高中物理选修3-1 复习学案.pdf
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1、第一章静电场 1.1电荷及其守恒定律 库仑定律 电场强度【学习目标】1、了解元电荷的含义,理解电荷守恒定律的不同表述。2、掌握库仑定律,能够解决有关的问题。3、理解电场强度及其矢量性,掌握电场强度的叠加,并进行有关的计算。4、知道用电场线描述电场的方法。理解引入电场线的意义。【自主学习】一、电荷及电荷守恒1、自然界中存在 电荷,正电荷和负电荷,同种电荷相互,异种电荷相互 O电荷的多少叫做,单位是库仑,符号是C。所有带电体的带电量都是电荷量e=的整数倍,电荷量e称为 o2、(1)点电荷是一种 模型,当带电体本身 和 对研究的问题影响不大时,可以将带电体视为点电荷。真正的点电荷是不存在的,这个特点
2、类似于 力学中质点的概念。3、使物体带电有方法:摩擦起电、感应起电、接触起电,其实质都是电子的转 置4、电荷既不能,也不能,只能从一个物体 到另一个物体,或从物体的_转移到_,在转移的过程中,电荷的总量_,这就是电荷守恒定截二、库仑定律1、真空中两个 之间的相互作用力F的大小,跟它们的电荷量Qi、Q2的乘积成,跟它们的距离r的 成反比,作用力的方向沿着它们的 o公式F=其中静电力常量k适用范围:真空中的 o4、库仑定律与万有引力定律的比较如下表:三、电场强度1、电场和电场强度定律共同点区别影响大小的因素万有引力定律(1)都与距离的二次 方成反比(2)都有一个常量与两个物体_、_有关,只有_力m
3、i,m2,r库仑定律与两个物体_、_有关,有_力,也有力Q i,Q 2,r电场电场是电荷之间发生相互作用的媒介物质,_周围存在电场,电场强度和 定义式放入电场中某点的电荷所受的_跟该电荷所带_的比值叫做该点的电场强度公式:_,单位:_,或V/m物理意义是描述电场久的性质的物理量,能够反映电场的强弱相关因素E的大小和_的大小无关,是由电场_决定的,只与形成电场的电荷和该点_有关,与试探电荷无关矢标性电场强度的方向与该点_所受电场力的方向相同,与_受电场力的方向相反,几个场强叠加时,需按矢量的运算法则,即_定则。12、电场强度的几个公式(1)E=二是电场强度的定义式,适用于 的静电场。q(2)石=
4、左?是点电荷在真空中形成的电场中某点场强的计算式,只 r适用于 在真空中形成的电场。(3)E=匕是匀强电场中场强的计算式,只适用于,其中,dd必须是沿 的距离。3、电场的叠加电场需按矢量的运算法则,即按平行四边形定则进行运算。四、电场线(1)电场线:在电场中画出一些曲线,使曲线上每一点的 方向都跟该点的 方向一致,这样的曲线就叫做电场线。电场线是人们为了描述 而人为地画出来的,电场中并非真正存在着这样一些曲线。它可以形象直观地反映电场的 和 O(2)电场线的性质:电场线起始于(或无穷远处);终止于(或无 穷远处)。其上每一点的切线方向和该点的 方向一致。疏密程度反映了电场 的,电场线密集的地方
5、场强;电场线稀疏的地方场强。在没有电荷的空 间,电场线不能_,两条电场线不能_o(3)与电殍施系:在静电场中,电场线和等势面_且由电势较_的等势面指向电势较低的等势面。顺着电场线的方向电势越来,但顺着电届的方 向场强 越来越小。(4)电场线和电荷在电场中的运动轨迹是_的,它们只有在一定的条件下才 能重合。即:电场线是。电荷的初速度为零或不为零,但速度方向和电场线_o电荷仅受电场力作用或受其他力的方向和电场线平存一 只有同时满足这三个条件,轨迹才和电场线重合。【典型例题】例1:如图1所示,有两个带电小球,电量分别为+Q和+9Q,在真空中相距 0.4m o如果引进第三个带电小球,正好使三个小球都处
