（江苏专用）2020版高考物理总复习第六章静电场第1讲电场力的性质教案.docx

电场力的性质高考导航考点内容要求高考命题实况高考战报201620172018静电现象T3：静电平衡中的电场强度、电场线、等势面、电势T4：带电粒子在平行板电容器中的直线运动T8：静电场中的x 图象T4：平行板电容器中动态变化时其中粒子运动状态判断3年4考难度容易或中等保B电荷电荷守恒定律高频考点：围绕电场线从电场的力、能、图象角度命题。静电现象的应用。带电粒子在电场中的运动。创新区域：从典型方法命题，如图象法、对称法等。结合实际生活或者现代科技通过新的情景或素材命题。点电荷库仑定律静电场电场线电势能电势等势面电场强度点电荷的场强电势差匀强电场中电势差和电场强度的关系带电粒子在匀强电场中的运动电容电容器【说明】(1)电场强度的计算最多考虑两个电场的叠加。(2)计算限于带电粒子进入电场时速度平行或垂直场强的情况。第1讲电场力的性质知识排查电荷及电荷守恒定律1.元电荷、点电荷(1)元电荷：e1.61019 C，所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍，其中质子、正电子的电荷量与元电荷相同。(2)点电荷：当带电体本身的大小和形状对研究的问题影响很小时，可以将带电体视为点电荷。2.静电场(1)定义：存在于电荷周围，能传递电荷间相互作用的一种特殊物质。(2)基本性质：对放入其中的电荷有力的作用。3.电荷守恒定律(1)内容：电荷既不会创生，也不会消灭，它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；在转移过程中，电荷的总量保持不变。(2)起电方式：摩擦起电、接触起电、感应起电。(3)带电实质：物体带电的实质是得失电子。库仑定律1.内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与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：Fk，式中k9.0109 Nm2/C2，叫静电力常量。3.适用条件：真空中的点电荷。电场强度、点电荷的场强1.定义：放入电场中某点的电荷受到的电场力F与它的电荷量q的比值。2.定义式：E。单位：N/C或V/m3.点电荷的电场强度：真空中点电荷形成的电场中某点的电场强度：Ek。4.方向：规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点的电场强度方向。5.电场强度的叠加：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，遵从平行四边形定则。电场线小题速练1.思考判断(1)物体带电的实质是电子的转移。()(2)点电荷和电场线都是客观存在的。()(3)两个完全相同的带异种电荷的金属球(电荷量不同)接触时，先发生正、负电荷的中和，然后再平分。()(4)E是电场强度的定义式，可知电场强度与电场力成正比。()(5)在点电荷产生的电场中，以点电荷为球心的同一球面上各点的电场强度都相同。()(6)电场线的方向即为带电粒子的运动方向。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)2.人教版选修31P5演示实验改编(多选)用控制变量法，可以研究影响电荷间相互作用力的因素。如图1所示，O是一个带电的物体，若把系在丝线上的带电小球先后挂在横杆上的P1、P2、P3等位置，可以比较小球在不同位置所受带电物体的作用力的大小，这个力的大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度显示出来。若物体O的电荷量用Q表示，小球的电荷量用q表示，物体与小球间距离用d表示，物体和小球之间的作用力大小用F表示。