高考物理总复习课件人教版高中物理选修三《静电场电场力的性质》专题讲解ppt课件

第三模块选修3 1 1 通过对点电荷 库仑定律 电场强度 电热 电容等概念和规律的学习 培养学生的阅读和理解能力 2 通过对电场强度 电势和电容章节的学习 学会使用比值定义物理量 培养学生的科学研究能力 3 通过对静电平衡状态 带电粒子在电场中的加速和偏转等的分析 培养学生的分析推理能力 4 通过对电场强度 电势差和带电粒子在电场中的运动的分析和计算 培养学生的分析综合能力和数学运算能力 1 在复习中应重视对基本概念 定义的理解 注重知识的实际应用 如带电粒子在电场中的加速 偏转以及电容器的有关知识在生产 实际生活中的应用 2 复习过程中应加强对本部分知识与其他物理知识的综合应用的练习 如带电粒子在复合场中的运动 掌握处理较为复杂的物理问题的方法 如类比 等效 建立模型等思维方法 第一单元电场力的性质 1 电荷 自然界中存在着两种电荷 用丝绸摩擦过的玻璃棒带电荷 用毛皮摩擦过的橡胶棒带电荷 2 电荷量 物体所带的多少 单位是 正 负 电荷 库仑 3 区分几种电荷 1 元电荷 电荷量为e 1 6 10 19C的电荷叫做元电荷 质子和电子均带元电荷电荷量 2 点电荷 形状和大小对研究问题的影响可的带电体称为点电荷 3 场源电荷 电场是由电荷产生的 我们把产生的电荷叫做场源电荷 4 试探电荷 检验电荷 研究电场的基本方法之一是放入一带电荷量很小的点电荷 考查其受力情况及能量情况 这样的电荷称为试探电荷或检验电荷 忽略不计 电场 4 电荷守恒定律 1 物体有三种起电方式 分别是 起电 接触起电 起电 2 电荷守恒定律 内容 电荷既不会 也不会 它只能从一个物体到另一个物体 或者从物体的一部分到另一部分 在转移的过程中 电荷的总量保持 意义 电荷守恒定律是自然界的普遍规律 既适用于宏观系统 也适用于微观系统 摩擦 感应 创生 消灭 转移 转移 不变 特别提醒 1 任何带电体的电荷量皆为元电荷电荷量的整数倍 2 不管是哪种起电方式 它们的实质都是电子的转移 5 电场线是为了形象地描述电场而假想的 实际不存在的 6 电场线是起源于 或无穷远处 终止于 或无穷远处 的有源线 是曲线 7 电场线的疏密表示 某点的切线方向表示该点的 它不表示电荷在电场中的运动轨迹 8 电场线相交 在静电场中 电场线不中断 理想化模型 正电荷 负电荷 不闭合 电场的强弱 场强方向 不 1 内容 真空中两个静止点电荷之间的相互作用力 跟它们的的乘积成正比 跟它们的成反比 作用力的方向在它们的上 2 公式 F 式中的k 9 0 109N m2 C2 叫做静电力常量 3 适用条件 1 2 真空中 电荷量 距离的二次方 连线 点电荷 特别提醒 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 1 电场 带电体周围客观存在的一种物质 它是电荷间相互作用的媒体 具有力和能的性质 2 电场强度 1 意义 描述电场强弱和方向的物理量 2 定义 放入电场中某点的电荷所受的跟它的的比值 电场力F 电荷量q 3 公式 E 单位 V m或 4 方向 在该点的受力方向 是矢量 5 决定因素 电场强度决定于电场本身 与q无关 N C 正电荷 1 适用条件 仅适用于真空中的两个点电荷间的相互作用 虽然从数学角度讲由r 0能得出F 的结论 但从物理学的角度分析 这一结论是错误的 因为r 0时 两电荷已不能再看做点电荷了 2 三点电荷平衡问题如图1所示 在一条直线上的三点A B C 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 图1 1 正 负电荷必须相互间隔 两同夹 异 2 QA QB QC QB 两大夹 小 3 若QC QA则QB靠近QA 近小远大 解决方法是根据三点电荷合力 场强 均为零 列方程求解 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 