高考物理一轮复习 第6章 静电场 基础课时16 电场的力的性质课件.ppt

高考导航 基础课时16电场的力的性质 知识梳理 知识点一 电荷及电荷守恒定律1 元电荷 点电荷 1 元电荷 e 1 6 10 19c 所有带电体的电荷量都是元电荷的 其中质子 正电子的电荷量与元电荷相同 2 点电荷 当带电体本身的大小和形状对研究的问题影响很小时 可以将带电体视为点电荷 2 静电场 1 定义 存在于电荷周围 能传递电荷间 的一种特殊物质 2 基本性质 对放入其中的电荷有 的作用 整数倍 相互作用 力 3 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 到另一个物体 或者从物体的一部分 到另一部分 在转移过程中 电荷的总量保持 2 起电方式 感应起电 3 带电实质 物体带电的实质是 知识点二 库仑定律1 内容 中两个静止点电荷之间的相互作用力 与它们的 成正比 与它们的 成反比 作用力的方向在它们的连线上 转移 转移 不变 摩擦起电 接触起电 得失电子 真空 电荷量的乘积 距离的二次方 2 表达式 f 式中k n m2 c2 叫静电力常量 9 0 109 3 适用条件 中的 知识点三 电场强度 点电荷的场强1 定义 放入电场中某点的电荷受到的电场力f与它的电荷量q的 真空 点电荷 比值 2 定义式 e 单位 n c或v m3 点电荷的电场强度 真空中点电荷形成的电场中某点的电场强度 e 4 方向 规定 在电场中某点所受 的方向为该点的电场强度方向 正电荷 电场力 5 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 和 遵从 定则 知识点四 电场线1 定义 为了形象地描述电场中各点电场强度的 及 在电场中画出一些曲线 曲线上每一点的 都跟该点的电场强度方向一致 曲线的 表示电场的强弱 矢量 平行四边形 强弱 方向 切线方向 疏密 正电荷 相交 场强 场强方向 降低 垂直 思考 1 两个完全相同的带电金属球接触时 电荷量如何分配 2 已知一条电场线如图 能否比较任意两点场强的大小及电势高低 诊断自测 解析电场中某点场强的大小和方向由电场本身决定 与试探电荷的受力情况及电荷性质无关 故a d错误 c正确 电场强度的方向与正电荷所受电场力方向相同 与负电荷所受电场力方向相反 但场强方向与试探电荷的正负无关 b错误 答案c 2 2015 浙江理综 16 如图1所示为静电力演示仪 两金属极板分别固定于绝缘支架上 且正对平行放置 工作时两板分别接高压直流电源的正负极 表面镀铝的乒乓球用绝缘细线悬挂在两金属板中间 则 图1 a 乒乓球的左侧感应出负电荷b 乒乓球受到扰动后 会被吸在左极板上c 乒乓球共受到电场力 重力和库仑力三个力的作用d 用绝缘棒将乒乓球拨到与右极板接触 放开后乒乓球会在两极板间来回碰撞解析根据静电感应近异远同的特性可知乒乓球左侧感应出正电荷 a错误 库仑力就是电场力 c错误 乒乓球与右极板接触后带正电 在电场力作用下向负极运动 碰到负极板正电荷与负极板上的负电荷中和后带负电 在电场力作用下又向正极板运动 这样会在两极板间来回碰撞 b错误 d正确 答案d 3 使两个完全相同的金属小球 均可视为点电荷 分别带上 3q和 5q的电荷后 将它们固定在相距为a的两点 它们之间库仑力的大小为f1 现用绝缘工具使两小球相互接触后 再将它们固定在相距为2a的两点 它们之间库仑力的大小为f2 则f1与f2之比为 a 2 1 16 10 1解析两个完全相同的金属球相互接触并分开后 带电荷量均变为 q 距离变为原来的两倍 根据库仑定律可知选项d正确 答案d 4 如图2为真空中两点电荷a b形成的电场中的一簇电场线 该电场线关于虚线对称 o点为a b点电荷连接的中点 a b为其连线的中垂线上对称的两点 则下列说法正确的是 图2a a b可能带等量异号的正 负电荷b a b可能带不等量的正电荷c a b两点处无电场线 故其电场强度为零d 同一试探电荷在a b两点处所受电场力大小相等 方向相反 解析根据题图中的电场线分布可知 a b带等量的正电荷 选项a b错误 a b两点处虽然没有画电场线 但其电场强度一定不为零 选项c错误 由图可知 a b两点处电场强度大小相等 方向相反 同一试探电荷在a b两点处所受电场力大小相等 方向相反 选项d正确 答案d 5 多选 