2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第七章 靜電場 第1講 電場力的性質(zhì)學(xué)案.doc
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第1講 電場力的性質(zhì) 板塊一 主干梳理夯實基礎(chǔ) 【知識點1】 電荷守恒 點電荷?、瘛靵龆伞、? 1.元電荷、點電荷 (1)元電荷:e=1.610-19 C,最小的電荷量,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q=-1.610-19 C。 (2)點電荷:忽略帶電體的大小、形狀及電荷分布狀況的理想化模型。 (3)比荷:帶電粒子的電荷量與其質(zhì)量之比。 2.電荷守恒定律 (1)內(nèi)容:電荷既不會創(chuàng)生,也不會消失,它只能從一個物體轉(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,二者帶等量同種電荷;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。 3.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,與它們的電荷量的乘積成正比,與它們的距離的二次方成反比,作用力的方向在它們的連線上。 (2)表達式:F=k,式中k=9.0109 Nm2/C2,叫靜電力常量。 (3)適用條件:真空中靜止的點電荷。 ①在空氣中,兩個點電荷的作用力近似等于真空中的情況,可以直接應(yīng)用公式。 ②當(dāng)點電荷的速度較小,遠遠小于光速時,可以近似等于靜止的情況,可以直接應(yīng)用公式。 ③當(dāng)兩個帶電體的間距遠大于本身的大小時,可以把帶電體看成點電荷。 ④兩個帶電體間的距離r→0時,不能再視為點電荷,也不遵循庫侖定律,它們之間的庫侖力不能認(rèn)為趨于無窮大。 (4)庫侖力的方向 由相互作用的兩個帶電體決定,且同種電荷相互排斥,為斥力;異種電荷相互吸引,為引力。 【知識點2】 靜電場 Ⅰ 電場強度、點電荷的場強 Ⅱ1.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:放入電場中某點的電荷所受到的靜電力F跟它的電荷量q的比值。 (2)定義式:E=,該式適用于一切電場。 (3)單位:N/C或V/m。 (4)矢量性:規(guī)定正電荷在電場中某點所受靜電力的方向為該點電場強度的方向。 3.點電荷場強的計算式 (1)公式:在場源點電荷Q形成的電場中,與Q相距r的點的場強E=k。 (2)適用條件:真空中靜止的點電荷形成的電場。 4.電場強度的疊加 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,遵循平行四邊形定則。 5.勻強電場:電場中各點電場強度的大小相等、方向相同,這樣的電場叫做勻強電場。 【知識點3】 電場線?、? 1.定義:為了形象地描述電場中各點場強的大小和方向,在電場中畫出一系列的曲線,使曲線上各點的切線方向表示該點的場強方向,曲線的疏密表示場強的大小,這些曲線叫做電場線,是假想的曲線,實際不存在。 2.電場線的特點 (1)電場線上每一點的切線方向與該點的場強方向一致。 (2)電場線從正電荷或無窮遠出發(fā),終止于無窮遠或負(fù)電荷。 (3)電場線在電場中不相交、不閉合、不中斷。 (4)在同一電場中,電場線越密集的地方場強越大,電場線越稀疏的地方場強越小。 (5)沿電場線的方向電勢逐漸降低。 (6)電場線和等勢面在相交處垂直。 3.幾種典型電場的電場線 如圖所示是幾種典型電場的電場線分布圖。 【知識點4】 電場強度的疊加與計算?、? 1.