2011高考物理 讲义6-1VIP

用心 爱心 专心1 2011 高考物理高考物理 内部教师讲义 物理内部教师讲义 物理 6 1 温故自查温故自查 1 自然界中只存在正负两种电荷 元电荷电荷量 自然界中只存在正负两种电荷 元电荷电荷量 e 2 物体带电方法有三种 物体带电方法有三种 1 起电 起电 2 起电 起电 3 起电 起电 3 电荷守恒定律 电荷既不能创造 也不能消失 它只能从一个物体 电荷守恒定律 电荷既不能创造 也不能消失 它只能从一个物体 到另一个物体 或从物体的一部分转移到另一部分 在转移的过程中总电荷数到另一个物体 或从物体的一部分转移到另一部分 在转移的过程中总电荷数 1 6 10 19C 摩擦摩擦 接触接触 感应感应 不变不变 转移转移 考点精析考点精析 1 电荷量的实质 物体得到或失去电子便带上了电荷 得到电子带负电 失去电子带正电 讨论物体带何种电荷 是指净电荷是正是负 也就是说物体具有 电荷量的实质 物体得到或失去电子便带上了电荷 得到电子带负电 失去电子带正电 讨论物体带何种电荷 是指净电荷是正是负 也就是说物体具有 的总电荷是哪种电荷多于哪种 净电荷的多少叫做电荷量 的总电荷是哪种电荷多于哪种 净电荷的多少叫做电荷量 2 点电荷是无大小 无形状且有电荷量的一个理想化模型 在实际问题中 只有当带电体间的距离比它 点电荷是无大小 无形状且有电荷量的一个理想化模型 在实际问题中 只有当带电体间的距离比它们自身的大小大得多 以至于带电体的形状和大小们自身的大小大得多 以至于带电体的形状和大小 对相互作用的影响可以忽略不计时 带电体才可以视为点电荷 对相互作用的影响可以忽略不计时 带电体才可以视为点电荷 3 一个带电体能否被视为点电荷完全取决于自身的几何形状大小与带电体之间的距离的比较 与带电体的大小无关 即带电体很小 不一定可视为点电荷 一个带电体能否被视为点电荷完全取决于自身的几何形状大小与带电体之间的距离的比较 与带电体的大小无关 即带电体很小 不一定可视为点电荷 带电体很大 也不一定不能视为点电荷 带电体很大 也不一定不能视为点电荷 4 元电荷 电荷量 元电荷 电荷量 e 1 60 10 19C 称为元电荷 所有带电体的电荷量或者等于电荷量 称为元电荷 所有带电体的电荷量或者等于电荷量 e 或者等于电荷量 或者等于电荷量 e 的整数倍 即在物体带电现象中元电荷量是最的整数倍 即在物体带电现象中元电荷量是最 小电荷量 但从微观粒子层面上说 元电荷并不是基本粒子 如质子 中子是由夸克组成的 夸克可能有小电荷量 但从微观粒子层面上说 元电荷并不是基本粒子 如质子 中子是由夸克组成的 夸克可能有 e 或或 e 的电荷量的电荷量 温故自查温故自查 用心 爱心 专心2 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 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成反比 作用力的方向在两点电荷 的连线上 的连线上 2 公式 公式 F k 式中的 式中的 k 9 109 N m2 C2叫静电常数 叫静电常数 3 适用条件 适用条件 电荷量电荷量 距离平方距离平方 点电荷点电荷 真空中真空中 考点精析考点精析 1 库仑力的正负不表示力的大小 而表示库仑力的性质 当两电荷同号时 库仑力的正负不表示力的大小 而表示库仑力的性质 当两电荷同号时 F 0 库仑力为斥力 当两电荷异号时 库仑力为斥力 当两电荷异号时 F 0 库仑力为引力 因此 用库仑定 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 