2013年《步步高》人教版物理高考大一轮word教案学案作业选修

考纲内容要求考纲解读物质的电结构、电荷守恒1.多个电荷库仑力的平衡和场强叠加问题2利用电场线和等势面确定场强的大小和方向，判断电势高低、电场力变化、电场力做功和电势能的变化等3带电体在匀强电场中的平衡问题及其他变速运动的动力学问题4对平行板电容器电容决定因素的理解，解决两类有关动态变化的问题5分析带电粒子在电场中的加速和偏转问题6示波管、静电除尘等在日常生活和科学技术上的应用.静电现象的解释点电荷库仑定律静电场电场强度、点电荷的场强电场线电势能、电势电势差匀强电场中电势差与电场强度的关系带电粒子在匀强电场中的运动示波管常用的电容器电容器的电压、电荷量和电容的关系第1课时电荷守恒定律库仑定律导学目标 1.能利用电荷守恒定律进行相关判断.2.会解决库仑力参与的平衡及动力学问题一、电荷守恒定律基础导引如图1所示，用绝缘细线悬挂一轻质小球b，并且b球表面镀有一层 金属膜，在靠近b球旁有一金属球a，开始时a、b均不带电，若给a 球带电，则会发生什么现象？知识梳理1物质的电结构：构成物质的原子本身包括：_的质子和 _的中子构成_，核外有带_的电子，整个原子对外_表现为_2元电荷：最小的电荷量，其值为e_.其他带电体的电荷量皆为元电荷的_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_到另一个物体，或者从物体的一部分_到另一部分；在转移过程中，电荷的总量_(2)起电方式：_、_、感应起电(3)带电实质：物体带电的实质是_：当两个完全相同的带电金属球相互接触时，它们的电荷如何分配？二、库仑定律基础导引如图2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为球半径的3倍若使它们带上等量异种电荷，电荷图2量的绝对值均为Q，试比较它们之间的库仑力与的大小关系，如果带同种电荷呢？知识梳理1点电荷：是一种理想化的物理模型，当带电体本身的_和_对研究的问题影响很小时，可以将带电体视为点电荷2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_，与它们的距离的二次方成_，作用力的方向在它们的_上(2)公式：F_，其中比例系数k叫做静电力常量，k9.0109 Nm2/C2.(3)适用条件：_；_.3库仑定律的理解：库仑定律的适用条件是真空中的静止点电荷点电荷是一种理想化的物理模型，当带电体间的距离远远大于带电体的自身大小时，可以视其为点电荷而适用库仑定律，否则不能适用 ：在理解库仑定律时，有人根据公式Fk，设想当r0时得出F的结论，请分析这个结论是否正确.考点一电荷守恒定律及静电现象考点解读1使物体带电的三种方法及实质摩擦起电、感应起电和接触带电是使物体带电的三种方法，它们的实质都是电荷的转移实现电荷转移的动力是同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引2验电器与静电计的结构与原理玻璃瓶内有两片金属箔，用金属丝挂在一根导体棒的下端，棒的上端通过瓶塞从瓶口伸出(如图3甲所示)如果把金属箔换成指针，并用金属做外壳，这样的验电器又叫静电计(如图乙所示)注意金属外壳与导体棒之间是绝缘的不管是静电计的指针还是验电器的箔片，它们张开角度的原因都是同种电荷相互排斥的结果图3典例剖析例1使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开下列各图表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是 ()特别提醒电荷守恒定律是电学中的基本规律之一，对电荷守恒定律的考查每年都有，但往往渗透在各类电学题目中，很少单独考查；而对感应起电的考查难度不大，一般出现在选择题中跟踪训练1把两个完全相同的金属球A和B接触一下，再分开一段距离，发现两球之间互相排斥，则A、B两球原来的带电情况可能是()A带等量异种电荷B带等量同种电荷C带不等量异种电荷D一个带电，另一个不带电考点二库仑力作用下的平衡问题与动力学问题考点解读1库仑定律的表达式为Fk，其适用条件是真空中两静止点电荷之间相互作用的静电力库仑定律与平衡问题联系比较密切，因此关于静电力的平衡问题是高考的热点内容，题型多以选择题为主对于这部分内容，需要注意以下几点：一是明确库仑定律的适用条件；二是知道完全相同的带电小球接触时电荷量的分配规律；三是进行受力分析，灵活应用平衡条件2三个自由点电荷的平衡问题(1)条件：两个点电荷在第三个点电荷处的合场强为零，或每个点电荷受到的两个库仑力必须大小相等，方向相反(2)规律：“三点共线”三个点电荷分布在同一条直线上；“两同夹异”正负电荷相互间隔；“两大夹小”中间电荷的电荷量最小；“近小远大”中间电荷靠近电荷量较小的电荷典例剖析例2(2009江苏高考)两个分别带有电荷量Q和3Q的相同金属小球(均可视为点电荷)，固定在相距为r的两处，它们间库仑力的大小为F.两小球相互接触后将其固定距离变为，则两球间库仑力的大小为 ()A.F B.F C.F D12F思维突破分析带电体力学问题的方法与纯力学问题的分析方法一样，学会把电学问题力学化分析方法是：(1)确定研究对象如果有几个物体相互作用时，要依据题意，适当选取“整体法”或“隔离法”；(2)对研究对象进行受力分析，多了个静电力(F)；(3)列平衡方程(F合0或Fx0，Fy0)或牛顿第二定律图4跟踪训练2(2009浙江理综)如图4所示，在光滑绝缘水平面上放置3个电荷量均为q(q0)的相同小球，小球之间用劲度系数 均为k0的轻质弹簧绝缘连接当3个小球处在静止状态时，每根弹簧的长度为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()Al BlCl Dl 18.挖掘隐含条件寻求解题突破图5例3如图5所示，竖直平面内有一圆形光滑绝缘细管，细管截面半径远小于半径R，在中心处固定一带电荷量为Q的点电荷质量为m、带电荷量为q的带电小球在圆形绝缘细管中做圆周运动，当小球运动到最高点时恰好对细管无作用力，求当小球运动到最低点时对管壁的作用力是多大？方法提炼在审题过程中，不但要了解题目所描述的是什么物理现象，物理过程如何，求解什么问题，更重要的是要对题目文字和图象的关键之处仔细领会，从中获取有效信息，即所谓要挖掘题目中的隐含条件，对有些物理问题，能否快速正确地挖掘隐含条件可成为解题的关键本题中“细管截面半径远小于半径R”表明小球做圆周运动的半径就是R；“小球在最高点时恰好对细管无作用力”表明在最高点时小球所需向心力由重力和库仑力二力的合力提供另外库仑力参与的动力学问题与牛顿运动定律中的动力学问题本质上是相同的，值得注意的两点是：(1)列方程时，注意库仑力的方向，如本题中在最高点时向上，在最低点时向下；(2)本题中，库仑力总与速度方向垂直，库仑力不做功跟踪训练3三个带电荷量均为Q(正电)的小球A、B、C质量均为m，放在水平光滑绝缘的桌面上，分别位于等边三角形的三个顶点，其边长为L，如图6所示，求：图6(1)在三角形的中心O点应放置什么性质的电荷，才能使三个带电小 球都处于静止状态？其电荷量是多少？(2)若中心电荷带电荷量在(1)问基础上加倍，三个带电小球将加速运动，求其加速度大小；(3)若中心电荷带电荷量在(1)问基础上加倍后，仍保持三个小球相对距离不变，可让它们绕中心电荷同时旋转，求旋转的线速度大小A组对电荷及电荷守恒定律的考查1以下说法正确的是 ()A物体所带的电荷量是任意实数B元电荷就是电子或质子C物体所带电荷量的最小值是1.61019 CD凡试探电荷都是点电荷，凡点电荷都能作试探电荷图72. 如图7所示，A、B是两个带有绝缘支架的金属球，它们原来均不带电，并彼此接触现使带负电的橡胶棒C靠近A(C与A不接触)，然后先将A、B分开，再将C移走关于A、B的带电情况，下列判断正确的是 ()AA带正电，B带负电BA带负电，B带正电CA、B均不带电DA、B均带正电B组库仑力作用下的平衡问题图83两个可自由移动的点电荷分别放在A、B两处，如图8所示A处电荷带正电荷量Q1，B处电荷带负电荷量Q2，且Q24Q1， 另取一个可以自由移动的点电荷Q3，放在AB直线上，欲使整个系统处于平衡状态，则 ()AQ3为负电荷，且放于A左方BQ3为负电荷，且放于B右方CQ3为正电荷，且放于A、B之间DQ3为正电荷，且放于B右方4. 