2019版高考物理一轮复习 专题六 电场 第1讲 库仑定律 电场强度课件.ppt

专题六电场 续表 第1讲库仑定律电场强度 考点1 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 就可以看作带电的点 叫做 类似于力 学中的质点 点电荷 整数倍 2 元电荷 元电荷不是一种电荷 而是电荷量的单位 其大小等于一个电子或一个质子所带电荷量 即e 1 60 10 19C 所有带电体的电荷量都是元电荷的 3 电荷守恒定律 代数和 摩擦 感应 接触 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部分 在转移的过程中 电荷的 保持不变 2 物体带电的方式有 起电 起电 起电 考点2 库仑定律 电荷量的乘积 1 内容 在真空中两个静止点电荷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 距离的二次方 2 表达式 F 式中k 9 0 109N m2 C2 叫做静电力常量 3 适用条件 真空中的 点电荷 考点3 电场 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 比值 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 正电荷 负电荷 2 公式 3 矢量性 电场强度是矢量 方向与该点 所受的电场力方向一致 与该点 所受的电场力方向相反 电场中某点的电场强度由电场本身决定 与检 验电荷无关 矢量和 4 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 5 电场的叠加 某点的电场等于各个电荷单独存在时在该点产生的电场的 考点4 电场线 切线 强弱 1 电场线 在电场中画出的一些曲线 曲线上每一点的 方向都跟该点的电场强度方向一致 曲线的疏密表示电场的 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 电场线的特点 1 电场线从 或无限远处出发 终止于 或 无限远处 正电荷 负电荷 越大 垂直 2 电场线不相交 3 在同一电场里 电场线越密的地方电场强度 高 低 4 电场线与等势面处处 5 由 电势指向 电势 3 几种典型的电场线 如图6 1 1所示 图6 1 1 基础自测 A N C B V m C J C D T m s 答案 C 2 2016年浙江卷 如图6 1 2所示 两个不带电的导体A和B 用一对绝缘柱支持使它们彼此接触 把一带正电荷的物体C 图6 1 2 置于A附近 贴在A B下部的金属箔都张开 A 此时A带正电 B带负电B 此时A电势低 B电势高C 移去C 贴在A B下部的金属箔都闭合D 先把A和B分开 然后移去C 贴在A B下部的金属箔都闭合答案 C 3 2016年北京西城区期末 如图6 1 3所示 两个电荷量均为 q的小球用长为l的轻质绝缘细绳连接 静止在光滑的绝缘水平面上 两个小球的半径r l k表示静电力常量 则轻绳的拉 力大小为 图6 1 3 解析 轻绳的拉力大小等于两个带电小球之间的库仑力 答案 B 4 2016年甘肃兰州模拟 如图6 1 4所示 真空中xOy平面直角坐标系上的ABC三点构成等边三角形 边长L 2 0m 若 将电荷量均为q 2 0 10 6C 的两点电荷分别固定在A B 点 已知静电力常量k 9 0 109N m2 C2 求 1 两点电荷间的库仑力大小 2 C点的电场强度的大小和方向 图6 1 4 代入数据解得F 9 0 10 3N 解 1 根据库仑定律 A B两点电荷间的库仑力大小为 2 A B两点电荷在C点产生的电场强度大小相等 均为 A B两点电荷形成的电场在C点的合电场强度大小为 E 2E1cos30 由 式并代入数据得E 7 8 103N C电场强度E的方向沿y轴正方向 热点1考向1 库仑定律的理解及应用电荷守恒定律和库仑定律的应用 答案 C 考向2 三个自由点电荷平衡 的问题 典题2 两个可自由移动的点电荷分别放在A B两处 如图6 1 