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 两个带电体之间的库仑力是一对作用力和反作用力 3 库仑定律的公式 库仑定律的公式 F k 只适用于真空中的点电荷只适用于真空中的点电荷 在空气中近似成立在空气中近似成立 4 两导体球间库仑力可应用公式进行定性比较 用 两导体球间库仑力可应用公式进行定性比较 用 r 表示两球球心之间的距离 则当两球带同种电荷时 表示两球球心之间的距离 则当两球带同种电荷时 Fk 温故自查温故自查 1 电场电场 1 电场 带电体周围存在的一种物质 它是一种看不见的电场 带电体周围存在的一种物质 它是一种看不见的 的物质 它具有的物质 它具有 和能的特性 和能的特性 2 电场力 放入电场中的电荷受到电场的力的作用 叫电场力 放入电场中的电荷受到电场的力的作用 叫 客观存在客观存在 力的特性力的特性 电场力电场力 2 电场强度 电场强度 1 定义和定义式 放入电场中某点的电荷所受定义和定义式 放入电场中某点的电荷所受 的比值 叫电场强度 用的比值 叫电场强度 用 表示 其定义式为 表示 其定义式为 E 2 单位 单位 符号为 符号为 用心 爱心 专心3 3 电场的方向与电场的方向与 4 点电荷的场强 点电荷的场强 E k 电场电场 力力 与此电荷所带与此电荷所带电荷量电荷量 E 牛牛 库库 N C 正电荷在该点所受电场力方向相同正电荷在该点所受电场力方向相同 考点精析考点精析 1 电场强度电场强度 1 反映电场的强弱 反映电场的强弱 2 大小等于单位电荷所受电场力 大小等于单位电荷所受电场力 3 由电场本身决定 由电场本身决定 4 比电场力更能够反映电场本身的力的性质 比电场力更能够反映电场本身的力的性质 2 三个性质 三个性质 1 矢量性 电场强度矢量性 电场强度 E 是表示电场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 是表示电场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 惟一性 电场中某一点的电场强度是惟一的 它的大小和方向与放入该点的电荷惟一性 电场中某一点的电场强度是惟一的 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无关 它决定于形成电场的电荷 场源电荷场源电荷 及空间位置 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 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 3 三种公式的比较 三种公式的比较 公式公式适用条件适用条件特点特点 定义式定义式 任何电场任何电场 某点的场强为确定值 大小及方向与某点的场强为确定值 大小及方向与 q 无关无关 用心 爱心 专心4 决定式决定式 真空中的真空中的 点电荷点电荷 E 由场源电荷由场源电荷 Q 和场源电荷到某点的和场源电荷到某点的 距离距离 r 决定决定 关系式关系式 匀强电场匀强电场d 是沿电场方向的距离是沿电场方向的距离 温故自查温故自查 1 电场线是为了形象地描述 电场线是为了形象地描述 而假想的 实际不存在的而假想的 实际不存在的 2 电场线是起源于 电场线是起源于 或无穷远处或无穷远处 终止于 终止于 或无穷远处或无穷远处 的有源线 是的有源线 是 曲线 曲线 3 电场线的疏密表示 电场线的疏密表示 某点的切线方向表示该点的 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 