1 带电粒子在电场中的运动轨迹由带电粒子受到的合外力情况和初速度情况来决定 运动轨迹上各点的切线方向是粒子速度的方向 电场线只能描述电场的方向及定性地描述电场强弱 它决定了带电粒子在电场线上的各点受电场力的方向和加速度方向 显然 它不一定是带电粒子在电场中的运动轨迹 2 如果同时满足以下三个条件 运动轨迹就和电场线重合 1 电场线为直线 2 电荷初速度为零 或不为零但速度方向和电场线平行 3 电荷仅受电场力作用或受其他力 但其他力的方向和电场线平行 规律1 匀强电场中同一直线上任意线段两端点间的电势差与这两点间的距离成正比 在如图2所示的匀强电场中 某直线上的两线段MN和PQ 它们两端点间的电势差与其距离的关系为 图2 推论 1 匀强电场中任意线段中点的电势等于该线段两端点电势代数和的一半 如图3甲所示 O为匀强电场中的任一线段MN的中点 则M N O三点间电势关系为 图3 规律2 匀强电场中任意平行直线上两点间的电势差与这两点间的距离成正比 在图4甲中 M N P Q分别是匀强电场中的两平行直线上的四个点 则 图4 推论 1 匀强电场中任意两条平行直线上距离相等的两点间的电势差相等 如图4乙所示 A B P Q分别是匀强电场中的两平行直线上的四个点 且线段长SAB SPQ 则UAB UPQ 即 A B P Q 推论 2 匀强电场中平行四边形的对边两端点的电势差相等 如图5甲所示 在匀强电场中的平行四边形ABCD中 各点间电势关系有UAB UDC 即 A B D C 或UBC UAD 即 B C A D 推论 3 匀强电场中任意平行四边形对角线上的两端点电势之和相等 如图5乙所示 A C B D 图5 1 叠加原理 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 2 场强三个表达式的比较 说明 1 电场中某点的电场强度的大小与形成电场的电荷的电荷量有关 而与场源电荷的电性无关 而电场中各点场强方向由场源电荷电性决定 2 由定义式可知 电场力F qE 即电荷在电场中所受的电场力的大小由电场和电荷共同决定 电场力的方向由场强方向和电荷电性决定 正电荷在电场中所受电场力的方向与场强方向一致 负电荷在电场中所受电场力的方向与场强方向相反 3 如果空间几个电场叠加 则空间某点的电场强度为各电场在该点电场强度的矢量和 应根据矢量合成法则 平行四边形定则合成 当各场强方向在同一直线上时 选定正方向后作代数运算合成 答案 C 变式1 真空中两个相同的带等量异种电荷的金属小球A和B A B均可看作点电荷 将其分别固定在两处 两个小球间静电力为F 用一个不带电的同样的金属小球C先和A接触 再和B接触 然后移去C 则A B两个小球间的静电力变为多大 例2 如图6所示 分别在A B两点放置点电荷Q1 2 10 14C和Q2 2 10 14C 在AB的垂直平分线上有一点C 且AB AC BC 6 10 2m 试求 1 C点的场强 2 如果有一个电子静止在C点 它所受的库仑力的大小和方向如何 图6 解析 1 本题所研究的电场是点电荷Q1和Q2所形成的电场的合电场 因此C点的场强是由Q1在C处的场强E1C和Q2在C处的场强E2C的合场强 根据 图7 根据平行四边形定则做出E1C和E2C的合成图如图所示 CE1CEC是等边三角形 故EC E1C 0 05N C 方向与AB平行指向右 2 电子在C点所受的力大小为 F qEC 1 6 10 19 0 05N 0 8 10 20N因为电子带负电 所以方向与EC方向相反 答案 1 0 05N C方向平行于AB指向右 2 0 8 10 20N方向与AB平行指向左 高分通道 1 解决此类问题 需要巧妙地运用对称性特点 将相互对称的两个点电荷的场强进行叠加 2 不在同一直线上电场的叠加要根据电荷的正 负 先判断场强的方向 然后利用矢量合成法则 结合对称性分析叠加结果 变式2 如图8所示 a b是两个点电荷 它们的电荷量分别为Q1 Q2 MN是ab连线的中垂线 P是中垂线上的一点 