如图9所示，质量分别是m1和m2，电荷量分别是q1和q2的小球，用长度不等的绝缘轻丝线悬挂起来，两丝线与竖直方向的夹角分别是和()，两小球恰在同一水平线上，那么 ()图9A两球一定带异种电荷Bq1一定大于q2Cm1一定小于m2Dm1所受的电场力一定大于m2所受的电场力C组库仑力参与的动力学问题图105. 如图10所示，水平光滑的绝缘细管中，两相同的带电金属小球相向运动，当相距L时，加速度大小均为a，已知A球带电荷量为q，B球带电荷量为3q.当两球相碰后再次相距为L时，两球加速度大小为多大？课时规范训练(限时：45分钟)一、选择题1关于点电荷，下列说法正确的是 ()A只有体积很小的带电体才可以看作点电荷B只有球形带电体才可以看作点电荷C带电体能否被看作点电荷既不取决于带电体大小也不取决于带电体的形状D一切带电体都可以看作点电荷2人类已探明某星球带负电，假设它是一个均匀带电的球体将一带负电的粉尘置于该星球表面高h处，粉尘恰处于悬浮状态现将同样的带电粉尘带到距星球表面2h处无初速度释放，则此带电粉尘将 ()A向星球球心方向下落B被推向太空，远离星球C仍在那里悬浮D沿星球自转的线速度方向飞出3两个放在绝缘架上的相同金属球，相距r，球的半径比r小得多，带电荷量大小分别为q和3q，相互作用的斥力为3F.现让这两个金属球相接触，然后分开，仍放回原处，则它们之间的相互作用力将变为 ()AF B.C4F D以上三个选项之外的一个值图14如图1所示，可视为点电荷的小球A、B分别带负电和正电，B球固定，其正下方的A球静止在绝缘斜面上，则A球受力个数 可能为 ()A可能受到2个力作用B可能受到3个力作用C可能受到4个力作用D可能受到5个力作用图25如图2所示，电荷量为Q1、Q2的两个正点电荷分别置于A点和B点，两点相距为L，在以L为直径的光滑绝缘半圆环上，穿着一个带电荷量为q的小球(视为点电荷)，在P点平衡，若不计小球的重力，那么PA与AB的夹角与Q1、Q2的关系满足()Atan2 Btan2Ctan3 Dtan36(2011海南理综13)三个相同的金属小球1、2、3分别置于绝缘支架上，各球之间的距离远大于小球的直径球1的带电量为q，球2的带电量为nq，球3不带电且离球1和球2很远，此时球1、2之间作用力的大小为F.现使球3先与球2接触，再与球1接触，然后将球3移至远处，此时1、2之间作用力的大小仍为F，方向不变由此可知 ()An3 Bn4 Cn5 Dn67放在水平地面上的光滑绝缘圆筒内有两个带正电小球A、B，A位于筒底靠在左侧壁处，B在右侧筒壁上受到A的斥力作用处于静止，如图 3所示若A的电荷量保持不变，B由于漏电而下降少许重新平衡，下列说法正确的是 ()图3AA对筒底的压力变小BB对筒壁的压力变大CA、B间的库仑力变小DA、B间的电势能减小图48如图4所示，半径相同的两个金属小球A、B带有电荷量大小相等的电荷，相隔一定的距离，两球之间的相互吸引力大小为F.今用第三个半径相同的不带电的金属小球C先后与A、B两个球接触后移开，这时，A、B两个球之间的相互作用力大小是 ()A.F B.FC.F D.F9如图5所示，A、B是带有等量的同种电荷的两小球，它们的质量都是m，它们的悬线长度都是L，悬线上端都固定在同一点O，B图5球悬线竖直且被固定，A球在力的作用下，在偏离B球x的地方静止平衡，此时A受到绳的拉力为FT；现保持其他条件不变，用改变A球质量的方法，使A球在距离B为处静止平衡，则A受到绳的拉力为()AFT B2FT C4FT D8FT二、非选择题10把带正电荷的导体球C移近彼此接触的、不带电的绝缘金属导体A、B(如图6所示)则：(1)金属箔片是否张开？图6(2)如果先把C移走，再将A和B分开，上面的金属箔 片会怎样？(3)如果先把A和B分开，然后移开C，上面的金属箔片又会怎样？(4)在(3)的基础上，再让A和B接触，上面的金属箔片又会怎样？