2026年高考总复习优化设计一轮复习物理（人教版）-第1讲　静电场及其应用

第1讲

静电场及其应用第七章高中总复习优化设计GAOZHONGZONGFUXIYOUHUASHEJI2026课标要求1.通过实验,了解静电现象。能用原子结构模型和电荷守恒的知识分析静电现象。2.知道点电荷模型。知道两个点电荷间相互作用的规律。体会探究库仑定律过程中的科学思想和方法。3.知道电场是一种物质。了解电场强度,体会用物理量之比定义新物理量的方法。会用电场线描述电场。4.了解生产生活中关于静电的利用与防护。5.知道静电场中的电荷具有电势能。了解电势能、电势和电势差的含义。知道匀强电场中电势差与电场强度的关系。能分析带电粒子在电场中的运动情况,能解释相关的物理现象。

6.观察常见的电容器,了解电容器的电容,观察电容器的充、放电现象。能举例说明电容器的应用。备考指导1.正确理解电场强度、库仑定律等,形成正确的物理观念,能分析解答静电场中的力学问题;结合等量同种电荷与等量异种电荷电场的分布认识电场线、等势面,构建正确的物理模型。2.正确理解电场中静电力做功、电势能、电势与电势差间的关系,重视比较记忆,形成正确的物理观念;能结合数学知识分析解答匀强电场中电势差与电场强度关系的问题,培养科学思维。3.掌握探究电容器充放电的方法,培养科学探究能力;正确认识电容器、电容等,形成正确的物理观念,掌握分析电容器动态变化问题的分析方法,培养科学推理能力。4.掌握带电粒子在电场中加速与偏转问题的分析方法,重视物理模型的建构,培养科学推理能力,重视科学思维的培养。5.本章内容与日常生活、生产、现代科学技术紧密结合,在学习过程中重视新背景问题的研究,建立正确的物理观念,培养科学思维,重视科学探究。内容索引0102第一环节必备知识落实第二环节关键能力形成03第三环节核心素养提升第一环节必备知识落实知识点一库仑定律

电荷守恒定律1.点电荷有一定的电荷量,忽略形状和大小的一种理想化模型。2.电荷守恒定律(1)起电方式:摩擦起电、接触起电、感应起电。(2)带电实质:物体带电的实质是得失电子。(3)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。(4)电荷的分配原则:两个形状、大小相同且带同种电荷的导体,接触后再分开,二者带相同电荷;若两导体原来带异种电荷,则电荷先中和,余下的电荷再平分。3.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。(3)适用条件:真空中的点电荷。

知识点二电场、电场强度、点电荷的电场强度1.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。2.电场强度(1)定义:放入电场中某点的电荷所受的静电力F与它的电荷量q之比。(2)公式:

。单位:N/C或V/m。3.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:E=________。4.电场强度的方向规定正电荷在电场中某点所受静电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。知识点三电场线1.定义为了形象地描述电场中各点电场强度的大小和方向,在电场中画出一系列的曲线,使曲线上各点的切线方向表示该点的电场强度方向,曲线的疏密表示电场强度的大小,这些曲线叫电场线,是假想的曲线,实际不存在。2.电场线的特点(1)电场线上每一点的切线方向与该点的电场强度方向一致。(2)静电场的电场线从正电荷或无穷远出发,终止于无穷远或负电荷。(3)电场线在电场中不相交、不闭合、不中断。(4)在同一电场中,电场线越密集的地方电场强度越大,电场线越稀疏的地方电场强度越小。(5)沿电场线的方向电势逐渐降低。(6)电场线和等势面在相交处垂直。追本溯源如图所示,两个质量均为m的完全相同的金属球壳A与B,其壳层的厚度和质量分布均匀,将它们固定于绝缘支架上,两球心间的距离为l,l为球壳外半径r的3倍。若使它们带上等量异种电荷,电荷量的绝对值均为Q,那么,计算A、B之间的万有引力F1时,A、B间的距离可以是球心距l,那么如果计算A、B之间的库仑力F2,能不能也这样处理?提示

虽然两球心间的距离l只有球壳外半径r的3倍,但由于其壳层的厚度和质量分布均匀,两球壳可看作质量集中于球心的质点,因此,可以应用万有引力定律求F1;由于A、B两球壳所带异种电荷相互吸引,使它们各自的电荷分布不均匀,即相互靠近的一侧电荷分布比较密集,又因两球心间的距离l只有其外半径r的3倍,不满足l远大于r的要求,故不能将两带电球壳看成点电荷,所以库仑定律不适用。【知识巩固】