5所示 A处电荷带电荷量为 Q1 B处电荷带电荷量为 Q2 且Q2 4Q1 另取一个可以自由移动的点电荷P 放 在AB直线上 欲使整个系统处于平衡状态 则 A P为负电荷 且放于A左方B P为负电荷 且放于B右方 图6 1 5 C P为正电荷 且放于A B之间D P为正电荷 且放于B右方 解析 因为每个电荷都受到其余两个电荷的库仑力作用 且已知放在A B两处的点电荷是异种电荷 对P的作用力一为引力 一为斥力 所以P要平衡就不能放在A B之间 根据库仑定律知 由于B处的电荷电荷量较大 P应放在离B处点电荷较远而离A处点电荷较近的地方才有可能处于平衡状态 故应放在A的左侧 要使放在A B两处的点电荷也处于平衡状态 P必须带负电 故应选A 答案 A 考向3 库仑力作用下的平衡问题 典题3 多选 2017年广东第二次大联考 如图6 1 6所 示 A B两球所带电荷量均为2 10 5 C 质量均为0 72kg 其中A球带正电荷 B球带负电荷 且均可视为点电荷 A球通过绝缘细线吊在天花板上 B球固定在绝缘棒一端 现将B球放在某一位置 能使绝缘细线伸直 A球静止且与竖直方向的夹角为30 则A B球之间的 距离可能为 图6 1 6 A 0 5m B 0 8m C 1 2m D 2 5m 答案 AB 热点2 电场强度的理解和计算 热点归纳 1 电场强度三个表达式的比较 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强度为各电 荷单独在该处所产生的电场强度的矢量和 2 运算法则 平行四边形定则 3 计算电场强度常用的五种方法 1 电场叠加合成的方法 2 平衡条件求解法 3 对称法 4 补偿法 5 等效法 考向1 合成法计算合电场强度 典题4 2015年山东卷 在直角坐标系xOy中 M N两点位于x轴上 G H两点坐标如图6 1 7所示 M N两点各固定一负点电荷 一电荷量为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 7 答案 B 方法技巧 分析电场的叠加问题的一般步骤是 1 确定分析计算的空间位置 2 分析该处有几个分电场 先计算出各个分电场在该点的 电场强度的大小和方向 3 依次利用平行四边形定则求出矢量和 考向2 对称法计算合电场强度 典题5 2017年湖北孝感一模 如图6 1 8所示 在一半径为r的圆周上均匀分布有N个带电小球 可视为质点 无间隙排列 其中A点的小球带电荷量为 3q 其余小球带电荷量为 q 此时圆心O点的电场强度大小为E 现仅撤去A点的小 球 则O点的电场强度大小为 图6 1 8 A E B E2 C E3 D E4 解析 假设圆周上均匀分布的都是电荷量为 q的小球 由于圆周的对称性 根据电场的叠加原理知 圆心O处电场场强为0 所以圆心O点的电场强度大小等效于A点处电荷量为 答案 B 考向3 等效法计算合电场强度 典题6 2017年贵州七校联盟高三第一次大联考 均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的电场 如图6 1 9所示 在半球面AB上均匀分布着正电荷 总电荷量为q 球面半径为R CD为通过半球顶点与球心O的轴线 在轴线上有M N两点 OM ON 2R 已知M点的电场强度 大小为E 则N点的电场强度大小为 图6 1 9 答案 B 热点3 电场线及电场线与带电粒子运动轨迹的综合题 热点归纳 1 电场线的应用 2 等量同种和异种点电荷的电场线 续表 考向1 电场线与粒子运动轨迹的综合题 典题7 2016年福建三明模拟 如图6 1 10所示 实线为不知方向的三条电场线 从电场中M点以相同速度垂直于电场线方向飞出a b两个带电粒子 仅在电场力作用下的运动轨 迹如图中虚线所示 则 A a一定带正电 b一定带负电B a的速度将减小 b的速度将增加 图6 1 10 C a的加速度将减小 b的加速度将增大D 两个粒子的动能一个增加一个减小 解析 根据两粒子的偏转方向 可知两粒子带异性电荷 但无法确定其具体电性 故A错误 由粒子受力方向与速度方向的关系 可判断电场力对两粒子均做正功 两粒子的速度 