2019年物理《复习方略》课件（鲁科版）选修3-1 第六章 第1讲电场力的性质的描述

1、选修3-1 第六章 静电场 第1讲 电场力的性质的描述,知识点 1 电荷守恒 点电荷 库仑定律 1.元电荷 元电荷e= _，带电体的电荷量都是元电荷的 _，单个质子、电子的电荷量与元电荷相同。,1.610-19 C,整数倍,2.电荷守恒定律 (1)内容： 电荷既不能创造，也不能消灭，只能从物体的一部分_到另 一部分，或者从一个物体_到另一个物体。在_的 过程中，电荷的总量_。 (2)三种起电方式： _； _； _。 (3)带电实质：物体带电的实质是_。,转移,转移,任何转移,不变,摩擦起电,感应起电,接触起电,得失电子,3.点电荷 代表带电体的有一定电荷量的点，是一种理想化模型，当带电 体本身

2、_和_对研究的问题影响很小时，可以将带电体 视为点电荷。点电荷的体积不一定很小，带电量也不一定很 少。,大小,形状,4.库仑定律,正比,反比,点电荷,相互排斥,相互吸引,知识点 2 静电场 电场强度、点电荷的场强 1.静电场 静电场是客观存在于电荷周围的一种_，其基本性质是对 放入其中的电荷有 _。 2.电场强度 (1)定义式：E=_，是_，单位：_或_。 (2)点电荷的场强：E=_。,物质,力的作用,矢量,N/C,V/m,(3)方向规定：_在电场中某点_为该点的电 场强度方向。 (4)电场叠加：多个电荷在空间某处产生的电场为各电荷在该 处所产生的电场强度的_。 (5)计算法则：遵循矢量合成法

3、则_。,正电荷,受力的方向,矢量和,平行四边形定则,知识点 3 电场线 1.定义 为了形象地描述电场中各点的电场强度的强弱及方向，在电 场中画出的一些曲线，曲线上每一点的切线方向都跟该点的 _方向一致，曲线的疏密表示_大小。,电场强度,电场强度,2.几种典型电场的电场线,3.特点 (1)电场线从_出发，终止于_或无限远处，或来自于无限远处，终止于_。 (2)电场线在电场中_。 (3)在同一电场中，电场线_的地方场强越大。 (4)电场线上某点的切线方向表示该点的_。 (5)沿电场线方向电势逐渐_。 (6)电场线和等势面在相交处_。,正电荷,负电荷,负电荷,不相交,越密,场强方向,降低,互相垂直,

4、【思考辨析】 (1)元电荷是自然界中带电量最小的电荷。( ) (2)两形状大小相同的带电量分别为Q1、-Q2的金属球，接触后 电量平均分配，即Q1=Q2 ( ) (3)根据公式 得，当r0时，有F。( ) (4)电场强度反映了电场力的性质，所以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。( ) (5)电场中某点的场强方向即为正电荷在该点所受的电场力的 方向。( ) (6)带电粒子的运动轨迹可能与电场线重合。( ) (7)电场线的方向即为带电粒子的运动方向。( ),分析:元电荷是电荷量，不是电荷，故(1)错；两形状大小相同 的带电量分别为Q1、-Q2的金属球，接触后电量先中和再平均分

5、 配，即Q1=Q2= 故(2)错；当带电体之间的距离r0 时，带电体就不能看成点电荷了，库仑定律不再适用，故(3) 错；电场强度反映了电场力的性质，与试探电荷的受力无关， 故(4)错；电场中正电荷在某点所受的电场力的方向为该点的 场强方向，故(5)对；带电粒子的运动轨迹可能与电场线重 合，也可能不重合，故(6)对，(7)错。,考点 1 电场强度的三个公式(三年2考) 对比分析 【考点解读】三个公式的比较,【典例透析1】(2013聊城模拟)如图所示，A、B、C、D、E是 半径为r的圆周上等间距的五个点，在这些点上各固定一个点电 荷，除A点处的电荷量为-q外，其余各点处的电荷量均为+q，则 圆心O

6、处( ) A.场强大小为 方向沿OA方向 B.场强大小为 方向沿AO方向 C.场强大小为 方向沿OA方向 D.场强大小为 方向沿AO方向,【解题探究】(1)各点电荷在O点产生的电场强度大小是否相等？方向如何？ 提示：大小相等，方向沿半径指向A点，背离B、C、D、E各点。 (2)若在A点放置的电荷量变为+q，则O点的合场强为多少？ 提示：根据矢量合成的平行四边形定则，可知在O点的合场强 为零。,【解析】选C。根据对称性，先假定在A点放上+q的点电荷，则 O点的场强为零，即B、C、D、E四个点电荷在O点的场强沿OA方 向，大小为 故O点的合场强为A点-q在O点产生的场强与 B、C、D、E四个+q在