则以下对该实验现象的判断正确的是()图1A.保持Q、q不变，增大d，则变小，说明F与d有关B.保持Q、q不变，减小d，则变大，说明F与d成反比C.保持Q、d不变，减小q，则变小，说明F与q有关D.保持q、d不变，减小Q，则变小，说明F与Q成正比解析保持Q、q不变，增大d，则变小，F将变小，说明F与d有关，但不能确定成反比关系，选项A正确，B错误；保持Q、d不变，减小q，则变小，说明F与q有关，选项C正确；保持q、d不变，减小Q，则变小，说明F随Q的减小而减小，但不能确定成正比关系，选项D错误。答案AC3.人教版选修31P15第7题如图2所示，真空中有两个点电荷Q14.0108 C和Q21.0108 C，分别固定在x坐标轴的x0和x6 cm的位置上。图2(1)x坐标轴上哪个位置的电场强度为零？(2)x坐标轴上哪些地方的电场强度方向是沿x轴正方向的？解析因为|Q1|Q2|，所以在Q1左侧的x轴上，Q1产生电场的电场强度总是大于Q2产生电场的电场强度，所以合场强不为零，且方向总是指向x轴负半轴，在x0和x6 cm之间，两点电荷形成电场的电场强度总是指向x轴的正方向。所以，只有在Q2右侧的x轴上，才有可能出现电场强度为0的点。(1)设该点在原点右侧距离原点的距离为x，则kk0，即4(x6)2x20，解得x14 cm(不合题意，舍去)x212 cm。所以在x212 cm处电场强度等于0。(2)在x坐标轴上0x6 cm和x12 cm的地方，电场强度的方向总是沿x轴正方向的。答案(1)12 cm处(2)0x6 cm和x12 cm的地方库仑定律的理解及应用1.库仑定律的理解(1)在用库仑定律公式进行计算时，无论是正电荷还是负电荷，均代入电荷量的绝对值计算库仑力的大小。(2)两个点电荷间相互作用的库仑力满足牛顿第三定律，大小相等、方向相反。(3)由公式Fk可以看出，在两带电体的间距及电荷量之和一定的条件下，当q1q2时，F最大。2.电荷的分配规律(1)两个带同种电荷的相同金属球接触，则其总电荷量平分。(2)两个带异种电荷的相同金属球接触，则其电荷量先中和再平分。3.“三个自由点电荷平衡”的问题(1)平衡的条件：每个点电荷受到另外两个点电荷的合力为零或每个点电荷处于另外两个点电荷产生的合电场强度为零的位置。(2)【例1】(2018全国卷，16)如图3，三个固定的带电小球a、b和c，相互间的距离分别为ab5 cm，bc3 cm，ca4 cm。小球c所受库仑力的合力的方向平行于a、b的连线。设小球a、b所带电荷量的比值的绝对值为k，则()图3A.a、b的电荷同号，kB.a、b的电荷异号，kC.a、b的电荷同号，kD.a、b的电荷异号，k解析如果a、b带同种电荷，则a、b两小球对c的作用力均为斥力或引力，此时c在垂直于a、b连线的方向上的合力一定不为零，因此a、b不可能带同种电荷，A、C错误；若a、b带异种电荷，假设a对c的作用力为斥力，则b对c的作用力一定为引力，受力分析如图所示，由题意知c所受库仑力的合力方向平行于a、b的连线，则Fa、Fb在垂直于a、b连线的方向上的合力为零，由几何关系可知37、53，则Fasin 37Fbcos 37，解得，又由库仑定律及以上各式代入数据可解得|，B错误，D正确。答案D电场强度的叠加与计算电场强度的三个计算公式【例2】(2018浙江绍兴适应性考试)如图4所示，绝缘水平面上有A、B、C、D四点，依次相距L，若把带电金属小球甲(半径远小于L)放在B点，测得D点处的电场强度大小为E；现将不带电的相同金属小球乙与甲充分接触后，再把两球分置于A、C两点，此时D点处的电场强度大小为()图4A.E B.EC.E D.E解析由点电荷的电场强计算式Ek，得Ek，两球接触后，电荷量平分，有Q1Q2，EDkk，联立得EDE，所以选项D正确。答案D电场线的理解与应用1.典型电场的电场线2.