高考物理總復(fù)習 第六章 第一講 庫侖定律 電場的力的性質(zhì)課件 新人教版選修31

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1、考綱要求考綱要求考綱解讀考綱解讀物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)、電荷守恒物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)、電荷守恒靜電現(xiàn)象的解釋靜電現(xiàn)象的解釋 點電荷點電荷 庫侖定律庫侖定律 靜電場靜電場 電場強度、點電荷的場強電場強度、點電荷的場強電場線電場線 本部分涉及基本概念較多，本部分涉及基本概念較多，也是靜電學的基礎(chǔ)，高考試題也是靜電學的基礎(chǔ)，高考試題中既有對基本概念和規(guī)律的考中既有對基本概念和規(guī)律的考查，又有綜合性較強的計算題查，又有綜合性較強的計算題，往往與力學的平衡問題、運，往往與力學的平衡問題、運動學、功能關(guān)系、牛頓運動定動學、功能關(guān)系、牛頓運動定律等有機地結(jié)合起來，考查學律等有機地結(jié)合起來，考查學生對力學、電學有關(guān)知識的理生對

2、力學、電學有關(guān)知識的理解和掌握的熟練程度解和掌握的熟練程度電勢能，電勢電勢能，電勢 電勢差電勢差 勻強電場中電勢差與電場強勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系度的關(guān)系 電勢能、電勢和電勢差是描述電場能的性電勢能、電勢和電勢差是描述電場能的性質(zhì)的物理量，常常與功能關(guān)系結(jié)合在一起解決質(zhì)的物理量，常常與功能關(guān)系結(jié)合在一起解決有關(guān)力電綜合問題有關(guān)力電綜合問題. 題目一般結(jié)合電場線、等題目一般結(jié)合電場線、等勢面、功能關(guān)系考查各物理量之間的關(guān)系勢面、功能關(guān)系考查各物理量之間的關(guān)系. 計計算題一般與牛頓第二定律、功能關(guān)系、磁場等算題一般與牛頓第二定律、功能關(guān)系、磁場等知識結(jié)合，考查學生綜合應(yīng)用知識的能力，難知識

3、結(jié)合，考查學生綜合應(yīng)用知識的能力，難度較大度較大帶電粒子在勻強電場中的運帶電粒子在勻強電場中的運動動 示波管示波管 常用電容器常用電容器 電容器的電壓、電荷量和電電容器的電壓、電荷量和電容的關(guān)系容的關(guān)系 本部分為歷年高考的重點之一，特別是在本部分為歷年高考的重點之一，特別是在力、電綜合試題中巧妙地把電場性質(zhì)與牛頓運力、電綜合試題中巧妙地把電場性質(zhì)與牛頓運動定律、運動學、運動的合成與分解、功能關(guān)動定律、運動學、運動的合成與分解、功能關(guān)系及交變電流等知識有機地結(jié)合起來，可以很系及交變電流等知識有機地結(jié)合起來，可以很好地考查學生對力學、電學有關(guān)知識的理解和好地考查學生對力學、電學有關(guān)知識的理解和掌握

4、程度掌握程度. 另外還應(yīng)注意此部分知識與科技前另外還應(yīng)注意此部分知識與科技前沿、生活實際等的聯(lián)系，如靜電除塵、電容式沿、生活實際等的聯(lián)系，如靜電除塵、電容式傳感器、靜電噴繪等，這些都可以成為新情景傳感器、靜電噴繪等，這些都可以成為新情景綜合問題的命題素材綜合問題的命題素材.(對應(yīng)學生用書P103)一、點電荷、電荷守恒()1點電荷、元電荷(1)元電荷：e1.61019_C，所有帶電體的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍，其中質(zhì)子、正電子的電荷量與元電荷相同電子的電荷量q1.61019_C.(2)點電荷：代表帶電體的有一定電荷量的點，忽略帶電體的大小和形狀的理想化模型2電荷守恒定律(1)內(nèi)容：電荷既不能創(chuàng)生

5、，也不能消失，只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，在轉(zhuǎn)移的過程中電荷的總量保持不變(2)起電方法：摩擦起電、感應(yīng)起電、接觸起電(3)帶電實質(zhì)：物體帶電的實質(zhì)是得失電子(4)電荷的分配原則：兩個形狀、大小相同的導(dǎo)體，接觸后再分開，二者帶相同電荷；若兩導(dǎo)體原來帶異種電荷，則電荷先中和，余下的電荷再平分問題探究1電荷量、元電荷、點電荷和試探電荷，它們有何區(qū)別和聯(lián)系？提示電荷量是物體帶電的多少，電荷量只能是元電荷的整數(shù)倍；元電荷不是電子也不是質(zhì)子，而是最小的電荷量，電子和質(zhì)子帶最小的電荷量，即e1.61019 C；點電荷要求“線度遠小于研究范圍的空間尺度”，是一種理想化的

