高考物理一轮 第6单元第1讲 电场的力的性质课件.ppt

第六单元电场 第1讲电场的力的性质 第六单元电场 1 2010年高考 新课标全国卷 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 图甲中直线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甲所示 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 图乙中可能正确的是 忽略重力和空气阻力 命题分析 本题主要考查曲线运动中速度方向 合外力方向 运动轨迹之间的关系 要求考生熟悉此关系 解析提示 粉尘只受电场力作用 由于电场线是曲线 轨迹不可能与电场线重合 粉尘做曲线运动 轨迹应向力的方向弯曲 规范全解 由于带电粒子受到的电场力的方向沿电场线的切线方向 粒子曲线运动的偏转方向与受力方向一致 但不可能沿电场线运动 故选项a正确 模拟试解 答案 a 2 2010年高考 重庆理综卷 某电容式话筒的原理示意图如图所示 e为电源 r为电阻 薄片p和q为两金属极板 对着话筒说话时 p振动而q可视为不动 在p q间距增大过程中 a p q构成的电容器的电容增大b p上电荷量保持不变c m点的电势比n点的低d m点的电势比n点的高 命题分析 此题考查电容器的电容与距离的关系及电容器的充放电 解析提示 此题电容器始终与电源相连接 距离的变化引起电容的变化 回路中有充放电电流 模拟试解 答案 d 3 2009年高考 江苏物理卷 空间某一静电场的电势 在x轴上分布如图所示 x轴上两点b c的电场强度在x方向上的分量分别是ebx ecx 下列说法中正确的有 a ebx的大小大于ecx的大小b ebx的方向沿x轴正方向c 电荷在o点受到的电场力在x方向上的分量最大d 负电荷沿x轴从b移到c的过程中 电场力先做正功 后做负功 命题分析 此题考查电场强度与电势升降的关系 带电粒子在电场中的受力及做功问题 解析提示 此题的入手点在于如何判断ebx和ecx的大小 由图象可知在x轴上各点的电场强度在x方向的分量不相同 如果在x方向上取极小的一段 可以把此段看做是匀强磁场 用匀强磁场的处理方法思考 从而得到结论 答案 ad 4 2008年高考 上海物理卷 图示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图 在oxy平面的abcd区域内 存在两个场强大小均为e的匀强电场 和 两电场的边界均是边长为l的正方形 不计电子所受重力 1 在该区域ab边的中点处由静止释放电子 求电子离开abcd区域的位置 2 在电场 区域内适当位置由静止释放电子 电子恰能从abcd区域左下角d处离开 求所有释放点的位置 命题分析 此题考查带电粒子在电场中的加速和偏转 此题与数学知识紧密结合 设问巧妙 难度较高 解析提示 在分析第 2 3 问时 先假定某位置满足条件 然后分析加速的距离及偏转的距离与初始位置坐标的关系 1 四川省内江市2010届高三二模 如图所示 a b均为半个绝缘正方体 质量均为m 在a b内部各嵌入一个带电小球 a带电荷量为 q b带电荷量为 q 且两个小球的球心连线垂直于a b接触面 a b最初靠在竖直的粗糙墙上 空间有水平向右的匀强电场 场强大小为e 重力加速度为g 现将a b无初速度释放 下落过程中始终相对静止 忽略空气阻力 则下列说法中正确的是 a 两物块下落的加速度大小均为gb 两物块下落的加速度大小应小于gc a b之间接触面上的弹力为零d b受到a的摩擦力作用 方向沿接触面向上 命题分析 此题考查带电粒子在电场中的受力和运动分析 整体法和隔离法的应用等 解析提示 在分析整体的运动时应用整体法较容易 在讨论两者间的作用力时 可以隔离b分析 两者在水平方向的合力为零 规范全解 对两物块整体分析可知 水平方向的合力为零 墙对a没有力的作用 故两物块下落的加速度均为g 隔离b分析知 b受两电荷间的库仑力 匀强电场向左的电场力 a对b的弹力及摩擦力的作用 由水平方向的合力为零可知a对b的摩擦力沿接触面向上 故a d正确 模拟试解 答案 ad 2 2010年江苏省盐城 