新高考一轮复习人教版专题八静电场课件（39张）

考点一电场力及电场的描述1.库仑力1)研究对象:点电荷。2)表达式:F=

。方向:同斥异吸。2.电场的描述1)电场的性质:对放入其中的电荷有力的作用。2)电场强度①描述电场的强弱与方向。②矢量(留意方向及矢量合成)。③E=

;E=

;E=

。3)电场的形象描述——电场线形象描述电场空间分布的方法→电场线

4)常见电场线分布

3.场强叠加原理:多场源场强叠加满足平行四边形定则。4.静电感应与静电平衡把导体放到电场强度为E0的匀强电场中,由于电场力的作用,导体内部的

电荷将重新分布。导体刚放入电场未达到静电平衡时,电子在水平向右

的外电场作用下向左移动(如图甲);导体达到静电平衡后,导体内部场强

处处为零,左侧负电荷分布密集(如图乙)。但要注意,在整个过程中金属阳离子没有定向移动。

达到静电平衡时:净电荷分布于导体外表面;导体内部合场强为零;导体是

一个等势体,表面为等势面。考点二电场能的属性及其描述1.电场能的属性1)电场力在空间上的积累效果体现为电场力做功,其特点是做功只与初

末位置有关,与路径无关,故存在电势能的概念。2)电势差(电压):在电荷(受力物体)由A点运动到B点过程中电场力所做的

功与该电荷(受力物体)所带电荷量的比值定义为A、B两点的电势差。2.电场能的性质的形象描述——等势面1)电场线垂直于等势面,沿同一等势面移动电荷,电场力不做功。2)正电荷周围电势高,负电荷周围电势低;沿电场线方向电势逐渐降低。【注意】电场力做正功电势能减小,电场力做负功电势能增大,即WAB=-ΔEp。3)等差等势面越密,电场强度越大。考点三电容器与电容1.电容器:两个彼此绝缘又相互靠近的导体构成了电容器。2.电容定义式:C=

。结合U-Q图像和E=UQ,可知电容器储存的电能E=

CU2。3.平行板电容器电容决定式:C=

。拓展一电场强度的确定1.分析思路:已知电荷量为q的试探电荷在某点所受电场力为F,则该点场

强E=

;匀强电场中E=

。2.一个有用结论:静电平衡中导体内部任意一点的合场强为零。3.利用对称法结合场强叠加原理求场强。【例1】如图所示,在点电荷-q形成的电场中,放着一块带有一定电荷

量、电荷均匀分布的绝缘矩形薄板,MN为其对称轴,O点为其几何中心。

点电荷-q与a、O、b之间的距离分别为d、2d、3d。已知图中a点的电场

强度为零,则带电薄板在图中b点产生的电场强度的大小和方向分别为

(

)A.

,水平向右

B.

,水平向左C.

,水平向右

D.

,水平向右解析点电荷-q产生的电场在a点的电场强度大小为Ea=

,方向水平向右,依题意可知薄板产生的电场在a点的场强大小为

,方向水平向左,结合对称性可得其在b点的场强大小也为

,方向水平向右。故选A。拓展二带电粒子运动轨迹与能量综合问题的处理1.带电粒子运动轨迹的分析1)在粒子的轨迹上选一点(一般选初始点),过该点作轨迹的切线,切线方

向即速度方向。2)过该点作电场线的切线,电场线的切线方向即场强方向,标出可能受电

场力的两个方向。3)根据粒子偏转的方向,利用曲线运动的条件,判定电场力的方向(受力方

向指向轨迹的凹侧)。4)利用判断出的电场力方向与场强方向的关系,判定粒子的电性。5)利用电场力方向与速度方向的夹角θ,判断电场力所做功的正负、电势

能变化及动能变化情况。2.电势能大小的判断方法1)做功角度判断:电场力做正功,电势能减小;电场力做负功,电势能增大。2)电荷电性角度判断:正电荷周围电势高,越接近正电荷电势越大;负电荷