图711如图7所示，绝缘水平面上静止着两个质量均为m、电荷量均为Q的物体A和B(A、B均可视为质点)它们间的距离为r，与水平面间的动摩擦因数均为，求：(1)A受的摩擦力为多大？(2)如果将A的电荷量增至4Q，两物体开始运动，当它们的加速度第一次为零时，A、B各运动了多远距离？12真空中有两个完全相同的金属小球，A球带qA6.41016 C的正电荷，B球带qB3.21016 C的负电荷，均可视为点电荷求：(1)当它们相距为0.5 m时，A、B间的库仑力为多大；(2)若将两球接触后再分别放回原处，A、B间的库仑力又为多大复习讲义基础再现一、基础导引a吸引b，接触后，再把b排斥开知识梳理1.带正电不带电原子核负电较远位置电中性2.1.601019 C整数倍3.(1)转移转移保持不变(2)摩擦起电接触起电(3)得失电子思考：同种电荷电荷量平均分配，异种电荷先中和后平分二、基础导引当它们带异种电荷时，F库，因为两个金属球此时距离较近，异种电荷分布在两球内侧，不能将它们看作点电荷，当它们带同种电荷时，F库.知识梳理1.大小形状2.(1)正比反比连线(2)k(3)真空中点电荷思考：从数学角度分析是正确的，但从物理角度分析，这一结论是错误的错误的原因是：当r0时两电荷已失去了作为点电荷的前提条件，何况实际电荷都有一定的大小，根本不会出现r0的情况也就是说当r0时，已不能再利用库仑定律计算两电荷间的相互作用力了课堂探究例1B跟踪训练1BCD例2C跟踪训练2C例36mg跟踪训练3(1)负电荷Q(2)(3)Q 分组训练1C2.A3A4AC课进规范训练1C2C3C4AC5D6D7.B8A9D10见解析解析注意静电感应本质上是电荷间的作用，注意感应起电的特 点 (1)可以看到A、B上的金属箔片都张开了，表示A、B都带上了电荷(2)如果先把C移走，A和B上的金属箔片就会闭合(3)如果先把A和B分开，然后移开C，A和B上的金属箔片仍然张开(4)再让A和B接触，它们就不再带电，A和B上的金属箔片会闭合这说明A和B分开后所带的是等量异种电荷，重新接触后等量异种电荷发生中和11(1)k(2)均运动了Q 12(1)7.371021 N(2)9.221022 N第2课时电场的力的性质导学目标 1.理解电场强度的概念.2.会分析计算在电场力作用下电荷的平衡及运动.3.会利用电场中的电场线分布分析问题一、电场及电场强度基础导引判断下列说法是否正确：电场强度反映了电场的力的性质，因此电场中某点的场强与试探电荷在该点所受的电场力成正比()电场中某点的场强等于F/q，但与试探电荷的受力大小及电荷量无关()电场中某点的场强方向即试探电荷在该点的受力方向()公式E和Ek对于任何静电场都是适用的()知识梳理1静电场(1)电场是存在于电荷周围的一种_，静电荷产生的电场叫静电场(2)电荷间的相互作用是通过_实现的电场的基本性质是对放入其中的电荷有_2电场强度(1)物理意义：表示电场的_和_(2)定义：电场中某一点的电荷受到的电场力F跟它的_的比值叫做该点的电场强度(3)定义式：E.(4)单位：N/C或V/m.(5)矢量性：电场强度是矢量，正电荷在电场中某点受力的方向为该点电场强度的方向，电场强度的叠加遵从_定则3场强三个表达式的比较表达式比较EEkE意义电场强度定义式真空中点电荷的电场强度决定式匀强电场中E与U关系式适用条件一切电场真空；点电荷匀强电场决定因素由电场本身决定，与q无关由场源电荷Q和场源电荷到该点的距离r共同决定由电场本身决定二、电场线基础导引图1是等量同种电荷、等量异种电荷的电场线分布图，A与A、B与B关于连线上中点O对称试分析：连线上A与A，中垂线上B与B的场强关系图1知识梳理1电场线的定义：为了直观形象地描述电场中各点电场强度的_及_，在电场中画出一系列的曲线，使曲线上各点的_方向表示该点的电场强度方向，曲线的_表示电场强度的大小2几种典型电场的电场线分布(1)正点电荷的电场如图2甲所示：电场线由_出发，到_终止(2)负点电荷的电场如图乙所示：电场线由_出发，到_终止(3)匀强电场的电场线分布如图丙所示特点：间隔相等的平行直线(4)点电荷与带电金属板的电场线的分布如图丁所示图2(5)等量同种点电荷和等量异种点电荷的电场两点电荷的连线及其中垂线上的电场分布及特点的比较如下：比较项目等量同种点电荷等量异种点电荷电场线图示连线中点O处的场强为_中垂线上最大连线上最小由O沿中垂线向外场强的变化先_后_逐渐减小关于O点对称的两点A与A，B与B场强的关系等大、反向_、_：在点电荷电场中，以点电荷为球心的同一球面上各点的场强相同吗？