高考总复习物理第六章静电场.doc
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1、第六章静电场第1讲电场的力的性质物质的电结构、电荷守恒(考纲要求 )1.物质的电结构(1)原子是由带正电的原子核和带负电的电子构成,原子核的正电荷数与电子的负电荷数相等(2)金属中离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动,这种电子叫做自由电子2电荷及电荷守恒定律(1)元电荷:最小的电荷量,其值为e1.601019C.其他带电体的电荷量皆为元电荷的整数倍(2)电荷守恒定律内容:电荷既不会创生,也不会消灭,它只能从一个物体转移到另一个物体,或者从物体的一部分转移到另一部分;在转移过程中,电荷的总量保持不变起电方式:摩擦起电、接触起电、感应起电带电实质:物体带电的实质是得失电子.点
2、电荷、静电场(考纲要求 )1.点电荷(1)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)是一种理想化的物理模型2静电场(1)定义:存在于电荷周围,能传递电荷间相互作用的一种特殊物质(2)基本性质:对放入其中的电荷有力的作用判断正误,正确的划“”,错误的划“”(1)任何带电体所带的电荷量都是元电荷的整数倍()(2)完全相同的两金属球接触后电荷先中和后平分()(3)把电荷放入电场中,电荷一定受到电场力的作用()答案(1)(2)(3)库仑定律(考纲要求 )1.内容:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力与它们的电荷量的乘积成正比,与它们的距离的平方成反比作用力的方向在它们
3、的连线上2表达式:Fk,式中k9.0109 Nm2/C2,叫静电力常量3适用条件:真空中的点电荷.电场强度、点电荷的场强(考纲要求 )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:Ek.4方向:规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点的电场强度方向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矢量和,遵从平行四边形定则判断正误,正确的划“”,错误的划“”(1)根据公式Fk得,当r0时,有F.()(2)电场强度反映了电场力的性质,所以此电场中某点的场强与
4、试探电荷在该点所受的电场力成正比()(3)电场中某点的场强方向即为正电荷在该点所受的电场力的方向()(4)在真空中,电场强度的表达式为E,式中Q就是产生电场的点电荷()答案(1)(2)(3)(4)电场线(考纲要求 )1.定义:为了形象地描述电场中各点电场强度的强弱及方向,在电场中画出一些曲线,曲线上每一点的切线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强弱2.3几种典型电场的电场线(如图611所示)(模型演示见PPT课件)图611判断正误,正确的划“”,错误的划“”(1)在点电荷电场中,以点电荷为球心的同一球面上各点的场强都相同()(2)带电粒子的运动轨迹可能与电场线重合()(3)电
5、场线的方向即为带电粒子的运动方向()答案(1)(2)(3)基 础 自 测1(多选)关于元电荷的下列说法中正确的是()A元电荷实质上是指电子和质子本身B所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍C元电荷的值通常取e1.601019 CD电荷量e的数值最早是由美国科学家密立根通过实验测得的解析元电荷只是一个电荷量单位,没有正、负,不是物体,电子、质子是实实在在的粒子,不是元电荷,其带电荷量为一个元电荷,A错误;实验得出,所有带电体的电荷量或者等于e,或者是e的整数倍,这就是说,电荷量是不能连续变化的物理量,B正确;电荷量e的数值最早是由美国物理学家密立根测得的,D正确答案BCD2(单选)关于电场强度