泰州联考 如图所示 两个带等量异种电荷 竖直放置 电容为c 间距为d的平行金属板 两板之间的电场可视为匀强电场 此外两板之间还存在一种物质 使小球受到一个大小为f kv k为常数 v为小球速率 方向总是背离圆心的力 一个质量为m 带电荷量为 q的小球 用长为l l d 的不可伸长细线悬挂于o点 将小球拉至水平位置m 由静止释放 当小球向下摆过60 到达n点时 速度恰为零 则 细线始终处于伸直状态 1 左极板带电荷量q是多少 2 小球到达n点时的加速度大小是多少 命题分析 本题考查带电粒子在电场中的受力和运动以及动能定理 解析提示 两板间的特殊物质对小球的力对小球不做功 应用动能定理可得出电场强度与重力的关系 结合电容器的知识可求得电荷量 求加速度时应用正交分解即可 第1讲电场的力的性质 1 本讲主要讲解库仑定律 电场强度 电场线等与电场力相关的问题 电场强度的叠加是重点 要让学生明确常见的几种电场的电场线分布的特点 并能分析问题 2 本讲教学过程中要强化对概念的理解及在实际问题中的应用 1 在学习中要掌握电荷守恒定律 库仑定律 电场强度 电场线的分布等问题 2 库仑定律的应用 电场强度的叠加以及电场线相关的问题是常考的知识 是必须掌握的内容 一 电荷守恒定律1 元电荷 所有带电体的电荷量都是电子 或质子 电荷量的 整数倍 因此将一个电子 或一个质子 带的电荷量叫元电荷 1e 1 6 10 19c 注意 元电荷不是一个电荷 2 点电荷 形状和 大小对所研究问题的影响可忽略不计的带电体称为点电荷 点电荷是 理想模型 实际不存在 注意点电荷与质点的区别 能看成质点的带电体不一定能看成点电荷 3 物体起电的三种方式分别是 摩擦起电 接触起电 感应起电 4 电荷守恒定律 1 内容 电荷既不能创造 也不能消灭 它们只能从一个物体转移到另一个物体 或从物体的一部分转移到另一部分 在转移的过程中 系统 电荷的代数和不变 2 应用 完全相同的金属带电体相互接触 电荷量的分配规律是 同种电荷总量均分 异种电荷先中和再均分 若不受外界影响 两个外形完全相同的导体接触后所带的电荷量 相等 二 库仑定律1 内容 真空中两个点电荷间的相互作用力 跟 它们的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 3 库仑定律成立的条件是 真空中的点电荷 三 电场 电场强度 电场线1 电场 电荷周围存在的一种特殊物质 是电荷间发生相互作用的媒介物质 其基本性质是对放入其中的电荷有 力的作用 2 电场强度 1 定义 放入某点的电荷所受的电场力f跟它的电荷量q的比值 叫做该点的电场强度 简称场强 3 物理意义 电场强度是描述 电场力的性质的物理量 其大小与放入的试探电荷 无关 它表示单位电荷在该点受到的电场力 3 几种典型电场的电场线分布 如图所示 4 匀强电场场强方向处处相同 场强大小处处相等的区域称为匀强电场 匀强电场的电场线是间距相等的一系列平行线 平行相对的金属板带等量异种电荷后 在两板之间除边缘外就是匀强电场 解析 定义式适用于所有情况 式中的q是试探电荷 答案 abd 2 在电场中有一点p 下列说法中正确的是 a 若放在p点的电荷带的电荷量加倍 则p点的场强加倍b 若p点没有检验电荷 则p点的场强为零c p点的场强越小 则同一电荷在p点受到的电场力越小d p点的场强方向为放在该点的电荷的受力方向 解析 场强的大小与放在该点的检验电荷无关 a b错 电场力f qe c正确 场强的方向与正电荷受力的方向相同 与负电荷受力的方向相反 d错 答案 c 3 一个负点电荷仅受电场力的作用 从某电场中的a点由静止释放 它沿直线运动到b点的过程中 动能ek随位移x变化的关系图象如图所示 则能与图线相对应的电场线分布图是 解析 由题图可知动能跟位移成正比关系 说明电场力是恒力 故为匀强电场 再由点电荷带负电可以得出b正确 答案 b 4 如图所示 在真空中 把所带电荷量q 2 10 4c的正点电荷固定在a点 把试探电荷q 2 10 5c的负电荷置于b点 它们相距r 2m 求 1 q所受的电场力 2 b点处的场强eb 3 只将q换为q 4 10 5c的正点电荷 再求q 的受力情况及b点处的场强 