高考物理复习 高效学习方略 61 静电场课件

第六章静电场 考纲导航 考纲展示 1.物质的电结构、电荷守恒 2静电现象的解释 3点电荷 4库仑定律 5静电场 6电场强度、点电荷的场强 7电场线 8电势能、电势 9电势差 10匀强电场中电势差与电场强度的关系 11带电粒子在匀强电场中的运动 12示波管13常见电容器 14电容器的电压、电荷量和电容的关系 权威解读 1.理解点电荷、元电荷、电场强度、电势、电势能、电场线、等势面、电容等概念 2掌握库仑定律并能应用该定律处理静电平衡和静电加速等问题 3掌握点电荷，等量同种点电荷、等量异种点电荷，匀强电场等电场的电场线和等势面分布特点 4掌握平行板电容器及其动态变化问题的两种模型始终与电源相连接和充电以后与电源断开的特点和处理方法 5电场和力学中的平衡、运动学、牛顿运动定律、功能关系、能量守恒定律等知识结合起来的力、电综合题，并综合应用力学和电场知识处理带电粒子在电场中的运动问题 6注重知识的实际应用，能够运用静电场相关的知识解释物理现象，分析和解决实际问题.一、点电荷、电荷守恒定律1点电荷、元电荷(1)元电荷：e 所有带电体的电荷量都是元电荷的，其中质子和正电子的电荷量与元电荷相等，电子带电的电荷量q.(2)点电荷：有一定的电荷量，忽略的理想化模型，是对实际带电体的科学抽象1.61019 C整数倍整数倍1.61019 C形状和大小形状和大小 2电荷守恒定律 (1)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，或者从物体的一部分转移到；在转移过程中，电荷的总量 (2)起电方式：使物体带电有三种方法： 、和 另一个物体另一个物体另一部分另一部分保持不变保持不变摩擦起电摩擦起电接触起电接触起电感应起电感应起电 (3)物体带电的实质是 (4)电荷的分配原则：完全相同的金属球接触时，若两者带同种电荷，则电荷总量分配，若二者带异种电荷，则得失电子得失电子平均平均先中和后平分先中和后平分真空真空 电荷量的乘积电荷量的乘积 距离的平方距离的平方 连线上连线上 9.0109 3适用条件：中的 ，空气中也可以近似使用电荷间的作用力遵守牛顿第三定律，即无论q1、q2是否相等，两个电荷之间的静电力一定是大小 ，方向 ，作用在同一条直线上真空真空点电荷点电荷相等相等相反相反力的作用力的作用 任何电场任何电场 V/m (3)方向：规定 在电场中某点 的方向为该点的电场强度方向 (4)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真空真空 正电荷正电荷所受电场力所受电场力矢量和矢量和四、电场线1定义：为了形象地描述 中各点场强的强弱及方向，在电场中画出一些曲线，曲线上每一点的 都跟该点的场强方向一致，曲线的 表示电场的强弱电场电场切线方向切线方向疏密疏密 2特点 (1)电场线从或无限远处出发，终止于或无限远处 (2)电场线在电场中 (3)在同一电场里，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正电荷负电荷负电荷不相交不相交越密越密场强方向场强方向降低降低互相垂直互相垂直 3几种典型电场的电场线(1)电场中某一点的电场强度E与试探电荷q无关，由场源电荷和该点在电场中的位置决定(2)场强的叠加即空间某一点的场强，应是各场源电荷单独在该点激发的电场强度的矢量和1下列哪些物体可看做点电荷()A电子和质子在任何情况下都可看做点电荷B均匀带电的绝缘体在计算库仑力时可视为点电荷C带电的细杆在一定条件下可视为点电荷D带电的金属球一定不能视为点电荷解析C带电体能否被看做点电荷不能仅看其体积大小，而应根据其体积对所研究问题的影响有些情况下即使体积很小的带电体也不能被看做点电荷，而有些情况下体积很大的带电体一样可以看成是点电荷 2一个试探电荷q在电场中某点受到的电场力为F，这点的电场强度为E，下图中能正确反映q、E、F三者关系的是() 3.