【红对勾】高考物理 静电场课件.ppt

从近五年的高考试题分析可知 试题主要集中在两个大的方面 其一是电场的描述 涉及电场强度 电场线 电势差 电势 平行板电容器的电容 以及平行板电容器所形成的匀强电场 此方面重点考查了对基本概念的建立 物理规律的确切含义 物理规律的适用条件 相关知识的区别与联系等知识点的理解 其二是电场力 电场力做功 电势能的变化 还有带电粒子在电场中的加速和偏转 将电场的概念 规律与牛顿运动定律 功能关系 动量定理等有机地结合起来 此方面重点考查分析综合能力 本章涉及的概念较多 知识零乱 可运用力学中的类比法加深理解 要求我们将力学中的研究方法迁移到电场中来 解决问题的思路仍然遵守牛顿定律 动量守恒 能的转化和守恒等 今后的高考热点 除了历年考的热点外 由于素质教育的要求 对静电防止 静电应用与环保相关的知识也应引起重视 对本章的复习应着重抓好以下几个方面 1 重视基本概念的理解 科学知识是科学素质的重要组成部分 即便是能力立意十分突出的试题 也绝不会脱离基本的知识 概念 2 重视物理学的科学研究方法 本章的物理学科学习方法主要有理想化模型 比值法定义以及类比法等 3 重视能与实际相结合的出题点 如电场中的导体的性质和特点 带电粒子在电场中的加速和偏转 以及电容器的一些知识在实际生产 生活中都有广泛的应用 4 重视电场与其他物理知识的联系 本章易出综合性强 难度大的题目 就在于它能与力学 磁场等知识联系起来 课时1电场力的性质 知识点一电荷与电荷守恒定律 知识回顾 1 电荷 自然界中存在着两种电荷 电荷 电荷 2 点电荷当带电体间的距离比它们自身的大小大的多以至于带电体的 及对它们之间相互作用力的影响可以忽略不计时 这样的带电体 就可以看作带电的点 叫做点电荷 类似于力学中的 也是一种理想化的模型 正 负 形状 大小 电荷分布 质点 3 元电荷 科学发现最小的电荷量就是所带的电荷量 质子 正电子电荷量与它相同 用e表示 e 所有带电体的电荷量都是元电荷的 电子 1 60 10 19c 整数倍 4 电荷守恒定律 1 内容 电荷既不能创造 也不能消失 它只能从一个物体到另一物体或从物体的这一部分到另一部分 系统的电荷总量 2 物体带电的实质 3 物体带电的方式有 4 当完全相同的带电金属球相接触时电荷的分配规律 同种电荷总量 异种电荷先后 转移 转移 不变 得失电子 摩擦起电 感应起电 接触带电 平均分配 中和 平分 要点深化 如何理解电荷量 元电荷 点电荷和试探电荷 电荷量是物体带电的多少 电荷量只能是元电荷的整数倍 元电荷不是电子也不是质子 而是最小的电荷量 电子和质子带最小的电荷量 即e 1 6 10 19c 点电荷要求 线度远小于研究范围的空间尺度 是一种理想化的模型 对其带电荷量无限制 试探电荷要求放入电场后对原来的电场不产生影响 且要求在其占据的空间内场强 相同 故其应为带电荷量 足够小 的点电荷 基础自测 解析 根据题目列表信息可知 带一个单位的正电荷 带一个单位的负电荷 只要想到了电荷守恒定律 就可以轻松判断a d正确 由于受思维惯性的影响 有些学生总认为任何物体的带电量都是基本电荷e的整数倍 其实 近代物理学认为 夸克是比质子和中子等亚原子粒子更基本的物质组成单位 夸克组成了质子和中子 质子和中子组成原子核 最终才由原子构成宇宙万物 科学研究还表明 一般没有自由的单个夸克 只有两个或三个夸克的集合体才能够处于自由状态 答案 ad 知识点二库仑定律 知识回顾 1 内容 真空中两个静止点电荷间的相互作用力跟它们所带的乘积成正比 跟它们之间的成反比 作用力的方向在两点电荷的 3 适用条件 电荷量 距离平方 连线上 点电荷 真空中 要点深化 1 库仑力的正负不表示力的大小 而表示库仑力的性质 当两带电体所带电荷同号时 f 0 库仑力为斥力 当两带电体所带电荷异号时 f 0 库仑力为引力 因此 用库仑定律进行计算时 不必将符号代入 只需判断力的性质即可 2 两个带电体之间的库仑力是一对作用力和反作用力 答案 c 知识点三电场电场强度 知识回顾 1 电场 电荷周围存在的一种物质 电场对放入其中的电荷有 静止电荷产生的电场称为 2 电场强度 1 定义 放入电场中某点的电荷受的电场力f与它的的比值 力的作用 静电场 电荷量q 3 单位 或 4 矢量性 