高考物理一轮总复习 第6章 静电场 第1节 电场力的性质课件 新人教版

2017高三一轮总复习 物理 选修3 1 第六章静电场 第一节电场力的性质 栏目导航 基础知识整合 热门考点研析 方法技巧归纳 考题随堂演练 基础知识整合 如图所示 真空中有两个点电荷Q1 4 0 10 8C和Q2 10 8C 分别固定在x坐标轴的x 0和x 6cm的位置上 试求 1 x坐标轴上哪个位置的电场强度为0 2 x坐标轴上哪些地方的电场强度方向是沿x轴正方向的 思路引导 1 点电荷周围电场如何表示 2 x坐标轴上的电场强度是两个点电荷场强的叠加 场强叠加遵循何种法则 解析 本题属于教材课后思考的原题 考查了点电荷电场强度的叠加原理 空间中某一点的电场 是空间所有电荷产生的电场的叠加 场强是矢量 其合成遵守平行四边形法则 2 根据电场的叠加可知 在x坐标轴上 0 6 之间和x 12cm的地方的电场强度的方向是沿x轴正方向 电荷守恒 点电荷 库仑定律1 元电荷电量的最小单位 质子 正电子的电荷量与它相同 用e表示 e C 美国物理学家 利用 实验最先测出 2 电荷守恒定律 1 表述一 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物体 或者从物体的一个部分转移到另一个部分 在转移过程中 电荷的 不变 表述二 一个与外界没有电荷交换的系统 电荷的代数和 知识点1 1 60 10 19 密立根 油滴 总量 保持不变 2 物体带电的本质 电子在物体内部或是物体间的 使物体带电不是创造了电荷 使物体不带电也不是消灭了电荷 3 三种起电方式 摩擦起电 两绝缘物体间相互摩擦过程中 电子从束缚不紧的一个物体转移到另一个物体上 失去电子的物体带正电 得到电子带负电 接触起电 导体与带电体接触 电荷在两物体间发生转移 导体带上与带电体电性相同的电荷 感应起电 利用 使导体带电的过程 转移 静电感应 3 点电荷只要带电体本身的大小跟它们之间的距离相比可以忽略 带电体就可以看作点电荷 严格地说点电荷是一个 实际上是 的 实际带电体能否看成点电荷决定与自身的大小和形状与带电体间的距离的比较 与带电体的 所带电荷量的 无关 4 库仑定律 1 内容 真空中两个静止 之间的相互作用力F的大小 跟它们的电荷量Q1 Q2的乘积成 跟它们的距离r的 成反比 作用力的方向沿着 2 公式 F 其中静电力常量k 理想模型 不存在 大小 多少 电性 点电荷 正比 平方 它们的连线上 9 0 109N m2 C2 静电场 电场强度 点电荷的场强1 电场 1 定义 电场是存在于电荷周围的一种特殊物质 和实物一样是物质存在的两种形式 2 基本性质 对放入其中的电荷有力的作用 电荷间的相互作用是通过电场实现的 知识点2 2 电场强度 1 定义 电场中某一点的电荷受到的电场力F跟它的电荷量q的比值 叫做该点的电场强度 简称 用 表示 2 公式 E 适用于所有电场 单位 3 物理含义 描述空间某点电场 和 的物理量 4 方向 电场强度是 物理学中规定 电场中某点的场强方向跟正电荷在该点所受的电场力的方向 与负电荷在该点所受电场力的方向 5 唯一性 电场中某一点处的电场强度E是唯一的 它的大小和方向与放入该点的电荷q 与是否放入电荷 由电场的强弱及空间位置决定 场强 E N C 强弱 方向 矢量 相同 相反 无关 无关 3 点电荷的电场 1 大小 E 只适用于点电荷的电场 2 方向 如果是正电荷 E的方向就是沿着PQ的连线并 Q 如果是负电荷 E的方向就是沿着PQ的连线并 Q 4 电场强度的叠加原理某点的场强等于该点周围各个电荷单独存在时在该点产生的场强的 背离 指向 矢量和 电场线1 定义为了形象描述电场而 的有方向的曲线 曲线上每点的 方向表示该点的电场强度的方向 电场线不是实际存在的 2 基本性质 1 