高考物理一轮总复习 专题六 第1讲 库仑定律 电场强度课件 新人教版.ppt

专题六电场 第1讲库仑定律电场强度 一 电荷 电荷守恒定律 1 点电荷 当带电体的大小 形状对所研究问题的影响可忽略不计时 就可以把带电体看做带电的点 叫 类似于力学中的质点 点电荷 整数倍 2 元电荷 电子所带的电荷量 质子 正电子的电荷量与它相同 用e表示 e 1 60 10 19C 任何带电体的电荷量都是元电荷的 3 电荷守恒定律 代数和 平均分配 中和 1 内容 电荷既不能创造 也不能消灭 它们只能从一个物体转移到另一物体 或者从物体的一个部分转移到另一个部分 在转移过程中 电荷的 不变 2 使物体带电的方式有 摩擦起电 感应起电和接触起电 3 完全相同的带电金属球相接触时电荷的分配规律 同种电荷总量 异种电荷先 再平均分配 二 库仑定律 电荷量的乘积 距离的平方 1 内容 在真空中两个点电荷之间的相互作用力 跟它们的 成正比 跟它们间的 成反比 作用力的方向在它们的连线上 点电荷 2 表达式 F k 式中k 9 0 109N m2 C2 叫静电力常量 3 适用条件 真空中的 基础检测 1 2015年湖南怀化调研 如图6 1 1所示 A B两小球带等量同种电荷 A固定在竖直放置的L 10cm长的绝缘支柱上 B受A的斥力作用静止于光滑的绝缘斜面上与A等高处 斜面 图6 1 1 1 B球对斜面的压力大小 解 1 令斜面对B球的支持力为FN B球带的电荷量为Q A B相距r 对B球受力分析如图D29所示 图D29 2 B球带的电荷量大小 g取10m s2 静电力常量k 9 0 109N m2 C2 计算结果保留两位有效数字 三 电场和电场强度1 电场 电荷周围存在的一种特殊物质 电场对放入其中的电荷有 静止电荷产生的电场称为 2 电场强度 力的作用 静电场 1 定义 放入电场中某点的电荷所受的电场力F与它的电荷量的比值 2 公式 3 矢量性 电场强度是矢量 方向与 在该点受到的电场力的方向相同 4 电场中某点的电场强度由电场 决定 与检验电 荷无关 本身 5 真空中点电荷电场强度的决定式 其中Q是形成电场的场源电荷 6 电场的叠加 某点的场强等于各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和 正电荷 3 电场线 切线方向 疏密 1 电场线 在电场中画出的一系列曲线 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 电场线不是实际存在的线 而是为了描述电场而假想的线 2 几种典型的电场线 基础检测 2 2013年新课标卷 如图6 1 2所示 一半径为R的圆盘上均匀分布着电荷量为Q的电荷 在垂直于圆盘且过圆心c的轴线上有a b d三个点 a和b b和c c和d间的距离均为R 在a点处有一电荷量为q q 0 的固定点电荷 已知b点处的电场强度为零 则d点处电场强度的大小为 k为静电力常量 图6 1 2 答案 B 考点1 对库仑定律的理解和应用 重点归纳应用库仑定律的四条提醒 1 在用库仑定律公式进行计算时 无论是正电荷还是负电荷 均代入电量的绝对值计算库仑力的大小 2 作用力的方向判断根据 同性相斥 异性相吸 作用力的方向沿两电荷连线方向 3 两个点电荷间相互作用的库仑力满足牛顿第三定律 大小相等 方向相反 考点练透 1 2015年广东惠州一调 两个放在绝缘支架上的相同金属球相距为d 球的半径比d小得多 分别带有q和 3q的电荷 相互引力为3F 现将这两个金属球接触 然后分开 仍放回原处 则它们的相互作用力将变为 A F B 2F C 3F D 4F 答案 A 2 2015年江苏金陵中学模拟 如图6 1 3所示 半径相同的两个金属球A B带有相等的电荷量 相隔一定距离 两球之间相互吸引力的大小是F 今让第三个半径相同的不带电的金属小球先后与A B两球接触后移开 这时 A B两球之间的相互 作用力的大小是 图6 1 3 答案 A 考点2 对电场强度的理解 重点归纳1 对场强的三个表达式的正确理解 2 在求解电场强度问题时 应分清所叙述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 典例剖析 例1 2015年湖北襄阳四校联考 在电场中某点放上电荷量为2 10 8C的带负电的试探电荷 它受到的电场力为6 10 2N 方向水平向右 若撤走上述试探电荷 在该点放上电荷量为4 10 8C的带正电的试探电荷 其他条件不变 则该点的电场强度为 A 3 106N C 方向水平向右B 6 106N C 方向水平向左C 3 106N C 方向水平向左D 