1.思考判断(1)任何带电体的电荷量都是元电荷的整数倍。()(2)根据公式

得,当r→0时,有F→∞。()(3)相互作用的两个点电荷,电荷量大的,受到的库仑力也大。()(4)电场中某点的电场强度方向与负电荷在该点所受的静电力的方向相反。()(5)点电荷和电场线都是客观存在的。()(6)电场线的方向即为带电粒子的运动方向。()√××√××2.下列对库仑定律

的说法正确的是()A.首先测出常量k数值的是法拉第B.常量k的单位为N·m2/C2C.两点电荷的电荷量q1与q2的乘积越大,它们之间的静电力一定越大D.两点电荷的距离越大,它们之间的静电力一定越大B解析:库仑定律中常量k是由后人通过实验测出的,法拉第和库仑均未测出准确数值,A错误。根据库仑定律可得

,故常量k的单位为N·m2/C2,B正确。根据库仑定律可得,两点电荷之间的静电力大小与两点电荷的电荷量的乘积和它们间的距离都有关,只确定其中一个量的大小,而不知道另一量的大小时,不能确定静电力的大小,故C、D错误。3.某区域的电场线分布如图所示,下列说法正确的是()A.这个电场可能是正点电荷形成的B.D处没有电场线,所以电场强度为零C.点电荷q在A点所受的静电力比在B点所受静电力小D.负电荷在C点受到的静电力方向沿C点切线方向C解析:正点电荷的电场线是从正点电荷出发的直线,故A错误。电场线是为了更形象地描述电场而人为画出的,没有电场线的地方,电场强度不一定为零,故B错误。由题图知B点处电场线比A点处电场线密集,故EB>EA,所以点电荷在A处所受的静电力小于在B处所受的静电力,C正确。负电荷在C点所受静电力方向与C点切线方向相反,故D错误。第二环节关键能力形成能力形成点1库仑定律的理解及应用(自主悟透)整合构建1.对库仑定律的理解(1),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r→0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)原理图训练突破1.(多选)(2022·湖北新高考协作体高三质检)在光滑的水平桌面上有三个点电荷A、B、C,电荷量分别为+q1、-q2、+q3。若要保证三个点电荷在库仑力作用下保持静止,则它们电荷量应满足的关系是(

)AC2.如图所示,光滑绝缘圆环竖直放置,A、B、C为三个套在圆环上可自由滑动的空心带电小球。已知带正电荷的小球C位于圆环最高点,A和C的连线与竖直方向成30°角,B和C的连线与竖直方向成60°角,三个小球均处于静止状态。下列说法正确的是()A.A、B两小球均带正电荷B.A小球带正电荷,B小球带负电荷C解析:C小球受到重力、环的支持力以及A与B的库仑力,其中重力与支持力的方向在竖直方向上,水平方向有A对C的库仑力的分力与B对C的库仑力的分力,由共点力平衡的条件可知,A与B对C的作用力都是吸引力,或都是排斥力,则A与B的电性必定是相同的,它们之间的库仑力是斥力;A小球受到重力、环的支持力以及B、C的库仑力,重力的方向在竖直方向上,水平方向有支持力向右的分力、B对A的库仑力向左的分力、C对A的库仑力的分力,若A要平衡,则C对A的库仑力沿水平方向的分力必须向右,即C对A的作用力必须是吸引力,所以C与A的电性一定相反,A、B小球同带负电荷,故A、B错误。设环的半径为R,三个小球的电荷量分别为q1、q2和q3,由几何关系可得

;A与B对C的作用力都是吸引力,它们对C的作用力在水平方向的分力大小相等,能力形成点2对电场强度的理解与计算(师生共研)整合构建1.电场强度的性质2.电场强度的三个计算公式