电场线上每点的切线方向就是该点电场强度的方向 2 电场线的疏密反映电场强度的大小 疏弱密强 3 静电场中电场线 正电荷或无穷远 负电荷或无穷远 不封闭 也不在无电荷处中断 4 任意两条电场线不会在无电荷处 包括相切 知识点3 假想 切线 始于 止于 相交 3 特殊电场的电场线的分布 特别提醒匀强电场1 定义 各点的电场强度大小相等 方向相同的电场 2 匀强电场的电场线 等间距的平行直线 热门考点研析 1 求解电场强度的方法 电场强度的叠加 考点1 2 电场强度的叠加空间存在多个点电荷 某点的电场强度等于各个点电荷在该点场强的矢量和 遵循矢量运算法则 平行四边形法则 电场强度的比较 1 根据电场线的疏密程度来判断 电场线越密 电场强度越强 2 根据等差等势面的疏密程度来判断 等势面越密 电场强度越强 3 三个自由点电荷处于平衡状态满足以下规律 1 两同夹异 两边的点电荷电性相同 中间的点电荷电性与两边的相反 2 两大夹小 两边的点电荷所带电荷量比中间的点电荷所带电荷量多 3 近小远大 中间的点电荷离两边上电荷量小的点电荷近 4 三点共线 三个点电荷分布在一条直线上 2015年山东高考 直角坐标系xOy中 M N两点位于x轴上 G H两点坐标如图 M N两点各固定一负点电荷 一电量为Q的正点电荷置于O点时 G点处的电场强度恰好为零 静电力常量用k表示 若将该正点电荷移到G点 则H点处场强的大小和方向分别为 例1 思路引导 1 如何理解G点处的电场强度恰好为零的含义 2 H点和G点在位置上具有什么关系 M N处的电荷对这两点的场强大小一样吗 答案 B 总结提升 电场强度是从力的角度反映电场本身性质的物理量 其大小 方向是由电场本身决定的 电荷放在电场中一定受到电场力作用 多选 如图所示 在绝缘水平面上固定着一光滑绝缘的圆形槽 在某一过直径的直线上有O A B三点 其中O为圆心 A点固定电荷量为Q的正电荷 B点固定一个未知电荷 且圆周上各点电势相等 AB L 有一个可视质点的质量为m 电荷量为 q的带电小球正在滑槽中运动 在C点受到电场力指向圆心 C点所处的位置如图所示 根据题干和图示信息可知 A B点的电荷带正电B B点的电荷量为3QD 小球在滑槽内做的是匀速圆周运动 针对训练1 解析 带负电的小球在C点时受到的电场力指向圆心 根据场强叠加原理可知 A处的正点电荷在C点的场强方向由A到C 对小球吸引 B处的电荷在C点的场强方向由C到B 对小球排斥 受力如图所示 答案 CD 1 电场线与粒子运动轨迹的关系电场线不是带电粒子的运动轨迹 运动轨迹和电场线重合的条件如下 1 电场线是直线 2 带电粒子初速度为零 或是初速度沿电场线所在的直线 3 带电粒子只受电场力作用或是合力沿电场线所在的直线 2 电场线的应用 1 判断电场强度的强弱电场线密的地方 电场强度大 电场线稀的地方 电场强度小 据此可以判断电荷受力大小 对电场线的理解和应用 考点2 2 判断电场的方向电场线的切线方向即为该点场强的方向 正电荷在该点的受力方向与切线方向相同 负电荷在该点的受力方向与切线方向相反 3 判断电势的高低沿着电场线电势逐渐降低 电场强度的方向是电势降低最快的方向 4 判断等势线 面 的方向电场线与等势线 面 是相互垂直的关系 如图所示 在真空中有两个固定的等量异种点电荷 Q和 Q 直线MN是两点电荷连线的中垂线 O是两点电荷连线与直线MN的交点 a b是两点电荷连线上关于O的对称点 c d是直线MN上的两个点 下列说法中正确的是 例2 A a点的场强大于b点的场强 将一检验电荷沿MN由c移动到d 所受电场力先增大后减小B a点的场强小于b点的场强 将一检验电荷沿MN由c移动到d 所受电场力先减小后增大C a点的场强等于b点的场强 将一检验电荷沿MN由c移动到d 所受电场力先增大后减小D a点的场强等于b点的场强 将一检验电荷沿MN由c移动到d 所受电场力先减小后增大 