它不表示电荷在电场中的运动轨迹 4 电场线 电场线不不相交 在静电场中 电场线不中断 相交 在静电场中 电场线不中断 电场电场 理想化模型理想化模型 正电荷正电荷 负负 电荷电荷 不闭合不闭合 电场的强弱电场的强弱 场强方向场强方向 考点精析考点精析 1 几种典型电场的电场线分布 几种典型电场的电场线分布 1 正点电荷的电场线如图甲所示 正点电荷的电场线如图甲所示 2 负点电荷的电场线如图乙所示 负点电荷的电场线如图乙所示 3 等量同种和异种点电荷的电场 等量同种和异种点电荷的电场 用心 爱心 专心5 两点电荷连线的中垂线上的电场分布及特点的比较两点电荷连线的中垂线上的电场分布及特点的比较 比较项目比较项目等量同种点电荷等量同种点电荷等量异种点电荷等量异种点电荷 电场线图示电场线图示 连线中点连线中点 O 处的场强处的场强 由由 O 沿中垂线向外沿中垂线向外 场强的变化场强的变化 先增大后减小先增大后减小逐渐减小逐渐减小 关于关于 O 点对称的两点对称的两 点点 A 与与 A B 与与 B 场强的关系场强的关系 等大 反向等大 反向等大 同向等大 同向 用心 爱心 专心6 用心 爱心 专心7 4 匀强电场的电场线分布如图丙所示 匀强电场的电场线分布如图丙所示 5 点电荷与带电金属板的电场线的分布如图丁所示 点电荷与带电金属板的电场线的分布如图丁所示 用心 爱心 专心8 2 电场线与电荷运动的轨迹 电场线与电荷运动的轨迹 1 电场线是为了形象地描述电场而引入的假想的曲线 运动轨迹是带电粒子在电场中实际通过的径迹 径迹上每一点的切线方向为粒子在该点的速度方向 电场线是为了形象地描述电场而引入的假想的曲线 运动轨迹是带电粒子在电场中实际通过的径迹 径迹上每一点的切线方向为粒子在该点的速度方向 因此 不能认为电场线就是带电粒子在电场中的运动轨迹 因此 不能认为电场线就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 如果同时满足以下三个条件 运动轨迹就和电场线重合 电场线电场线为直线 为直线 电荷初速度为零 或不为零但速度方向和电场线平行 电荷初速度为零 或不为零但速度方向和电场线平行 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 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 命题规律命题规律 1 理解理解电场电场的性的性质质和和电场强电场强度是反映度是反映电场电场本身的性本身的性质质特点 会判断某点的特点 会判断某点的电场强电场强度大小和方向及度大小和方向及检验电检验电荷所受的荷所受的电场电场力 力 2 对对 E E k E 公式的理解及适用条件的运用 公式的理解及适用条件的运用 考例考例 1 2009 山东实验中学模拟山东实验中学模拟 如图所示 如图所示 M N 为两个等量同种正电荷为两个等量同种正电荷 Q 在其连线的中垂线上任意一点 在其连线的中垂线上任意一点 P 自由释放一个负电荷自由释放一个负电荷 q 不计重 不计重力影响 关力影响 关 于点电荷于点电荷 q 的运动下列说法正确的是的运动下列说法正确的是 用心 爱心 专心9 A 从 从 P O 的过程中 加速度越来越大 速度也越来越大的过程中 加速度越来越大 速度也越来越大 B 从 从 P O 的过程中 加速度越来越小 速度越来越大的过程中 加速度越来越小 速度越来越大 C 点电荷运动到 点电荷运动到 O 点时加速度为零 速度达到最大值点时加速度为零 速度达到最大值 D 点电荷越过 点电荷越过 O 点后 速度越来越小 加速度越来越大 直到速度为零点后 速度越来越小 加速度越来越大 