如图所示，两个完全相同的绝缘金属壳a、b的半径为R，质量为m，两球心之间的距离为l3R.若使它们带上等量的异种电荷，电荷量为q那么两球之间的万有引力F引，库仑力F库分别为() 4在如图所示的四种电场中，分别标记有a、b两点其中a、b两点电场强度大小相等、方向相反的是() A甲图中与点电荷等距的a、b两点 B乙图中两等量异种电荷连线的中垂线上与连线等距的a、b两点 C丙图中两等量同种电荷连线的中垂线上与连线等距的a、b两点 D丁图中非匀强电场中的a、b两点解析C甲图中与点电荷等距的a、b两点，场强大小相等，方向不相反，选项A错误；对乙图来说，根据电场线的疏密及对称性可判断，b点和a点场强大小、方向均相同，选项B错误；丙图中两等量同种电荷连线的中垂线上与连线等距的a、b两点，场强大小相等，方向相反，选项C正确；对丁图来说，根据电场线的疏密可判断，b点的场强大于a点的场强，选项D错误 5如图所示，在一条直线上的A、B、C三点上分别放置QA3109 C、QB4109 C、QC3109 C的点电荷，试求作用在点电荷A上的作用力解析由于点电荷A处在B和C的电场中，故同时受到B和C的库仑力作用，因此作用在A上的作用力应为两库仑力的合力可先根据库仑定律分别求出B和C对A的库仑力的大小，再求合力 A受到B、C电荷的库仑力，如图所示，根据库仑定律有规定沿这条直线由A指向C为正方向，则A点电荷受到的合力大小为FAFBAFCA(1.081039.0105) N9.9104 N.【答案】9.9104 N要点一对库仑定律的进一步理解1.适用条件只适用于真空中的两个静止点电荷之间的相互作用力或者静止点电荷对运动点电荷的作用力的计算，r0时，公式不适用，因为这时两电荷已不能再看做点电荷了 2三个点电荷的平衡问题 如图在一条直线上的A、B、C三点，自由放置点电荷QA、QB、QC，每个电荷在库仑力作用下均处于平衡状态的条件是：(1)计算库仑力大小时，只代入电荷量的绝对值，不需要代入符号(2)库仑力的方向单独判断【例1】在真空有两个完全相同的金属小球，如图所示，A球带qA6.41010 C的正电荷，B球球带qB1.61010 C的负电荷，均可视为点电荷，两球相距0.4 m，则(1)A、B间的库仑力为多大？(2)现引入第三个点电荷C，恰好使三个点电荷处于平衡状态，则C应带什么性质的电？应放于何处，所带电量为多少？【思路点拨】解答本题应选择合适的研究对象，并能正确进行受力分析，同时理清距离关系，利用库仑定律进行解答(2)根据平衡条件判断，C球应带正电，放在B球右边且和AB在一条直线上，如图所示设C带电荷量为q，与B点相距为x，则以B为研究对象，由平衡条件：要点二场强的公式、电场的叠加 2电场的叠加 (1)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场强的矢量和 (2)计算法则：平行四边形定则电场强度是静电学中重要的物理量，也是高考考查重点，三个公式有不同的意义及使用范围，应用时应根据具体问题选用相应的公式【例2】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处()【思路点拨】解答本题可按以下思路分析：(1)可以先假设A处也放正电荷q时分析O点的场强(2)根据对称性分析在A处换为负电荷q时O点的场强【规律方法】(1)在求解电场强度问题时，应明确所求的场强是合场强，还是分场强，若求分场强，要注意选择适当的公式进行计算，求合场强时，应先求出分场强，然后再根据矢量的合成法则(平行四边形定则)进行求解(2)在处理多个电荷形成电场的叠加问题时，应注意计算电场强度的各个公式的适用条件若带电体不能看做点电荷时，可采用微元法，然后应用场强的叠加原理来求如图所示，分别在A、B两点放置点电荷Q121014 C和Q221014 C在AB的垂直平分线上有一点C，且ABACBC6102 m试求： (1)C点的场强 (2)如果将一个电子放置在C点，它所受的库仑力的大小和方向如何？