7、O点产生的合场强的矢量和，即EO= 故C正确。,【互动探究】(1)若在圆周上等间距地分布n(n1)个相同的点电荷，则圆心处的合场强为多大？ (2)若该圆为带电量为+Q的均匀带电圆环，圆心处的场强为多大？ 【解析】(1)根据点电荷电场的对称性可知，n个相同的点电荷在圆心处的合场强为0。 (2)根据微元法可以把均匀带电圆环视为由很多点电荷组成，再根据电荷分布的对称性可知，圆心O处的电场强度为0。 答案：(1)0 (2)0,【总结提升】分析电场叠加问题的一般步骤 电场强度是矢量，叠加时应遵从平行四边形定则，分析电场的叠加问题的一般步骤是： (1)确定分析计算的空间位置； (2)分析该处有几个分电场，

8、先计算出各个分电场在该点的电场强度的大小和方向； (3)依次利用平行四边形定则求出矢量和。,考点 2 带电粒子的运动轨迹判断(三年4考) 拓展延伸 【考点解读】 (1)粒子所受合力的方向指向轨迹的凹侧，由此判断电场的方向或粒子的电性； (2)由电场线的疏密情况判断带电粒子的受力大小及加速度大小； (3)由功能关系判断速度变化：如果带电粒子在运动中仅受电场力作用，则粒子电势能与动能的总量不变，电场力做正功，动能增大，电势能减小。,【典例透析2】(2010新课标全国卷)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，图中直线ab为该收尘板的横截面。工作时收尘板带正

9、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，下列四幅图中可能正确的是(忽略重力和空气阻力)( ),【解题探究】(1)哪些因素可影响粉尘颗粒的运动轨迹？ 提示：受力方向、速度方向以及二者之间的夹角大小。 (2)粉尘颗粒只受电场力作用，能否逆着某一根电场线做曲线运动？为什么？ 提示：不能。如果逆着电场线运动，则粉尘颗粒的受力方向和运动方向恰好重合，它就会做直线运动，而并非曲线运动了。,【解析】选A。粉尘受力方向应该是电场线的切线方向，从静止开始运动时，带电粉尘颗粒一定做曲线运动，且运动曲线总是向电

10、场力一侧弯曲，由于惯性只能是A图那样，不可能偏向同一电场线内侧或沿电场线运动或振动，故不可能出现B、C、D图的情况。,【总结提升】电场线与带电粒子运动轨迹的关系 一般情况下带电粒子在电场中的运动轨迹不会与电场线重合，只有同时满足以下三个条件时，两者才会重合： (1)电场线为直线； (2)电荷初速度为零或速度方向与电场线平行； (3)电荷仅受电场力或所受其他力合力的方向始终与电场力方向相同或相反。,【变式训练】(2013吉安模拟)如图所 示，在真空区域、中存在两个匀强 电场，其电场线方向竖直向下，在区域 中有一个带负电粒子沿电场线以速度 v0匀速下落，并进入电场范围足够大的区。能描述粒子在两个电

11、场中运动的速度-时间图像的是(以v0方向为正方向)( ),【解析】选C。粒子匀速下落时电场力与重力平衡，有mg=qE1， 进入区域时电场力qE2qE1=mg，即粒子受合力向上，匀减速向下运动，速度减为零后向上加速。由于粒子在区域中的加速度不变，由v2=2as可知，达到电场区域分界线时，速度大小恰为v0且向上返回区域中，在此区域中粒子受力平衡，匀速向上运动，故本题选C。,【变式备选】如图所示，把一个带电 小球A固定在光滑的水平绝缘桌面上， 在桌面的另一处放置带电小球B。现给 B一个垂直AB方向的速度v0，下列说法中正确的是( ) A.若A、B为异种电荷，B球一定做圆周运动 B.若A、B为异种电荷

