高中物理 第1章 靜電與靜電場(chǎng)章末分層突破教師用書 魯科版選修1-1

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第1章 靜電與靜電場(chǎng) [自我校對(duì)] ①摩擦 ②感應(yīng) ③轉(zhuǎn)移 ④守恒 ⑤相斥 ⑥相吸 ⑦理想 ⑧F＝k ⑨9.0109_Nm2/C2 ⑩真空中，點(diǎn)電荷 ?特殊物質(zhì) ?E＝ ?E＝k ?正電荷 ?疏密 ?導(dǎo)走 ?靜電屏蔽 　 電荷守恒定律和庫(kù)侖定律的應(yīng)用 1.任何孤立系統(tǒng)的電荷總數(shù)保持不變．在一個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)部，電荷可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體．但是，在這個(gè)過程中系統(tǒng)總的電荷是不改變的． 2．庫(kù)侖定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式F＝k中k是靜電力常量；F是兩個(gè)點(diǎn)電荷間的靜電力，q1、q2是兩點(diǎn)電荷所帶的電荷量，r是兩點(diǎn)電荷間的距離．上式適用于真空中的點(diǎn)電荷，若計(jì)算靜電力時(shí)將電荷的電性符號(hào)代入，結(jié)果若F電>0表示電荷間為斥力，F(xiàn)電<0，表示電荷間為引力． 　有3個(gè)完全一樣的金屬小球A、B、C，A帶電荷量為7Q，B帶電荷量為－Q，C球不帶電，今將A、B固定起來(lái)，然后讓C反復(fù)與A、B球接觸，最后移去C球，求A、B的相互作用力變?yōu)樵瓉?lái)的多少？ 【解析】　在本題中C球不帶電，讓其分別與A、B接觸，三個(gè)小球滿足電荷守恒定律，電荷量會(huì)重新分配，最后三個(gè)小球都具有相同的電荷量．再分別利用庫(kù)侖定律求解在不同時(shí)刻的庫(kù)侖力即可． C與A、B反復(fù)接觸，最后A、B、C三者電荷量均分，即qA′＝qB′＝qC′＝＝2Q A、B間的作用力為 F′＝k＝ 原來(lái)A、B間作用力F＝k＝，所以＝.即為原來(lái)的. 【答案】　 電場(chǎng)、電場(chǎng)強(qiáng)度與電場(chǎng)線 1.電場(chǎng)的基本性質(zhì)是對(duì)放入其中的電荷有力的作用，無(wú)論電荷是靜止還是運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)方向如何．電場(chǎng)強(qiáng)度的定義就是抓住電場(chǎng)的這一性質(zhì)而導(dǎo)出的．并且通過電荷受的力與電荷量的比值，給出了定義式E＝.接著又結(jié)合庫(kù)侖定律給出了真空中點(diǎn)電荷電場(chǎng)的決定式E＝k.應(yīng)用時(shí)要注意它們的區(qū)別． 2．電場(chǎng)線是為了形象地描述電場(chǎng)而假想的線．它能形象地表示出電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向，并能清楚地描述不同種類的電場(chǎng)，如勻強(qiáng)電場(chǎng)、點(diǎn)電荷的電場(chǎng)、以及等量同種電荷、等量異種電荷的電場(chǎng)等． 　關(guān)于電場(chǎng)，下列敘述正確的是(　　) A．以點(diǎn)電荷為圓心、r為半徑的球面上，各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)都相同 B．正電荷周圍的電場(chǎng)一定比負(fù)電荷周圍的電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)大 C．在電場(chǎng)中某點(diǎn)放入檢驗(yàn)電荷q，該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為E＝F/q，取走q后，該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)不變 D．電荷所受電場(chǎng)力很大，該點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度一定很大 【解析】　場(chǎng)強(qiáng)是矢量，不僅有大小，而且有方向．以點(diǎn)電荷Q為圓心，半徑為r的球面上，場(chǎng)強(qiáng)的大小E＝kQ/r2，但方向不同，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤．在正電荷和負(fù)電荷周圍確定場(chǎng)強(qiáng)的方法相同，用檢驗(yàn)電荷q放到被考察點(diǎn)，q所受的電場(chǎng)力為F，那么E＝F/q.由此可見，何處場(chǎng)強(qiáng)大，何處場(chǎng)強(qiáng)小，與電荷的正負(fù)并沒有什么關(guān)系，故選項(xiàng)B也錯(cuò)誤．電場(chǎng)強(qiáng)度E是電場(chǎng)的性質(zhì)，檢驗(yàn)電荷是用來(lái)體現(xiàn)這一性質(zhì)的“工具”，就像用溫度計(jì)測(cè)量水的溫度一樣，溫度計(jì)插入水中，水的溫度就由溫度計(jì)顯示出來(lái)，取走溫度計(jì)，水的溫度仍然如此，不會(huì)消失，故C正確．E＝F/q一式中，E的大小并不是由F、q來(lái)決定的．