动能均增大 故B D错误 从两粒子的运动轨迹判断 a粒子经过的电场的电场线逐渐变得稀疏 b粒子经过的电场的电场线逐渐变密 说明a的加速度减小 b的加速度增大 故C正确 答案 C 方法技巧 电场线与轨迹问题判断方法 1 运动与力两线法 画出 速度线 运动轨迹在初始位置的切线 与 力线 在初始位置电场线的切线方向 从两者的夹角情况来分析曲线运动的情况 2 三不知时要假设 电荷的正负 电场强度的方向或等势面电势的高低 电荷运动的方向 若已知其中的任一个 可顺次向下分析判定各待求量 若三个都不知 则要用 假设法 分别讨论各种情况 考向2 电场线与速度 时间图象综合的问题 典题8 A B是一条电场线上的两个点 一带负电的微粒仅在电场力作用下以一定初速度从A点沿电场线运动到B 点 其速度 时间图象如图6 1 11所示 则这一电场可能是 图6 1 11 A B C D 答案 A 方法技巧 一是根据速度 时间图象判断电荷做加速运动还是减速运动 判断出电场力的方向 进而判断出电场线的方向 二是根据速度 时间图象的斜率表示加速度 判断出加速度大小的变化情况 判断出电场力的变化情况 进而判断出电场线疏密的变化情况 考向3 等量同种电荷电场与粒子运动轨迹的综合题 典题9 多选 如图6 1 12所示 两个带等量负电荷的小球A B 可视为点电荷 被固定在光滑的绝缘水平面上 P N是小球A B连线的水平中垂线上的两点 且PO ON 现将一个电荷量很小的带正电的小球C 可视为质点 由P点静止释放 在小球C向N点运动的过程中 下列关于小 球C的说法可能正确的是 A 速度先增大 再减小B 速度一直增大 图6 1 12 C 加速度先增大再减小 过O点后 加速度先减小再增大D 加速度先减小 再增大 解析 在AB的中垂线上 从无穷远处到O点 电场强度先变大后变小 到O点变为零 故正电荷所受库仑力沿连线的中垂线运动时 电荷的加速度先变大后变小 速度不断增大 在O点加速度变为零 速度达到最大 由O点到无穷远处时 速度变化情况与另一侧速度的变化情况具有对称性 如果P N相距很近 加速度则先减小 再增大 A D项正确 答案 AD 热点4 带电体的力电综合问题 热点归纳 解答力电综合问题的一般思路 典题10 2017年江西师范大学附属中学高三月考 如图6 1 13所示的竖直平面内有范围足够大 水平向左的匀强电场 电场强度为E 一绝缘弯杆由两段直杆和一半径R 1 6m的四分之一圆弧杆MN组成 固定在竖直平面内 两直杆与圆弧杆的连接点分别是M N 竖直杆PM和水平杆NQ均足够长 PMN段光滑 现有一质量为m1 0 2kg 带电荷量为 q的小环1套在PM杆上 从M点上方的D点由 静止释放 恰好能达到N点 已知q 2 10 2C E 2 102N m g取10m s2 图6 1 13 1 求D M间的距离h1 2 求小环1第一次通过圆弧杆上的M点时 圆弧杆对小环 作用力F的大小 3 在水平杆NQ上的N点套一个质量为m2 0 6kg 不带电的小环2 小环1和2与NQ间的动摩擦因数 0 1 现将小环1移至距离M点上方h2 14 4m处由静止释放 两环碰撞后 小环2在NQ上通过的最大距离是s2 8m 两环间无电荷转移 环与杆之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力 经过足够长的时间 问小环1的状态 并求小环1在水平杆NQ上运动所通过的总路程s1 小环1碰撞后向右运动 水平方向受向左的电场力和滑动摩擦力 停止后又将向左运动 回到N点的速度大于零 沿竖直轨道运动 将超过D点 以后如此做往复运动 每次回到N点速度越来越小 最后等于零 将不会在水平杆NQ上运动 小环1的最后状态是 在D N两点之间做往复运动 s1 8m故在水平杆NQ上运动所通过的总路程为8m 方法技巧 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合与速度方向总是一致 3 做曲线运动 F合 0 F合与速度方向不在一条直线上 且总指向运动轨迹曲线凹的一侧 4 F合与v的夹角为 加速运动 0 90 减速运动 90 180 5 匀变速运动 F合 恒量