4 将试探电荷拿走后再求b点处的场强 一 库仑定律的应用 例1 三个电荷量均为q 正电 的小球a b c的质量均为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 如图甲所示 1 在三角形的中心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 若中心电荷带电荷量在第 1 问的基础上加倍 三个带电小球将加速运动 则其加速度为多大 3 若中心电荷带电荷量在第 1 问的基础上加倍后 仍保持三个小球相对距离不变 可让它绕中心电荷同时旋转 则它们旋转的线速度为多大 名师点金 使带电小球都处于静止状态 由对称性知其中一个小球平衡 其他两个也是平衡的 第 2 问求出合外力 利用牛顿第二定律即可得出结果 第 3 问中a b c三小球所受的合力充当向心力 方法概述库仑定律的使用方法 库仑定律严格地说是只适用于真空中的点电荷 在要求不是很精确的情况下 空气可近似当做真空来处理 注意库仑力是矢量 计算库仑力时可以直接运用公式 将电荷量的绝对值代入公式 根据同种电荷相斥 异种电荷相吸 来判断作用力f是引力还是斥力 变式训练1 如图所示 质量均为m的三个带电小球a b c放置在光滑绝缘的水平直槽上 a与b间和b与c间的距离均为l a球所带的电荷量qa 8q b球所带的电荷量qb q 若在小球c上加一水平向右的恒力f 恰好使a b c三个小球保持相对静止 求 1 外力f的大小 2 c球所带的电荷量qc 二 电场强度的计算及场强的叠加 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和圆周的交点 当把一检验电荷 q放在d点恰好平衡时 如图甲所示 不计重力 1 匀强电场场强e的大小 方向如何 2 检验电荷 q放在点c时 其受力fc的大小 方向如何 3 检验电荷 q放在点b时 其受力fb的大小 方向如何 名师点金 方法概述1 场强三个表达式的比较 2 场强的叠加 多个点电荷在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矢量和 这种关系叫电场强度的叠加 电场强度的叠加遵守平行四边形定则 答案 ac 三 与电场线相关的问题 例3 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 则根据此图能得到正确判断的是 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 名师点金 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 3 根据动能定理分析速度的大小 规范全解 由轨迹弯曲方向可判断电场力沿电场线指向左侧 由于不知电场线的方向 故不能判断带电粒子的正负 a错 b对 电场线密的地方场强大 故在a点电荷所受的电场力大 加速度大 c正确 由a到b电场力做负功 速度减小 d正确 答案 bcd 方法概述利用电场线可以判断场强的大小和方向 可以判断电场中电势的高低 可以判断带电体在电场中所受的电场力方向 还可以判断带电体在电场中移动时电场力的做功情况及电势能的变化情况 变式训练3 如图甲所示 a b是一条电场线上的两点 若在某点释放一初速度为零的电子 电子仅受电场力作用 从a点运动到b点 其速度随时间变化的规律如图乙所示 则 a 电子在a b两点所受的电场力大小关系为fa fbb a b两点的电场强度大小关系为ea ebc 场强方向为由b到ad 电场线的方向一定是从a到b 规范全解 逐项分析如下 故选ac 模拟试解 答案 ac 1 2010年上海八校高三联考 如图甲所示 ab是一个点电荷电场中的一条电场线 图乙是放在电场线上a b两点的检验电荷所受电场力与其电荷量的函数关系图线 由此可知 a 场源电荷在a点左侧b 场源电荷在a b之间c 场源电荷在b点右侧d 因不知场源电荷的电性 所以无法确定 解析 由图可知两电荷都是带正电且受力的方向相同 还有ea eb 所以a点距场源电荷近 a正确 答案 a 2 2010年湖南长沙一中高三联考 研究表明 