直到速度为零 用心 爱心 专心10 解析解析 如如图图所示 根据所示 根据电场电场叠加原理知 叠加原理知 O 点点场强为场强为零 从零 从 O 点沿中垂点沿中垂线线向外 向外 场强场强先先变变大后大后变变小 点小 点电电荷从荷从 P O 的的过过程中 静程中 静电电力可能是先力可能是先变变大后大后变变小 加小 加 速度随之先速度随之先变变大后大后变变小 也可能静小 也可能静电电力一直力一直变变小 加速度一直小 加速度一直变变小 关小 关键键是是 P 点位置的不确定性 不点位置的不确定性 不过过 在到达 在到达 O 点之前 静点之前 静电电力一直表力一直表现为现为引力 速度一定是引力 速度一定是 一直一直变变大的 在大的 在 O 点点时时加速度是零 速度最大 加速度是零 速度最大 该电场该电场关于直关于直线线 MN 对对称 称 电电荷越荷越过过 O 点后的运点后的运动动也不一定是也不一定是单调变单调变化的 有些粗心的同学容易化的 有些粗心的同学容易认为认为从从 P O 点点时电时电荷距离两个荷距离两个场场源源电电荷越来越近 静荷越来越近 静电电力就会越来越大而力就会越来越大而错选错选 A 其其实实 点 点电电荷在与荷在与场场源源电电荷的两个静荷的两个静电电力确定是力确定是变变大的 只是两个静大的 只是两个静电电力的合力未必力的合力未必变变大 大 这这要看要看电场电场的矢量合成情况 的矢量合成情况 答案答案 C 总结评述总结评述 对电场线的认识 一是要注意电场线的疏密对电场线的认识 一是要注意电场线的疏密 表示电场的强弱表示电场的强弱 二是注意电场线的切线方向 二是注意电场线的切线方向 表示电场的方向表示电场的方向 三是注意将两个同种电荷与两个 三是注意将两个同种电荷与两个 异种电荷的横向 纵向联系相类比 异种电荷的横向 纵向联系相类比 2009 青岛测试青岛测试 在电场中的某点放一个检验电荷 其电量为在电场中的某点放一个检验电荷 其电量为 q 受到的电场力为 受到的电场力为 F 则该点的电场强度为 则该点的电场强度为 E F q 下列说法正确的是 下列说法正确的是 A 若移去检验电荷 则该点的电场强度为 若移去检验电荷 则该点的电场强度为 0 B 若检验电荷的电量变为 若检验电荷的电量变为 4q 则该点的场强变为 则该点的场强变为 4E C 若放置到该点的检验电荷变为 若放置到该点的检验电荷变为 2q 则场中该点的场强大小不变 但方向相反 则场中该点的场强大小不变 但方向相反 D 若放置到该点的检验电荷变为 若放置到该点的检验电荷变为 2q 则场中该点的场强大小方向均不变 则场中该点的场强大小方向均不变 用心 爱心 专心11 解析解析 点点电电荷荷产产生的生的电场电场与放入其中的与放入其中的检验电检验电荷无关 荷无关 答案答案 D 命题规律命题规律 对库仑对库仑定律的理解 及适用条件的运用 运用定律的理解 及适用条件的运用 运用库仑库仑定律和定律和电电荷守恒定律求解荷守恒定律求解两两带电带电体体间间相互作用力或两相互作用力或两带电带电体所体所带电带电荷量 荷量 考例考例 2 两个完全相同的金属小球两个完全相同的金属小球 A B 带有电量相等的电荷 相隔一定的距离 两球间相互吸引力的大小是带有电量相等的电荷 相隔一定的距离 两球间相互吸引力的大小是 F 今让与 今让与 A B 大小相等 相同材料制成的大小相等 相同材料制成的 不带电的第三个小球不带电的第三个小球 C 先后与先后与 A B 两球接触后移开 这时 两球接触后移开 这时 A B 两球之间的相互作用力的大小为两球之间的相互作用力的大小为 用心 爱心 专心12 答案答案 A 总结评述总结评述 本类型题是典型的库仑定律和电荷守恒定律应用的问题 