場強的疊加:多個電荷在空間某點產(chǎn)生的合場強,等于每個電荷單獨存在時在該點產(chǎn)生的場強的矢量和,這就是場強疊加原理。由于電場強度是矢量,求合場強需用平行四邊形定則。 2.兩等量點電荷的電場比較 比較 等量異種點電荷 等量同種(正)點電荷 電場線分布圖 連接中點O處的場強 在連線上最小,指向負(fù)電荷一方 為零 連線上的場強 沿連線先變小,再變大 沿連線先變小,再變大 沿中垂線由O點向外場強 O點最大,向外逐漸減小 O點最小,向外先變大后變小 關(guān)于O點對稱的A與A′、B與B′的場強特點 等大同向 等大反向 板塊二 考點細(xì)研悟法培優(yōu) 考點1庫侖力作用下的平衡問題[解題技巧] 庫侖定律的表達式為F=k,其適用條件是真空中兩個靜止點電荷之間相互作用的靜電力。庫侖定律與平衡問題聯(lián)系比較密切,因此關(guān)于靜電力的平衡問題是高考的熱點內(nèi)容,題型多以選擇題為主。對于這部分內(nèi)容,需要注意以下幾點:一是明確庫侖定律的適用條件;二是知道完全相同的導(dǎo)體小球接觸時電荷量的分配規(guī)律;三是進行受力分析,靈活應(yīng)用平衡條件。 例1 [2014浙江高考](多選)如圖所示,水平地面上固定一個光滑絕緣斜面,斜面與水平面的夾角為θ。一根輕質(zhì)絕緣細(xì)線的一端固定在斜面頂端,另一端系有一個帶電小球A,細(xì)線與斜面平行。小球A的質(zhì)量為m、電量為q。小球A的右側(cè)固定放置帶等量同種電荷的小球B,兩球心的高度相同、間距為d。靜電力常量為k,重力加速度為g,兩帶電小球可視為點電荷。小球A靜止在斜面上,則( ) A.小球A與B之間庫侖力的大小為 B.當(dāng)=時,細(xì)線上的拉力為0 C.當(dāng)=時,細(xì)線上的拉力為0 D.當(dāng)=時,斜面對小球A的支持力為0 (1)小球A受力情況怎樣? 提示: (2)當(dāng)拉力為0時,A受3個力平衡,用哪種方法更方便? 提示:矢量三角形法。 嘗試解答 選AC。 由庫侖定律知A與B之間庫侖力大小為F=,A正確;如果細(xì)線上的拉力為0,則小球所受重力mg、支持力FN、庫侖力F的合力為零,這三個力可構(gòu)成一個力的矢量三角形,如圖所示,由圖中幾何關(guān)系有F==mgtanθ,解得=,B錯誤、C正確;斜面對小球A的支持力不可能為零,D錯誤。 總結(jié)升華 求解帶電體平衡問題的方法 分析帶電體平衡問題的方法與力學(xué)中分析物體受力平衡問題的方法相同。 (1)當(dāng)兩個力在同一直線上使帶電體處于平衡狀態(tài)時,根據(jù)二力平衡的條件求解; (2)在三個力作用下帶電體處于平衡狀態(tài),一般運用勾股定理、三角函數(shù)關(guān)系以及矢量三角形等知識求解; (3)在三個以上的力作用下帶電體處于平衡狀態(tài)的問題,一般用正交分解法求解。 [2017安徽淮北模擬]如圖所示,大小可以忽略不計的帶有同種電荷的小球A和B相互排斥,靜止時絕緣細(xì)線與豎直方向的夾角分別為α和β,且α<β,兩小球在同一水平線上,由此可知( ) A.B球受到的庫侖力較大,電荷量較大 B.B球的質(zhì)量較大 C.B球受到的拉力較大 D.兩球接觸后再分開,再處于靜止?fàn)顟B(tài)時,A球懸線與豎直方向的夾角α′仍小于B球懸線與豎直方向的夾角β′ 答案 D 解析 根據(jù)牛頓第三定律可知,無論兩球電荷量是否相等,它們所受庫侖力都相等,故無法比較它們電荷量的大小,A錯誤;對小球A、B受力分析如圖所示,根據(jù)平衡條件有mAg=,mBg=,因α<β,所以mA>mB,B錯誤;根據(jù)平衡條件有FTA=,F(xiàn)TB=,因α<β,所以B球受的拉力較小,C錯誤;兩球接觸后電荷量平分,A小球所受的庫侖力仍等于B小球所受庫侖力,設(shè)兩球間的庫侖力為F庫′,則tanα′=,tanβ′=,mA>mB,則α′<β′。D正確。 