2011版高考物理一轮精品复习 61 电场力的性质的描述学案 新人教版选修3-1

第第 1 1 节节 电场力的性质的描述电场力的性质的描述 高考目标定位高考目标定位 考纲点击热点提示 1 物质的电结构 电荷守恒 2 静电现象的解析 3 点电荷 4 库仑定律 5 静电场 6 电场强度 7 电场线 8 电势能 电势 9 电势差 10 匀强电场中电势差与电场强度的关系 11 带电粒子在匀强电场中的运动 12 示波管 13 常见电容 14 电容器的电压 电荷和电容的关系 1 电荷守恒定律 库仑定律及其应用 2 电场强度 电场线 电势 等势面 匀强电场 中电势差和场强的关系 高考题型多为选择题 3 利用电场线和等势面确定场强的大小和方向 判断电势的高低 4 电场力做功的特点 电势能的变化与电场力做 功的关系 5 带电粒子在电场中加速 偏转规律及应用 6 平行板电容器及其动态变化问题 7 某场和力学中的运动学 牛顿定律 能量等结 合起来所构成的力 电综合题 能力要求高 高考题型多为计算题 考纲知识梳理考纲知识梳理 一 电荷 电荷守恒定律一 电荷 电荷守恒定律 1 两种电荷 用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷 用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷 2 元电荷 一个元电荷的电量为 1 6 10 19C 是一个电子所带的电量 说明 任何带电体的带电量皆为元电荷电量的整数倍 3 起电 使物体带电叫起电 使物体带电的方式有三种 摩擦起电 接触起电 感应起电 4 电荷守恒定律 电荷既不能创造 也不能被消灭 它们只能从一个物体转移到另一个物体 或者从物 体的一部分转移到另一部分 系统的电荷总数是不变的 注意 电荷的变化是电子的转移引起的 完全相同的带电金属球相接触 同种电荷总电荷量平均分配 异种电荷先中和后再平分 二 库仑定律二 库仑定律 1 内容 真空中两个点电荷之间相互作用的电力 跟它们的电荷量的乘积成正比 跟它们的距离的二 次方成反比 作用力的方向在它们的连线上 2 公式 F kQ1Q2 r2 k 9 0 109N m2 C2 3 适用条件 1 真空中 2 点电荷 点电荷是一个理想化的模型 在实际中 当带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计 时 就可以把带电体视为点电荷 这一点与万有引力很相似 但又有不同 对质量均匀分布的球 无论 两球相距多近 r都等于球心距 而对带电导体球 距离近了以后 电荷会重新分布 不能再用球心距代 替r 点电荷很相似于我们力学中的质点 注意注意 两电荷之间的作用力是相互的 遵守牛顿第三定律 使用库仑定律计算时 电量用绝对值代入 作用力的方向根据 同种电荷互相排斥 异种电荷互 相吸引 的规律定性判定 三 电场三 电场 1 存在于带电体周围的传递电荷之间相互作用的特殊媒介物质 电荷间的作用总是通过电场进行的 2 电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用 3 电场可以由存在的电荷产生 也可以由变化的磁场产生 四 电场强度四 电场强度 1 定义 放入电场中某一点的电荷受到的电场力 F 跟它的电量 q 的比值叫做该点的电场强度 表示该处 电场的强弱 2 表达式 E F q 单位是 N C 或 V m E kQ r2 导出式 真空中的点电荷 其中Q是产生该电场的电荷 E U d 导出式 仅适用于匀强电场 其中d是沿电场线方向上的距离 3 方向 与该点正电荷受力方向相同 与负电荷的受力方向相反 电场线的切线方向是该点场强的方向 场强的方向与该处等势面的方向垂直 4 在电场中某一点确定了 则该点场强的大小与方向就是一个定值 与放入的检验电荷无关 即使不放 入检验电荷 该处的场强大小方向仍不变 这一点很相似于重力场中的重力加速度 点定则重力加速度 定 与放入该处物体的质量无关 即使不放入物体 该处的重力加速度仍为一个定值 5 电场强度是矢量 电场强度的合成按照矢量的合成法则 平行四边形法则和三角形法则 6 电场强度和电场力是两个概念 电场强度的大小与方向跟放入的检验电荷无关 而电场力的大小与方 向则跟放入的检验电荷有关 五 电场线 五 电场线 是人们为了形象的描绘电场而想象出一些线 客观并不存在 1 切线方向表示该点场强的方向 也是正电荷的受力方向 2 从正电荷出发到负电荷终止 或从正电荷出发到无穷远处终止 或者从无穷远处出发到负电荷终止 3 疏密表示该处电场的强弱 也表示该处场强的大小 4 匀强电场的电场线平行且距离相等 5 没有画出电场线的地方不一定没有电场 6 顺着电场线方向 电势越来越低 7 电场线的方向是电势降落陡度最大的方向 