所谓带电小球的相互接触本类型题是典型的库仑定律和电荷守恒定律应用的问题 所谓带电小球的相互接触 或者用导线连接起来或者用导线连接起来 意味着小球所带电荷量的再次分 意味着小球所带电荷量的再次分 配 解决这类问题可以用数学中的比例法比较方便简单 即写出接触前后的表达式 两式相比即可 配 解决这类问题可以用数学中的比例法比较方便简单 即写出接触前后的表达式 两式相比即可 2009 广东仿真广东仿真 如图所示 三个完全相同的绝缘金属小球如图所示 三个完全相同的绝缘金属小球 a b c 位于等边三角形的三个顶点上 位于等边三角形的三个顶点上 c 球在球在 xOy 坐标系原点坐标系原点 O 上 上 a 和和 c 带正电 带正电 b 带负电 带负电 a 所带电荷量比所带电荷量比 b 所带电荷量少 关于所带电荷量少 关于 c 受到受到 a 和和 b 的静电力的合力方向 下列判断中正确的是的静电力的合力方向 下列判断中正确的是 用心 爱心 专心13 用心 爱心 专心14 A 从原点指向第 从原点指向第 象限象限 B 从原点指向第 从原点指向第 象限象限 C 从原点指向第 从原点指向第 象限象限 D 从原点指向第 从原点指向第 象限象限 解析解析 设设 a b c 三个小球的三个小球的带电带电量分量分别为别为 qa qb qc 三角形的 三角形的边长为边长为 r 根据根据库仑库仑定律可得定律可得 a 与与 c b 与与 c 之之间间的静的静电电力分力分别为别为 Fac kqaqc r2 方向沿 方向沿 ac 连线连线由由 a 指向指向 c Fbc kqbqc r2 方向沿 方向沿 bc 连线连线由由 c 指向指向 b 由于由于 qa qb 所以 所以 Fac Fbc 根据力的平行四 根据力的平行四边边形定形定则则易得易得 Fac与与 Fbc的合力的方向从原点指向第的合力的方向从原点指向第 象限 象限 D 正确 正确 答案答案 D 命题规律命题规律 电场强电场强度是矢量 求某点度是矢量 求某点电场电场的大小和方向 运用平行四的大小和方向 运用平行四边边形定形定则则 考例考例 3 如图所示 两带电荷量均为 如图所示 两带电荷量均为 Q 的点电荷相距的点电荷相距 2L MN 是两电荷连线的中垂线 求是两电荷连线的中垂线 求 MN 上场强的最大值 上场强的最大值 用心 爱心 专心15 解析解析 由极限分析法可知 两由极限分析法可知 两电电荷荷间间的中点的中点 O 处处的的场强为场强为零 在中垂零 在中垂线线 MN 上的无上的无穷远处场强穷远处场强也也为为零 所以零 所以 MN 上必有上必有场强场强的极的极值值点 采用最常点 采用最常规规方法找出方法找出 所求量的函数表达式 再求极所求量的函数表达式 再求极值值 由 由图图可知 可知 MN 上的水平分量相互抵消 所以有上的水平分量相互抵消 所以有 用心 爱心 专心16 答案答案 总结评述总结评述 本题属数学型极值法 对数学能力要求较高 求极值时要巧妙采用先求平方后再求极值才能解得 本题属数学型极值法 对数学能力要求较高 求极值时要巧妙采用先求平方后再求极值才能解得 图中图中 a b 是两个点电荷 它们的电荷量分别为是两个点电荷 它们的电荷量分别为 Q1 Q2 MN 是是 ab 连线的中垂线 连线的中垂线 P 是中垂线上的一点 下列哪种情况能使是中垂线上的一点 下列哪种情况能使 P 点场强方向指向点场强方向指向 MN 的左侧的左侧 A Q1 Q2都是正电荷 且都是正电荷 且 Q1 Q2 C Q1是负电荷 是负电荷 Q2是正电荷 且是正电荷 且 Q1 Q2 用心 爱心 专心17 解析解析 设设想在想在 P 点放一正的点点放一正的点电电荷 由于荷 