2016 广东七校联考 如图3所示 点电荷q固定 虚线是带电荷量为q的微粒仅在电场力作用下的运动轨迹 微粒的重力不计 a b是轨迹上的两个点 b点离q较近 则下列判断正确的是 图3a q一定带正电荷 q一定带负电荷b 不管q带何种电荷 微粒在a点受到的电场力一定比在b点的小c 微粒通过a b两点时 加速度方向都指向qd 微粒通过a点时的速率比通过b点时的速率大 解析由于微粒重力不计 则q与微粒间是吸引力 电性相反 q不一定带正电 a错误 由于a点离q远 则受到的电场力小 b正确 由库仑定律知 微粒受力方向指向q c正确 无论微粒由a点向b点运动还是由b点向a点运动 根据微粒的受力方向和运动方向关系可知 微粒通过a点时速率小 d错误 答案bc 考点一库仑力作用下的平衡问题1 解决平衡问题应注意三点 1 明确库仑定律的适用条件 2 知道完全相同的带电小球接触时电荷量的分配规律 3 进行受力分析 灵活应用平衡条件 2 在同一直线上三个自由点电荷的平衡问题 1 条件 两个点电荷在第三个点电荷处的合场强为零 或每个点电荷受到的两个库仑力必须大小相等 方向相反 2 规律 三点共线 三个点电荷分布在同一条直线上 两同夹异 正 负电荷相互间隔 两大夹小 中间电荷的电荷量最小 近小远大 中间电荷靠近电荷量较小的电荷 例1 多选 2015 浙江理综 20 如图4所示 用两根长度相同的绝缘细线把一个质量为0 1kg的小球a悬挂到水平板的m n两点 a上带有q 3 0 10 6c的正电荷 两线夹角为120 两线上的拉力大小分别为f1和f2 a的正下方0 3m处放有一带等量异种电荷的小球b b与绝缘支架的总质量为0 2kg 重力加速度取g 10m s2 静电力常量k 9 0 109n m2 c2 a b球可视为点电荷 则 图4 a 支架对地面的压力大小为2 0nb 两线上的拉力大小f1 f2 1 9nc 将b水平右移 使m a b在同一直线上 此时两线上的拉力大小f1 1 225n f2 1 0nd 将b移到无穷远处 两线上的拉力大小f1 f2 0 866n 答案bc 方法提炼解决库仑力作用下平衡问题的方法步骤库仑力作用下平衡问题的分析方法与纯力学平衡问题的分析方法是相同的 只是在原来受力的基础上多了电场力 具体步骤如下 变式训练 1 如图5所示 a b是两个带异种电荷的小球 其质量分别为m1和m2 所带电荷量分别为 q1和 q2 a用绝缘细线l1悬挂于o点 a b间用绝缘细线l2相连 整个装置处于水平方向的匀强电场中 平衡时l1向左偏离竖直方向 l2向右偏离竖直方向 则可以判定 图5a m1 m2b m1 m2c q1 q2d q1 q2 解析对a b整体分析 受细线l1的拉力 重力 水平方向的电场力 由于细线l1向左偏 则电场力水平向左 即 q1 q2 e 0 q1 q2 c正确 d错误 不能判断m1 m2的大小关系 a b错误 答案c 考点二电场强度的叠加与计算 例2 2015 山东理综 18 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 答案b 变式训练 2 对称法求电场强度 如图7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点处的场强为零 则d点处场强的大小为 k为静电力常量 图7 答案b 3 平衡法求电场强度 如图8所示 在光滑绝缘水平面上 三个带电小球a b和c分别位于边长为l的正三角形的三个顶点上 a b带正电 电荷量均为q c带负电 整个系统置于方向水平的匀强电场中 已知静电力常量为k 若三个小球均处于静止状态 不计重力 则匀强电场场强的大小 图8 答案b 方法提炼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 考点三电场线的理解与应用 例3 多选 如图9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 若带电粒子在运动过程中只受电场力作用 根据此图可做出的正确判断是 图9 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解析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错误 b正确 