6、于平衡状态,第三个小球带 的是哪种电荷?应放在什么地方?电量是Q的几倍?Q q 9QA C B(图 IT)(1)审题(写出或标明你认为的关键词、题中条件和所处状态及过 程)(2)分析(合理分段,画出示意图,并找出各段之间的连接点)(3)解题过程2例2:(2004 C 西模拟)如图1-2所示,初速度为u的带电粒子,从A点射入电场,/h沿虚线运动到B点,判断:一个(1)粒子带什么电?(2)粒子加速度如何变化?(3)画出A、B两点的加速度方向。图1-2(1)审题(写出或标明你认为的关键词、题中条件和所处状态及过 程)(2)分析(合理分段,画出示意图,并找出各段之间的连接点)(3)解题过程例3:如图3
7、所示,A、B两点放有电荷量+Q和+2Q的点电荷,A、B、C、D四 点在同一直线上,且AC=CD=DB,将一正电荷从C点沿直线移到D点,则()A、电场力一直做正功B、电场力先做正功再做负功+q+2QC、电场力一直做负功-1-1-e 图-3D、电场力先做负功再做正功 A C D B(1)审题(写出或标明你认为的关键词、题中条件和所处状态及过 程)(2)分析(合理分段,画出示意图,并找出各段之间的连接点)(3)解题过程【针对训练】1、真空中有两个相同的金属小球A和B,相距为r,带电量分别是q和2q,但 带何种电荷未知,它们之间的相互作用力大小为F,有一个跟A、B相同的不带电的 金属球C,当C跟A、B
8、依次各接触一次后移开,再将A、B间距离变为2r,那么A、B间的作用力大小可能是()A、5F/64 B、5F/32 C、3F/64 D、3F/162、如图-4所示,绝缘的细线上端固定,下端悬挂一个轻 质小球a,a的表面镀有铝膜,在a的近旁有一绝缘金属球b,开 始时,a、b都不带电,如图所示,现使b带电则()CbJ OA、a、b间不发生相互作用 VB、b将吸引a,吸住后不放开C、b立即把a排斥开D、b先吸引a,接触后又把a排斥开3、有关电场强度的理解,下述正确的是()A、由石=可知,电场强度E跟放入的电荷q所受的电场力成正比。qB、当电场中存在试探电荷时,电荷周围才出现电场这种特殊的物质,才存在电
9、 场强度C、由E二Kq/r?可知,在离点电荷很近,r接近于零,电场强度达无穷大D、电场强度是反映电场本身特性的物理量,与是否存在试探电荷无关。34、一半径为R的绝缘球壳上均匀地带有电荷量为Q的正电荷,另一电荷量为q 的带正电的点电荷放在球心0上,由于对称性,点电荷的受力为零,现在球壳上挖 去半径为r 的小圆孔,则此时置于球心的点电荷所受力的大小为(已知 静电力常量为k),方向【能力训练】1、如图5所示为电场中的一根电场线,在该电场线上有a、b两点,用Ea、Eb分别表示两处场强的大小,则()A、a、b两点的场强方向相同-1 I-B、因为电场线由a指向b,所以EaEb a bC、因为电场线是直线,
10、所以Ea二Eb 图1-5D、因为不知道a、b附近的电场线分布情况,所以不能确定Ea、Eb的大小关系。2、在x轴上有两个点电荷,一个带正电Qi,另一个带负电-Q 2,且Qi=2Q 2,用E1和E2分别表示两个点电荷所产生的场强大小,则在x轴上()A、E-E2之点只有一个,该处的合场强为零B、E-E2之点共有两处,一处合场强为零,另一处合场强为2E2C、E-E2之点共有三处,其中两处合场强为零,另一处合场强为2E2D、E-E2之点共有三处,其中一处合场强为零,另两处合场强为2E23、如图6所示,用两根细绳把两个带同种电荷的小球悬挂在一点,A球质量大于B球的质量,A球所带的电荷量大于B球所带的电荷量
