2022届新教材高考物理一轮复习第八章静电场第1节电场力的性质学案新人教版

1、第八章静电场素养导读备考定向核心素养试题情境生活实践类在日常生产生活、科技方面的主要试题情境有示波管的原理与应用,电容器种类、平行板电容器的动态分析、平行板电容器极板间带电粒子的平衡与加速问题,以及静电的防止与应用等具体问题学习探索类学习探究类涉及的主要问题是描述电场力和电场能性质的有关物理量的理解与应用,带电粒子在电场中的平衡、加速、偏转问题等考向预测电场强度的求解,电势、电势能、u=ed的应用,以及电场线、等势线与带电粒子运动轨迹的判断,电容器的动态分析等问题,多以选择题的形式出现;电容器与平衡条件、动力学规律的综合应用,带电粒子在匀强电场中的运动,用功能关系的观点处理带电粒子在电场中的运

2、动等问题,多以计算题的形式出现第1节电场力的性质必备知识预案自诊知识梳理一、电荷电荷守恒定律1.两种电荷毛皮摩擦过的橡胶棒带电,丝绸摩擦过的玻璃棒带电。同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。2.元电荷最小的电荷量,其值为e=。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转移到另一部分;在转移的过程中,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。二、点电荷及库仑定律1.点电荷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.库仑定律注:平方反比律,类似于万有引力

3、定律,不能错误地认为:当距离r接近于0时,f越近于无限大,因为当r接近0时,两个物体不能视为点电荷。三、电场电场强度及电场线1.电场基本性质:对放入其中的电荷产生的作用。2.电场强度(1)定义式:e=,适用于,是矢量。单位:n/c或。(2)点电荷的电场强度:e=,适用于计算中的点电荷产生的电场。(3)方向:规定在电场中某点所受电场力的方向为该点的电场强度方向。(4)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。3.电场线(1)定义:为了形象地描述电场中各点电场强度的及,在电场中画出一些曲线,曲线上每一点的都跟该点的电场强度方向一致,曲线的表示电场的强弱。(2)电场

4、线特点:(3)几种典型电场的电场线四、电场力1.定义:电荷之间的相互作用是通过电场发生的。只要有电荷存在,电荷的周围就存在着电场,电场的基本性质是它对放入其中的电荷有力的作用,这种力就叫作电场力。2.方向:正电荷沿电场线的切线方向,负电荷沿电场线的切线方向的反方向。3.计算:电场力的计算公式是f=qe,其中q为放入电场中的电荷的带电量,e为电场强度。考点自诊1.判断下列说法的正误。(1)物体所带的电荷量可以是任意的。()(2)根据f=kq1q2r2,当r0时,f。()(3)静电力常量k是库仑利用扭秤实验测出的。()(4)电场中某点的电场强度方向即为电荷在该点所受的电场力的方向。()(5)在真空

5、中,电场强度的表达式e=kqr2中的q就是检验点电荷的电荷量。()(6)不管是等量同种正电荷还是等量负电荷,中点o处电场强度都为零。()(7)电场线是电场中实际存在的线。()(8)根据电场线能确定电荷的速度方向、运动的轨迹。()(9)等量异种两电荷的连线上,各点的电场强度方向从正电荷指向负电荷,沿电场线方向场强先变小后变大。()(10)电场线不是电荷的运动轨迹,根据电场线方向能确定电荷的受力方向和加速度方向。()2.国际单位制中,不是电场强度的单位是()a.n/cb.v/mc.j/cd.tm/s3.(2018浙江卷)真空中两个完全相同、带等量同种电荷的金属小球a和b(可视为点电荷),分别固定在

6、两处,它们之间的静电力为f。用一个不带电的同样金属球c先后与a、b球接触,然后移开球c,此时a、b球间的静电力为()a.f8b.f4c.3f8d.f24.(新教材人教版必修第三册p16习题改编)把试探电荷q放到电场中的a点,测得它所受的静电力为f;再把另一个电荷量为nq的试探电荷放到b点,测得它所受的静电力是mf。a点和b点的电场强度之比eaeb是多少?5.(新教材人教版必修第三册p17习题改编)如图所示,真空中有两个点电荷,q1为-1.010-8 c、q2为4.010-8 c,分别固定在x轴的坐标为0和6 cm的位置上。(1)x轴上哪个位置的电场强度为0?(2)x轴上哪些位置的电场强度的方向

7、是沿x轴的正方向的?关键能力学案突破考点一库仑定律及库仑力作用下的平衡问题(师生共研)1.对库仑定律的理解(1)f=kq1q2r2,r指两点电荷间的距离。对可视为点电荷的两个均匀带电球,r为两球的球心间距。(2)当两个电荷间的距离r0时,电荷不能视为点电荷,它们之间的静电力不能认为趋于无限大。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电场强度为零,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3.分析点电荷