规定在电场中某点所受电场力的方向为该点电场强度的方向 3 点电荷场强的计算式 1 设在场源点电荷q形成的电场中 有一点p与q相距r 则p点的场强e 2 适用条件 真空中的形成的电场 n c v m 正电荷 点电荷 要点深化 1 电场强度的三个性质 1 矢量性 电场强度e是表示电场力的性质的一个物理量 规定正电荷受力方向为该点场强的方向 有关计算按矢量法则 2 唯一性 电场中某一点的电场强度e是唯一的 它的大小和方向与放入该点的电荷q无关 它决定于形成电场的电荷 场源电荷 及空间位置 3 叠加性 如果有几个静止电荷在空间同时产生电场 那么空间某点的场强是各场源电荷单独存在时在该点所产生的场强的矢量和 2 场强三个表达式的比较 基础自测 1 下列关于电场强度的两个表达式e f q和e kq r2的叙述 正确的是 a e f q是电场强度的定义式 f是放入电场中的电荷所受的力 q是产生电场的电荷的电荷量b e f q是电场强度的定义式 f是放入电场中电荷所受的电场力 q是放入电场中电荷的电荷量 它适用于任何电场c e kq r2是点电荷场强的计算式 q是产生电场的电荷的电荷量 它不适用于匀强电场 答案 bcd 2 2010 全国卷 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 知识点四电场线 知识回顾 1 电场线及特点 2 几种典型电场的电场线 图1 要点深化 等量同种和异种点电荷的电场两点电荷连线的中垂线上的电场分布及特点的比较 基础自测 2010 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 图中直线ab为该收尘板的横截面 图2 工作时收尘板带正电 其左侧的电场线分布如图2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4幅图中可能正确的是 忽略重力和空气阻力 解析 粉尘带负电 在电场中某点的受力的方向为电场线切线方向的反向延长线 粉尘做曲线运动 轨迹应该夹在速度与力之间 并且弯向力的方向 选项a正确 答案 a 题型一库仑定律与力学综合问题 例1 如图3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的轻质弹簧绝缘连接 图3 当3个小球处于静止状态时 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 题后反思解决库仑定律与力学综合问题的思路和解题步骤与力学中的完全相同 只不过在进行受力分析时 要多分析一个性质力 库仑力 变式1 1如图4所示 绝缘水平面上静止着两个质量均为m 电量均为 q的物体a和b a b均可视为质点 它们间的距离为r 与水平面间的动摩擦因数均为 图4 求 1 a受的摩擦力为多大 2 如果将a的电量增至 4q 两物体开始运动 当它们的加速度第一次为零时 a b各运动了多远距离 题型二电场强度的叠加 例2 ab是长为l的均匀带电细杆 p1 p2是位于ab所在直线上的两点 位置如图5所示 ab上电荷产生的静电场在p1处的场强大小为e1 在p2处的场强大小为e2 则以下说法正确的是 图5 a 两处的电场方向相同 e1 e2b 两处的电场方向相反 e1 e2c 两处的电场方向相同 e1 e2d 两处的电场方向相反 e1 e2 解析 可从电场叠加角度分析如图6 把均匀带电细杆等效为沿杆放置的无数点电荷 则设c为a关于p1对称的点 则ac间的电荷在p1点产生的电场场强为零 ab杆上电荷在p1处产生的场强可等效为cb段电荷在p1处产生的场强 而p2处场强是ab上所有电荷产生电场的叠加 所以两点场强方向必定相反 由对称性可知 cb段电荷在p1点和p2点产生的场强大小相等 而p2点场强大小等于ac cb两段电荷在p2点产生场强大小之和 故e1 e2 图6 答案 d 题后反思本题考查电场的叠加 因为所学特殊电场中没有均匀带电直杆的电场 所以把它等效为无数点电荷 利用电场叠加是解题的关键 在p1点场强的判断中巧妙的将ab间所有电荷利用对称等效为cb间电荷产生的场强 值得我们思考 变式2 1 2009 海南高考 如图7 两等量异号的点电荷相距为2a m与两点电荷共线 