2020春新教材高中物理 第1章 静电力与电场强度 拓展课 电场力的性质课件 鲁科版必修第三册

拓展课电场力的性质 核心要点 等量电荷电场的特点 要点归纳 等量同种点电荷和等量异种点电荷的电场线的比较 连线上各点场强的图像中垂线上各点场强大小 试题案例 例1 真空中有两个带等量正电荷的点电荷 o点为两电荷连线的中点 a点在连线的中垂线上 a b关于o点对称 若在a点由静止释放一个电子 如图所示 关于电子的运动 下列说法正确的是 a 电子在从a向o运动的过程中 加速度越来越大 速度越来越大b 电子在从a向o运动的过程中 加速度越来越小 速度越来越大c 电子运动到o时 加速度为零 速度最大d 电子通过o后 速度越来越小 加速度越来越大 一直到速度为零 解析带等量正电荷的两点电荷连线的中垂线上 中点o处的场强为零 向中垂线的两边先变大 达到一个最大值后 再逐渐减小到零 但a点与最大场强点的位置关系不能确定 当a点在最大场强点的上方时 电子在从a点向o点运动的过程中 加速度先增大后减小 当a点在最大场强点的下方时 电子的加速度则一直减小 故a b错误 但不论a点的位置如何 电子在向o点运动的过程中 都在做加速运动 所以电子的速度一直增加 当达到o点时 加速度为零 速度达到最大值 c正确 通过o点后 电子的运动方向与场强的方向相同 与所受电场力方向相反 故电子做减速运动 由能量守恒定律得 当电子运动到与a点关于o点对称的b点时 电子的速度为零 同样因b点与最大场强的位置关系不能确定 故加速度大小的变化不能确定 d错误 答案c 针对训练1 多选 如图所示 两个带等量正电荷的小球a b 可视为点电荷 被固定在光滑绝缘水平面上 p n是水平面上小球a b连线的垂直平分线上的点 且po on 现将一个电荷量很小的带负电的小球c 可视为质点 由p点静止释放 在小球c向n点运动的过程中 关于小球c的v t图像中 可能正确的是 解析在a b连线的垂直平分线上 从无穷远处到o点电场强度先变大后变小 到o点变为零 若po足够远 带负电的小球c受力沿垂直平分线 加速度先变大后变小 速度不断增大 在o点加速度变为零 速度达到最大 v t图线的斜率先变大后变小 由o点到无穷远 速度变化情况与另一侧速度的变化情况具有对称性 如果pn足够远 选项b正确 如果pn很近 选项a正确 答案ab 要点归纳 电场强度的求解方法虽有多种 但都可分为基本法和特殊法 1 基本法 核心要点 电场强度的常用计算方法 2 特殊法 1 等效法 在保证效果相同的前提条件下 将复杂的电场情景变换为简单的或熟悉的电场情景 2 对称法 利用空间上对称分布的电荷形成的电场具有对称性的特点 将复杂的电场叠加计算问题大大简化 3 填补法 采用填补法 将有缺口的带电圆环补全为完整圆环 或将半球面补全为完整球面 从而化难为易 事半功倍 4 微元法 将带电体分成许多电荷元 每个电荷元都看成一个点电荷 先根据点电荷场强公式求每个电荷元场强 再结合对称性和场强叠加原理求出合场强 试题案例 例2 均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处的点电荷产生的电场 如图所示 在半球面ab上均匀分布着正电荷 总电荷量为q 球面半径为r cd为通过半球顶点与球心o的轴线 在轴线上有m n两点 om on 2r 已知m点的场强大小为e 则n点的场强大小为 答案b 例3 如图所示 均匀带电圆环所带电荷量为q 半径为r 圆心为o p为垂直于圆环平面中心轴上的一点 op l 试求p点的场强 答案见解析 点拨微元法是分析 解决物理问题的常用方法 也是从部分到整体的思维方法 严格地说 微元法是利用微积分的思想处理物理问题的一种思想方法 对学生来说有一定的难度 但是在高考题中时有出现 所以 在复习过程中要进行该方法的思维训练 以适应高考的要求 本题有同学将圆环所带电荷量集中在圆心 这是一种错误的思想 针对训练2 如图所示 n n 5 个小球均匀分布在半径为r的圆周上 圆周上p点的一个小球所带电荷量为 2q 其余小球带电荷量均为 q 圆心处的电场强度大小为e 若仅撤去p点的带电小球 圆心处的电场强度大小为 答案c 针对训练3 多选 如图所示 半径为r的硬橡胶圆环上带有均匀分布的负电荷 总电荷量为q 若在圆环上切去一小段l l远小于r 则圆心o处的电荷q受到的电场力 答案bd 要点归纳 1 物体做曲线运动的条件 合力指向轨迹曲线的内侧 速度方向沿轨迹的切线方向 