考点一电场强度的计算与叠加考点解读电场叠加原理：多个点电荷在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，这种关系叫电场强度的叠加，电场强度的叠加遵从平行四边形定则典例剖析图3例1如图3所示，位于正方形四个顶点处分别固定有点电荷A、B、C、D，四个点电荷的带电量均为q，其中点电荷A、C带正电，点电荷B、D带负电，试确定过正方形中心O并与正方形垂直的直线上到O点距离为x的P点处的电场强度的大小和方向思维突破电场强度是矢量，叠加时遵从平行四边形定则，分析电场叠加问题的一般步骤是：(1)确定要分析计算的位置；(2)分析该处存在的几个分电场，先计算出各个分电场电场强度的大小，判断其方向；(3)利用平行四边形定则作出矢量图，根据矢量图求解图4跟踪训练1(2011陕西西安市质检)如图4所示，一个绝缘圆环，当它的1/4均匀带电且电荷量为q时，圆心O 处的电场强度大小为E.现使半 圆ABC均匀带电2q；而另一半圆ADC均匀带电2q.则圆心O处的场强的大小和方向为 ()A2E，方向由O指向DB4E，方向由O指向DC2E，方向由O指向BD0考点二电场线的分布特点及应用考点解读1特点(1)不闭合：电场线起始于正电荷(或无穷远处)，终止于无穷远处(或负电荷)，即电场线不能形成闭合曲线(2)不中断、不相交：在没有电荷的空间，电场线不中断，两条电场线也不能相交(3)不是电荷在电场中的运动轨迹：只有当电场线为直线、电荷初速度为零或初速度平行于电场线、电荷仅受电场力作用时，电荷的运动轨迹才与电场线重合2应用(1)表示场强的方向电场线上每一点的切线方向和该点的场强方向一致(2)比较场强的大小电场线的疏密程度反映了场强的大小，即电场的强弱同一电场中，电场线越密的地方场强越大，电场线越疏的地方场强越弱(3)判断电势的高低在静电场中，顺着电场线的方向电势越来越低特别提醒1.电场线是人为引入的，不是客观存在的2虽然电场线是用来描述电场的强弱和方向的，但只根据一条电场线无法判断电场强弱和场源情况3沿电场线的方向电势虽然越来越低，但场强不一定越来越小典例剖析例2如图5所示，实线表示电场线，虚线表示只受电场力作用的带电粒子的运动轨迹粒子先经过M点，再经过N点可以判定()图5A粒子在M点受到的电场力大于在N点受到的电场力BM点的电势高于N点的电势C粒子带正电D粒子在M点的动能大于在N点的动能思维突破正确分析电场中的“拐弯现象”当带电粒子在电场中的运动轨迹是一条与电场线、等势线都不重合的曲线时，这种现象简称为“拐弯现象”，其实质为“运动与力”的关系通常只有电场力，有时也有重力等一般要综合性地运用“牛顿运动定律、功和能”的知识分析求解(1)“运动与力两线法”画出“速度线”(运动轨迹在初始位置的切线)与“力线”(在初始位置电场线的切线方向)，从二者的夹角情况来分析曲线运动的情景(2)“三不知时要假设”电荷的正负、场强的方向或等势面电势的高低、电荷运动的方向，是题意中相互制约的三个方面若已知其中的任一个，可顺次向下分析判定各待求量；若三个都不知(三不知)，则要用“假设法”分别讨论各种情况有时各种情景的讨论结果是归一的(3)一般为定性分析，有时涉及简单计算图6跟踪训练2(2010新课标全国卷17) 静电除尘器是目前普遍采用的一种高效除尘器某除尘器模型的收尘板是很长的条形金属板，图6中直线ab为该收尘板的横截面工作时收尘板带正电，其左侧的电场线分布如图所示；粉尘带负电，在电场力作用下向收尘板运动，最后落在收尘板上若用粗黑曲线表示原来静止于P点的带电粉尘颗粒的运动轨迹，下列4幅图中可能正确的是(忽略重力和空气阻力)() 5.