6 106N C 方向水平向右 思维点拨 本题可以根据电场强度的定义式进行求解 某个位置的电场强度与试探电荷无关 3 106N C 负电荷受到的电场力方向和电场方向相反 故电场方向向左 因为电场强度和试探电荷无关 所以更换电荷后 该点的电场强度不变 故C正确 答案 C 考点练透 3 2015年山东卷 直角坐标系xOy中 M N两点位于x轴上 G H两点坐标如图6 1 4所示 M N两点各固定一负点电荷 一电量为Q的正点电荷置于O点时 G点处的电场强度恰好为零 静电力常量用k表示 若将该正点电荷移到G点 则H 点处场强的大小和方向分别为 图6 1 4 答案 A 4 如图6 1 5所示 在水平向右 大小为E的匀强电场中 在O点固定一电荷量为Q的正电荷 A B C D为以O为圆心 半径为r的同一圆周上的四点 B D连线与电场线平行 A C连线与电场线垂直 则 图6 1 5 C D点的场强大小不可能为0D A C两点的场强相同答案 A 考点3 电场线的特点及其应用 重点归纳1 特点 1 不闭合 电场线起始于正电荷 或无穷远处 终止于无穷远处 或负电荷 即电场线不能形成闭合曲线 2 不中断 不相交 在没有电荷的空间 电场线不中断 两条电场线也不能相交 3 不是电荷在电场中的运动轨迹 只有当电场线为直线 电荷仅受电场力的作用做初速度为零或初速度平行于电场线的运动 电荷的运动轨迹才与电场线重合 2 应用 1 表示场强的方向 电场线上每一点的切线方向和该点的 场强方向一致 2 比较场强的大小 电场线的疏密程度反映了场强的大小即电场的强弱 同一幅电场线图中 电场线越密的地方场强越大 电场线越疏的地方场强越弱 3 判断电势的高低 在静电场中 顺着电场线的方向电势 越来越低 典例剖析例2 多选 2015年江苏卷 两个相同的负电荷和一个正电荷附近的电场线分布如图6 1 6所示 c是两负电荷连线的中点 d点在正电荷的正上方 c d到正电荷的距离相等 则 图6 1 6 A a点的电场强度比b点的大B a点的电势比b点的高 C c点的电场强度比d点的大D c点的电势比d点的低 解析 由图知 a点处的电场线比b点处的电场线密集 c点处电场线比d点处电场线密集 所以A C正确 过a点画等势线 与b点所在电场线的交点在b点沿电场线的方向上 所以b点的电势高于a点的电势 故B错误 同理可得d点电势高于c点电势 故D正确 答案 ACD 考点练透 5 2016年四川成都期中 如图6 1 7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是轨迹上的两点 若带电粒子 图6 1 7 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答案 A 6 如图6 1 8所示 Q1和Q2是两个电荷量大小相等的点电荷 MN是两电荷的连线 HG是两电荷连线的 中垂线 O是垂足 下列说法正确的是 A 若两电荷是异种电荷 则OM的中点与 ON的中点电势一定相等 图6 1 8 B 若两电荷是异种电荷 则O点的电场强度大小 与MN上各点相比是最小的 而与HG上各点相比是最大的C 若两电荷是同种电荷 则OM中点与ON中点处的电场强度一定相同D 若两电荷是同种电荷 则O点的电场强度大小 与MN上各点相比是最小的 与HG上各点相比是最大的 解析 若两电荷是异种电荷 则OM的中点与ON的中点电势一定不相等 选项A错误 若两电荷是异种电荷 根据两异种电荷电场特点可知 O点的电场强度大小 与MN上各点相比是最小的 而与HG上各点相比是最大的 选项B正确 若两电荷是同种电荷 则OM中点与ON中点处的电场强度大小一定相同 方向一定相反 选项C错误 若两电荷是同种电荷 则O点的电场强度为零 与MN上各点相比是最小的 与HG上各点相比也是最小的 选项D错误 答案 B 考点4 带电体的力电综合问题的分析方法 重点归纳1 解答思路 2 运动情况反映受力情况 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合与速度方向总是共线 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 0 90 减速运动 90 180 5 匀变速运动 F合 恒量 典例剖析例3 2015年江苏卷 如图6 1 9所示 一带正电的小球向右水平抛入范围足够大的匀强电场 电场方向水平向左 不计 空气阻力 则小球 图6 1 9 A 做直线运动C 速率先减小后增大 B 做曲线运动D 速率先增大后减小 解析 由题意知 小球受重力 电场力作用 合外力的方向与初速度的方向夹角为钝角 