周围电势低,越接近负电荷电势越小。正电荷在电势高的地方电势能大,

负电荷在电势低的地方电势能大。3)能量守恒角度判断:在电场中,若只有电场力做功,电荷的动能和电势能

相互转化,动能增大时,电势能减小,反之,电势能增大。【例2】如图,一带电粒子q在电场中运动的轨迹为MN。不考虑重力作

用,求:(1)q的电性;(2)从M到N电势能怎样变化?动能怎样变化?解析(1)过M点作电场线的切线得场强方向,粒子受到的电场力方向向左

或向右。由MN向右弯曲及曲线运动条件可知粒子所受电场力方向向右,

与电场方向一致。可得q带正电。(2)过M点作轨迹的切线,得粒子在该点的速度方向。由v与F的夹角小于9

0°,可知电场力做正功,电势能减小。由动能定理有W电=W合=ΔEk,可知带电

粒子从M到N动能增加。拓展三电容器的综合分析1.平行板电容器的动态分析与能量分析核心公式:C=

,Q=CU,E=

=

。1)电压U不变(始终与电源相连接)2)电荷量Q不变(充电后与电源断开)【例3】一水平放置的平行板电容器的两极板间距为d,极板分别与电池

两极相连,上极板中心有一小孔(小孔对电场的影响可忽略不计)。小孔正

上方

处的P点有一带电粒子,该粒子从静止开始下落,经过小孔进入电容器,并在下极板处(未与极板接触)返回。若将下极板向上平移

,则从P点开始下落的相同粒子将

(

)A.打到下极板上B.在下极板处返回C.在距上极板

处返回D.在距上极板

d处返回解析设板间电压为U,场强为E,则E=

,由动能定理得mg·

d-qEd=0,将下极板向上平移

后,U不变,d'=

d,则E'=

=

E,设粒子在距上极板x处返回,则mg(

+x)-qE‘x=0,联立解得x=

d,故D正确。2.电容器的充电与放电过程1)充电过程2)放电过程电压电荷量电流逐渐增大U-t图线斜率逐渐减小逐渐增大q-t图线斜率逐渐减小逐渐减小I-t图线斜率逐渐减小I轴截距反映电阻大小电压电荷量电流逐渐减小U-t图线斜率逐渐减小逐渐减小q-t图线斜率逐渐减小逐渐减小I-t图线斜率逐渐减小I轴负半轴最大值反映电阻大小【注意】I-t图线与横轴围成的面积表示电荷量,q-t图线的斜率表示瞬时

电流。【例4】用传感器观察电容器放电过程的实验电路如图甲所示,电源电

动势为8V、内阻忽略不计。先使开关S与1端相连,稍后掷向2端,电流传

感器将电流信息传入计算机,屏幕上显示的电流随时间变化的i-t图像如

图乙所示。下列说法正确的是

(

)

A.图乙中画出的靠近i轴的竖直狭长矩形面积表示电容器所带的总电荷

量B.电容器在全部放电过程中释放的电荷量约为20CC.电容器在全部放电过程中释放的电荷量约为4.0×10-4CD.电容器的电容约为400μF解析根据q=it可知,图线与横轴围成的面积表示电容器所带的总电荷量,

故A错误;纵坐标的每个小格为0.2mA,横坐标的每个小格为0.4s,则每个

小正方形所代表的电荷量数值为q=0.2×10-3×0.4C=8×10-5C,曲线下包含

的小正方形的个数约为40,则电容器所带的电荷量Q=40×8×10-5C=3.2×10

-3C,故B、C错误;电容器的电容C=

=400μF,故D正确。拓展四电场中的图像问题1.v-t图像:根据v-t图像中速度的变化、斜率绝对值的变化(即加速度大小

的变化),确定电荷所受电场力的方向与电场力的大小变化情况,进而确定

电场的方向、电势的高低及电势能的变化。2.φ-x图像:电场强度的大小等于φ-x图线斜率的绝对值,电场强度为零处,φ

-x图线切线的斜率为零。在φ-x图像中可以直接判断各点电势的大小,并

可根据电势大小关系大致确定电场强度的方向。在φ-x图像中分析电荷

移动时做功的正负,可用WAB=qUAB分析WAB的正负。3.E-x图像:根据给出的E-x图像,确定E的方向,再在草纸上画出对应电场线

的大致方向,根据E-x的大小变化,确定电场的强弱分布,E-x图线与横轴围

成的面积表示电势差。4.Ep-x图像:根据给出的Ep-x图像,确定电场力的大小与方向,亦可以变换为

E-x图像确定电场的强弱分布。【例5】(多选)如图甲所示,在某电场中建立x坐标轴,A、B为x轴上的两

点,xA、xB分别为A、B两点在x轴上的坐标值。一电子仅在电场力作用下

沿x轴运动,该电子的电势能Ep随其坐标x变化的关系如图乙所示,则下列

说法中正确的是

(

)

A.该电场一定不是孤立点电荷形成的电场B.A点的电场强度小于B点的电场强度C.电子由A点运动到B点的过程中电场力对其所做的功W=EpA-EpBD.电子在A点的动能小于在B点的动能解析由图乙可知,电子在A、B两点的电势能分别为EpA和EpB,且EpB>EpA,说