11、。两球静止时,A、B两球处在同一水平面上,悬线与竖直线的偏角分别为。和B,则()A a p B a a=p D、无法确定4、如图7所示,直线A、B是一条电场线,在其上某点P处由静止开始释放一负试探电荷时,它沿直线向B处运动,对此现象,下列判断正确的是(不计电荷重力)A、电荷一定向B做匀加速运动B、电荷一定向B做加速度越来越小的运动C、电荷一定向B做加速度越来越大的运动A P B-IL图1-7D、电荷向B做加速运动,加速度的变化情况不能确定。5、如图所示,A、B为带电量分别是Q a c d B和-Q 的两 个等量 异种点 电荷,c、d为 A、-1-1 B连线上的两个点,且Ac=B d,则c、d两
12、点电场强度6、如图9所示,半径为r的圆与坐标轴的交点分别 为a、b、c、d,空间有与x轴正方向相同的匀强电场,同 时,在0点固定一个电荷量为+Q的点电荷,如果把一个带 电量为-q的试探电荷放在c点,则恰好处于平衡,那么该 匀强电场的场强大小为,a、d两点的合场强大小分别为、O7、(2004 广东)已经证实,质子、中子都是由称为上夸克和下夸克的两种夸2 1克组成的,上夸克带电为一e,下夸克带电为-e,e为电子所带电荷量的大小,如 3 3 果质子是由三个夸克组成的,且各个夸克之间的距离为L,L=1.5X10 试计算 质子内相邻两个夸克之间的静电力()48、两个质量都为m的小球可视为质量,用长度都是
13、L的绝缘细线悬挂在同一点,使它们带上等量同种电荷,平衡时两悬线的夹角为20,求每个小球所带的电量。9、一粒子质量为m,带电量为+q,以初速度V,跟水平方向成45角 斜向上进 入匀强电场区域,粒子恰沿直线运动,求这匀强电场场强的最小值,并说明其方向。10、用三根长均为L的细丝线固定两个质量为m、带电量分别为q和-q的小球,如图10所示,若加一个水平向左的匀强电场,使丝线都被拉紧且处于平衡状态,则所加电场E的大小应满足什么条件?【学后反思】季芍合菜自主学习一、电荷及电荷守恒1、两种排斥吸引电荷量 6=1.6x10190 元电荷2、理想大小形状3、摩擦起电、感应起电、接触起电 电子的转移4、创造消灭
14、转移一部分 另一部分保持不变二、库仑定律1、点电荷正比 二次方 连线左组 9.0 xl09Nm/C2r2、二次方质量、距离、引电荷量引斥力三、电场强度1、电荷电场力电量 E=F/q N/C 力强弱 本身的性质位置正电 荷负电荷 平行四边形2、任何形式 点电荷 匀强电场 电场线方向5四、电场线(1)切线场强 电场 强弱 方向(2)正电荷负电荷场强 强弱弱 中断相交(3)垂直高低越低(4)不同直线平行电场力平行典型例题例1解析:此题考查同一直线上三个自由电荷的平衡问题。如图所示,第三个小球平衡位置应在+Q和+9Q连线上,且靠近+Q。如图中C点。设 AC=xm,B C=(0.4-x)m,对 q 有:
15、k Qq _ k 9 Q0q x2(0.4-x)2解得:x=0.I m要使+Q平衡q须是负电荷,对+Q有:左9002 7 qQ2 一忙 9-0.4 x9 解得q=Q 169即第三个小球带负电荷,电荷量是Q的二倍,应放在+Q和+9Q的连线上且距16带正电。+Q0.1m 处。答案:负电荷例2 解析:此题考查电场线的特点及带电粒子在电场中运动受力和轨迹之间 的关系。(1)粒子受合力方向指向弯曲的一侧,由粒子运动轨迹可知(2)由电场线的疏密情况可知粒子加速度增大。(3)A、B两点的加速度方向即为该点所在曲线的切线方向,如图所示。答案:(1)正电(2)增大(3)见解析图例3 解析:由于A、B两点均放有带