两种等量点电荷的电场比较等量异种点电荷等量同种点电荷电场线分布图电荷连线上的电场强度沿连线先变小后变大O点最小，但不为零O点为零中垂线上的电场强度O点最大，向外逐渐减小O点最小，向外先变大后变小关于O点对称位置的电场强度A与A、B与B、C与C等大同向等大反向3.电场线的应用【例3】(2018江苏如东县高三上学期第一次检测)如图5所示，在两等量异种点电荷的电场中，MN为一根光滑绝缘细杆，放在两电荷连线的中垂线上，a、b、c三点所在水平直线平行于两点电荷的连线，且a与c关于MN对称，b点位于MN上，d点位于两电荷的连线上。下列说法中正确的是()图5A.a点的场强方向与b点的场强方向相同B.a点的场强方向与c点的场强方向相同C.b点的场强大于d点的场强D.套在细杆上的带电小环由静止释放后将做匀加速直线运动解析根据等量异种电荷的电场线分布可知，b点的场强方向水平向右，a点的场强方向斜向上，方向不同，选项A错误；由对称性可知，a、c两点的场强大小相同，方向不同，选项B错误；b点的场强小于两点电荷连线中点处的场强，而两点电荷连线中点处的场强小于d点的场强，则b点的场强小于d点的场强，选项C错误；套在细杆上的带电小环由静止释放后，由于竖直方向只受重力，电场力垂直细杆方向，则小环将做匀加速直线运动，选项D正确。答案D科学思维的培养求解电场强度的四种思维方法1.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，使复杂电场的叠加计算问题大为简化。例如：如图6，均匀带电的球壳在O点产生的场强，等效为弧BC产生的场强，弧BC产生的场强方向，又等效为弧的中点M在O点产生的场强方向。图62.等效法：在保证效果相同的前提下，将复杂的电场情景变换为简单的或熟悉的电场情景。例如：一个点电荷q与一个无限大薄金属板形成的电场，等效为两个异种点电荷形成的电场的一半，如图7甲、乙所示。图73.填补法：将有缺口的带电圆环补全为圆环，或将半球面补全为球面，从而化难为易、事半功倍。4.微元法：将带电体分成许多微元电荷，每个微元电荷看成点电荷，先根据点电荷场强公式求出每个微元电荷的场强，再结合对称性和场强叠加原理求出合场强。【典例1】下列选项中的各圆环大小相同，所带电荷量已在图中标出，且电荷均匀分布，各圆环间彼此绝缘。坐标原点O处电场强度最大的是()解析将圆环分割成微元，根据对称性和矢量叠加，选项D中O点的场强为零，选项C等效为第二象限内电荷在O点产生的电场，场强大小与选项A的相等，选项B正、负电荷在O点产生的场强大小相等，方向互相垂直，合场强是其中一个的倍，也是选项A、C场强大小的倍，因此选项B正确。答案B【典例2】若在一半径为r，单位长度带电荷量为q(q0)的均匀带电圆环上有一个很小的缺口l(且lr)，如图8所示，则圆心处的场强大小为()图8A. B.C. D.解析把缺口处填补为完整的圆，则填补上的小圆弧带电荷量qlq由于lr，故可视为点电荷，它在O点产生的场强为：E由对称性可知整个圆环在O点的场强E合0，则存在缺口时在O点的场强大小EE即E。故选项C正确。答案C【典例3】(2018南通、泰州、扬州、淮安二模)电荷量为Q的点电荷和接地金属板MN附近的电场线分布如图9所示，点电荷与金属板相距为2d，图中P点到金属板和点电荷间的距离均为d。已知P点的电场强度为E0，则金属板上感应电荷在P点处产生的电场强度E的大小为()图9A.E0 B.EC.EE0 D.E解析点电荷在P点产生的场强大小为EPk，方向水平向右；正的点电荷靠近金属板，金属板感应起电，左侧带负电，则在P点形成的电场方向也向右，设场强大小为E，所以有E0EPE，得出EE0k，选项C正确，A、B、D错误。答案C【典例4】(2019江苏南通如皋质检)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产生的电场。