高三物理一轮精品课件 6.1电场力的性质课件 新人教版.ppt

第1节电场力的性质 一 元电荷及电荷守恒定律1 元电荷 科学实验发现的最小电荷量是电子的电荷量 质子 正电子所带的电荷量与它相同 但符号相反 人们把这个最小的电荷量叫做元电荷 用e表示 e 2 电荷守恒定律 1 起电方式 2 带电实质 物体带电的实质是 3 内容 电荷既不会创生 也不会消灭 它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 电荷的总量 1 60 10 19c 摩擦起电 接触起电 感应起电 电荷的转移 保持不变 1 当完全相同的带电金属球相接触时 同种电荷电荷量平均分配 异种电荷先中和后平分 2 任何带电体的电荷量皆为元电荷的整数倍 二 点电荷及库仑定律1 点电荷 忽略形状 大小和电荷分布状况的可看成一个点的带电体 是一种理想化的模型 2 库仑定律 1 内容 中两个静止点电荷之间的相互作用力 与它们的成正比 与它们的反比 作用力的方向在 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 真空 电荷量的乘积 距离的二次方成 它们的连线上 9 0 109 正电荷 3 几种典型电场的电场线分布 1 正点电荷的电场如图甲所示 电场线由出发 到终止 2 负点电荷的电场如图乙所示 电场线由出发 到终止 3 等量同种和异种点电荷的电场 正电荷 无穷远处 无穷远处 负电荷 两点电荷连线的中垂线上的电场分布及特点的比较如下 4 匀强电场的电场线分布如图丙所示 特点 间隔相等的平行直线 5 点电荷与带电金属板的电场线的分布如图丁所示 解析 根据库仑定律分析可得 通过改变电荷量和电荷之间的距离即可改变库仑力的大小 故答案为a d 答案 ad 2 某电场的电场线的分布如图所示 一个带电粒子只在电场力作用下由m点沿图中虚线所示的路径运动通过n点 则下列判断正确的是 a 粒子带负电b 粒子在m点的加速度大c 粒子在n点的速度大d 电场力对粒子做正功解析 根据电场线的分布和带电粒子在电场中运动的轨迹即可判断粒子带正电 电场力做正功 动能增大 所以正确答案为c d 答案 cd 解析 万有引力定律适用于两个可看成质点的物体 而均匀的球体可将其质量集中在球心考虑 库仑定律适用于点电荷 两球壳带等量异种电荷 但由于电荷间的相互作用力使其电荷集中在两球壳的内侧 它们之间距离小于l 故此时的库仑力大于电荷集中在球心时的库仑力 答案 d 4 如图所示 a为带正电的金属板 沿金属板的垂直平分线距板r处有一质量为m 电荷量为q的小球 小球受水平向右的电场力偏转 角而静止 小球用绝缘丝线悬挂于o点 试求小球所在处的电场强度 对库仑定律的进一步理解 1 适用条件只适用于真空中的两个静止点电荷之间的相互作用力或者静止点电荷对运动点电荷的作用力的计算 r 0时 公式不适用 因为这时两电荷已不能再看做点电荷了 2 三个点电荷的平衡问题 如图所示在一条直线上的a b c三点 自由放置点电荷qa qb qc 每个电荷在库仑力作用下均处于平衡状态的条件是 1 正 负电荷必须相互间隔 两同夹异 2 qa qb qc qb 两大夹小 1 计算库仑力大小时 只代入电荷量的绝对值 不需要代入符号 2 库仑力的方向单独判断 例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 思路点拨 本题考查库仑定律的应用 注意两球所带电荷的分布情况 及两球接触后电荷的重新分配 答案 1 7 37 10 21n 2 9 22 10 22n 1 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的轻质绝缘弹簧连接 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 答案 c 场强的公式 电场的叠加 1 场强的公式三个公式2 电场的叠加 1 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场强的矢量和 2 计算法则 平行四边形定则 电场强度是静电学中重要的物理量 也是高考考查重点 三个公式有不同的意义及使用范围 应用时应根据具体问题选用相应的公式 例2 如图所示 在y轴上关于o点对称的a b两点有等量同种点电荷 q 在x轴上c点有点电荷 q 且co od ado 60 下列判断正确的是 a o点电场强度为零b d点电场强度为零c 若将点电荷 q从o移向c 电势能增大d 若将点电荷 q从o移向c 电势能增大 思路点拨 o点的场强应为a b c三处点电荷在o处形成的合场强 将点电荷从o移向c时 电势能如何变化取决于电场力做什么功 答案 bd 2 如图所示 ac bd为圆的两条互相垂直的直径 圆心为o 