16、正电的点电荷,在AB连线上有一点合场 强必为零,设该点距A点的距离为x,根据点电荷场强公式和场的叠加原理有:=k 2。X=(yf2-l)Lo 可见 E=0 点在 C、D 之间。%a-%)由此可知,正电荷从C到D的过程中,电场力先做正功再做负功,故B正确。答案:选B o针对训练1、解析:选A、C,若为异种电荷,由于各小球相同,故接触时电量平分,则91=2,42=0由b=左要计算,贝U c正确。若为同种电荷,则=2,/=一/再根 2 4 r 2 4据尸=左幺华计算,可知A正确。r2、解析:选D b带电后,使a产生静电感应,感应的结果是a靠近b的一 6侧出现与b异种的感应电荷,远离b的一侧出现与b同
17、种的感应电荷,异种电荷离 b近,故b对a吸引,接触后b、a带同种电荷,它们间的斥力把a排斥开,故D正 确。3、解析:选D 由于电场强度与电场本身特性有关,与试探电荷无关故A、B 错误;公式E=KQ/r 2适用于真空的中点电荷,当r接近于零时,电荷不可能是点电 荷,故C错误。因此D正确。4、解析:与挖孔处这一小圆面上相对于圆心对称的一侧的电荷量 2 2tt r rq=tQ=工Q,由于半径r R,可以把它看成点电荷,根据库仑定律它对 47?2中心+q作用力大小为:2r/=左驾=左4H2=依竺其方向由球心指向小孔中心。R R 4R答案:皿J由球心指向小孔中心。47?能力训练1、解析:选A、D 由于电
18、场线上每一点的切线方向跟该点场强方向一致,而 该电场线是直线,故A正确,电场线的疏密表示电场强弱,只有一条电场线无法判 断其疏密,故D正确。2、解析:选B 由石=左4 Qi=2Q 2可知Ei=E2的点应离Qi较远,离Q2较近,x轴上这样的点有两个,一个是Q1Q2间,另一个点是Qi与Q2的连线上,且在Q2的 外侧。3、解析:选B A、B之间的静电力是作用力和反作用力关系,所以不论A、B哪个电荷量大,它们受到的静电力大小相等,方向相反,由平稳条件得,tan=mg可见质量越大,悬线与竖直线的偏角越小,即C(VB,故B正确。4、解析:选D 电场线AB是一条直线,但无法判断电场是否为匀强电场,由试探电荷
19、的加速运动可知电场线方向向左,但不知强弱情况,由此可知,D正确。5、解析:由b=挈和场的叠加原理,可知,c、d两点场强相等。r答案:Ec=Ed6、解析:由于把-q放在c点恰好平衡,则c点合场强为0,即石=左乌则a点场强为&Z=2挈,d点场强为Ed=4?r r答案:e型切=学Ed上 r r r77、解析:质子带电为+e,所以它是由2个上夸克和1个下夸克组成的。按题意,三个夸克必位于等边三角形的三个顶点处,这时上夸克与上夸克之间的静电力应为4/=1左1T代入数值得Fi=46N,为斥力,上夸克与下夸克之间的静电力为F2=k-q 2-k 代入数值得F2=23N为引力。9 I答案:上夸克间为46N斥力,
20、上、下夸克间为23N的引力 8、解析:由题文做图,对小球受力分析,两球的距离为2Lsin 0,由库仑定律得2F=k 2q 2(1)4L2sin29由平衡关系可得:F=mg-tan 0(2)Bmg*27 q 八k-2-2-mS ta nH q=4L sin 0皿吧过 25Amg ta n0V k答案:q-2L siiImgt aBk9、解析:粒子受到重力和电场力,场强最小时,图所示,由于物体沿直线运动故合力也在此直线方向,解,由平衡关系得:Eq=mg sin 45其受力如、将mg分史.0石=吗也坦=变鳖方向与水平成 mgq10、解析:取 电荷的作用力Fba,F 合 x=F t 1 cos60+F