下列哪种情况能使P点场强方向指向MN的左侧 A Q1 Q2都是正电荷 且Q1 Q2 C Q1是负电荷 Q2是正电荷 且 Q1 Q2 图8 解析 场强是矢量 场强的合成必须遵循平行四边形定则 由平行四边形定则 可画出场强的矢量图得A C D正确 答案 ACD 例3 如图9所示 匀强电场方向与水平线间夹角 30 斜向右上方 电场强度为E 质量为m的小球带负电 以初速度v0开始运动 初速度方向与电场方向一致 图9 1 若小球的带电荷量为q mg E 为使小球能做匀速直线运动 应对小球施加的恒力F1的大小和方向各如何 2 若小球的带电荷量为q 2mg E 为使小球能做直线运动 应对小球施加的最小恒力F2的大小和方向各如何 解析 1 如图10甲所示 欲使小球做匀速直线运动 必使其合外力为0 所以F1cos qEcos30 F1sin mg qEsin30 解之得 60 F1 mg 恒力F1与水平线夹60 角斜向右上方 图10 高分通道解决电场强度与力学知识的综合问题的一般思路 明确研究对象 多为一个带电体 也可取几个带电体组成的系统 分析研究对象所受的全部外力 包括电场力 由平衡条件或牛顿第二定律列方程求解即可 对于涉及能量问题 一般用动能定理或能量守恒列方程求解 变式3 如图11所示 一根长为2m的绝缘细管AB被置于匀强电场E中 其A B两端正好处于电场的左右边界上 倾角 37 电场强度E 103V m 方向竖直向下 管内有一个带负电的小球 所受重力G 10 3N 电荷量q 2 10 6C 从A点由静止开始运动 已知小球与管壁的动摩擦因数为0 5 则小球从B点射出时的速度是 取g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 解析 对带电小球进行受力分析 用正交分解法列方程 求出加速度a 然后根据运动学公式求解 根据题意可知 小球在运动中的受力如图12所示 建立直角坐标系后 应有 图11 答案 C 图12 答案 C 2 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13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Q A 应放在A点 Q 2qB 应放在B点 Q 2qC 应放在C点 Q qD 应放在D点 Q q 图13 解析 由平行四边形定则得出 q和 q在O点产生的合场强水平向右 大小等于其中一个点电荷在O点产生的场强的大小 要使圆心处的电场强度为零 则应在C点放一个电荷量Q q的点电荷 故C选项正确 答案 C 3 如图14所示 AB是某个点电荷电场中的一根电场线 在线上O点放一个自由的负电荷 它将沿电场线向B点运动 下列判断中正确的是 图14 A 电场线由B指向A 该电荷做加速运动 加速度一定越来越小B 电场线由B指向A 该电荷做加速运动 由题设条件知其加速度大小的变化不能确定C 电场线由A指向B 电荷做匀加速运动D 电场线由B指向A 电荷做加速运动 加速度一定越来越大 解析 负点电荷在O点向B点运动 说明该负点电荷在电场中受到的电场力方向由A指向B 而负点电荷在电场中受到电场力方向与电场强度方向 即电场线方向 相反 所以电场线应由B指向A 选项C错 因一根电场线无法判断其疏密程度 也就不能判断该电场在A B两处哪点的场强大 所以不能确定负电荷由O向B运动时受到电场力 或加速度 大小的变化 选项A D错 选项B正确 答案 B 4 2010年海淀模拟 如图15所示 在a b两点上放置两个点电荷 它们的电荷量分别为q1 q2 MN是连接两点的直线 P是直线上的一点 下列情况下P点的场强可能为零的是 A q1 q2都是正电荷 且q1 q2B q1是正电荷 q2是负电荷 且q1q2D q1 q2都是负电荷 且 q1 q2 图15 答案 B 5 如图16所示 悬挂在O点的一根不可伸长的绝缘细线下端有一个带电荷量不变的小球A 在两次实验中 均缓慢移动另一带同种电荷的小球B 当B到