3.等量同种点电荷的电场和等量异种点电荷的电场的电场强度比较【典例1】

如图所示,以O为圆心的圆周上有六个等分点a、b、c、d、e、f。等量正、负点电荷分别放置在a、d两处时,在圆心O处产生的电场强度大小为E。现改变a处点电荷的位置,关于O点的电场强度变化,下列叙述正确的是()A.移至c处,O处的电场强度大小不变,方向沿OeB.移至b处,O处的电场强度大小减半,方向沿OdC.移至e处,O处的电场强度大小减半,方向沿OcD.移至f处,O处的电场强度大小不变,方向沿Oe思维点拨关于O点对称的两个点电荷先叠加,最后再进行矢量合成,就可求出合电场强度。C归纳总结分析电场叠加问题的一般步骤电场强度是矢量,叠加时遵循平行四边形定则。分析电场的叠加问题的一般步骤是:(1)确定要分析计算的空间位置;(2)分析该点有几个分电场,确定各个分电场在该点的电场强度的大小和方向;(3)利用平行四边形定则求出各分电场强度的矢量和。训练突破3.(2024·江苏卷)在静电场中有a、b两点,试探电荷在两点的静电力F与电荷量q满足如图所示的关系,则a、b两点的电场强度大小关系是(

)DA.Ea=Eb

B.Ea=2EbC.Ea<Eb

D.Ea>Eb解析:根据F=Eq可知,图像斜率越大,电场强度越大,选项D正确。能力形成点3电场线的理解和应用(师生共研)整合构建1.电场线的应用(1)在同一电场里,电场线越密的地方电场强度越大。(2)电场线上某点的切线方向表示该点的电场强度方向。(3)沿电场线方向电势逐渐降低。(4)电场线和等势面在相交处互相垂直。2.电场线与轨迹问题判断(1)“运动与力两线法”——画出“速度”(运动轨迹在初始位置的切线)与“力”(在初始位置电场线的切线方向)两个矢量,从两者的夹角情况来分析曲线运动的情况。(2)“三不知时要用假设法”——电荷的正负、电场强度的方向或等势面电势的高低、电荷运动的方向,若已知其中的任意一个,可顺次向下分析判定各待求量;若三个都不知,则要用假设法分别讨论各种情况。【典例2】

某电场在直角坐标系中的电场线分布情况如图所示,O、P、M、N为电场中的四个点,其中P和M在一条电场线上,则下列说法正确的是()A.M点的电场强度小于N点的电场强度B.M点的电势高于N点的电势C.将一负电荷由O点移到M点电势能增加D.将一正电荷由P点无初速度释放,仅在静电力作用下,可沿PM电场线运动到M点思维点拨根据电场线的疏密判断电场强度的大小,根据沿电场线方向电势降低判断电势高低,根据静电力方向判断做功正负,并可判定运动情况。C解析:电场线密的地方电场强度大,由题图可知M点电场线比N点的密,所以M点的电场强度大于N点的电场强度,故A错误。沿电场线方向电势降低,所以M点的电势低于N点的电势,故B错误。将一负电荷由O点移到M点静电力做负功,所以电荷的电势能增加,故C正确。一正电荷从P点由静止释放,该电荷所受的静电力是变力,据曲线运动的条件,该电荷并不能沿电场线运动到M点,故D错误。训练突破4.如图所示,实线为不知方向的三条电场线,从电场中M点以相同速度垂直于电场线方向飞出A、B两个带电粒子,仅在静电力作用下的运动轨迹如图中虚线所示,则()A.A一定带正电,B一定带负电B.A的速度将减小,B的速度将增大C.A的加速度将减小,B的加速度将增大D.两个粒子的动能一个增大一个减小C解析:根据两粒子的偏转方向,可知两粒子带异种电荷,但无法确定其具体电性,选项A错误。由粒子受力方向与速度方向的关系,可判断静电力对两粒子均做正功,两粒子的速度、动能均增大,选项B、D错误。从两粒子的运动轨迹判断,A粒子经过的电场的电场线逐渐变稀,B粒子经过的电场的电场线逐渐变密,说明A的加速度减小,B的加速度增大,选项C正确。第三环节

核心素养提升多种方法计算电场强度电场强度有三个公式:

。在一般情况下可由上述公式计算电场强度,但在求解带电圆环、带电平面等一些特殊带电体产生的电场的电场强度时,上述公式无法直接应用。这时,如果转换思维角度,建构恰当的物理模型,灵活运用补偿法、微元法、对称法、等效法等方法,可以化难为易。考向1补偿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。【例1】

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为通过半球面顶点与球心O的轴线,在