8、平衡问题的方法和步骤点电荷平衡问题的分析方法与纯力学平衡问题的分析方法是相同的,只是在原来受力的基础上多分析一个电场力。具体步骤如右:【典例1】(2018全国卷)如图,三个固定的带电小球a,b和c,相互间的距离分别为ab=5 cm,bc=3 cm,ca=4 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()a.a、b的电荷同号,k=169b.a、b的电荷异号,k=169c.a、b的电荷同号,k=6427d.a、b的电荷异号,k=6427思维点拨根据“小球c所受库仑力的合力的方向平行于a、b的连线”,然后利用平行四边形定则和几何关系、库仑定律可

9、解得。核心素养素养角度具体体现物理观念物质观电荷、电场运动与相互作用观电场力的合力科学思维模型构建点电荷电场叠加科学推理利用库仑定律、电场叠加和平行四边形定则综合分析【典例2】甲、乙两带电小球的质量均为m,所带电荷量分别为+3q和-q,两小球间用绝缘细线2连接,甲小球用绝缘细线1悬挂在天花板上,在两小球所在空间有沿水平方向向左的匀强电场,电场强度为e,且有qe=mg,平衡时细线都被拉直。则平衡时的可能位置是哪个图()思维点拨以整体为研究对象,根据受力平衡可确定上面细线的位置;以乙小球为研究对象,根据受力平衡可确定下面细线的位置。素养提升若例题中其他条件不变,仅把甲、乙小球所带的电荷量改为+q和

10、-q,则用同样的方法可以判断平衡时两小球的位置如图所示。对点演练1.如图所示,三角形abc的三个顶点各自固定一个点电荷,a处点电荷受力如图所示,则b处点电荷受力可能是()a.f1b.f2c.f3d.f42.如图所示,在一条直线上有两个相距0.4 m的点电荷a、b,a带电+q,b带电-9q。现引入第三个点电荷c,恰好使三个点电荷均在电场力的作用下处于平衡状态,则c的带电性质及位置应为()a.正,b的右边0.4 m处b.正,b的左边0.2 m处c.负,a的左边0.2 m处d.负,a的右边0.2 m处3.(2020浙江宁波高三下学期二模)如图所示,a、b是质量比为12、都带正电的小球,用两根长分别为

11、2l和l的绝缘轻绳系住后悬挂于天花板上的同一点o。当系统平衡后,两根绳与竖直方向的夹角分别为和,则()a.b.|q2|时,e1=e2的点有两个,分别为m点和n点,m、n两点距-q2的距离分别为r1和r2,如图所示。则当|q1|q2|的比值增大时()a.r1、r2都减小b.r1、r2都增大c.r1减小,r2增大d.r1增大,r2减小5.(2020天津滨海新区塘沽第一中学高三检测)直角坐标系xoy中,m、n两点位于x轴上,g、h两点坐标如图。m、n两点各固定一负点电荷,一电荷量为q的正点电荷置于o点时,g点处的电场强度恰好为零。静电力常量用k表示。若将该正点电荷移到g点,则h点处电场强度的大小和方

12、向分别为()a.3kq4a2,沿y轴正向b.3kq4a2,沿y轴负向c.5kq4a2,沿y轴正向d.5kq4a2,沿y轴负向考点三电场线的理解及应用(自主探究)1.两种等量点电荷的电场强度及电场线的比较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2.“电场线+运动轨迹”组合模型模型特点:当带电粒子在电场中的运动轨迹是一条与电场线不重合的曲线时,这种现象简称为“拐弯现象”,其实质为“运动与力”的关系。运用

13、牛顿运动定律的知识分析:(1)“运动与力两线法”画出“速度线”(运动轨迹在某一位置的切线)与“力线”(在同一位置电场线的切线方向且指向轨迹的凹侧),从二者的夹角情况来分析带电粒子做曲线运动的情况。(2)“三不知时要假设”电荷的正负、电场的方向、电荷运动的方向,是题目中相互制约的三个方面。若已知其中一个,可分析判定各待求量;若三个都不知(三不知),则要用“假设法”进行分析。3.电场线的应用(涉及电势部分将在下一节进一步研究)对点演练6.(多选)(2019全国卷)静电场中,一带电粒子仅在电场力的作用下自m点由静止开始运动,n为粒子运动轨迹上的另外一点,则()a.运动过程中,粒子的速度大小可能先增大