电场线跟等势面垂直 8 电场线永不相交也不闭合 9 电场线不是电荷运动的轨迹 要点名师精解要点名师精解 一 电场强度的三种表达方式的比较及电场强度的叠加原理 1 电场强度的三种表达方式的比较 定义式决定式关系式 表达 式 qFE 2 rkQE dUE 适用 范围 任何电场真空中的点电荷匀强电场 说明E 的大小和方向与检验电荷 的电荷量以及电性以及存在与否无 关 Q 场源电荷的电荷量 r 研究点到场源电荷的距 离 U 电场中两点的电势差 d 两点沿电场线方向的距 离 2 电场强度的叠加原理 1 矢量性 规定正电荷在电场中受到的电场力的方向为改点电场强度的方向 或与负电荷在电场中受 到的电场力的方向相反 2 叠加性 多个电荷在电场中某点的电场强度为各个电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和 这种 关系叫做电场强度的叠加 电场强度的叠加尊从平行四边形定则 例 1 08 江苏 6 如图所示 实线为电场线 虚线为等势线 且AB BC 电场中的A B C三 点的场强分别为EA EB EC 电势分别为 A B C AB BC间的电势差分别为UAB UBC 则下列关 系中正确的有 A A B C B EC EB EA C UAB UBC D UAB UBC 解析解析 A 选项依据沿电场线的方向电势降低 A 对 B 选项依据电场线越密 电场强度越大 B 对 C D 选项类比匀强电场EdU AB 处的平均电场强度小于 BC 处的平均电场强度 C 对 D 错 名师点评名师点评 像考这样的知识点多数是以选择题的形式出现 因为出题者考虑到覆盖知识点要全的原则 选择题可以多考几个选项 这就需要同学们把重要的基本概念搞清楚 针对不同的知识点选择不同解法 例例 2 2 09 年浙江卷 16 如图所示 在光滑绝缘水平面上放置 3 个电荷量均为q 0 q的相同小球 小球之间用劲度系数均为 0 k的轻质弹簧绝缘连接当 3 个小球处在静止状态时 每根弹簧长度为 0 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 A 2 0 2 2 5 lk kq l B 2 0 2 lk kq l C 2 0 2 4 5 lk kq l D 2 0 2 2 5 lk kq l 解析解析 最右侧小球受三个力的作用 它们的关系是 2 2 0 2 2 2 l q KKxk l q 得 2 0 2 4 5 lk Kq x 2 0 2 0 4 5 lk Kq lxll 点评点评 应用库仑定律时要注意 两带电体均可以看成点电荷 两带电体的电荷量均以其绝对值代入计算库仑力 感悟高考真题感悟高考真题 1 1 2010 2010 全国卷全国卷 16 16 关于静电场 下列结论普遍成立的是 A 电场中任意两点之间的电势差只与这两点的场强有关 B 电场强度大的地方电势高 电场强度小的地方电势低 C 将正点电荷从场强为零的一点移动到场强为零的另一点 电场力做功为零 D 在正电荷或负电荷产生的静电场中 场强方向都指向电势降低最快的方向 答案 C 解析 在正电荷的电场中 离正电荷近 电场强度大 电势高 离正电荷远 电场强度小 电势低 而在负电荷的电场中 离正电荷近 电场强度大 电势低 离负电荷远 电场强度小 电势高 A 错误 电势差的大小决定于两点间距和电场强度 B 错误 沿电场方向电势降低 而且速度最快 C 正确 场强 为零 电势不一定为零 如从带正电荷的导体球上将正电荷移动到另一带负电荷的导体球上 电场力做 正功 命题意图与考点定位 考查静电场中电场强度和电势的特点 应该根据所学知识举例逐个排除 2 2 2010 2010 全国卷全国卷 17 17 在雷雨云下沿竖直方向的电场强度为 4 10V m V 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 2 s 水的密度为 3 10kg 3 m 这雨滴携带的电荷量的最小值约 为 A 2 9 10 C B 4 9 10 C C 6 9 10 C D 8 9 10 C 3 3 2010 2010 福建福建 18 18 物理学中有些问题的结论不一定必须通过计算才能验证 有时只需要通过一定的分析就可以判断结论是否正确 如图所示为两个彼此平行 且共轴的半径分别为 1 R和 2 R的圆环 两圆环上的电荷量均为 q q 0 而且电 荷均匀分布 两圆环的圆心 1 O和 2 O相距为 2a 联线的中点为 O 轴线上的 A 点 在 O 点右侧与 O 点相距为 r r0 故 A 项错误 当 x 0 时 此时要求的场强为 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 故 D 项错误 所以正确选项只能为 B 