6、模型，對其帶電荷量無限制；試探電荷要求放入電場后對原來的電場不產(chǎn)生影響，且要求在其占據(jù)的空間內(nèi)場強“相同”，故其應(yīng)為帶電量“足夠小”的點電荷二、庫侖定律()1內(nèi)容：真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力，跟它們的電荷量的乘積成正比，跟它們之間的距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上3適用條件：真空中的點電荷，空氣中也可以近似使用電荷間的作用力遵守牛頓第三定律，即無論q1、q2是否相等，兩個電荷之間的靜電力一定是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上問題探究2當計算兩個帶電金屬球之間的靜電力時，兩個電荷之間的距離一定等于兩球心之間的距離嗎？提示(1)當兩個小球之間的距離遠大于小球的直徑時，可

7、把金屬球看做點電荷，兩電荷之間的距離等于兩球心之間的距離(2)當兩小球之間的距離與小球的直徑差別不大時，不能把小球當成點電荷，若兩金屬球帶同種電荷，由于電荷的排斥，實際距離將大于兩球心之間的距離；若兩金屬球帶異種電荷，由于電荷的吸引，實際距離將小于兩球心之間的距離三、靜電場()、電場強度、點電荷的場強()1電場(1)定義：存在于電荷周圍，能傳遞電荷間相互作用的一種特殊物質(zhì)(2)基本性質(zhì)：對放入其中的電荷有力的作用2電場強度(1)定義：放入電場中某點的試探電荷所受的電場力F與它的電荷量q的比值(3)意義：描述電場強弱和方向的物理量(4)方向：規(guī)定正電荷在電場中所受電場力的方向為電場強度的方向，是

8、矢量四、電場線()1電場線為了直觀形象地描述電場中各點的強弱及方向，在電場中畫出的一條條有方向的曲線，曲線上任一點的切線方向表示該點的場強方向，曲線的疏密表示電場的強弱2電場線的特點(1)電場線是為了形象地描述電場而假想的、實際不存在的理想化模型(2)電場線始于正電荷(或無窮遠)，終于無窮遠或負電荷，是不閉合曲線(3)任意兩條電場線都不相交(4)電場線的疏密表示電場的強弱，某點的切線方向表示該點的場強方向(5)勻強電場中的電場線是等間距的平行線3幾種典型電場的電場線孤立的正電荷、孤立的負電荷、等量異種電荷、等量同種電荷、正點電荷與大金屬板間、帶等量異種電荷的平行金屬板間的電場線分別如下圖甲、乙

9、、丙、丁、戊、己所示電場中某點電場強度的大小和方向與該點放不放試探電荷以及所放試探電荷的電荷量大小和電性無關(guān)，完全由電場本身決定問題探究3電場線是帶電粒子的運動軌跡嗎？提示電場線只能描述電場的方向及定性地描述電場的強弱，并不是帶電粒子在電場中的運動軌跡. 帶電粒子在電場中的運動軌跡是由帶電粒子受到的合外力情況和初速度情況來決定要點一電場強度的疊加原理及三個表達式的比較1.疊加原理：多個點電荷在電場中某點的電場強度為各個點電荷單獨在該點產(chǎn)生的電場強度的矢量和，這種關(guān)系叫電場強度的疊加. 電場強度的疊加遵守平行四邊形定則2場強的三個表達式的比較求解電場強度問題時，要注意空間場源電荷的數(shù)量及位置和所

10、選取的場強公式的適用條件 (2011重慶)如圖所示，電荷量為q和q的點電荷分別位于正方體的頂點，正方體范圍內(nèi)電場強度為零的點有()A體中心、各面中心和各邊中點B體中心和各邊中點C各面中心和各邊中點D體中心和各面中心解析由點電荷的場強公式及電荷的對稱分布，可推斷出在正方體范圍內(nèi)電場強度為零的點為體中心和各面中心答案D要點二對電場線的進一步認識1.電場線與帶電粒子在電場中的運動軌跡的關(guān)系根據(jù)電場線的定義，一般情況下，帶電粒子在電場中的運動軌跡不會與電場線重合，只有同時滿足以下三個條件時，兩者才會重合；(1)電場線為直線；(2)電荷的初速度為零，或速度方向與電場線平行；(3)電荷僅受電場力或所受其他

