湖北省丹江口市高中物理第一章静电场复习课件新人教版选修3-1.ppt

静电场复习 考纲要求 知识结构 考点一 电荷库仑定律 1 两种电荷 毛皮摩擦橡胶棒 丝绸摩擦玻璃棒 橡胶棒 负电 毛皮 正电 玻璃棒 正电 丝绸 负电 2 元电荷 e 1 6 10 19C 带电体所带电荷量为元电荷的整数倍 3 起电 摩擦起电 感应起电 接触起电 电荷中和 电子的转移 4 电荷守恒定律 最早由密立根用实验测得 比荷 带电体所带电荷量与其质量之比q m 电荷既不能创造 也不能消灭 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 一 电荷 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 表达式 3 条件 真空中 点电荷 理想模型 当带电体相互间距离远大于其本身大小时带电体可看做点电荷 4 说明 静电力常量k 9 109N m2 C2 计算时Q1 Q2的正负号不用代入 库仑力的方向可由两电荷的电性判断 两电荷之间的库仑力是一对作用力与反作用力 空气中近似适用 例1 两个半径相同的同种金属小球 带电量之比为1 7 相距为r 两者相互接触后再放回原来的位置上 则相互作用力可能为原来的 A 4 7B 3 7C 9 7D 16 7 分析 设两小球的电量分别为q与7q 则原来相距r时的相互作用力为F 7kq2 r2 由于两球的电性未知 接触后相互作用力的计算可分两种情况 1 两球电性相同 相互接触时两球电量平均分布 每球带电量为4q 则F1 16kq2 r2 16 7F 2 两球电性不同 相互接触时电荷先中和再平分 每球带电量3q 则F2 9kq2 r2 9 7F C D 例2 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q1 3 10 9C q2 4 10 9C q3 3 10 9C L1 2cm L2 1cm 试求作用在q3电荷上的作用力 答案 9 9 10 4N A产生的电场 B受到的力是A产生的电场对B的作用力 B产生的电场 A受到的力是B产生的电场对A的作用力 考点二 电场强度 一 电场 电荷周围客观存在的一种特殊物质 电场的基本性质 对放入其中的电荷有力的作用 电荷在电场中具有电势能 电荷间的相互作用是通过电场来实现的 二 电场强度 描述电场的力的性质的物理量 1 定义 放入电场中某点的电荷所受的电场力F跟它的电荷量q的比值 叫做该点的电场强度 简称场强 表达式 普适公式 矢量 方向为正电荷在电场中受到的电场力方向 表达式中q为试探电荷可正可负 注意 E与F q无关 取决于电场本身 4 电场的叠加 如果有几个点电荷同时存在 它们的电场就互相叠加 形成合电场 这时某点的场强等于各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和 这叫做电场的叠加原理 3 匀强电场的场强 电场中两点沿电场线方向或两等势面间距 2点电荷电场的场强 场源电荷 4 电场的叠加 例1 A为已知电场中的一固定点 在A点放一电量为q的电荷 所受电场力为F A点的场强为E 则 A 若在A点换上 q A点场强方向发生变化B 若在A点换上电量为2q的电荷 A点的场强将变为2EC 若在A点移去电荷q A点的场强变为零D A点场强的大小 方向与q的大小 正负 有无均无关 D 例2 如图所示 是在一个电场中的a b c d四个点分别引入试探电荷时 电荷所受电场力F跟引入的电荷量q之间的关系图线 下列说法正确的是 该电场是匀强电场a b c d四点的电场强度大小关系是Ed Eb Ea Ec这四点的场强大小关系是Eb Ea Ec Ed无法比较E的大小 B 例3 电场强度的定义式为E F q A 该定义式只适用于点电荷产生的电场B F是检验电荷所受到的力 q是产生电场的电荷电量C 场强的方向与F的方向相同D 由该定义式可知 电场中某点电荷所受的电场力大小与该点场强的大小成正比 D 例4 对公式E kQ r2的几种不同理解 错误的是 A 当r 0时 E B 当r 时 E 0C 某点的场强与点电荷Q的大小无关D 在以点电荷Q为中心 r为半径的球面上 各处的电场强度都相同 ACD 2008年 山东卷理科综合 21 如图所示 在y轴上关于0点对称的A