6、的概念,下列说法正确的是()A由E可知,某电场的场强E与q成反比,与F成正比B正、负试探电荷在电场中同一点受到的电场力方向相反,所以某一点场强方向与放入试探电荷的正负有关C电场中某一点的场强与放入该点的试探电荷的正负无关D电场中某一点不放试探电荷时,该点场强等于零解析电场中某点场强的大小由电场本身决定,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;而电场强度的方向与正电荷受电场力方向相同,与负电荷所受电场力方向相反,B错误答案C3(单选)两个分别带有电荷量为Q和3Q的相同金属小球(均可视为点电荷),固定在相距为r的两处,它们间库仑力的大小为F.两小球相互接触后将其固定距离变为,则两
7、球间库仑力的大小为()A.FBFCFD12F解析两带电金属球接触前,由库仑定律得:Fk,两带电金属球接触后,它们的电荷量先中和后均分,Fkk.联立得FF,C选项正确答案C4(单选)如图612所示,两个质量均为m的完全相同的金属球壳a与b,壳层的厚度和质量分布均匀,将它们分别固定于绝缘支座上,两球心间的距离为l,为球半径的3倍若使它们带上等量异种电荷,两球电量的绝对值均为Q,那么,a、b两球之间的万有引力F引、库仑力F库分别为()图612AF引G,F库kBF引G,F库kCF引G,F库kDF引G,F库k解析万有引力定律适用于两个可看成质点的物体,虽然两球心间的距离l只有半径的3倍,但由于壳层的厚度
8、和质量分布均匀,两球壳可看做质量集中于球心的质点因此,可以应用万有引力定律对于a、b两带电球壳,由于两球心间的距离l只有半径的3倍,不能看成点电荷,不满足库仑定律的适用条件,故D正确答案D5(多选)如图613所示为电场中的一条电场线,图613在该电场线上有a、b两点,用Ea、Eb分别表示两点电场强度的大小,则()Aa、b两点的场强方向相同B因为电场线由a指向b,所以EaEbC因为电场线是直线,所以EaEbD不知道a、b附近电场线的分布情况,Ea、Eb的大小不能确定解析电场线上某点的切线方向表示该点电场强度的方向,本题中的电场线是直线,因此a、b两点的电场强度方向相同;电场线的疏密表示电场强度的
9、大小,一条电场线不能确定a、b两点的电场强度的大小关系答案AD6(单选)如图614所示,一带负电粒子以某速度进入水平向右的匀强电场中,在电场力作用下形成图中所示的运动轨迹M和N是轨迹上的两点,其中M点是轨迹的最右点不计重力,下列表述正确的是()图614A粒子在M点的速率最大B粒子所受电场力的方向沿电场力方向C粒子在电场中的加速度不变D粒子在电场中的电势能始终在增加解析粒子接近M点过程中电场力做负功,离开M点的过程中电场力做正功,所以在M点粒子的速率应该最小,且所受电场力方向与电场方向相反,A、B错误,粒子在匀强电场中运动,所受电场力不变,加速度不变,C正确,因为动能先减小后增加,所以电势能先增
10、加后减小,D错误答案C热点一电场强度的理解及计算1电场强度三个表达式的比较表达式比较 EEkE公式意义电场强度定义式真空中点电荷电场强度的决定式匀强电场中E与U的关系式适用条件一切电场匀强电场决定因素由电场本身决定,与q无关由场源电荷Q和场源电荷到该点的距离r共同决定由电场本身决定,d为沿电场方向的距离相同点矢量,遵守平行四边形定则单位:1 N/C1 V/m2.电场强度的计算方法除用以上三个表达式计算外,还可以借助下列三种方法求解:(1)电场叠加合成的方法(2)平衡条件求解法(3)对称法【典例1】 (2013新课标全国卷,15)如图615,一半径为R的圆盘上均匀分布着电荷量为Q的电荷,在垂直于
11、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 (q0)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615AkBkCkDk解析本题应从点电荷产生的电场和电场的叠加角度解决问题已知a处点电荷和带电圆盘均在b处产生电场,且b处场强为零,所以带电圆盘在b处产生的电场场强E1和q在b处产生的电场场强Eab等大反向,即E1Eab,带电圆盘在d处产生的电场场强E2E1且方向与E1相反,q在d处产生的电场场强Ead,则d处场强EdE2Eadk,选项B正确答案B反思总结分析电场叠加问题的一般步骤电场强度是矢量,叠加时