由于电场电场中中场强场强的方向与正的点的方向与正的点电电荷静荷静电电力方向相同 分析力方向相同 分析该该点点电电荷的受力情况可知正确答案荷的受力情况可知正确答案为为 A C D 本本题题也可将也可将选选 项项情况与等量同种 异种情况与等量同种 异种电电荷的中垂荷的中垂线线上上场强场强分布特点分布特点对对比分析 比分析 答案答案 ACD 命题规律命题规律 根据根据库仑库仑定律和力的平衡条件确定三个自由定律和力的平衡条件确定三个自由电电荷平衡的位置 荷平衡的位置 带电带电荷量大小关系 荷量大小关系 考例考例 4 如图所示 如图所示 q1 q2 q3分别表示在一条直线上的三个点电荷 已知分别表示在一条直线上的三个点电荷 已知 q1与与 q2之间的距离为之间的距离为 l1 q2与与 q3之间的距离为之间的距离为 l2 且每个电荷都处于平衡状 且每个电荷都处于平衡状 态 态 用心 爱心 专心18 1 若若 q2为正电荷 则为正电荷 则 q1为为 电荷 电荷 q3为为 电荷 电荷 2 q1 q2 q3三者电荷量大小之比是三者电荷量大小之比是 解析解析 1 已知三个点已知三个点电电荷在一条直荷在一条直线线上 且每个上 且每个电电荷都荷都处处于平衡状于平衡状态态 若 若 q2带带正正电电荷 荷 q1和和 q3必必带负电带负电荷 荷 2 由力的平衡条件和由力的平衡条件和库仑库仑定律有定律有 答案答案 1 负负 负负 2 总结评述总结评述 根据库仑定律和力的平衡条件 可推出三个自由点电荷平衡的条件是 三个点电根据库仑定律和力的平衡条件 可推出三个自由点电荷平衡的条件是 三个点电荷在同一直线上 位于中间的点电荷带电荷量最小 与两侧电荷在同一直线上 位于中间的点电荷带电荷量最小 与两侧电 荷异号 并靠近两侧电荷中带电荷量较小的那一荷异号 并靠近两侧电荷中带电荷量较小的那一个 概括成易记的口诀即为 个 概括成易记的口诀即为 三点共线 两同夹异 两大夹小 近小远大三点共线 两同夹异 两大夹小 近小远大 用心 爱心 专心19 光滑绝缘的水平面上 放着三个质量都是光滑绝缘的水平面上 放着三个质量都是 m 的带电小球的带电小球 A B C 如图所示 小球之间距离都是 如图所示 小球之间距离都是 L 已知已知 A B 两球带等量电荷 两球带等量电荷 q 现给 现给 C 球一个外力球一个外力 F 使三个小球在运动中保持距离不变 则使三个小球在运动中保持距离不变 则 1 C 球带何种电荷 电荷量多少 球带何种电荷 电荷量多少 2 外力外力 F 的大小和方向如何 的大小和方向如何 解析解析 分析分析题题目中三个小球在运目中三个小球在运动动中中 保持距离不保持距离不变变 可以判断它 可以判断它们们的运的运动动状状态态相同 相同 以以 B 球球为为例例进进行受力分析 如行受力分析 如图图所示 所示 B 球受到球受到 A 球的球的库仑库仑斥力斥力 FA 假假设设受受 C 球的球的库仑库仑引力引力为为 FC 当 当 FC的一个分力与的一个分力与 FA平衡 另一个分力平衡 另一个分力产产生生 B 球运球运动动的加速度的加速度时时 可以吻合 可以吻合题题目描述的运目描述的运动过动过程 再程 再对对三球整体运用牛三球整体运用牛顿顿第第 二定律即可得解 二定律即可得解 用心 爱心 专心20 答案答案 见解析见解析 用心 爱心 专心21 命题规律命题规律 根据根据库仑库仑定律和物体受力平衡条件 判断分析物体所受的某一力 或两物体定律和物体受力平衡条件 判断分析物体所受的某一力 或两物体间间距 考距 考查查灵活运用整体法 隔离法灵活运用整体法 隔离法及正交分解法及正交分解法 考例考例 5 如图甲所示 两根长为如图甲所示 两根长为 L 的丝线下端分别悬挂一质量为的丝线下