11、力的合力的方向與電場線平行2等量點電荷的電場線比較比較比較等量異種點電荷等量異種點電荷等量同種點電荷等量同種點電荷電場線分布圖電場線分布圖連線中點連線中點O處的場強處的場強最小，指向負電荷一方最小，指向負電荷一方 為零為零連線上的場強大小連線上的場強大小沿連線先變小，再變大沿連線先變小，再變大沿連線先變小，再沿連線先變小，再變大變大沿中垂線由沿中垂線由O點向外場強點向外場強大小大小O點最大，向外逐漸減點最大，向外逐漸減小小O點最小，向外先變點最小，向外先變大后變小大后變小關(guān)于關(guān)于O點對稱的點對稱的A與與A、B與與B的場強特點的場強特點等大同向等大同向等大反向等大反向兩帶電荷量分別為q和q的點電

12、荷放在x軸上，相距為L，能正確反映兩電荷連線上場強大小E與x關(guān)系的是圖()解析根據(jù)兩等量異種點電荷周圍的電場線可直觀地看出，連線的中點場強最小，但不為零，關(guān)于中點對稱的兩點場強大小相等，方向相同，所以兩點電荷的連線上的場強先減小后增大，A正確答案A(對應(yīng)學生用書P105)題型一庫侖定律與力學知識的綜合分析帶電體的動力學問題與力學中分析普通物體的動力學問題方法是一樣的，學會把電學問題力學化. 其基本解題思路：(1)確定研究對象. 如果有幾個帶電體相互作用，要依據(jù)題意，適當選用“整體法”或“隔離法”(一般先整體后隔離)(2)對研究對象進行正確受力分析并畫出受力分析圖(3)列平衡方程(F合0或Fx0

13、，F(xiàn)y0)或根據(jù)牛頓第二定律列方程求解(有時會用到動量守恒定律，動能定理等) 例1 (18分)(2011鎮(zhèn)江質(zhì)檢)如圖所示，用三根長度相同的絕緣細線將三個帶電小球連接后懸掛在空中. 三個帶電小球的質(zhì)量相等，A球帶正電平衡時三根絕緣細線都是直的，但拉力都為零(1)指出B球和C球分別帶何種電荷；并說明理由(2)若A球帶電荷量為Q，則B球所帶電荷量為多少？(3)若A球帶電荷量減小，B、C兩球帶電荷量保持不變，則細線AB、BC中的拉力分別如何變化？思路誘導(dǎo)本題分析小球帶電的電性和所帶的電荷量，實際上是分析電荷之間的庫侖力. 對A、B、C三者組成的系統(tǒng)來說，電荷之間的庫侖力和球之間細線的拉力是系統(tǒng)的內(nèi)力

14、，往往應(yīng)用隔離法進行研究. 本題分別以A、B、C單獨研究，應(yīng)用平衡條件，很容易得到小球帶電的電性和所帶的電荷量，以及細線拉力的變化解題樣板設(shè)A、B、C三小球帶電荷量分別為qA、qB、qC.(1)要使三根細線伸直且其中的拉力為0，則B、C兩球關(guān)于豎直線對稱，且?guī)N電荷單獨對B球研究，受重力，C球?qū)球的向左的庫侖力由平衡條件可知，A球?qū)球必然是引力，則B球帶_電所以C球、B球都帶_電荷(4分)(3)設(shè)A球與B球、B球與C球、A球與C球之間的細線拉力分別為FTAB、FTBC、FTAC，如圖乙所示OA細線拉力為FT，對A球、B球、C球整體分析，由平衡條件有FT_.(2分)由對稱性可知庫侖力FAB

15、FAC，拉力FTABFTAC(2分)對A球根據(jù)平衡條件有FTMAg2(FABFTAB)_(2分)答案(1)負負(2)FABcos60FBC(3)(MAMBMC)gcos30(2011浙江永嘉三校聯(lián)考)如圖所示，半徑為R的光滑絕緣圓環(huán)固定在豎直平面內(nèi)，在環(huán)的底端B點固定一個帶正電的小珠，環(huán)上邊套有一個質(zhì)量為m，帶與小珠等量正電荷的小球，現(xiàn)將小球從A點(半徑OA水平)由靜止釋放開始運動，當運動到C點(AOC30)時獲得的最大動能為Ekm，求：(1)小球在A點剛釋放時運動的加速度a；(2)小球從位置A運動到位置C的過程中所受靜電力做的功W；(3)小球在位置C時受到圓環(huán)對它的作用力題型二有關(guān)電場線和運