利用初速度的方向和电场力方向的关系 可判断带电粒子由a到b时电场力做负功 动能减小 因此va vb 选项d正确 答案bcd 方法提炼分析带电粒子运动的轨迹类问题的技巧 变式训练 4 2016 浙江金华二模 在空间o点固定带正电的点电荷q 其电场的电场线如图10所示 在其电场中的a点有一个带电粒子q 重力不计 若给带电粒子一个垂直于oa方向的初速度v0 在只受电场力的作用下 以下说法中正确的是 图10 a 若q为负电荷 则q一定做圆周运动b 若q为负电荷 则q可能做匀变速曲线运动c 若q为正电荷 则q的电势能可能增大d 若q为正电荷 则q一定做远离o点的变加速曲线运动 解析若q为负电荷 只有当粒子受到的电场力恰好和粒子做圆周运动的向心力大小相等时 粒子才做匀速圆周运动 否则粒子就做变速曲线运动 所以a错误 当粒子做曲线运动时 粒子受到的电场力的大小要改变 所以粒子做的是变加速曲线运动 所以b错误 若q为正电荷 那么粒子一定会向远离电荷q的方向运动 电场力做正功 则q的电势能逐渐减小 所以c错误 若q为正电荷 那么粒子一定会远离o点 受到的电场力的大小逐渐减小 做变加速曲线运动 所以d正确 答案d 例4 如图11所示 在真空中有两个固定的等量异种点电荷 q和 q 直线mn是两点电荷连线的中垂线 o是两点电荷连线与直线mn的交点 a b是两点电荷连线上关于o的对称点 c d是直线mn上的两个点 下列说法中正确的是 图11 a a点的场强大于b点的场强 将一检验电荷沿mn由c移动到d 所受电场力先增大后减小b a点的场强小于b点的场强 将一检验电荷沿mn由c移动到d 所受电场力先减小后增大c a点的场强等于b点的场强 将一检验电荷沿mn由c移动到d 所受电场力先增大后减小d a点的场强等于b点的场强 将一检验电荷沿mn由c移动到d 所受电场力先减小后增大 解析等量异种电荷形成的电场的电场线如图所示 在 q和 q的连线上 从 q到 q电场强度先变小后变大 在 q和 q连线的中垂线上从o点向m点或n点电场强度均变小 故选项c正确 答案c 拓展延伸 在 例4 中 若将一正检验电荷q从b点移到a点 电场力做什么功 从d点移到c点呢 解析在两电荷的连线上 电场方向从 q指向 q 正q受力方向从a指向b 故检验电荷q从b点移到a点 电场力做负功 在 q和 q连线的中垂线上 各点电场方向不变 始终水平向右 正q从d点到c点受力方向和速度方向始终垂直 故电场力不做功 答案负功不做功 规律总结两种等量点电荷的电场线 5 2016 湖北华师一附中等八校联考 英国科学家法拉第最先尝试用 线 描述磁场和电场 有利于形象理解不可直接观察的电场和磁场的强弱分布 如图12所示为一对等量异种点电荷 电荷量分别为 q q 实线为电场线 虚线圆的圆心o在两电荷连线的中点 a b c d为圆上的点 下列说法正确的是 图12a a b两点的电场强度相同b b c两点的电场强度相同c c点的电势高于d点的电势d d点的电势等于a点的电势 解析a b c d在同一个圆上 电场线的疏密表示场强的强弱 故四点的场强大小相等 但是方向不同 选项a b错误 沿电场线方向电势降低 故c点电势低于d点电势 选项c错误 a d两点关于两电荷连线对称 故电势相等 选项d正确 答案d 1 多选 如图13所示 实线是匀强电场的电场线 虚线是某一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 若带电粒子在运动中只受电场力作用 则由此图可作出的正确判断是 图13a 带电粒子带负电b 带电粒子带正电c 带电粒子所受电场力的方向向左d 带电粒子做匀变速运动 解析由运动轨迹的弯曲特点可知 带电粒子受水平向左的电场力作用 故粒子带负电 粒子在匀强电场中运动 则粒子受电场力是恒定的 可知粒子运动的加速度大小不变 答案acd 2 多选 2015 江苏单科 8 两个相同的负电荷和一个正电荷附近的电场线分布如图14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14a 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 答案acd 3 2016 福建福州质检 如图15所示 水平天花板下用长度相同的绝缘细线悬挂起来的两个相同的带电小球a b 左边放一带正电的固定球p时 两悬线都保持竖