12、，B球可能做匀变速曲线运动 C.若A、B为同种电荷，B球一定做远离A的变加速曲线运动 D.若A、B为同种电荷，B球的动能一定会减小,【解析】选C。如果A、B为异种电荷，当A对B的库仑引力恰好提供B做圆周运动所需要的向心力时，B绕A做匀速圆周运动；当A对B的库仑引力大于或者小于B做圆周运动所需要的向心力时，则B将做向心运动或者做离心运动。如果A、B为同种电荷，则B受到A的库仑斥力将做远离A的变加速曲线运动，B球的动能逐渐增加，所以选项C正确。,考点 3 带电体的力电综合问题(三年5考) 解题技巧 【考点解读】解决力、电综合问题的一般思路,【典例透析3】(2013福州模拟)如图所示，光滑绝缘的细圆

13、管弯成半径为R的半圆形，固定在竖直面内，管口B、C的连线是水平直径。现有一带正电小球(可视为质点)从B点正上方的A点自由下落，A、B两点间距离为4R，从小球进入管口开始，整个空间中突然加上一个匀强电场，电场力在竖直方向上的分力大小与重力大小相等，结果小球从管口C处脱离圆管后，其运动轨迹最后经过A点。设小球运动过程中带电量没有改变，重力加速度为g，求：,(1)小球到达B点时的速度大小； (2)小球受到的电场力的大小和方向； (3)小球经过管口C处时对圆管壁的压力。,【解题探究】(1)电场力的竖直分力Fy=mg且方向向上，说明什么问题？ 提示：说明小球在离开C点后，竖直方向合力为零，在这一方向上将

14、做匀速运动。 (2)最后小球能经过A点，又说明什么问题？ 提示：说明小球的水平分力Fx方向是向左的，小球离开C点后做类平抛运动。,【解析】(1)小球从开始自由下落到管口B的过程中机械能守恒，故有：mg4R= mvB2 解得vB= (2)设电场力的竖直分力为Fy，水平分力为Fx，则Fy=mg(方向竖直向上)。小球从B运动到C的过程中，由动能定理得： Fx2R= mvB2- mvC2 小球从管口C处脱离圆管后做类平抛运动，由于其轨迹经过A 点，故有：,y=4R=vCt x=2R= axt2= 联立解得：Fx=mg 电场力的大小为 方向与竖直方向成45角偏左上方。 (3)小球经过管口C处时，向心力由

15、Fx和圆管的弹力N提供，设 弹力N的方向向左，则Fx+N= 解得：N=3mg(方向向左),根据牛顿第三定律可知，小球经过管口C处时对圆管壁的压力 为N=N=3mg，方向水平向右 答案：(1) (2) 与竖直方向成45角偏左上方 (3)3mg，方向水平向右,【总结提升】运动与受力的几个关系 (1)物体保持静止：F合=0 (2)做直线运动：匀速直线运动，F合=0 变速直线运动：F合0，且F合一定沿速度方向。 (3)做曲线运动：F合0，且F合总指向曲线凹的一侧。 (4)加速运动：F合与v夹角，090； 减速运动：90180。 (5)匀变速运动：F合=恒量。,【变式训练】(2011福建高考)反射式速调

16、管是常用的微波器件之一，它利用电子团在电场中的振荡来产生微波，其振荡原理与下述过程类似。如图所示，在虚线MN两侧分别存在着方向相反的两个匀强电场，一带电微粒从A点由静止开始，在电场力作用下沿直线在A、B两点间往返运动。已知电场强度的大小分别是E1=2.0103 N/C 和E2=4.0103 N/C，方向如图所示，带电微粒质量m=1.010-20 kg，带电量q=-1.010-9 C，A点距虚线MN的距离d1=1.0 cm，不计带电微粒的重力，忽略相对论效应。求：,(1)B点距虚线MN的距离d2； (2)带电微粒从A点运动到B点所经历的时间t。,【解析】(1)带电微粒由A运动到B的过程中，由动能

17、定理得|q|E1d1-|q|E2d2=0 解得d2= =0.50 cm (2)设微粒在虚线MN两侧的加速度大小分别为a1、a2，据牛顿第二定律有 |q|E1=ma1 |q|E2=ma2,设微粒在虚线MN两侧运动的时间分别为t1和t2，由运动学公式 d1= a1t12 d2= a2t22 t=t1+t2 联立解得t=1.510-8 s 答案：(1)0.50 cm (2)1.510-8 s,【典例透析】三个电荷量均为Q(正电)的小球质量均为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，如图所示，问：,【备选例题】,(1)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

