高中物理 第一章 静电场 第4讲 习题课：电场力的性质课件 新人教版选修31.ppt

第一章静电场 第4讲习题课 电场力的性质 1 会处理电场中的平衡问题 2 会处理电场力与牛顿第二定律结合的综合问题 目标定位 二 两等量电荷电场线的特点 三 电场线与运动轨迹 四 电场力与牛顿第二定律的结合 栏目索引 一 电场力作用下的平衡 对点检测自查自纠 一 电场力作用下的平衡 知识梳理 1 共点力的平衡条件 物体不受力或所受为零 2 处理平衡问题常用的数学知识和方法有直角三角形 相似三角形和法 选取研究对象时 要注意法和隔离法的灵活运用 外力的合力 正交分解 整体 答案 典例精析 例1如图1所示 光滑水平面上相距为l的a b两个带正电小球 电荷量分别为4q和q 要在它们之间引入第三个带电小球c 使三个小球都只在电场力相互作用下而处于平衡 求 图1 1 小球c带何种电荷 解析要使三个小球都只在电场力相互作用下而处于平衡 且a b为两个带正电小球 故小球c带负电荷 答案小球c带负电荷 解析答案 2 c与a之间的距离x为多大 解析对c 设c与a之间的距离为x 3 c球的电荷量q为多大 解析答案 总结提升 总结提升 同一直线上的三个自由点电荷都处于平衡状态时 电荷间的关系为 两同夹异 两大夹小 近小远大 例2如图2所示 真空中两个相同的小球带有等量同种电荷 质量均为m 分别用绝缘细线悬挂于绝缘天花板上同一点 平衡时 b球偏离竖直方向 角 a球竖直且与墙壁接触 此时a b两球位于同一高度且相距l 求 图2 1 每个小球带的电荷量q 解析对b球受力分析如图所示 b球受三个力且处于平衡状态 其中重力与库仑力的合力大小等于绳子拉力的大小 方向与绳子拉力方向相反 由图可知 f库 mgtan 解析答案 2 b球所受绳的拉力ft 3 墙壁对a球的弹力fn 结合 得fn mgtan 答案mgtan 返回 解析答案 知识梳理 二 两等量电荷电场线的特点 等量同种点电荷和等量异种点电荷的电场线的比较 典例精析 例3如图3所示 a b两点处分别固定有等量异种点电荷 q和 q c是线段ab的中心 d是ac的中点 e是ab的垂直平分线上的一点 将一个正点电荷先后放在d c e点 它所受的电场力分别为fd fc fe 则下列说法中正确的是 图3 a fd fc fe的方向都是水平向右b fd fc的方向水平向右 fe的方向竖直向上c fd fe的方向水平向右 fc 0d fd fc fe的大小都相等 返回 解析答案 返回 解析根据场强叠加原理 等量异种点电荷连线及中垂线上的电场线分布如图所示 d c e三点场强方向都是水平向右 正点电荷在各点所受电场力方向与场强方向可得到a正确 b c错误 连线上场强由a到b先减小后增大 中垂线上由o到无穷远处逐渐减小 因此o点场强是连线上最小的 但不为0 是中垂线上最大的 故fd fc fe 故d错误 答案a 三 电场线与运动轨迹 知识梳理 1 物体做曲线运动的条件 合力在轨迹曲线的侧 速度方向沿轨迹的方向 2 由轨迹的弯曲情况结合电场线确定电场力的 由电场力和电场线的方向可判断电荷的 由电场线的疏密程度可确定电场力的 再根据牛顿第二定律f ma可判断运动电荷加速度的大小 内 切线 方向 正负 大小 答案 典例精析 例4如图4所示 实线为电场线 方向未画出 虚线是一带电的粒子只在电场力的作用下 由a到b的运动轨迹 轨迹为一条抛物线 下列判断正确的是 a 电场线mn的方向一定是由n指向mb 带电粒子由a运动到b的过程中速度一定逐渐减小c 带电粒子在a点的速度一定小于在b点的速度d 带电粒子在a点的加速度一定大于在b点的加速度 图4 解析答案 总结提升 解析由于该粒子只受电场力作用且做曲线运动 物体所受外力指向轨迹内侧 所以粒子所受电场力一定是由m指向n 但是由于粒子的电荷性质不清楚 所以电场线的方向无法确定 故a错误 粒子从a运动到b的过程中 电场力与速度成锐角 粒子做加速运动 速度增大 故b错误 c正确 b点的电场线比a点的密 所以带电粒子在a点的加速度小于在b点的加速度 故d错误 故选c 答案c 总结提升 电场线决定力 或加速度 的方向 轨迹显示速度的方向 