明电子由A运动到B时电势能增大,电场力做负功,电场力对其所做的功为

W=EpA-EpB,C正确;电场力做负功,故动能减小,则电子在A点的动能大于在

B点的动能,D错误;如图乙所示,电子的电势能是均匀增大的,说明电势是

均匀减小的,故这一定是匀强电场,不是孤立点电荷形成的电场,A正

确;A、B两点的电场强度相等,B错误。【例6】(多选)两电荷量分别为q1和q2的点电荷固定在x轴上的A、B两点,

两点电荷连线上各点电势φ随坐标x变化的关系图像如图所示,其中P点电

势最高,且xAP<xPB,则

(

)A.q1和q2都是负电荷B.q1的电荷量大于q2的电荷量C.在A、B之间将一负点电荷沿x轴从P点左侧移到右侧,电势能先减小后

增大D.一点电荷只在电场力作用下沿x轴从P点运动到B点,加速度逐渐变小解析由题图知,越靠近两点电荷,电势越低,则q1和q2都是负电荷,故A项正

确;φ-x图像的斜率表示电场强度,则P点场强为零,据场强的叠加知两点电

荷在P处产生的场强等大反向,即k

=k

,又xAP<xPB,所以q1的电荷量小于q2的电荷量,故B项错误;由题图知,在A、B之间沿x轴从P点左侧到右侧,

电势先增加后减小,则负点电荷的电势能先减小后增大,故C项正确;φ-x图

像的斜率表示电场强度,则沿x轴从P点到B点,场强逐渐增大,据a=

可知,点电荷只在电场力作用下沿x轴从P点运动到B点,加速度逐渐增大,故

D项错误。应用一示波器中的物理学应用——探究带电粒子在电场中的运动1.电子从电子枪灯丝表面逸出,进入阴极与阳极所处空间区域Ⅰ的加速

电场。

动力学分析a0=

;

-0=2a0d0能量分析qU0=

m

2.电子进入YY'、XX'所处空间区域Ⅱ的偏转电场后做类平抛运动,在垂直

于场强方向上做匀速直线运动,沿场强方向做初速度为零的匀加速直线

运动。水平方向:x=v0t。竖直方向:y=

at2加速度:a=

场内:tanθv=

=2

=2tanθx【注意】速度的反向延长线通过水平位移的中点。3.电子进入无电场的区域Ⅲ做匀速直线运动。tanθv=

【例1】如图为真空示波管的示意图,电子从灯丝K发出(初速度可忽略不

计),经灯丝与A板间的电场加速后,从A板中心孔沿中心线KO射出,然后进

入两块平行金属板M、N间的偏转电场(电子进入时的速度方向与该电场

方向垂直),离开偏转电场后打在荧光屏上的P点。已知K、A间的加速电

压为U1,M、N两板间的偏转电压为U2,两板间的距离为d,板长为L,电子的

质量为m,电荷量为e,不计电子所受的重力及它们之间的相互作用力。

(1)求电子穿过A板时速度的大小v0;(2)求电子从偏转电场射出时的侧移距离y;(3)如果仅使偏转电压减半,即

=

,为使电子仍打在荧光屏上的P点,则加速电压应当调整为U1',求

。解析(1)在加速电场中有:eU1=

m

可得:v0=

(2)在偏转电场中,设飞行时间为t,加速度为a,则水平方向有:L=v0t竖直方向有:y=

at2又F=Ee=ma,其中E=

,则a=

可得:y=

(3)设PO的长度为y',电子飞出偏转电场时的速度偏转角为θ,竖直分速度为vy,偏转电场右端到荧光屏的水平距离为s,则y'=y+stanθ,tanθ=

,vy=at可得:y'=

(L+2s)可见,要使y'不变,

应保持不变,所以

=

应用二静电除尘器的工作原理分析——带电微粒在电场中的运动静电除尘是气体除尘方法的一种。含尘气体经过高压静电场时被

电解分离,尘粒与负离子(电子)结合带上负电后,趋向阳极表面放电而沉

积。在冶金、化学等工业中常用静电除尘净化气体或回收有用尘粒。带电微粒在电场中的运动与带电粒子在电场中的运动规律相同,但在对

带电微粒进行受力分析时,不能忽略微粒所受重力。【例2】(多选)如图为静电除尘器除尘机理的示意图。尘埃在电场中通

过某种机制带电,在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积,以达到除尘的

目的。下列表述正确的是

(

)A.到达集尘极的尘埃带负电B.电场方向由集尘极指向放电极C.带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同D.同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越小解析由图示