18、小球都处于静止状态？其电荷量是多少？ (2)若中心电荷的电荷量在第(1)问基础上加倍，三个带电小球将加速运动，求其加速度的大小； (3)若中心电荷的电荷量在第(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，求它们旋转的线速度的大小。,【规范解答】(1)根据对称性，A、B、C每个点电荷受其他两个 电荷的库仑力的合力沿中心线向外，所以要使三个带电小球都 处于静止平衡状态，必须在O点放上负电荷，根据平衡条件列 方程可得： 所以q=,(2)对任意小球由牛顿第二定律得： (3)对任意小球由牛顿第二定律得： 答案：(1)负电荷 (2)三个带电小球加速度大小均为 (3)三个带电

19、小球旋转的线速度大小均为,三电荷平衡模型 1.模型构建 对由三个自由电荷组成的系统，且它们仅靠彼此间的静电力作 用而处于平衡状态，该系统即为三电荷平衡模型。 2.模型条件 (1)三个点电荷共线。 (2)三个点电荷彼此间仅靠电场力作用达到平衡，不受其他外力。 (3)任意一个点电荷受到其他两个点电荷的电场力大小相等，方 向相反，为一对平衡力。,3.模型特点 (1)“三点共线”三个点电荷分布在同一直线上。 (2)“两同夹异”正负电荷相互间隔。 (3)“两大夹小”中间电荷的电荷量最小。 (4)“近小远大”中间电荷靠近电荷量较小的电荷。,【典例】如图所示三个点电荷q1、q2、q3在一条直线上，q2和 q

20、3的距离为q1和q2距离的两倍，每个点电荷所受静电力的合力 为零，由此可以判定，三个点电荷的电荷量之比q1q2q3为 ( ) A.(-9)4(-36) B.9436 C.(-3)2(-6) D.326,【深度剖析】选A。由三电荷平衡模型的特点“两同夹异”可 知，q1和q3为同种电荷，它们与q2互为异种电荷，设q1和q2距 离为r，则q2和q3的距离为2r，对于q1有 则有 对q3有 所以 考虑到各电荷的电 性，故A正确。,【名师指津】在利用三电荷平衡模型求解问题时应注意以下两点： (1)本类题目易误认为只要三个点电荷达到平衡就以为是“三电荷平衡模型”，而没有分析是否满足模型成立的条件。如虽然三

21、个点电荷已达到平衡，但若其中某个点电荷受到了外力作用，仍不是“三电荷平衡模型”。 (2)原则上对于三个点电荷中的任意两个进行受力分析，列平衡方程，即可使问题得到求解，但选哪两个点列平衡方程往往求解难度不同，要根据不同的题目进行选取。,【变式训练】在一条直线上有两个相距为0.4 m的点电荷A、 B，A在B的左边，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的带电性质及位置可能是( ) A.正 B的右边 B.正 B的左边 C.负 A的左边 D.负 A的右边 【解析】选C。A、B、C三个电荷构成三电荷平衡模型， 根据“两同夹异”和“两大夹小

22、”的原则知，只有C项正确。,【双基题组】 1.(2013福州模拟)如图所示，叠放在一起 的A、B两绝缘小物块放在水平向右的匀强电 场中，其中B带+Q的电量，A不带电；它们一 起沿绝缘水平面以某一速度匀速运动。现突 然使B带电量消失，A带上+Q的电量，则A、B的运动状态可能 为( ) A.一起匀速 B.一起加速 C.一起减速 D.A加速，B匀速,【解析】选A。开始匀速运动时电场力QE与地面的摩擦力大小相等，当B带电量消失而A带上+Q电量时，A、B整体受向右的电场力仍为QE，若二者不相对滑动，则一起向右匀速运动；若发生相对滑动，则A加速，B减速，故只有选项A正确。,2.如图所示，A、B为两个固定的

23、等量的同种正电荷，在它们连线的中点处有一个可以自由运动的正电荷C，现给电荷C一个垂直于连线的初速度v0，若不计电荷C所受的重力，则关于电荷C运动过程中的速度和加速度情况，下列说法正确的是( ) A.加速度始终增大 B.加速度先增大后减小 C.速度始终增大，最后趋于无穷大 D.速度始终增大，最后趋于某有限值,【解析】选B、D。根据极限分析法：在A、B连线的中点和无限远处的场强都为零，所以从连线中点沿中垂线到无限远的过程中电场强度先增大后减小，加速度先增大后减小，电场力始终对C做正功，正电荷C所具有的电势能和动能之和不变，无限远处电势能为零，动能趋于一定值，故正确答案为B、D。,3.(2012上海高考)A、B、C三点在同一直线上，ABBC =12，B点位于A、C之间，在B处固定一电荷量为Q