在電場(chǎng)中某一點(diǎn)放入一檢驗(yàn)電荷q，那么q越大，F(xiàn)越大，而F/q這一比值將不變．故選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 【答案】　C  章末綜合測(cè)評(píng)(一)　靜電與靜電場(chǎng) (分值：100分　時(shí)間：60分鐘) 一、選擇題(本題共8個(gè)小題，每小題6分，共48分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有的小題只有一個(gè)選項(xiàng)正確，有的小題有多個(gè)選項(xiàng)正確．全部選對(duì)的得6分，選不全的得3分，有選錯(cuò)或不答的得0分．) 1．用毛皮摩擦橡膠棒，會(huì)使橡膠棒帶負(fù)電．摩擦前后，橡膠棒上的質(zhì)子數(shù)將(　　) A．增加　　　　　　 B．減少 C．不變 D．先增加后減少 【解析】　摩擦過程中，橡膠棒帶負(fù)電，是毛皮的電子轉(zhuǎn)移至橡膠棒上，而不是橡膠棒上的質(zhì)子減少所至，故C正確． 【答案】　C 2．如圖1所示，是點(diǎn)電荷Q周圍的電場(chǎng)線，以下判斷正確的是(　　) 圖1 A．Q是正電荷，A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大于B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度 B．Q是正電荷，A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度小于B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度 C．Q是負(fù)電荷，A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大于B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度 D．Q是負(fù)電荷，A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度小于B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度 【解析】　因電場(chǎng)線方向背離點(diǎn)電荷Q，故Q為正電荷；由于電場(chǎng)線的疏密表示場(chǎng)強(qiáng)的大小，A點(diǎn)電場(chǎng)線密，A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度就大，故選項(xiàng)A正確． 【答案】　A 3．關(guān)于點(diǎn)電荷，以下說(shuō)法正確的是(　　) A．所有的帶電體在任何情況下都可以看成點(diǎn)電荷 B．帶電體的大小和形狀對(duì)研究它們之間的作用力的影響可以忽略不計(jì)時(shí)，帶電體可以看成點(diǎn)電荷 C．通常把帶電小球看成點(diǎn)電荷，帶電小球靠得很近時(shí)，它們之間的作用力為無(wú)限大 D．以上說(shuō)法都不對(duì) 【解析】　帶電體的大小和形狀對(duì)研究它們之間的作用力的影響可以忽略不計(jì)時(shí)，帶電體才可以看成點(diǎn)電荷．故A錯(cuò)，B對(duì)；當(dāng)帶電小球靠得很近時(shí)，庫(kù)侖定律不適用，故C錯(cuò)；綜合以上可知D錯(cuò)． 【答案】　B 4．(2016龍巖高二測(cè)試)把一不帶電的金屬小球移近一個(gè)帶電的金箔驗(yàn)電器，金箔的張角將(　　) A．變大　　　　　　　 B．變小 C．不變 D．不能確定 【解析】　把一不帶電的金屬小球移近一個(gè)帶電的金箔驗(yàn)電器，金屬小球與驗(yàn)電器會(huì)帶上同種電荷，根據(jù)電荷守恒定律可知，驗(yàn)電器上帶電荷量將比原來(lái)的少，則金箔的張角將變小，故只有B正確． 【答案】　B 5.如圖2是模擬避雷針作用的實(shí)驗(yàn)裝置，金屬板M接高壓電源的正極，金屬板N接負(fù)極．金屬板N上有兩個(gè)等高的金屬柱A、B，A為尖頭，B為圓頭．逐漸升高電源電壓，當(dāng)電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，可看到放電現(xiàn)象．先產(chǎn)生放電現(xiàn)象的是(　　) 避雷針模擬實(shí)驗(yàn) 圖2 A．A金屬柱 B．B金屬柱 C．A、B金屬柱同時(shí) D．可能是A金屬柱，也可能是B金屬柱 【解析】　根據(jù)導(dǎo)體表面電荷分布與尖銳程度有關(guān)可知，A金屬柱尖端電荷密集，容易發(fā)生尖端放電現(xiàn)象，故選項(xiàng)A正確． 【答案】　A 6．雷雨天氣，應(yīng)謹(jǐn)防雷電，下面做法正確的是(　　) A．雷雨天氣外出時(shí)，可以在孤立的高大建筑物和大樹下避雨 B．雷雨天氣外出時(shí)，在空地上應(yīng)立即蹲下，以免成為雷電的襲擊目標(biāo) C．雷雨天氣外出時(shí)，可以在戶外打手機(jī) D．在室內(nèi)，如果聽到打雷，應(yīng)馬上關(guān)好門窗，以防雷電進(jìn)屋 【解析】　雷雨天氣，為防止雷電襲擊，在外出時(shí)，不能在戶外接打手機(jī)，C錯(cuò)誤，由于高大建筑物和大樹積累電荷較多，易發(fā)生尖端放電而遭雷擊，故A錯(cuò)誤，B正確，在室內(nèi)，如果聽到打雷，應(yīng)馬上關(guān)閉用電器，以防雷電襲擊，D錯(cuò)誤． 