2 分析方法 由轨迹的弯曲情况结合电场线确定电场力的方向 由电场力和电场线的方向可判断电荷的正负 由电场线的疏密程度可确定电场力的大小 再根据牛顿第二定律f ma可判断运动电荷加速度的大小 核心要点 电场线与运动轨迹 试题案例 例4 如图所示 实线为电场线 方向未画出 虚线是一带电的粒子只在电场力的作用下 由a到b的运动轨迹 轨迹为一条曲线 下列判断正确的是 a 电场线mn的方向一定是由n指向mb 带电粒子由a运动到b的过程中速度一定逐渐减小c 带电粒子在a点的速度一定小于在b点的速度d 带电粒子在a点的加速度一定大于在b点的加速度 解析由于该粒子只受电场力作用且做曲线运动 粒子所受电场力指向轨迹内侧 所以到mn时 一定是由m指向n 但是由于粒子的电荷性质不清楚 所以电场线的方向无法确定 故a错误 粒子从a运动到b的过程中 电场力方向与速度方向成锐角 粒子做加速运动 速度增大 故b错误 c正确 b点的电场线比a点的密 所以带电粒子在a点的加速度小于在b点的加速度 故d错误 答案c 方法总结 1 电场线并不是粒子运动的轨迹 带电粒子在电场中的运动轨迹由带电粒子所受合外力方向与初速度方向共同决定 电场线上各点的切线方向是场强方向 决定着粒子所受电场力的方向 轨迹上每一点的切线方向为粒子在该点的速度方向 2 电场线与带电粒子运动轨迹重合必须同时满足以下三个条件 电场线是直线 带电粒子只受电场力作用 带电粒子初速度的大小为零或初速度的方向与电场线方向在一条直线上 针对训练4 多选 如图所示的电场中 虚线为某带电粒子只在电场力作用下的运动轨迹 a b c是轨迹上的三个点 则 a 粒子一定带正电b 粒子一定是从a点运动到b点c 粒子在c点加速度一定大于在b点加速度d 粒子在c点的速度一定大于在a点的速度 解析做曲线运动的物体 合力指向运动轨迹的内侧 由此可知 带电粒子受到的电场力的方向为沿着电场线向左 所以粒子带正电 a正确 粒子不一定是从a点沿轨迹运动到b点 也可能从b点沿轨迹运动到a点 b错误 由电场线的分布可知 粒子在c点所受的力较大 在c点的加速度一定大于在b点的加速度 c正确 若粒子从c运动到a 电场力与速度成锐角 则粒子做加速运动 若粒子从a运动到c 电场力与速度成钝角 则粒子做减速运动 故在c点的速度一定小于在a点的速度 d错误 答案ac 要点归纳 一 静电平衡1 静电平衡的实质 金属导体放到场强为e0的电场中 金属中的自由电子在静电力作用下定向移动 导致导体一侧聚集负电荷 而另一侧聚集正电荷 感应电荷在导体内部产生与原电场方向相反的电场 导致合场强减小 当感应电荷继续增加 合场强逐渐减小 合场强为零时 自由电子的定向移动停止 核心要点 静电屏蔽的原理及应用 2 特点 1 处于静电平衡状态的导体内部场强为零的本质是外电场e0和感应电荷产生的电场e 的合场强为0 即e0 e 2 孤立的带电导体处于静电平衡状态 内部场强为0的本质是分布在导体外表面的电荷在导体内部的合场强为0 3 处于静电平衡的导体表面的电场线与导体表面垂直 二 静电屏蔽1 静电屏蔽的实质 静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象 使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为零 好像是金属壳将外电场 挡 在外面 即所谓的屏蔽作用 其实是壳内两种电场并存 矢量和为零而已 2 静电屏蔽的两种情况 3 应用 为了防止外界信号的干扰 静电屏蔽被广泛地应用到科学技术工作中 例如 电子仪器设备外面的金属罩 通讯电缆外面包的铅皮等 都是用来防止外界电场干扰的屏蔽措施 试题案例 例5 如图所示 将悬挂在细线上的带正电荷的小球a放在不带电的金属空心球c内 不与内壁接触 另有一个悬挂在细线上的带负电的小球b 向c球靠近 则 a a向左偏离竖直方向 b向右偏离竖直方向b a的位置不变 b向右偏离竖直方向c a向左偏离竖直方向 b的位置不变d a b的位置都不变 解析金属球壳c能屏蔽外部的电场 外部的电场不能深入内部 因此小球a不会受到电场力的作用 不会发生偏转 金属球壳c处在电荷a的电场中 内壁是近端 感应异号电荷带负电 外壁是远端 感应同号电荷带正电 正的感应电荷在外部空间同样会激发电场 对小球b有吸引的作用 小球b向右偏 选项b正确 答案b 针对训练5 如图所示 把原来不带电的金属壳b的外表面接地 将一带正电的小球a