16、動徑跡問題解答這類問題，首先要根據(jù)帶電粒子的彎曲方向，判斷出受力情況；第二步，把電場線方向、受力方向與電性相聯(lián)系；第三步，把電場線疏密和受力大小、加速度大小相聯(lián)系，有時還要與等勢面聯(lián)系在一起 例2 (2011延吉月考)如右圖所示，圖中實線是一簇未標明方向的由點電荷產(chǎn)生的電場線，虛線是某帶電粒子通過該電場區(qū)域時的運動軌跡，a、b是軌跡上的兩點，若帶電粒子在運動過程中只受到電場力作用，根據(jù)此圖可以作出的正確判斷是()A帶電粒子所帶電荷的正、負B帶電粒子在a、b兩點的受力方向C帶電粒子在a、b兩點的加速度何處較大D帶電粒子在a、b兩點的速度何處較大思路誘導(dǎo)(1)由軌跡彎曲方向判斷電場力的方向(2)由

17、電場線的疏密判斷加速度的大小(3)根據(jù)動能定理分析速度的大小嘗試解答選B、C、D. 由電場線的疏密可知，a點的場強大，帶電粒子在a點的加速度大，故C正確；畫出初速度方向結(jié)合運動軌跡的偏轉(zhuǎn)方向，可判斷帶電粒子所受電場力的方向，但由于電場的方向未知，所以不能判斷帶電粒子的電性，故A錯，B對；利用初速度的方向和電場力方向的關(guān)系，可判斷帶電粒子由a到b做負功，動能減小，因此vavb，選項D正確答案BCD如圖所示，實線為不知方向的三條電場線，從電場中M點以相同速度垂直于電場線方向飛出a、b兩個帶電粒子，運動軌跡如右圖中虛線所示，則()Aa一定帶正電，b一定帶負電Ba的速度將減小，b的速度將增加Ca的加速

18、度將減小，b的加速度將增加D兩個粒子的動能，一個增加一個減小解析設(shè)電場線為正點電荷的電場線，則由軌跡可判定a帶正電，b帶負電若電場線為負點電荷的電場線，則a為負電荷，b為正電荷，A錯. 由粒子的偏轉(zhuǎn)軌跡可知電場力對a、b均做正功，動能增加，B、D錯，但由電場線的疏密可判定，a受電場力逐漸減小，加速度減小，b正好相反，選C.答案C題型三帶電體的力、電綜合問題 例3 (8分)如右圖所示，一根長L1.5 m的光滑絕緣細直桿MN，豎直固定在場強為E1.0105 N/C、與水平方向成30角的傾斜向上的勻強電場中，桿的下端M固定一個帶電小球A，電荷量Q4.5106C；另一帶電小球B穿在桿上可自由滑動，電荷

19、量q1.0106C，質(zhì)量m1.0102 kg. 現(xiàn)將小球B從桿的上端N靜止釋放，小球B開始運動(靜電力常量k9.0109 Nm2/C2，取g10 m/s2)求：(1)小球B開始運動時的加速度為多大？(2)小球B的速度最大時，距M端的高度h1為多大？思路誘導(dǎo)通過分析B球所受合力求解其加速度. 利用當a0時速度最大來求h1.如下圖所示，勻強電場方向與水平線間夾角30，斜向右上方，電場強度為E，質(zhì)量為m的小球帶負電，以初速度v0開始運動，初速度方向與電場方向一致(對應(yīng)學生用書P106)易錯點1：不理解電場強度的矢量性出錯(2010海南卷)如圖所示，M、N和P是以MN為直徑的半圓弧上的三點，O點為半圓

20、弧的圓心，MOP60.電荷量相等、符號相反的兩個點電荷分別置于M、N兩點，這時O點電場強度的大小為E1；若將N點處的點電荷移至P點，則O點的場強大小變?yōu)镋2.E1與E2之比為()易錯分析該題錯誤的主要原因是不清楚電場強度是矢量，不會利用平行四邊定則進行合成，錯選C或D項正確解答本題考查電場強度矢量的疊加設(shè)每一個點電荷單獨在O點產(chǎn)生的場強為E0；則兩點電荷在O點產(chǎn)生的場強矢量和為2E0；若將N點處的點電荷移至P點，假如N為負電荷，M為正電荷，產(chǎn)生的場強如圖所示，則合場強為E0.本題正確選項B.如圖，兩等量異號的點電荷相距為2a.M與兩點電荷共線，N位于兩點電荷連線的中垂線上，兩點電荷連線中點到M