要点三常见电场的电场线特点1.孤立点电荷的电场(1)正(负)点电荷的电场线呈空间球对称分布指向外(内)(2)离点电荷越近，电场线越密(场强越大)(3)以点电荷为球心作一球面，则电场线处处与球面垂直，在此球面上场强大小相等，但方向不同 2两种等量点电荷的电场线比较比较比较等量异种点电荷等量异种点电荷等量同种点电荷等量同种点电荷电场线分布图电场线分布图比较比较等量异种点电荷等量异种点电荷等量同种点电荷等量同种点电荷连线中点连线中点O处的场强处的场强最小，指向负电荷最小，指向负电荷一方一方为零为零连线上的场强大小连线上的场强大小沿连线先变小，再沿连线先变小，再变大变大沿连线先变小，沿连线先变小，再变大再变大沿中垂线由沿中垂线由O点点向外场强大小向外场强大小O点最大，向外点最大，向外逐渐减小逐渐减小O点最小，向外点最小，向外先变大后变小先变大后变小关于关于O点对称的点对称的A与与A，B与与B的场的场强特点强特点等大同向等大同向等大反向等大反向 3.电场线与带电粒子在电场中的运动轨迹的关系 根据电场线的定义，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与电场线平行根据电场线的分布可以判断电场强度的大小和方向，但仅一条电场线不能判断场强的强弱【例3】如图所示，图中实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线，虚线是某带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹，a、b是轨迹上两点若带电粒子在运动过程中只受到电场力作用，根据此图可以做出的正确判断是()A带电粒子所带电荷的正、负B带电粒子在a、b两点的受力方向C带电粒子在a、b两点的加速度何处较大D带电粒子在a、b两点的速度何处较大【思路点拨】解答该题应注意以下三点：(1)由轨迹弯曲方向判断电场力的方向(2)由电场线的疏密判断加速度的大小(3)根据动能定理分析速度的大小解析BCD由电场线的疏密可知，a点的场强大，带电粒子在a点的加速度大，故C正确；画出初速度方向结合运动轨迹的偏转方向，可判断带电粒子所受电场力的方向，但由于电场的方向未知，所以不能判断带电粒子的电性，故A错B对；利用初速度方向和电场力方向的关系，可判断电场力对带电粒子由a到b做负功，动能减小，因此vavb，选项D对 【规律方法】(1)根据电场线的分布可以判断电场强度的大小和方向，但仅由一条电场线无法判断电场强弱和场源情况(2)沿电场线的方向电势虽然越来越低，但电场强度不一定越来越小A、B是一条电场线上的两个点，一带负电的粒子仅在电场力作用下以一定的初速度从A点沿电场线运动到B点，其速度v和时间t的关系图象如右图所示，则此电场的电场线分布可能是下图中的()解析A由vt图象可知，粒子的速度随时间逐渐减小，粒子的加速度逐渐变大，则电场强度逐渐变大，从A到B电场线逐渐变密综合以上分析可知，带负电的粒子沿电场线方向运动，由电场线疏处到达密处，故选项A正确.要点四带电体的力、电综合问题1.解答思路 2运动情况反映受力情况 (1)物体静止(保持)：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合一定沿直线方向 (3)做曲线运动，F合0，F合与速度方向不在一条直线上，且总指向曲线凹的一侧 (4)加速运动：F合与v的夹角为，090；减速运动：900)的相同小球，小球之间用劲度系数均为k0的轻质绝缘弹簧连接当3个小球处于静止状态时，每根弹簧长度为l，已知静电力常量为k，若不考虑弹簧的静电感应，则每根弹簧的原长为()5.(2012滨州模拟)如图所示，匀强电场方向与水平线间夹角30，方向斜向右上方，电场强度为E，质量为m的小球带负电，以初速度v0开始运动，初速度方向与电场方向一致