如图10所示，在半球面AB上均匀分布正电荷，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，OMON2R，已知M点的场强大小为E，则N点的场强大小为()图10A. B.E C.E D.E解析把半个带正电荷的球面等效为整个带正电荷的球面跟半个带负电荷球面叠加在一起。整个带正电荷的球面在N点的场强E1kk，半个带负电荷球面在N点的场强E2E，N点的场强ENE1E2kE，则B项正确。答案 B1.(2019江苏清江中学期中)真空中两个点电荷的相互作用力为F，若把其中一个电荷的带电荷量减少一半，同时把它们之间的距离减少一半，则它们之间的作用力变为()A.2F B. 4FC.8F D.无法确定解析根据库仑定律可得，在变化前有Fk，变化后Fk2k2F，故A项正确。答案A2.(2015江苏单科，2)静电现象在自然界中普遍存在，我国早在西汉末年已有对静电现象的记载，春秋纬考异邮中有“玳瑁吸衣若”之说，但下列不属于静电现象的是()A.梳过头发的塑料梳子吸起纸屑B.带电小球移至不带电金属球附近，两者相互吸引C.小线圈接近通电线圈过程中，小线圈中产生电流D.从干燥的地毯上走过，手碰到金属把手时有被电击的感觉解析用塑料梳子梳头发时相互摩擦，塑料梳子会带上电荷吸引纸屑，选项A属于静电现象；带电小球移至不带电金属球附近，由于静电感应，金属小球在靠近带电小球时，近端会感应出与带电小球异号的电荷，两者相互吸引，选项B属于静电现象；小线圈接近通电线圈过程中，由于电磁感应现象，小线圈中产生感应电流，选项C不属于静电现象；从干燥的地毯上走过，由于摩擦生电，当手碰到金属把手时瞬时产生较大电流，人有被电击的感觉，选项D属于静电现象。答案C3.(2018南京、盐城模拟)(多选)下列选项中所描述的a、b两点的电场强度和电势均相同的是()A.离正点电荷等距的任意两点a、b，如图甲所示B.两个等量异种点电荷连线的中垂线上，与连线中点等距的两点a、b，如图乙所示C.两个等量同种点电荷连线上，与连线中点等距的两点a、b，如图丙所示D.静电场中达到静电平衡时的导体内部任意两点a、b，如图丁所示解析图甲中a、b两点的电势相等，电场强度大小相等但方向不同，A错误；图乙中，两个等量异种点电荷连线的中垂线为等势线，a、b两点的电场强度大小相等，方向均与等量异种点电荷的连线平行且向左，所以a、b两点的电势和电场强度均相同，B正确；图丙中，根据对称性，a、b点电势相等，电场强度大小相等但方向相反，C错误；图丁中，导体达到静电平衡时，导体内部电势处处相等，电场强度处处为零，D正确。答案BD4.(2019南京市调研)沿不带电金属球直径的延长线放置一均匀带电细杆MN，如图11所示，金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点场强大小分别为Ea、Eb、Ec，三者相比较()图11A.Ea最大 B.Eb最大C.Ec最大 D.EaEbEc解析静电平衡后，金属球内的合场强处处为零，金属球内任意一点，金属球上感应电荷产生的附加电场与带电的细杆MN产生的场强大小相等、方向相反，c点离带电的细杆MN最近，带电的细杆MN在c点处产生的场强最大，则金属球上感应电荷在c点处产生的场强最大，即Ec最大，C项正确。答案C活页作业(时间：30分钟)一、单项选择题1.关于电场强度的概念，下列说法正确的是()A.由E可知，某电场的场强E与q成反比，与F成正比B.正、负试探电荷在电场中同一点受到的电场力方向相反，所以某一点场强方向与放入试探电荷的正、负有关C.电场中某一点的场强与放入该点的试探电荷的正、负无关D.电场中某一点不放试探电荷时，该点场强等于零解析电场中某点场强的大小由电场本身决定，与试探电荷的有无、受力情况及电荷性质无关，故选项A、D错误，C正确；而电场强度的方向与正电荷所受电场力方向相同，与负电荷所受电场力方向相反，选项B错误。答案C2.