将带有等量电荷q的正 负电点荷放在圆周上 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点解析 由电场的叠加原理和对称性可知 q q在o点的合场强方向应沿od方向 要使o点的合场强为零 放上的电荷 q在o点的场强方向应与 q q在o点的合场强大小相等方向相反 所以d正确 答案 d 电场线的特点及应用 1 特点 1 不闭合 电场线起始于正电荷 或无穷远处 终止于无穷远处 或负电荷 即电场线不能形成闭合曲线 2 不中断 不相交 在没有电荷的空间 电场线不中断 两条电场线也不能相交 3 不是电荷在电场中的运动轨迹 只有当电场线为直线 电荷初速度为零或初速度平行于电场线 电荷仅受电场力作用时 电荷的运动轨迹才与电场线重合 2 应用 1 表示场强的方向电场线上每一点的切线方向和该点的场强方向一致 2 比较场强的大小电场线的疏密程度反映了场强的大小即电场的强弱 同一幅图中 电场线越密的地方场强越大 电场线越疏的地方场强越弱 3 判断电势的高低在静电场中 顺着电场线的方向电势越来越低 1 电场线是人为引入的 不是客观存在的 2 虽然电场线是用来描述电场的强弱和方向的 但只根据一条电场线无法判断电场强弱和场源情况 3 沿电场线的方向电势虽然越来越低 但场强不一定越来越小 例3 如图所示 实线为不知方向的三条电场线 从电场中m点以相同速度垂直于电场线方向飞出a b两个带电粒子 仅在电场力作用下的运动轨迹如图中虚线所示 则 a a一定带正电 b一定带负电b a的速度将减小 b的速度将增加c a的加速度将减小 b的加速度将增加d 两个粒子的动能 一个增加一个减小 思路点拨 解答本题应把握以下三点 1 注意电场线的疏密 但方向未知 2 仅受电场力作用且速度垂直电场线 3 粒子运动轨迹一定向电场力方向偏 电场力做正功 自主解答 设电场线为正点电荷的电场线 则由轨迹可判定a带正电 b带负电 若电场线为负点电荷的电场线 则a带负电 b带正电 a错 由粒子的偏转轨迹可知电场力对a b均做正功 动能增加 b d错 但由电场线的疏密可判定 a受电场力逐渐减小 加速度减小 b正好相反 故选项c正确 答案 c 3 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图象如图所示 则两点a b所在区域的电场线分布情况可能是下图中的 解析 该电荷为负电荷 所受电场力方向与电场线方向相反 所以 将电荷由静止释放不可能顺着电场线移动 故a d错误 由v t图象可知 电荷由a到b运动过程中 加速度逐渐增大 即电场力增大 即a处电场线较b处稀疏 故b项错误 c项正确 答案 c 带电体的力电综合问题的分析方法 1 解答思路 2 运动情况反映受力情况 1 物体静止 保持 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合与速度方向总是一致 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 例4 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 距m端的高度h1为多大 思路点拨 通过分析b球所受合力求解其加速度 利用当a 0时速度最大来求h1 答案 1 3 2m s2 2 0 9m 4 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一个沿垂直ab方向的速度v0 下列说法中正确的是 a 若a b为异性电荷 b球一定做圆周运动b 若a b为异性电荷 b球可能做匀变速曲线运动c 若a b为同性电荷 b球一定做远离a的变加速曲线运动d 若a b为同性电荷 b球的动能一定会减小 解析 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 由于库仑力是变力 故不可能做匀变速曲线运动 a b均错 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 电场力做正功动能增大 所以选项c正确 d错 答案 c 1 2011年高考新课标全国卷 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 因质点做减速运动 故其所受电场力f的方向与v的方向夹角为钝角 又因为质点带负电荷 其所受电场力f与电场强度e方向相反 故只有选项d正确 选项a b c错误 答案 d 2 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 9c 答案 b 3 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的带电量为q 球