 两形状大小相同的带电量分别为q1 q2的金属球 接触后电量先中和再平均分配 即故 2 错 当带电体之间的距离r 0时 带电体就不能看成点电荷了 库仑定律不再适用 故 3 错 电场强度反映了电场力的性质 与试探电荷的受力无关 故 4 错 电场中正电荷在某点所受的电场力的方向为该点的场强方向 故 5 对 带电粒子的运动轨迹可能与电场线重合 也可能不重合 故 6 对 7 错 考点1电场强度的三个公式 考点解读 三个公式的比较 对比分析 典例透析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 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 解析 选c 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点的场强沿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 即故c正确 总结提升 分析电场叠加问题的一般步骤电场强度是矢量 叠加时应遵从平行四边形定则 分析电场的叠加问题的一般步骤是 1 确定分析计算的空间位置 2 分析该处有几个分电场 先计算出各个分电场在该点的电场强度的大小和方向 3 依次利用平行四边形定则求出矢量和 变式训练 2013 新课标全国卷 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 解析 选b 由b点的合场强为零可得圆盘在b点的场强与点电荷q在b点的场强大小相等 方向相反 所以圆盘在b点的场强大小为再根据圆盘场强的对称性和场强叠加即可得出d点的场强为故选项b正确 考点2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 拓展延伸 典例透析2 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 解析 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 总结提升 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 如图所示 在真空区域 中存在两个匀强电场 其电场线方向竖直向下 在区域 中有一个带负电粒子沿电场线以速度v0匀速下落 并进入电场范围足够大的 区 能描述粒子在两个电场中运动的速度 时间图像的是 以v0方向为正方向 解析 选c 粒子匀速下落时电场力与重力平衡 有mg qe1 进入区域 时电场力qe2 qe1 mg 即粒子受合力向上 匀减速向下运动 速度减为零后向上加速 由于粒子在区域 中的加速度不变 由v2 2ax可知 达到电场区域分界线时 速度大小恰为v0且向上返回区域 中 在此区域中粒子受力平衡 匀速向上运动 故本题选c 变式备选 如图所示 把一个带电小球a固定在光滑的水平绝缘桌面上 在桌面的另一处放置带电小球b 现给b一个垂直ab方向的速度v0 下列说法中正确的是 a 若a b为异种电荷 b球一定做圆周运动b 若a b为异种电荷 b球可能做匀变速曲线运动c 若a b为同种电荷 b球一定做远离a的变加速曲线运动d 若a b为同种电荷 b球的动能一定会减小 解析 选c 如果a b为异种电荷 当a对b的库仑引力恰好提供b做圆周运动所需要的向心力时 b绕a做匀速圆周运动 当a对b的库仑引力大于或者小于b做圆周运动所需要的向心力时 则b将做向心运动或者做离心运动 如果a b为同种电荷 则b受到a的库仑斥力将做远离a的变加速曲线运动 b球的动能逐渐增加 所以选项c正确 考点3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 解题技巧 典例透析3 如图所示 光滑绝缘的细圆管弯成半径为r的半圆形 固定在竖直面内 管口b c的连线是水平直径 现有一带正电小球 可视为质点 从b点正上方的a点自由下落 a b两点间距离为4r 从小球进入管口开始 整个空间中突然加上一个匀强电场 电场力在竖直方向上的分力大小与重力大小相等 结果小球从管口c处脱离圆管后 其运动轨迹最后经过a点 设小球运动过程中带电量没有改变 重力加速度为g 求 1 小球到达b点时的速度大小 2 