21、和N的距離都為L，且La.略去(a/L)n(n2)項的貢獻，則兩點電荷的合電場在M和N點的強度()A大小之比為2，方向相反B大小之比為1，方向相反C大小均與a成正比，方向相反D大小均與L的平方成反比，方向相互垂直答案AC易錯點2：庫侖定律的運用出現(xiàn)錯誤，沒有注意到一個動態(tài)變化的過程如右圖所示，真空中A、B兩個點電荷的電荷量分別為Q和q，放在光滑絕緣水平面上，A、B之間用絕緣的輕彈簧連接. 當系統(tǒng)平衡時，彈簧的伸長量為x0. 若彈簧發(fā)生的均是彈性形變，則()A保持Q不變，將q變?yōu)?q，平衡時彈簧的伸長量等于2x0B保持q不變，將Q變?yōu)?Q，平衡時彈簧的伸長量小于2x0C保持Q不變，將q變?yōu)閝，平

22、衡時彈簧的縮短量等于x0D保持q不變，將Q變?yōu)镼，平衡時彈簧的縮短量小于x0如圖所示，在光滑的絕緣水平面上有A、B兩個完全相同的金屬小球，相距為r.現(xiàn)分別使它們帶上q和q的電荷量，則它們以相同的速率相向運動當它們發(fā)生彈性碰撞(碰撞時兩球速率互換，系統(tǒng)機械能守恒)后，以下說法正確的是()A兩球能夠同時回到原位置，且速率相等，并小于原來的速率B兩球能夠同時回到原位置，且速率相等，并大于原來的速率C兩球不能同時回到原位置，且A球回到原位置的速率大于B球回到原位置的速率D兩球不能同時回到原位置，且A球回到原位置的速率小于B球回到原位置的速率解析碰前兩球之間存在庫侖引力，而且引力做正功，兩球速度變大、機

23、械能增加該過程雖然兩球的加速度有變化，但是兩球的加速度一直大小相等、方向相反，所以兩球在中點相遇，而且碰前、碰后兩球速率相等都大于原來的速率碰撞時，兩球的電荷中和，碰后兩球不再帶電，反向做勻速運動，同時回到出發(fā)點綜上所述，選項B正確答案B(對應(yīng)學生用書P107)1(2011南通市部分重點中學聯(lián)考)兩個相同的帶電金屬小球相距r時，相互作用力大小為F，將兩球接觸后分開，放回原處，相互作用力大小仍等于F，則兩球原來所帶電量和電性()A可能是等量的同種電荷B可能是不等量的同種電荷C可能是不等量的異種電荷D不可能是異種電荷答案AC2在如下圖所示的四種電場中，分別標記有a、b兩點其中a、b兩點電場強度大小

24、相等、方向相反的是()A甲圖中與點電荷等距的a、b兩點B乙圖中兩等量異種電荷連線的中垂線上與連線等距的a、b兩點C丙圖中兩等量同種電荷連線的中垂線上與連線等距的a、b兩點D丁圖中非勻強電場中的a、b兩點解析甲圖中與點電荷等距的a、b兩點，場強大小相同，方向不相反，A錯；對乙圖來說，根據(jù)電場線的疏密及對稱性可判斷，b點和a點場強大小、方向均相同，B錯；丙圖中兩等量同種電荷連線的中垂線上與連線等距的a、b兩點，場強大小相同，方向相反，C對；對丁圖來說，根據(jù)電場線的疏密可判斷，b點的場強大于a點的場強，D錯答案C3(2011新課標全國)一帶負電荷的質(zhì)點，在電場力作用下沿曲線abc從a運動到c，已知質(zhì)點的速率是遞減的關(guān)于b點電場強度E的方向，下列圖示中可能正確的是(虛線是曲線在b點的切線)()解析本題考查的是電場強度的概念和曲線運動，意在考查學生對物理基礎(chǔ)知識的理解題中質(zhì)點所帶電荷是負電荷，電場方向應(yīng)與負電荷受到的電場力方向相反，又因為質(zhì)點的速度是遞減的，因此力的方向應(yīng)與速度方向夾角大于90，故D正確答案D4(2011衡陽模擬)如圖所示，在豎直放置的光滑半圓弧形絕緣細管的圓心處放一點電荷Q，將質(zhì)量為m，帶電荷量為q的小球從圓弧管水平直徑的端點A由靜止釋放，當小球沿細管下滑到最低點時，對細管的上壁的壓力恰好與球重相同，求圓心處的電荷在圓弧管內(nèi)產(chǎn)生的電場的場強大小