B两点有等量同种点电荷 Q 在x轴上C点有点电荷 Q且CO OD ADO 600 下列判断正确的是A O点电场强度为零B D点电场强度为零C 若将点电荷 q从O移向C 电势能增大D 若将点电荷 q从O移向C 电势能增大 D BD 德州市2008届质检 如图所示 AC BD为圆的两条互相垂直的直径 圆心为O 半径为R 将等电量的正 负点电荷放在圆周上 它们的位置关于AC对称 q与O点的连线和OC间夹角为30 下列说法正确的是A A C两点的电势关系是 A CB B D两点的电势关系是 B DC O点的场强大小为Kq r2D O点的场强大小为31 2Kq r2 AC 一 电势差 1 定义 电荷q在电场中由一点A移动到另一点B时 电场力所做的功WAB与电荷量的q的比值 2 表达式 3 4 电势差由电场的性质决定 与零电势点选择无关 考点三 电势差电势电场能 5 电势差可用静电计检测 静电计指针偏角越大 则电势差越大 6 电场力做功 该式适用于一切电场 电场力做功与路径无关 计算时可将q UAB的正负代入以判断电场力做功的正负 7 电势差与电场强度关系 1 场强方向是电势降低最快的方向 2 匀强电场中 沿场强方向上的两点间的电势差等于场强和这两点间距离的乘积 U E d 场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上降低的电势 3 场强的另一个单位 V m 这个单位与前面讲过的场强的单位N C是相等的 二 电势 描述电场的能的性质的物理量 1 定义 电场中某点的电势 等于单位正电荷由该点移动到参考点 零电势点 时电场力所做的功 2 表达式 单位 伏特 V 3 意义 电场中某一点的电势在数值等于单位电荷在那一点所具有的电势能 4 相对性 电势是相对的 只有选择零电势的位置才能确定电势的值 通常取无限远或地球的电势为零 5 标量 只有大小 没有方向 但有正 负之分 这里正负只表示比零电势高还是低 6 高低判断 顺着电场线方向电势越来越低 7 电势与引入电场的试探电荷无关 它由电场本身决定 三 电势能 1 定义 因电场对电荷有作用力而具有的由电荷相对位置决定的能量 2 电势能具有相对性 通常取无穷远处或大地为电势能的零点 3 电势能大小 电荷在电场中某点的电势能在数值上等于把电荷从这点移到电势能为零处电场力所做的功 电势能有正负 其正负表示电荷在该点具有的电势能比零电势能大或小 即其正负表示大小 4 电场力做功是电势能变化的量度 电场力对电荷做正功 电荷的电势能减少 电场力对电荷做负功 电荷的电势能增加 写成表达式 若将电荷q从A点移至B点 电场力做功为 例1 如图示 在匀强电场E中 一个负电荷在外力作用下由A点运动到B点 则 A 外力与电场力对电荷做功之和等于电荷电势能的增量与动能增量之和B 外力对电荷所做的功等于电荷电势能的增量与动能增量之和C 外力和电场力对电荷做功之和等于电荷动能的增量D 电荷克服电场力所做的功等于电荷动能的增量E 电荷克服电场力所做的功等于电荷电势能的增量 BCE 例2 在静电场中 关于场强和电势的说法正确的是 A 电场强度大的地方电势一定高B 电势为零的地方场强也一定为零C 场强为零的地方电势也一定为零D 场强大小相同的点电势不一定相同 D 例3 下述说法正确的是 A 在同一等势面上移动电荷 电场力不作功B 等势面上各点场强大小一定相等C 电场中电势高处 电荷的电势能就大D 电场强度大处 电荷的电势能就大 A 例4 德州市2008届质检 如图所示 A B C D E F为匀强电场中一个正六边形的六个顶点 A B C三点的电势分别为1V 2V 5V 则下列下列中正确的是 A D E F三点的电势分别为7V 6V 3VB 电荷量为1 6 10 19C的正点电荷在D点的电势能为1 12 10 18JC 将电荷量为1 6 10 19C的正点电荷从E点移到F点 电场力做的功为3 2 10 19JD 将电荷量为1 6 10 19C的负点电荷从F点移到A点 电荷的电势能减少了3 2 10 19J 答案 AB 一 电场线 1 定义 如果在电场中画出一些曲线 使曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致 这样的曲线就叫做电场线 曲线的密疏表示该点场强的大小 2 电场线的特点 