n位于两点电荷连线的中垂线上两点电荷连线中点到m和n的距离都为l 且l a 略去 a l n n 2 项的贡献 则两点电荷的合电场在m和n点的强度 a 大小之比为2 方向相反b 大小之比为1 方向相反c 大小均与a成正比 方向相反d 大小均与l的平方成反比 方向相互垂直 图7 答案 ac 题型三对电场线的理解及应用 例3 如图8所示 ab是某个点电荷的一根电场线 在电场线上o点由静止释放一个负电荷 它仅在电场力作用下沿电场线向b点运动 下列判断正确的是 图8 a 电场线由b点指向a点 该电荷做加速运动 加速度越来越小b 电场线由b点指向a点 该电荷做加速运动 其加速度大小变化由题设条件不能确定c 电场线由a点指向b点 电荷做匀加速运动d 电场线由b点指向a点 电荷做加速运动 加速度越来越大 解析 仅由一条电场线是不能确定电场的疏密情况的 所以无法判定电场力大小变化及加速度大小变化情况 选项a c d错误 负电荷从o点由静止向b点运动 说明其所受电场力由a点指向b点 电场强度方向由b点指向a点 所以选项b正确 答案 b 题后反思题中给出的是点电荷的电场 这里隐含了电场线是疏密不同的有向直线 要求学生了解对点电荷电场线的分布 理解电场线的物理意义 并能结合力学知识分析 判断 变式3 1如图9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 运动轨迹如图9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 两个粒子的动能 一个增加一个减小 图9 解析 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为负电荷 b为正电荷 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 选c 答案 c 1 两个相同的金属小球 可视为点电荷 所带电荷量之比为1 7 在真空中相距r 把它们接触后再放回原处 则它们间的静电力可能为原来的 a 4 7b 3 7c 9 7d 16 7 答案 cd 2 如图10所示是点电荷q周围的电场线 以下判断正确的是 a q是正电荷 a点的电场强度大于b点的电场强度b q是正电荷 a点的电场强度小于b点的电场强度c q是负电荷 a点的电场强度大于b点的电场强度d q是负电荷 a点的电场强度小于b点的电场强度 图10 解析 正点电荷的电场线是向外辐射的 电场线密的地方电场强度大 所以a正确 答案 a 3 如图11所示 用两根绝缘丝线挂着两个质量相同 不带电的小球a和b 此时 上下丝线受的力分别为fta ftb 如果使a带正电 b带负电 上下丝线受力分别为f ta f tb 则有 a ftaf tbc fta f tad ftb f tb 图11 解析 隔离b 单独分析 可知a对b有吸引力 所以a b间丝线拉力变小 把a b看成一个系统 系统受力平衡 a b间吸引力变成内力 所以悬点到a点间丝线拉力不变 答案 bc 4 如图12所示 真空中的四点a b c d在一条直线上 ab bc cd 如只在a点放一电荷量为 q的点电荷时 b点的场强为e 若再将等量异号的点电荷 q放在d点 则 图12 答案 bd 5 已知如图13 光滑绝缘水平面上有两只完全相同的金属球a b 带电荷量分别为 2q与 q 现在使它们以相同的初动能e0 对应的动量大小为p0 开始相向运动且刚好能发生接触 接触后两小球又各自反向运动 当它们刚好回到各自的出发点时 动能分别为e1和e2 动量大小分别为p1和p2 有下列说法 e1 e2 e0 p1 p2 p0 e1 e2 e0 p1 p2 p0 接触点一定在两球初位置连线的中点右侧某点 两球必将同时返回各自的出发点 其中正确的是 图13 a b c d 解析 由牛顿运动定律的观点看 两球的加速度大小始终相同 相同时间内的位移大小一定相同 必然在连线中点相遇 又同时返回出发点 由动量观点看 系统动量守恒 两球的速度始终等值反向 也可得出结论 两球必将同时返回各自的出发点 且两球末动量大小和末动能一定相等 从能量观点看 两球接触后的电荷量都变为 1 5q 在相同距离上的库仑斥力增大 返回过程中电场力做的正功大于接近过程中克服电场力做的功 由能量守恒 系统机械能