【答案】　B 7．如圖所示，電荷量為q1和q2的兩個(gè)點(diǎn)電荷分別位于P點(diǎn)和Q點(diǎn)．已知在P、Q連線上某點(diǎn)R處的電場(chǎng)強(qiáng)度為零，且PR＝2RQ，則(　　) 圖3 A．q1＝2q2 B．q1＝4q2 C．q1＝－2q2 D．q1＝－4q2 【解析】　設(shè)PR＝2RQ＝2r，因?yàn)镽處的電場(chǎng)強(qiáng)度為零，兩點(diǎn)電荷在R處的場(chǎng)強(qiáng)等大反向，由k＝k，解得q1＝4q2，B正確． 【答案】　B 8．光滑絕緣水平面上有一帶正電的小球正在做勻速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到a點(diǎn)時(shí)突然加上一個(gè)平行水平面的電場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)小球沿曲線abc運(yùn)動(dòng)且速率逐漸增大，則下列關(guān)于所加電場(chǎng)在b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向合理的是(虛線是曲線在b點(diǎn)的切線)(　　) 【解析】　由題知，小球原來(lái)只受重力和支持力作用，加上電場(chǎng)后，小球運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變僅由電場(chǎng)力引起，因小球帶正電，所受電場(chǎng)力方向(指向軌跡凹側(cè))與電場(chǎng)強(qiáng)度方向一致，又因小球速率是增加的，所以電場(chǎng)力方向與速度方向夾角應(yīng)小于90，C對(duì)． 【答案】　C 二、非選擇題(本題共4個(gè)小題，共52分，解答應(yīng)寫出必要的文字說(shuō)明、方程式和重要的演算步驟，只寫出最后答案的不得分．有數(shù)值計(jì)算的題，答案中應(yīng)明確寫出數(shù)值和單位．) 9．(10分)真空中的兩個(gè)點(diǎn)電荷A、B相距20 cm，A帶正電QA＝4.010－10 C．已知A對(duì)B的吸引力F＝5.410－8 N，則B在A處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小是________N/C，方向________；A在B處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小是____________N/C，方向________． 【解析】　EA＝F/QA＝135 N/C，EB＝＝90 N/C. 【答案】　135　A指向B　90　A指向B 10．(8分)在真空中有兩個(gè)點(diǎn)電荷，它們之間距離是L時(shí)，相互作用的庫(kù)侖力大小是F，如果把兩個(gè)電荷之間的距離縮短10 cm，則相互作用的庫(kù)侖力大小變?yōu)?F，由此可知L的大小是________cm. 【解析】　設(shè)兩個(gè)點(diǎn)電荷的電荷量分別為Q1和Q2，由庫(kù)侖定律，F(xiàn)＝k，4F＝k，所以L＝2L′＝2(L－0.1 m)，L＝0.2 m＝20 cm. 【答案】　20 11．(16分)如圖4所示，一根置于水平面上的光滑玻璃管(絕緣體)，內(nèi)部有兩個(gè)完全相同的彈性金屬球A、B，帶電荷量分別為9Q和－Q，從圖示位置由靜止開始釋放，問：兩球再次經(jīng)過圖中位置時(shí)，兩球的加速度是釋放時(shí)的多少倍？ 圖4 【解析】　釋放時(shí)由庫(kù)侖定律得F1＝k， 由于兩球帶異種電荷相互吸引兩球相碰后電荷先中和再平分，電量都變?yōu)椋?Q 再次回到原位置時(shí)，F(xiàn)2＝k 所以a1∶a2＝F1∶F2＝9∶16 即a2變?yōu)閍1的倍． 【答案】　倍 12．(18分)把一個(gè)電荷量為1.010－6C的負(fù)電荷q，依次放在帶正電的點(diǎn)電荷Q周圍的A、B兩點(diǎn)，受到的電場(chǎng)力大小分別是FA＝510－3N，F(xiàn)B＝310－3N. 圖5 (1)畫出負(fù)電荷q在A、B兩點(diǎn)的受力方向； (2)求出A、B兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度； (3)如在A、B兩點(diǎn)依次放上另一個(gè)電荷量為q′＝1.010－5C的正電荷，受到的電場(chǎng)力多大？ 【解析】　(1)電荷在A、B兩點(diǎn)的受力方向沿著它們與點(diǎn)電荷Q的連線向內(nèi)．如圖中FA、FB所示． (2)A、B兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小依次為 EA＝＝N/C＝5103N/C EB＝＝N/C＝3103N/C 電場(chǎng)強(qiáng)度的方向與放入其中的負(fù)電荷的受力方向相反，因此電場(chǎng)強(qiáng)度的方向分別沿著A、B兩點(diǎn)與點(diǎn)電荷Q的連線向外(如圖所示)． (3)當(dāng)在A、B兩點(diǎn)放上電荷q′時(shí)，受到的電場(chǎng)力分別為 FA′＝EAq′＝51031.010－5N＝510－2N 方向與EA同向 FB′＝EBq′＝31031.010－5N＝310－2N 方向與EB同向． 【答案】　見解析