a 能反映场强的大小和方向 b 始于正电荷或无穷远处 终于负电荷或无穷远处 但不闭合 c 电场中的任意两条电场线都不相交 或相切 d 电场线和带电粒子的运动轨迹是两回事 考点四 电场线等势面 3 几种常见的电场中电场线的分布及特点 三 电场线 模拟电场线 swf 二 等势面 电场中电势相等的点构成的面 形象描述电场中各点电势的情况 2 意义 等势面来表示电势的高低 3 典型电场的等势面 点电荷电场的等势面 匀强电场的等势面 1 概念 等量异种电荷的等势面 等量同种电荷的等势面 连线上从正电荷向负电荷 电势降低 中垂线为等势面且电势为零 同种正电荷 连线上电势先降低后升高 中点最低 中垂线上由中点向两边降低 中点最高 4 等势面的特点 同一等势面上的任意两点间移动电荷电场力不做功 等势面一定跟电场线垂直 电场线总是从电势较高的等势面指向电势较低的等势面 等势面密的地方电场强 例1 概念辨析 请判断下列说法是否正确 电场线越密的位置 电势越高 与零电势点电势差越大的位置 电势越高 电势越高的位置 电场强度越大 电荷沿电场线方向运动 电荷所在位置的电势越来越低 电场强度为零的位置 电势也一定为零 电势为零的位置 电场强度也一定为零 电荷沿电场线方向运动 所具有的电势能越来越小 电荷在电势越高的位置 电势能越大 电荷所具有的电势能越大的位置 电势越高 如图a b c是一条电力线上的三个点 电力线的方向由a到c a b间的距离等于b c间的距离 用Ua Ub Uc和Ea Eb Ec分别表示a b c三点的电势和电场强度 可以断定 A Ua Ub Uc B Ea Eb Ec C Ua Ub Ub Uc D Ea Eb Ec A 例2 例3 济南市2008年4月高考模拟 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的速度将减小 b的速度将增加C a的加速度将减小 b的加速度将增加D 两个粒子的电势能一个增加一个减小 解析 C 两粒子均仅在电场力作用下运动 电场力做正功 电势能减少 速度增加 根据电场线疏密表示场强的弱 强可知 a受的电场力将减小 加速度也将减小 b受的电场力增大 加速度将增加 例4 烟台市2008届期中考试 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 场源电荷可能是负的点电荷 在B侧 BD 考点五电容器 电容 1 电容器 构成 两个导体夹一个绝缘体 导体 极板 绝缘体 电介质 充 放电 充电 使电容器带上电荷的过程 放电 使电容器失去电荷的过程 两板间的电场中贮存有电场能 电场能转化为其它形式的能 常用电容器 聚笨乙烯电容器 符号 电解电容器 符号 符号 可变电容器 固定电容器 2 电容 C 定义 电容器所带电荷量Q与电容器两板间的电势差U的比值 表达式 电容器一极板所带电量的绝对值 意义 表征电容器容纳电荷本领的大小 由电容器本身结构决定 单位 法拉 F 常用微法 F 皮法 pF 1F 106 F 1012pF 额定电压与击穿电压 击穿电压加在电容器两端的极限电压 超过此电压电介质将被击穿 额定电压电容器长期工作时所能承受的电压 比击穿电压低 平行板电容器的电容 为电介质的介电常数 s为两极板的正对面积 d为两极板间距 影响电容大小的因素 3 关于平行板电容器的两类问题 电容器与电源相连 两极板间电压不变 电容器充电后与电源断开 电容器所带电量不变 4 电容式传感器 测定角度 的电容式传感器 测定液面高度h的电容式传感器 测定压力F的电容式传感器 测定位移x的电容式传感器 例1 如图所示是描述对给定的电容器充电时电量Q 电压U 电容C之间相互关系的图象 其中错误的是 A 例2 烟台市2007 2008学年度第一学期高三期中考试 如图所示 一电容器的两极通过电阻始终与电源的正负极相连 在增大电容器两极板间的距离的过程中 下列说法正确的是 A 电容器所带电荷量增大B 电阻上有a流向b的微弱电流 C 电容器两极板间的电压变大D 电容器两极板间的电场强度变大 B 例3 如图所示 平行板电容器经开关S与电池连接 a处有一电荷量非常小的点电荷 S是闭合的 a表示a点的电势 F表示点电荷受到的电场力 现将电容器的B板向下稍微移动 使两板间的距离增大 则 A a变大 F变大B a变大 