12、应遵从平行四边形定则,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【跟踪短训】1在图616中,A、B、C三点都在匀强电场中,已知ACBC,ABC60,BC20 cm.把一个电量q1105C的正电荷从A移到B,电场力做功为0;从B移到C,电场力做功为1.73103J.该匀强电场的电场强度大小和方向为()图616A865 V/m垂直AB连线斜向下B865 V/m沿CB方向C1 000 V/m垂直AB连线斜向下D1 000 V/m垂直AB连线斜向上解析把电荷q从A移到B
13、,电场力做功为零,因此A、B为等势面上的两点据电荷从B移到C的做功情况,得B、C两点间电势差UBC173 VEb,abBEaEb,aEb,abDEab解析由题图可以看出a处电场线更密,所以EaEb,根据对称性,a处的电势应与右侧负电荷附近对称点的电势相等,再根据沿电场线方向电势降低可以判定ba,故C项正确答案C【跟踪短训】图61116图6111是某一点电荷的电场线分布图,下列表述正确的是()Aa点的电势高于b点的电势B该点电荷带负电Ca点和b点电场强度的方向相同Da点的电场强度大于b点的电场强度解析沿电场线方向电势降低,故A选项错误;由图中电场线分布知,此图为一负点电荷的电场线分布图,B项正确
14、;电场线密集处场强大,C项错、D项正确答案BD7图6112中的实线表示电场线,虚线表示只受电场力作用的带正电粒子的运动轨迹,粒子先经过M点,再经过N点,可以判定()图6112AM点的电势大于N点的电势BM点的电势小于N点的电势C粒子在M点受到的电场力大于在N点受到的电场力D粒子在M点受到的电场力小于在N点受到的电场力解析此电场为非匀强电场,从电场线的疏密程度能够判断出场强的大小,N点处电场线比M点处密集,则N点场强大于M点场强,同一带电粒子在N点受到的电场力大于在M点受到的电场力,D正确、C错误顺着电场线的方向电势逐渐降低,M点的电势大于N点的电势,A正确、B错误答案AD物理建模9.三电荷平衡
15、模型两个等量点电荷电场的分布模型三电荷平衡模型(模型演示见PPT课件)1模型构建对由三个自由电荷组成的系统,且它们仅靠彼此间的静电力作用而处于平衡状态,该系统即为三电荷平衡模型2模型条件(1)三个点电荷共线(2)三个点电荷彼此间仅靠电场力作用达到平衡,不受其他外力(3)任意一个点电荷受到其他两个点电荷的电场力大小相等,方向相反,为一对平衡力3模型特点(1)“三点共线”三个点电荷分布在同一直线上(2)“两同夹异”正负电荷相互间隔(3)“两大夹小”中间电荷的电荷量最小(4)“近小远大”中间电荷靠近电荷量较小的电荷【典例1】 如图6113所示,在光滑绝缘水平面上放置电荷量分别为q1、q2、q3的三个
16、点电荷,三者位于一条直线上,已知q1与q2之间的距离为l1,q2与q3之间的距离为l2,三个点电荷都处于静止状态图6113(1)若q2为正电荷,判断q1和q3的电性;(2)求q1、q2、q3三者电荷量大小之比解析(1)q2为正电荷时,假设q1为正电荷,要使q2受力平衡,q3应为正电荷,但此时分析q1的受力情况,q2对q1有向左的斥力,q3对q1也有向左的斥力,q1所受合力向左,不能平衡,因此,q2为正电荷时,q1只能为负电荷同理可知,q3为负电荷(2)三个点电荷所受合力都等于零,根据共点力平衡条件和库仑定律有对q2:kk对q1:kk联立可解得q1q2q3212答案(1)负,负(2)212即学即
17、练1两个可自由移动的点电荷分别放在A、B两处,如图6114所示A处电荷带正电荷量Q1,B处电荷带负电荷量Q2,且Q24Q1,另取一个可以自由移动的点电荷Q3,放在AB直线上,欲使整个系统处于平衡状态,则()图6114AQ3为负电荷,且放于A左方BQ3为负电荷,且放于B右方CQ3为正电荷,且放于A、B之间DQ3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Q1和Q2是异种电荷,对Q3的作用力一为引力,一为斥力,所以Q3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Q2电荷量较大,Q3应放在离Q2较远而离Q1较近的地方才有可能处于平衡,故应放在Q1的左侧要使
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