21、2qA球为研究对象,A0A线的拉力Fti,B A135 角。的受力为:重力mg、电场力F、B电荷对A 线的拉力Ft2,建立坐标如图所示,平衡时:t2+Fba-F=0,F 合 y=Fti sin60-mg=02Eq=mg tan30+F T2十左冬/3mg k q Ft?-+-2-+-/q3q线被拉紧,.-、?冷?答案8 1.2 电场能的性质【学习目标】1、理解电场力做功特点,掌握电场力做功和电势能的变化的关系2、理解电势能、电势的概念及相互关系。3、理解等势面的概念及等势面和电场线的关系。4、理解电势差的定义及正负值的定义。5、会用=q)A 一甲十及Uab=WAB/q进行有关计算6、理解匀场电
22、场中电势差跟电场强度的关系二七7、会用。M二或 解决有关问题【自主学习】一、电势差、电势、电势能电 势 差定义电荷q在电场中的两点间移动时电场力所做的 功Wab与电荷量q的比值公式叱3%单位:伏,符号丫物理意义描述电场能的性质,两点间的电势差在数值上 等于在两点间移动单位正电荷时电场力的功电势定义电场中某点的电势是指该点与零电势点之间的 电势差,符号:(P物理意义电场中某点的电势等于单位正电荷由该点移动 到零电势点时电场力的功,描述电场能的性质与电势差 的关系UAB=(Pa类似于高度差和高度的关系电势 能定义电荷在电场中由其相对位置决定的能(类似重 力势能)2、(1)电场中确定的两点间的电势差
23、是 的,和零电势参考点(标准点)的选取。(2)电势是相对量,它的大小和电势零点选取(3)在选取了参考点以后,在确定的电场中的确定点的电势 是,和该点有无试探电荷无关。(4)正电荷由静止开始仅在电场力作用下一定由 电势处向电势处运动;负电荷由静止开始仅在电场力的作用下一定由 向 运动。二、电场力的功1、特点电场力做功与路径,只与 有关。2、计算方法(1)由公式W=qE-s(s为电荷初末位置在电场方向上的位移)(2)由公式WAB=qUAB(为电荷初末位置间电势差的大小)9(3)由电场力做功和电势能的变化的关系:Wab=Epa _ Epb(Epa-Epb分别是 电荷电场中A、B两点的电势能)(4)由
24、动能定理唯场力+唉他力W&三、等势面1、定义:电场中 构成的面叫等势面。2、等势面与电场线的关系(1)电场线总是与等势面垂直,且从 势面指向 等势面。(2)电场线越密的地方,等势面也 o(3)沿等势面移动电荷,电场力 做功,沿电场线移动电荷,电场 力 做功。(4)电场线和等势面都是人们虚拟出来形象描述电场的工具(5)实际中测量等电势点较容易,所以往往通过描绘等势线来确定电场 线。四、电势差与电场强度的关系1、匀强电场中电势差U和电场强度E的关系式为U=2、说明(1)U=Ed只适用匀强电场的计算,对非匀强场可以用来定性分析,如 非匀强电场中各相邻的等势面的电势差一定时,E越大处,d,即等势而越(
25、2)式中d的含义是某两点 距离或两点所在等势面间的距离。由此可知电场强度的方向是电势降落最 的方向。(3)匀强电场中相互平行的方向上相等的距离上电势降落【典型例题】4例1图1.2 1中,a、b为竖直向上的电场线上的两点,b/一带电质点在a点由静止释放,沿电场线向上运动,到/b点恰好速度为零,下列说法中正确的是()/A、带电质点在a、b两点所受的电场力都是竖直向上的/aB、a点的电势比b点的电势高/C、带电质点在a点的电势能比在b点的电势能小D、a点的电场强度比b点的电场强度大(1)审题(写出或标明你认为的关键词、题中条件和所处状态及过程)(2)分析(合理分段,画出示意图,并找出各段之间的连接点
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