F变小C a不变 F不变D a不变 F变小 B 例4 一平行板电容器充电后与电源断开 负极板接地 在两极板间有一正电荷 电量很小 固定在P点 如图所示 以E表示两极板间的场强 U表示电容器的电压 表示正电荷在P点的电势能 若保持负极板不动 将正极板移到图中虚线所示的位置 则 A U变小 E不变 B E变大 变大 C U变小 不变 D U不变 不变 AC AC 一 基本理论 带电粒子在电场中的运动问题就是电场中的力学问题 研究方法与力学中相同 只是要注意以下几点 1 带电粒子受力特点 1 重力 重力 电场力 有些粒子 如电子 质子 粒子 正负离子 在电场中运动时均不考虑重力 宏观带电体 如液滴 小球等一般要考虑重力 未明确说明 带电粒子 的重力是否考虑时 可用两种方法进行判断 一是比较电场力qE与重力mg 若qE mg则忽略重力 反之要考虑重力 二是题中是否有暗示 如涉及竖直方向 或结合粒子的运动过程 运动性质进行判断 考点六 带电粒子在电场中的运动 2 电场力 一切带电粒子在电场中都要受到电场力F qE 与粒子的运动状态无关 电场力的大小 方向取决于电场 E的大小 方向 和电荷的正负 匀强电场中电场力为恒力 非匀强电场中电场力为变力 2 带电粒子的运动过程分析方法 1 运动性质 从状态角度 从轨迹角度 平衡状态 变速运动 直线运动 曲线 偏转 带电粒子所受电场力为变力 做非匀变速运动 2 运动类型的决定因素 带电粒子在电场中的运动由粒子的初状态和受力情况决定 在匀强电场中 带电粒子初速为零或初速度方向平行于场强方向 带电粒子做匀变速直线运动 带电粒子初速方向垂直于电场方向 则带电粒子做类平抛运动 在非匀强电场中 只能用动能定理解决 3 带电粒子在电场中运动的处理方法 基本方法 匀强电场 直线加速 应用动能定理或牛顿定律结合运动学公式解决 偏转 可将其与平抛运动进行类比分解 应用牛顿定律和运动学公式解决 非匀强电场中 二 典型问题分析 加速问题和偏转问题 一 直线运动情况 如图所示 在真空中有一对平行金属板 两板间加以电压U 两板间有一个带正电荷量为q的带电粒子 它在电场力的作用下 由静止开始从正极板向负极板运动 到达负极板时的速度有多大 由动能定理1 2mv2 qU 山东省德州市2008质量检测 如图甲所示 在两距离足够大的平行金属板中央有一个静止的电子 不计重力 当两板间加上如图乙所示的交变电压后 下列图像中能正确反映电子速度 位移 加速度和动能四个物理量随时间变化规律的是 A 如图所示 在真空中水平放置一对金属板Y和Y 板间距离为d 在两板间加以电压U 两板间的匀强电场的场强为E U d 现有一电荷量为q的带电粒子以水平速度v0射入电场中 带电粒子在初速度方向做匀速运动L V0tt L V0 带电粒子在电场力方向做匀加速运动 带电粒子通过电场的侧移 偏向角 二 带电粒子的偏转 对偏移公式的讨论 对于不同的带电粒子 1 若以相同的速度射入 则y q m 2 若以相同的动能射入 则y q 3 若以相同的动量射入 则y qm 4 若经相同电压U0加速后射入 则 tan 和y与qm无关 随加速电压的增大而减小 随偏转电压的增大而增大 例1 如图 电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动 然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中 入射方向跟极板平行 整个装置处在真空中 重力可忽略 在满足电子能射出平行板区的条件下 下述四种情况中 一定能使电子的偏转角 变大的是 A U1变大 U2变大B U1变小 U2变大C U1变大 U2变小D U1变小 U2变小 解 B 例2 山东省滨州市2008年第1次质检 竖直放置的平行金属板A B加一恒定电压 两个电荷M和N以相同的速率分别从极板A边缘和两板中间沿竖直方向进入板间电场 恰好从极板B边缘射出电场 如图所示 不考虑电荷的重力和它们之间的相互作用 下列说法正确的是 A 两电荷在电场中运动的时间相等B 两电荷在电场中运动的加速度相等C 两电荷的比荷D 两电荷的带电性质不同 相等 A 例3 烟台市2008届期中考试 10分 如图所示 相距为0 2m的平行金属板A B上加电压U 40V 在两板正中沿水平方向射入一带负电小球 经0 2s小球到达B板