思路引导 1 等量异种点电荷周围电场线是如何分布的 连线上场强如何变化 2 等量异种点电荷连线的中垂线上的场强是如何变化的 解析 根据等量异种电荷周围电场线的分布情况可知 a b两点的电场强度的大小相等 方向相同 中垂线MN为一条等势线 中点O的场强最强 向两边逐渐减小 检验电荷在O点受到的电场力最大 一检验电荷沿MN由c移动到d 所受电场力先增大后减小 C选项正确 答案 C 总结提升 等量同种和异种点电荷的电场线的比较1 连线中点O处的场强等量异种点电荷 连线上O点场强最小 指向负电荷一方 等量同种点电荷 连线上O点场强为零 2 连线上的场强大小 从左到右 等量异种点电荷 沿连线先变小 再变大 等量同种点电荷 沿连线先变小 再变大 3 沿中垂线由O点向外场强大小等量异种点电荷 O点最大 向外逐渐减小 等量同种点电荷 O点最小 向外先变大后变小 4 关于O点对称的A与A B与B 的场强等量异种点电荷 等大同向 等量同种点电荷 等大反向 某静电场中的电场线分布如图所示 方向未知 带电粒子在该电场中仅受静电力作用 其运动轨迹如图中虚线所示 由M运动到N 则 A 粒子必定带正电荷B 该静电场一定是孤立正点电荷产生的C 粒子在M点的速度大于它在N点的速度D 粒子在M点的加速度小于它在N点的加速度 针对训练2 解析 电场线的方向未知 不能确定粒子的电性 A选项错误 孤立的正点电荷形成的电场是辐射状分布的 电场线是从正电荷出发到无穷远处终止的直线 该静电场不是孤立正电荷形成的 B选项错误 根据曲线运动的规律可知 电场力指向轨迹的内侧 则粒子的受力方向与速度方向的夹角小于90 所以电场力做正功 电荷的电势能减小 动能增加 粒子在M点的速度小于它在N点的速度动能 C选项错误 电场线密的地方电场的强度大 电场线疏的地方电场的强度小 由图可知 N点的场强大于M点的场强的大小 粒子在M点的加速度小于它在N点的加速度 D选项正确 答案 D 1 带电体的力电综合问题的特点 1 物体不但受重力 弹力 摩擦力 还受到电场力作用 2 受力分析时 重力能否忽略 根据题意判断 基本粒子一般可以忽略重力 带电油滴 液滴一般不能忽略 3 带电体处于动态平衡时 带电体间距发生变化时 库仑力也要发生变化 要注意分析力和运动的相互关系 带电体的力电综合问题 考点3 2 分析思路 1 根据题意确定研究对象 带电体 如果有多个物体相互作用时 适当的选取 整体法 或 隔离法 来处理 2 分析受力 根据带电体的性质 库仑定律 判断研究对象所受的电场力的大小和方向 3 列平衡关系式或牛顿第二定律关系式求解 多选 2015年浙江高考 如图所示 用两根长度相同的绝缘细线把一个质量为0 1kg的小球A悬挂在水平板的M N两点 A上带有Q 3 0 10 6C的正电荷 两线夹角为120 两线上的拉力大小分别为F1和F2 A的正下方0 3m处放有一带等量异种电荷的小球B B与绝缘支架的总质量为0 2kg 重力加速度取g 10m s2 静电力常量k 9 0 109N m2 C2 A B球可视为点电荷 则 例3 A 支架对地面的压力大小为2 0NB 两线上的拉力大小F1 F2 1 9NC 将B水平右移 使M A B在同一直线上 此时两线上的拉力大小F1 1 225N F2 1 0ND 将B移到无穷远处 两线上的拉力大小F1 F2 0 866N 思路引导 1 如何根据共点力的平衡知识求解支架对地面的压力和线上的拉力 2 将B移到无穷远处时 电荷间的作用力变为多少 答案 BC 总结提升 物体在电场和重力场中处于平衡状态时 关键是建立物体受力图景 1 弄清物理情景 选定研究对象 2 对研究对象进行受力分析 画出受力图 3 应用力学规律进行归类建模 多选 2015年广东高考 如图所示的水平匀强电场中 将两个带电小球M和N分别沿图示路径移动到同一水平线上的不同位置 释放后 M N保持静止 