7 7 09 09 上海物理上海物理 3 3 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 解析解析 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 8 8 09 09 广东物理广东物理 6 6 如图所示 在一个粗糙水平面上 彼此靠近地放置两个带同种电荷的小物块 由 静止释放后 两个物块向相反方向运动 并最终停止 在物块的运动过程中 下列表述正确的是 A 两个物块的电势能逐渐减少 B 物块受到的库仑力不做功 C 两个物块的机械能守恒 D 物块受到的摩擦力始终小于其受到的库仑力 解析解析 由于两电荷电性相同 则二者之间的作用力为斥力 因此在远离过程中 电场力做正功 则电势 能逐渐减少 A 正确 B 错误 由于运动过程中 有重力以外的力电场力和摩擦力做功 故机械能不守恒 C 错误 在远离过程中开始电场力大于摩擦力 后来电场力小于摩擦力 9 9 09 09 海南物理海南物理 10 10 如图 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la 略去 2 n a Ln 项的贡献 则两点电荷的合电场在 M 和 N 点的强度 AC 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 9 9 09 09 广东文科基础广东文科基础 60 60 如图 9 所示 空间有一电场 电场中有两个点 a 和 b 下列表述正确的是 B A 该电场是匀强电场 B a 点的电场强度比 b 点的大 C b 点的电场强度比 a 点的大 D 正电荷在 a b 两点受力方向相同 考点精题精练考点精题精练 1 2010 东北四校联考三模 如图所示 两个半径相等的半圆形光滑轨道置于竖直平面内 左右 两端点等高 它们分别处于竖直向下和水平向左的匀强电场中 匀强电场的电场强度大小相同 两个相 同的带正电小球同时从两轨道左端最高点由静止释放 两球均可到达轨道的最低点 M N 分别为两轨道 的最低点 则 下列说法中正确的是 A 两个小球到达轨道最低点时的速度关系是 MN vv B 两个小球第一次经过轨道最低点时对轨道的压力关系是 MN FF C 小球第一次到达 M 点时间大于小球第一次到达 N 点时间 D 在左边电场中小球能到达轨道另一端最高处 在右边电场中小球不能到达轨道另一端最高处 2 万有引力可以理解为 任何物体都要在其周围空间产生一个引力场 该引力场对放入其中的任何物 体都会产生引力 即万有引力 作用 表征引力场的物理量可以与电场 磁场有关物理量相类比 如 重 力加速度可以与下列哪些物理量相类比 A 电势 B 磁感应强度 C 磁场能 D 电场强度 答案 BD 3 一负电荷从电场中A点静止释放 只受电场力作用 沿电场线运动到B点 它运动的v t图象如图 甲所示 则两点A B所在区域的电场线分布情况可能是图乙中的 答案 C 4 著名物理学家费曼曾设计过这样一个实验装置 一块绝缘圆板可绕其中心竖直的光滑轴自由转动 在圆板的中部有一个线圈 圆板的四周固定着一圈金属小球 如图所示 在线圈接通电源的瞬间发现圆 板做顺时针转动 俯视 则下列说法正确的是 A 圆板上的金属小球一定带正电 B 圆板上的金属小球一定带负电 C 圆板上的金属小球可能不带电 D 圆板上的金属小球可能带负电 答案 D 5 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 仅在 电场力作用下的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的加速度将减小 b的加速度将增加 C a的速度将减小 b的速度将增加 D 两个粒子的电势能一个增加一个减小 答案 B 6 两个质量相同的小球用不可伸长的长为L的绝缘细线连结 置于场强为E的匀强电场中 小球 1 和小 球 2 均带负电 电量分别为 1221 qqqq 和 将细线拉直并使之与电场方向平行 如图所示 若将两球 同时从静止状态释放 则释放后细线中的张力T为 不计重力 线长L远大于小球的线度 A 2 21 12 2 1 L qkq EqqT B 2 21 12 L qkq EqqT C 2 21 12 2 1 L qkq EqqT D 2 21 12 L qkq EqqT 答案 A 7 如图所示 甲图中 AB 是某电场中的一条电场线 乙图为放在电场线上 a b 两点的检验电荷的电荷 量与所受电场力大小间的函数关系图象 规定电场力的方向由 A 指向 B 为正 由此可判定 A 场源电荷可能是正的点电荷 在 A 侧 B 场源电荷可能是正的点电荷 在 B 侧 C 场源电荷可能是负的点电荷 在 A 侧 D 场源电荷可