考點2電場強度的理解及計算[解題技巧] 1.電場強度三個表達式的比較 表達式比較 E= E=k E= 公式意義 電場強度定義式 真空中靜止點電荷電場強度的決定式 勻強電場中E與U的關(guān)系式 適用條件 一切電場 ①真空 ②靜止 ③點電荷 勻強電場 決定因素 由電場本身決定,與q無關(guān) 由場源電荷Q和場源電荷到該點的距離r共同決定 由電場本身決定,d為沿電場方向的距離 相同點 矢量,遵循平行四邊形定則 單位:1 N/C=1 V/m 2.電場強度的計算方法 除用以上三個表達式計算外,還可以借助下列三種方法求解: (1)電場疊加時合成的方法; (2)平衡條件求解法; (3)對稱法。 例2 如圖所示,在水平向右、大小為E的勻強電場中,在O點固定一電荷量為Q的正電荷,A、B、C、D為以O(shè)為圓心、半徑為r的同一圓周上的四點,B、D連線與電場線平行,A、C連線與電場線垂直。則( ) A.A點的電場強度大小為 B.B點的電場強度大小為E-k C.D點的電場強度大小不可能為0 D.A、C兩點的電場強度相同 (1)電場強度是矢量,場強的疊加遵循什么定則?真空中靜止點電荷場強決定式是什么? 提示:平行四邊形定則,E=k。 (2)兩點場強大小相等就可以說場強相同嗎? 提示:兩點場強相同必須大小相等,方向相同。判斷兩點場強是否相同先看方向是否相同。 嘗試解答 選A。 +Q在A點的電場強度沿OA方向,大小為k,所以A點的合電場強度大小為,A正確;同理,B點的電場強度大小為E+k,B錯誤;如果E=k,則D點的電場強度為0,C錯誤;A、C兩點的電場強度大小相等,但方向不同,D錯誤。 總結(jié)升華 分析電場疊加問題的一般步驟 電場強度是矢量,疊加時遵循平行四邊形定則。分析電場的疊加問題的一般步驟是: (1)確定要分析計算的空間位置; (2)分析該點有幾個分電場,計算出各個分電場在該點的電場強度的大小和方向; (3)利用平行四邊形定則求出各分電場強度的矢量和。 [2013全國卷Ⅰ]如圖,一半徑為R的圓盤上均勻分布著電荷量為Q的電荷,在垂直于圓盤且過圓心c的軸線上有a、b、d三個點,a和b、b和c、c和d間的距離均為R,在a點處有一電荷量為q(q>0)的固定點電荷。已知b點處的場強為零,則d點處場強的大小為(k為靜電力常量)( ) A.k B.k C.k D.k 答案 B 解析 在a點放置一點電荷q后,b點電場強度為零,說明點電荷q在b點產(chǎn)生的電場強度與圓盤上電荷在b點產(chǎn)生的電場強度大小相等,方向相反,即EQ=-Eq=-k,根據(jù)對稱性可知圓盤上電荷在d點產(chǎn)生的場強EQ′=k,則Ed=EQ′+Eq′=k+k=k,B正確。 考點3對電場線的理解及應(yīng)用[知識理解] 電場線的應(yīng)用 1.判斷電場強度的方向——電場線上任意一點的切線方向即為該點電場強度的方向。 2.判斷電場力的方向——正電荷的受力方向和電場線在該點切線方向相同,負(fù)電荷的受力方向和電場線在該點切線方向相反。 3.判斷電場強度的大小(定性)——同一電場,電場線密處電場強度大,電場線疏處電場強度小。 4.判斷電勢的高低與電勢降低的快慢——沿電場線方向電勢逐漸降低,電場強度的方向是電勢降低最快的方向。 例3 某電場的電場線分布如圖所示,下列說法正確的是( ) A.c點的電場強度大于b點的電場強度 B.若將一試探電荷+q由a點釋放,它將沿電場線運動到b點 C.b點的電場強度大于d點的電場強度 D.a(chǎn)點和b點的電場強度方向相同 在電場線分布圖中,用什么表示電場強度的大??? 提示:電場線的疏密程度。 嘗試解答 選C。 電場線的疏密表示了電場強度的大小,由題圖可知Ea- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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