不计重力 则 A M的带电量比N的大B M带负电荷 N带正电荷C 静止时M受到的合力比N的大D 移动过程中匀强电场对M做负功 针对训练3 解析 M N在匀强电场中处于静止状态 合力为零 根据平衡条件可知 M带负电 N带正电 对于M 匀强电场的电场力水平向左 N对M的吸引力水平向右 两者等大反向 对于N 匀强电场的电场力水平向右 M对N的吸引力水平向左 两者等大反向 B选项正确 M与N之间的库仑力是作用力与反作用力 总是大小相等 方向相反 两者受到的电场力也必定是大小相等 方向相反 两者所带的电量大小相等 A C选项错误 M带负电 受到的电场力的方向向左 所以移动过程中匀强电场对M做负功 D选项正确 答案 BD 方法技巧归纳 非点电荷电场强度的叠加最近几年的高考考查的重点之一是非点电荷电场强度的求解 1 对称法利用带电体形成的电场在周围空间的分布具有对称性的特点 简化复杂电场的叠加与计算 2013年新课标卷 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 思路引导 1 b处的电场强度为零 是哪些带电体叠加的结果 可否确定带电体在空间分布的特点 2 圆盘在d处的场强与在b处的场强有什么关系 例4 答案 B 2013年江苏高考 下列选项中的各圆环大小相同 所带电荷量已在图中标出 且电荷均匀分布 各圆环间彼此绝缘 坐标原点O处电场强度最大的是 针对训练4 答案 B 2 等效法将复杂的物理情景转化为熟悉的物理模型 前提是效果是相同的 如图所示 点电荷与薄金属板之间形成的电场 可以等效为等量异种点电荷形成的电场 例5 思路引导 1 点电荷q和导体表面上的感应电荷共同激发的电场分布具有什么特点 和等量异种点电荷的电场分布有什么联系 2 等量异种点电荷连线上某一点的场强如何求解 答案 D 解析 点电荷q和导体表面上的感应电荷共同激发的电场与相距2h的等量异号点电荷相同 如图所示 经过探究 某同学发现 点电荷和无限大的接地金属平板间的电场 如图甲所示 与等量异种点电荷之间的电场分布 如图乙所示 完全相同 图丙中点电荷 q到MN的距离OA为L AB是以电荷 q为圆心 L为半径的圆上的一条直径 则B点电场强度的大小是 针对训练5 答案 C 3 补偿法将有缺陷的带电体补偿成完整 规则的几何体 使其场强的分布具有特殊性 比如将有缺口的带电圆环补全为圆环 或将半球面补全为完整的球面 例6 思路引导 1 将已知条件和待求解的问题联系起来 如何求解单位面积带电量为 0的无限大均匀带电平板的电场强度的公式 2 无限大均匀带电平板 从其中间挖去一半径为r的圆板 能否利用补偿法求解圆孔轴线上任意一点Q 坐标为x 的电场强度 答案 A 针对训练6 答案 B 考题随堂演练 1 多选 2016届四川省雅安市天全中学月考 关于静电场的电场强度和电势 下列说法正确的是 A 电场强度的方向处处与等势面垂直B 电场强度为零的地方 电势也为零C 随着电场强度的大小逐渐减小 电势能逐渐降低D 任一点的电场强度总是指向该点电势降落最快的方向解析 电场强度的方向处处与等势面垂直 A选项正确 电场强度和电势没有什么直接关系 故电场强度为零的地方 电势不一定为零 B选项错误 电场强度的大小与电势能没有直接关系 C选项错误 沿着电场线方向电势降低 由匀强电场U Ed可知 电场强度的方向是电势降低最快的方向 故D选项正确 答案 AD 2 多选 2016届湖北省枣阳市月考 如图 真空中有一个边长为L的正方体 正方体的两个顶点M N处分别放置一对电荷量都为q的正 负点电荷 图中的a b c d是其他的四个顶点 k为静电力常量 下列表述正确是 A a b两点电场强度相同B a点电势高于b点电势C 把点电荷 Q从c移到d 电势能增加 答案 AD 3 多选 2016届鄂豫晋冀陕五省联考 如图所示 一圆心为O 半径为R的圆中有两条