注意电场力的方向指向轨迹内侧 针对训练一带负电荷的质点 在电场力作用下沿曲线abc从a运动到c 已知质点的速率是递减的 关于b点电场强度e的方向 下列图示中可能正确的是 虚线是曲线在b点的切线 解析负电荷所受的电场力与电场强度方向相反 曲线运动中质点所受的合力 本题是电场力 方向指向轨迹的凹侧 所以正确选项是d d 返回 解析答案 四 电场力与牛顿第二定律的结合 典例精析 例5如图5所示 光滑斜面倾角为37 一带正电的小物块质量为m 电荷量为q 置于斜面上 当沿水平方向加如图所示的匀强电场时 带电小物块恰好静止在斜面上 从某时刻开始 电场强度变化为原来的 sin37 0 6 cos37 0 8 g 10m s2 求 图5 1 原来的电场强度 解析对小物块受力分析如图所示 小物块静止于斜面上 则mgsin37 qecos37 解析答案 2 小物块运动的加速度 解析当场强变为原来的时 小物块受到的合外力f合 mgsin37 qecos37 0 3mg 又f合 ma 所以a 3m s2 方向沿斜面向下 答案3m s2 方向沿斜面向下 3 小物块2s末的速度和2s内的位移 解析由运动学公式v at 3 2m s 6m s 答案6m s6m 返回 解析答案 对点检测自查自纠 1 2 3 4 1 电场力作用下的平衡 多选 两个通电小球带电后相互排斥 如图6所示 两悬线跟竖直方向各有一个夹角 且两球在同一水平面上 两球质量用m和m表示 所带电荷量用q和q表示 若已知 则一定有关系 a 两球一定带同种电荷b m一定小于mc q一定大于qd m受到的电场力一定大于m所受的电场力 图6 ab 答案 5 2 电场力作用下的平衡 如图7所示 把a b两个相同的导电小球分别用长为0 10m的绝缘细线悬挂于oa和ob两点 用丝绸摩擦过的玻璃棒与a球接触 棒移开后将悬点ob移到oa点固定 两球接触后分开 平衡时距离为0 12m 已测得每个小球质量是8 0 10 4kg 带电小球可视为点电荷 重力加速度g 10m s2 静电力常量k 9 0 109n m2 c2 则 a 两球所带电荷量相等b a球所受的静电力为1 0 10 2nc b球所带的电荷量为 10 8cd a b两球连线中点处的电场强度为0 图7 解析答案 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 答案acd 3 两等量电荷电场的特点 多选 如图8所示 两个带等量负电荷的小球a b 可视为点电荷 被固定在光滑的绝缘水平面上 p n是小球a b连线的水平中垂线上的两点 且po on 现将一个电荷量很小的带正电的小球c 可视为质点 由p点静止释放 在小球c向n点运动的过程中 下列关于小球c的说法可能正确的是 a 速度先增大 再减小b 速度一直增大c 加速度先增大再减小 过o点后 加速度先减小再增大d 加速度先减小 再增大 图8 解析答案 1 2 3 4 5 解析在ab的中垂线上 从无穷远处到o点 电场强度先变大后变小 到o点变为零 故正电荷受电场力沿连线的中垂线运动时 电荷的加速度先变大后变小 速度不断增大 在o点加速度变为零 速度达到最大 由o点到无穷远处时 速度变化情况与另一侧速度的变化情况具有对称性 如果p n相距很近 加速度则先减小 再增大 答案ad 1 2 3 4 5 4 电场线与运动轨迹 多选 一带电粒子从电场中的a点运动到b点 轨迹如图9中虚线所示 不计粒子所受重力 则 a 粒子带正电荷b 粒子加速度逐渐减小c a点的速度大于b点的速度d 粒子的初速度不为零 图9 解析答案 1 2 3 4 5 解析带电粒子所受合外力 即电场力 指向轨迹内侧 知电场力方向向左 粒子带负电荷 故a项错误 根据ea eb 知b项正确 粒子从a到b受到的电场力为阻力 c项正确 由图可知 粒子从a点运动到b点 速度逐渐减小 故粒子在a点速度不为零 d正确 答案bcd 1 2 3 4 5 5 电场力与牛顿第二定律的结合 如图10所示 用一条绝缘轻绳悬挂一个带电小球 小球质量为1 0 10 2kg 所带电荷量为 2 0 10 8c 现加一水平方向的匀强电场 平衡时绝缘绳与竖直方向成30