(2018铜山中学模拟)如图1所示，两个质量均为m的完全相同的金属球壳a和b，其壳层的厚度和质量分布均匀，将它们固定于绝缘支座上，两球心间的距离l为球半径r的3倍。若使它们带上等量异种电荷，使其电荷量的绝对值均为Q，那么关于a、b两球之间的万有引力F引和库仑力F库的表达式正确的是()图1A.F引G，F库kB.F引G，F库kC.F引G，F库kD.F引G，F库k解析万有引力定律适用于两个可看成质点的物体，虽然两球心间的距离l只有半径的3倍，但由于壳层的厚度和质量分布均匀，两球壳可看成质量集中于球心的质点。因此，可以应用万有引力定律。对于a、b两带电球壳，由于两球心间的距离l只有半径的3倍，表面的电荷分布并不均匀，不能把两球壳看成相距l的点电荷，故D项正确。答案D3.(2018江苏清江中学期中)某电场的电场线如图2，则同一正电荷在A点和B点所受电场力的大小关系是()图2A.FAFBB.FAabac，vavcvb B.aaabac，vbvcvaC.abacaa，vbvcva D.abacaa，vavcvb解析由库仑定律F可知，粒子在a、b、c三点受到的电场力的大小关系为FbFcFa，由a可知abacaa。根据粒子的轨迹可知粒子Q与场源电荷P的电性相同，二者之间存在斥力，整个过程中，电场力先做负功再做正功，且Wba|Wcb|，结合动能定理可知vavcvb，故选项D正确。答案D10.(2018南通市第二次调研)实验表明，地球表面上方的电场强度不为零，且方向竖直向下，说明地球表面有净负电荷。设地球表面净负电荷均匀分布，且电荷量绝对值为Q，已知地球半径为R，静电力常量为k，选地面电势为零，则与学校高度为h的教学楼顶等高处的电势为()A. B.C. D.解析地球表面电荷在地面上方h处的场强Ek，因为距离地面h，且h约为几十米，电场强度变化不大，认为是匀强电场，有UEdkh，地面电势为0，故地面上方h处的电势为，故D项正确，A、B、C项错误。答案D11.(2018启东中学模拟)如图8所示，A为带正电的点电荷，电荷量为Q，中间竖直放置一无限大的金属板，B为质量为m、电荷量为q的小球，用绝缘丝线悬挂于O点，平衡时丝线与竖直方向的夹角为，且A、B两个小球在同一水平面上，间距为L，则金属板上的感应电荷在小球B处产生的电场强度大小E为()图8A.E B.EC.E D.E解析静电平衡时，金属板上的感应电荷在B处产生的电场强度方向向右。以小球为研究对象，分析受力情况：重力、点电荷对小球的静电力F、感应电荷的静电力qE和细线的拉力FT，如图。根据共点力平衡条件FqEmgtan ，又根据库仑定律得Fk，联立解得E，故A、B、D项错误，C项正确。答案C二、多项选择题12.(2015江苏单科，8)两个相同的负电荷和一个正电荷附近的电场线分布如图9所示。c是两负电荷连线的中点，d点在正电荷的正上方，c、d到正电荷的距离相等，则()图9A.a点的电场强度比b点的大B.a点的电势比b点的高C.c点的电场强度比d点的大D.c点的电势比d点的低解析由题图知，a点处的电场线比b点处的电场线密集，所以EaEb，A项正确；由沿电场线方向电势逐渐降低可知ba，B项错误；由于c、d关于正电荷对称，正电荷在c、d两点产生的电场强度大小相等、方向相反；两负电荷在c点产生的电场强度为0，在d点产生的电场强度方向向下，由场强叠加原理可知EcEd，C项正确；当取无穷远处电势为0时，c为负值，d为正值，所以dc，D项正确。答案ACD13.(2018江苏省盐城市高三第三次模拟考试)如图10所示，坐标系中有两个带电荷量分别为Q和3Q的点电荷。在C处放一个试探电荷，则试探电荷所受电场力的方向可能是图中()图10解析根据点电荷形成的电场Ek，可在C处画出场源电荷分别为3Q、Q电场线的示意图，根据平行四边形定则作出合场强的大小及方向，若试探电荷为正电荷，则所受的电场力与场强方向相同，若试探电荷为负电荷，则所受的电场力与场强方向相反，选项B、D正确，A、C错误。答案BD14.(201