无限大的均匀带电平面在周围空间会形成与平面垂直的匀强电场 现有两块无限大的均匀绝缘带电平面 一块带正电 一块带负电 将它们正交放置 如图甲所示 已知它们单位面积所带电荷量的数值相等 图甲中直线a1b1和a2b2分别为带正电的平面和带负电的平面与纸面正交的交线 o为两交线的交点 则图乙中能正确反映等势面分布情况的是 解析 作出各区域电场的叠加矢量图 再利用等势面与电场线垂直就可以得出答案为a 答案 a 4 2010年广东蓝田中学高三摸底考试 如图甲所示 一质量m 1 0 10 2kg 带电荷量q 1 0 10 6c的小球用绝缘细线悬挂在水平向右的匀强电场中 假设电场足够大 静止时悬线向左与竖直方向成 60 角 小球在运动过程中电荷量保持不变 重力加速度g 10m s2 结果保留两位有效数字 1 画出小球的受力图并判断小球带何种电荷 2 求电场强度大小e 3 若在某时刻将细线突然剪断 求经过1s时小球的速度v 1 如图所示 实线为不知方向的三条电场线 从电场中m点以相同速度飞出a b两个带电粒子 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的速度将增大c a的加速度将减小 b的加速度将增大d 两个粒子的电势能一个增大 一个减小 解析 因为电场线的方向不知 所以不能根据受力情况判断带电粒子的带电情况 因此选项a错误 根据带电粒子的运动轨迹可知a受到的电场力向左 b受到的电场力向右 且电场力都做正功 所以两个粒子的速度都增大 电势能都减小 即选项b d错误 但a受到的电场力越来越小 b受到的电场力越来越大 所以a的加速度将减小 b的加速度将增大 即选项c正确 答案 c 2 两带电量分别为q和 q的点电荷放在x轴上 相距为l 能正确反映两电荷连线上场强大小e与x关系的是图中的 解析 由等量异种点电荷的电场强度的关系可知 在两电荷连线中点处电场强度最小 但不是零 从两点电荷向中点电场强度逐渐减小 因此a正确 答案 a 3 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 4 a b是一条电场线上的两个点 一带负电的粒子仅在电场力作用下以一定的初速度从a点沿电场线运动到b点 其速度v和时间t的关系图象如图甲所示 则此电场的电场线分布可能是图乙中的 解析 由速度图象可知粒子做减速运动 且加速度在增大 因为粒子带负电 所以选a 答案 a 5 如图甲所示 m n和p是以mn为直径的半圆弧上的三点 o点为半圆弧的圆心 mop 60 电荷量相等 符号相反的两个点电荷分别置于m n两点 这时o点电场强度的大小为e1 若将n点处的点电荷移至p点 则o点的场强大小变为e2 e1与e2之比为 6 图示为一个内 外半径分别为r1和r2的圆环状均匀带电平面 其单位面积带电量为 取环面中心o为原点 以垂直于环面的轴线为x轴 设轴上任意点p到o点的距离为x p点电场强度的大小为e 下面给出e的四个表达式 式中k为静电力常量 其中只有一个是合理的 你可能不会求解此处的场强e 但是你可以通过一定的物理分析 对下列表达式的合理性做出判断 根据你的判断 e的合理表达式应为 解析 当r1 0时 对于a项而言e 0 此时带电圆环演变为带电圆面 中心轴线上一点的电场强度一定有e 0 故a项错误 当x 0时 此时e为o点的场强 由对称性可知eo 0 对于c项而言 x 0时e为一定值 故c项错误 当x 时e 0 而d项中e 4 k 故d项错误 所以正确选项只能为b 答案 b 7 ab和cd为圆上两条相互垂直的直径 圆心为o 将电荷量分别为 q和 q的两点电荷放在圆周上 其位置关于ab对称且距离等于圆的半径 如图所示 要使圆心处的电场强度为零 可在圆周上再放一个适当的点电荷q 则该点电荷 a 可放在a点 q 2qb 可放在b点 q 2qc 可放在c点 q qd 可放在o点 q q 8 两带电小球a b分别位于光滑且绝缘的竖直墙壁和水平地面上 在作用于b的水平力f的作用下静止于如图甲所示的位置 现用力将b球向左推过一小段距离 则两球重新平衡后推力f及b球对地的压力fn相对原状态的变化为 a fn不变 f不变b fn不变 f变小c fn变大 f