14、后减小b.在m、n两点间,粒子的轨迹一定与某条电场线重合c.粒子在m点的电势能不低于其在n点的电势能d.粒子在n点所受电场力的方向一定与粒子轨迹在该点的切线平行7.(多选)用电场线能直观、方便地比较电场中各点电场强度的强弱。如图甲是等量异种点电荷形成的电场的电场线,图乙是场中的一些点:o是点电荷连线的中点,e、f是连线中垂线上相对o对称的两点,b、c和a、d也分别相对o对称。则()a.b、c两点电场强度大小和方向都相同b.a、d两点电场强度大小相等,方向相反c.e、o、f三点比较,o的电场强度最强d.b、o、c三点比较,o的电场强度最弱第八章静电场第1节电场力的性质必备知识预案自诊知识梳理一、

15、电荷电荷守恒定律1.负正2.1.6010-19 c3.(1)转移保持不变(2)摩擦起电接触起电(3)得失电子二、点电荷及库仑定律1.形状大小2.正比反比相互排斥相互吸引kq1q2r2点电荷三、电场电场强度及电场线1.力2.(1)fq任何电场v/m(2)kqr2真空(3)正电荷(4)矢量和3.(1)强弱方向切线方向疏密(2)正电荷相交电场强度电场强度方向降低垂直考点自诊1.(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)2.cn/c和v/m是电场强度从不同角度得到的两个单位,选项a、b都是电场强度的单位;根据电势差的定义式u=wq,所以电势差的单位可以表示为j/c,选项c不是电场强

16、度的单位;根据磁感应强度的定义式b=fil,磁感应强度的单位可以表示为nam,所以tm/s可以换算成namms=n/c,d选项为电场强度的单位。3.c设a、b两小球开始所带电荷量为q,距离为r,f=kq2r2,用一个不带电的小球c先后与a、b接触,与a接触后,a、c所带电荷量均为q2,当c球再与b接触后,b、c所带电荷量均为34q,f=kq234qr2=38f,故选c。4.nm5.(1)(0,-6)(2)-6 cmx6 cm关键能力学案突破对点演练典例1d由题意知,小球c处在直角三角形的直角上,如果a、b为同种电荷,对小球c的库仑力,要么是吸引力,要么是排斥力,合力不可能平行于a和b连线,故a

17、、b的电荷应异号;由三角关系tan=qcqb32qckqb42=34,解得k=6427,故d正确。典例2d甲小球带正电,受到的电场力水平向左,乙小球带负电,受到的电场力水平向右。以整体为研究对象,整体所受的电场力大小为2qe,方向水平向左,受力分析如图所示,则上面悬挂甲小球的绳子应向左偏转,设上面的绳子与竖直方向的夹角为,则由平衡条件得tan=2qe2mg=qemg=1,=45;以乙小球为研究对象,设甲、乙小球间的绳子与竖直方向的夹角为,则由平衡条件得tan=qemg=1,=45,可得=,故选项d正确。对点演练1.b根据库仑定律,结合平行四边形定则及几何关系可以知道,c处电荷对a处电荷的电场力

18、为引力,b处电荷对a处电荷的电场力为斥力,c处电荷与a处电荷为异种电荷,a处电荷与b处电荷为同种电荷,所以可得c处电荷对b处电荷的电场力为引力,a处电荷对b处电荷的电场力为斥力,根据平行四边形定则可得b处点电荷受力可能为f2,故选项b正确。2.c要使三个电荷均处于平衡状态,必须满足“两同夹异”“两大夹小”“近小远大”的规律,所以点电荷c应在a左侧,带负电。设c带电荷量为q,a、c间的距离为x,a、b间距离用r表示,由于处于平衡状态,所以kqqx2=9kqq(r+x)2,解得x=0.2m,选项c正确。3.c解法一:受力分析如图所示,由力学三角形和几何三角形相似有fbax1=gah=t12l、fa

19、bx2=gbh=t2l,因为fab和fba是作用力和反作用力,大小相等,且ga=2gb,联立各式得x1x2=2,又根据正弦定理可知sini2l=sinx1、sinrl=sinx2,因角i和角r互补,则sini=sinr,联立解得sin=sin,因为和均为锐角,故=,只有选项c正确。解法二:两球之间的库仑力是作用力和反作用力关系,大小相等,方向相反,两个小球均受到重力、静电力和拉力,因为a、b的质量之比是12,轻绳长度之比是21,满足以o为支点的杠杆平衡条件magla=mbglb,可知=,只有选项c正确。典例3bcd本题关键是要理解点电荷电场叠加的特点,b、c、d三点电荷在o的电场强度叠加为零,但a在o处还有电场,所以a错误,b正确;c、d两点电荷在e的电场强度叠加为零,a、b两点电荷在e点的电场强度的方向平行ab,c正确;根据电场叠加特点知a点的点电荷在e点电场强度大小为k4q3l2,d正确。对点演练4.a设两点电荷之间的距离为l,x