小球受到的电场力的大小和方向 3 小球经过管口c处时对圆管壁的压力 解题探究 1 电场力的竖直分力fy mg且方向向上 说明什么问题 提示 说明小球在离开c点后 竖直方向合力为零 在这一方向上将做匀速运动 2 最后小球能经过a点 又说明什么问题 提示 说明小球的水平分力fx方向是向左的 小球离开c点后做类平抛运动 解析 1 小球从开始自由下落到管口b的过程中机械能守恒 故有 解得 2 设电场力的竖直分力为fy 水平分力为fx 则fy mg 方向竖直向上 小球从b运动到c的过程中 由动能定理得 小球从管口c处脱离圆管后做类平抛运动 由于其轨迹经过a点 故有 y 4r vct 联立解得 fx mg电场力的大小为方向与竖直方向成45 角偏左上方 3 小球经过管口c处时 向心力由fx和圆管的弹力fn提供 设弹力fn的方向向左 则解得 fn 3mg 方向向左 根据牛顿第三定律可知 小球经过管口c处时对圆管壁的压力为fn fn 3mg 方向水平向右答案 1 2 与竖直方向成45 角偏左上方 3 3mg 方向水平向右 总结提升 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 g取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a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 f作用之前 a b处于静止状态 设b所受静摩擦力大小为f0 a b间绳中张力为t0 对a t0 magsin 对b t0 qe f0联立两式 代入数据解得f0 0 4n 2 物体a从m点到n点的过程中 a b两物体的位移均为s a b间绳子张力为t 有qes ept mbg qe mba设a在n点时的速度为v 受弹簧的拉力为f弹 弹簧的伸长量为 x 有v2 2as f弹 k xf magsin f弹sin t maa由几何关系知 x 设拉力f的瞬时功率为p 有p fv联立上式 代入数据解得p 0 528w答案 1 0 4n 2 0 528w 资源平台 库仑力作用下的动力学问题三个电荷量均为q 正电 的小球质量均为m 放在水平光滑绝缘的桌面上 分别位于等边三角形的三个顶点 其边长为l 如图所示 问 1 三角形的中心o点应放置什么性质的电荷 才能使三个带电小球都处于静止状态 其电荷量是多少 2 若中心电荷的电荷量在第 1 问基础上加倍 三个带电小球将加速运动 求其加速度的大小 3 若中心电荷的电荷量在第 1 问基础上加倍后 仍保持三个小球相对距离不变 可让它们绕中心电荷同时旋转 求它们旋转的线速度的大小 规范解答 1 根据对称性 a b c每个点电荷受其他两个电荷的库仑力的合力沿中心线向外 所以要使三个带电小球都处于静止平衡状态 必须在o点放上负电荷 根据平衡条件列方程可得 所以 2 对任意小球由牛顿第二定律得 3 对任意小球由牛顿第二定律得 答案 1 负电荷 2 三个带电小球加速度大小均为 3 三个带电小球旋转的线速度大小均为 1 在雷雨云下沿竖直方向的电场强度为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 此雨滴所带的电荷量的最小值约为 a 2 2 10 9cb 4 2 10 9cc 6 2 10 9cd 8 2 10 9c 解析 选b 由题意可知 雨滴受到向上的电场力至少应与重力相等 即qe mg 代入数据解得q 4 2 10 9c 故本题选b 2 如图所示 叠放在一起的a b两绝缘小物块放在水平向右的匀强电场中 其中b带 q的电量 a不带电 它们一起沿绝缘水平面以某一速度匀速运动 现突然使b带电量消失 a带上 q的电量 则a b的运动状态可能为 a 一起匀速b 一起加速c 一起减速d a加速 b匀速 解析 选a 开始匀速运动时电场力qe与地面的摩擦力大小相等 当b带电量消失而a带上 q电量时 a b整体受向右的电场力仍为qe 若二者不相对滑动 则一起向右匀速运动 若发生相对滑动 则a加速 b减速 故只有选项a正确 3 2012 安徽高考 如图甲所示 半径为r的均匀带电圆形平板 单位面积带电量为 其轴线上任意一点p 坐标为x 的电场强度可以由库仑定律和电场强度的叠加原理求出 方向沿x轴 现考虑单位面积带电量为 0的无限大均匀带电平板 从其中间挖去