故小球做曲线运动 所以A错误 B正确 在运动的过程中合外力先做负功后做正功 所以C正确 D错误 答案 BC 方法技巧 本题主要是对运动的分析 可以把小球的运动分解到水平和竖直两个方面的直线运动 也可以看成是在一恒力作用下的斜抛运动 考点练透 7 多选 2015年四川卷 如图6 1 10所示 半圆槽光滑 绝缘 固定 圆心是O 最低点是P 直径MN水平 a b是两个完全相同的带正电小球 视为点电荷 b固定在M点 a从N点静止释放 沿半圆槽运动经过P点到达某点Q 图中未画出 时速度为零 则小球a 图6 1 10 A 从N到Q的过程中 重力与库仑力的合力先增大后减小B 从N到Q的过程中 速率先增大后减小C 从N到Q的过程中 电势能一直增加 D 从P到Q的过程中 动能减少量小于电势能增加量 解析 a球从N点静止释放后 受重力mg b球的库仑斥力FC和槽的弹力N作用 a球从N到Q的过程中 mg与FC的夹角 逐渐减小 不妨先假设FC的大小不变 随着 的减小mg与FC的合力F将逐渐增大 况且 由库仑定律和图中几何关系可知 随着 的减小FC逐渐增大 因此F一直增加 故选项A错误 在a球从N到Q的过程中 a b两小球距离逐渐 变小 电场力一直做负功 电势能一直增加 故选项C正确 显然在从P到Q的过程中 根据能的转化与守恒可知 其电势能增加量等于其机械能的减少量 a球在Q点时的重力势能大于其在P点时的重力势能 因此该过程中动能一定在减少 且其减少量一定等于其电势能与重力势能增加量之和 故选项D错误 既然在从P到Q的过程中 a球的动能在减小 因此其速率也在减小 而开始在N点时速率为0 开始向下运动段中 其速率必先增大 故选项B正确 答案 BC 8 2015年安徽江淮十校联考 如图6 1 11所示 一带正电的长细直棒水平放置 带电细直棒在其周围产生方向向外辐射状的电场 电场强度大小与到直棒的距离成反比 在直棒上方有一长为a的绝缘细线连接了两个质量均为m的小球A B A B所带电荷量分别为 q和 4q A球距直棒的距离为a 两个球恰好处于静止状态 不计两小球之间的静电力作用 剪断细线 若A球下落的最大速度为vm 求A球下落到速度最大 过程中 电场力对A球做的功 图6 1 11 方法 等效法处理重力场和电场的问题 等效法是从效果等同出发来研究物理现象和过程的一种科学方法 等效法总是把复杂的物理现象和过程转化为理想的 简单的 等效的物理现象和过程来研究和处理 匀强电场有许多性质与重力场非常相似 所以将电场与重力场加以比较 在力 能量 做功方面寻找它们的共性 静电场和重力场一样 都是保守内力场 都具有力和能的性质 并且两种力做功都与路径无关 只与始末的相对位置有关 因此 在解决静电场问题时 采用等效法处理 可使问题简单化 大多数复合场都是重力场与匀强电场的叠加场 在这样物理情境的场中 遇到摆的问题时 采用等效法处理 即首先确定出等效重力场的平衡位置 切向合力为零的位置 其次求出等效重力和等效重力加速度 例4 如图6 1 12所示 一条长为L的细线上端固定在O点 下端系一质量为m的小球 将它置于很大的匀强电场中 电场强度为E 方向水平向右 已知小球在B点时受力平衡 细线与竖直方向的夹角为 求 图6 1 12 1 当细线与竖直方向的夹角多大时 才能使小球由静止释放后细线到竖直位置时小球速度恰好为零 2 当细线与竖直方向成 角时 至少要给多大的初速度 才能使小球做完整的圆周运动 审题突破 小球受重力和电场力 这两个力都是恒力 故可等效为受一个恒力 重力 其方向沿OB方向 解 1 小球在B点受力情况如图6 1 13甲所示 由于小球是在电场与重力场的复合场中运动 等效重力加速度为g 小球在AC间运动类比为一个单摆的运动 B为振动的平衡位置 由对称性知 AOC 2 甲 乙 图6 1 13 2 细线系着小球在复合场中做圆周运动 其 最高 点为D 最低 点为B 如图乙 题外拓展 如果题目要求绳所受的最大拉力 也一样找到等效的最低点 然后根据合外力提供向心力解答 触类旁通 2013年新课标改编 如图6 1 14所示 半径为r的绝缘细圆环的环面固定在水平面上 场强为E的匀强电场与环面平行 一电量为 q 质量为m的小球穿在环上 可沿环做无摩擦的圆周运动 若小球经A点时 速度vA的方向恰与电场垂直 且 圆环与小球间沿水平方向无力的作用 试计算 图6 1 14 1 小球运动达到最大速度的位置 半径与竖直方向成的角 度 用字母表示 2 速度vA的大小 3 小球运动到与A点对称的B点时 对环在水平方向的作 用力 小球在B点时 根据牛顿第二定律 在水平方向有 解以上两式 得NB 6qE 由牛顿第三定律得小球在B点对环的水平作用力NB 6qE 方向水平向右