【步步高】2020年高考物理大一輪 第六章 第2課時 電場的力的性質(zhì) 新人教版選修3-1

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1、第2課時　電場的力的性質(zhì) 導(dǎo)學(xué)目標(biāo) 1.理解電場強度的概念.2.會分析計算在電場力作用下電荷的平衡及運動.3.會利用電場中的電場線分布分析問題． 一、電場及電場強度 [基礎(chǔ)導(dǎo)引] 判斷下列說法是否正確： ①電場強度反映了電場的力的性質(zhì)，因此電場中某點的場強與試探電荷在該點所受的電場力成正比 (　　) ②電場中某點的場強等于F/q，但與試探電荷的受力大小及電荷量無關(guān) (　　) ③電場中某點的場強方向即試探電荷在該點的受力方向 (　　) ④公式E＝和E＝k對于任何靜電場都是適用的 (　　) [知識梳理] 1．靜電場 (

2、1)電場是存在于電荷周圍的一種________，靜電荷產(chǎn)生的電場叫靜電場． (2)電荷間的相互作用是通過________實現(xiàn)的．電場的基本性質(zhì)是對放入其中的電荷有____________． 2．電場強度 (1)物理意義：表示電場的________和________． (2)定義：電場中某一點的電荷受到的電場力F跟它的____________的比值叫做該點的電場強度． (3)定義式：E＝. (4)單位：N/C或V/m. (5)矢量性：電場強度是矢量，正電荷在電場中某點受力的方向為該點電場強度的方向，電場強度的疊加遵從__________定則． 3．場強三個表達式的比較 　表達式

3、 比較　 E＝ E＝k E＝ 意義 電場強度定義式 真空中點電荷的電場強度決定式 勻強電場中E與U關(guān)系式 適用條件 一切電場 ①真空； ②點電荷 勻強電場 決定因素 由電場本身決定，與q無關(guān) 由場源電荷Q和場源電荷到該點的距離r共同決定 由電場本身決定 二、電場線 [基礎(chǔ)導(dǎo)引] 圖1是等量同種電荷、等量異種電荷的電場線分布圖，A與A′、B與B′關(guān)于連線上中點O對稱．試分析：連線上A與A′，中垂線上B與B′的場強關(guān)系． 　　 圖1 [知識梳理] 1．電場線的定義：為了直觀形象地描述電場中各點電場強度的________及________，在電場中

4、畫出一系列的曲線，使曲線上各點的__________方向表示該點的電場強度方向，曲線的________表示電場強度的大小． 2．幾種典型電場的電場線分布 (1)正點電荷的電場如圖2甲所示：電場線由________出發(fā)，到________終止． (2)負(fù)點電荷的電場如圖乙所示：電場線由________出發(fā)，到________終止． (3)勻強電場的電場線分布如圖丙所示．特點：間隔相等的平行直線． (4)點電荷與帶電金屬板的電場線的分布如圖丁所示． 圖2 (5)等量同種點電荷和等量異種點電荷的電場 兩點電荷的連線及其中垂線上的電場分布及特點的比較如下： 比較項目 等量同

5、種點電荷 等量異種點電荷 電場線圖示 連線中點O處的場強 為____ 中垂線上最大 連線上最小 由O沿中垂線向外場強的變化 先______后______ 逐漸減小 關(guān)于O點對稱的兩點A與A′，B與B′場強的關(guān)系 等大、反向 ______、______ ：在點電荷電場中，以點電荷為球心的同一球面上各點的場強相同嗎？ 考點一　電場強度的計算與疊加 考點解讀 電場疊加原理：多個點電荷在電場中某點的電場強度為各個點電荷單獨在該點產(chǎn)生的電場強度的矢量和，這種關(guān)系叫電場強度的疊加，電場強度的疊加遵從平行四邊形定則． 典例剖析 圖3 例1　如圖3所示，位于正

6、方形四個頂點處分別固定有點電荷A、 B、C、D，四個點電荷的帶電量均為q，其中點電荷A、C帶正 電，點電荷B、D帶負(fù)電，試確定過正方形中心O并與正方形垂直 的直線上到O點距離為x的P點處的電場強度的大小和方向． 思維突破　電場強度是矢量，疊加時遵從平行四邊形定則，分析電場疊加問題的一般步驟是：(1)確定要分析計算的位置；(2)分析該處存在的幾個分電場，先計算出各個分電場電場強度的大小，判斷其方向；(3)利用平行四邊形定則作出矢量圖，根據(jù)矢量圖求解． 圖4 跟蹤訓(xùn)練1　(2020·陜西西安市質(zhì)檢)如圖4所示，一個絕緣圓環(huán)，當(dāng)它的 1/4均勻帶電且電荷量為q時，圓心O 處的電場強度

7、大小為E.現(xiàn)使半 圓ABC均勻帶電2q；而另一半圓ADC均勻帶電－2q.則圓心O處的場 強的大小和方向為 (　　) 　A．2E，方向由O指向D B．4E，方向由O指向D C．2E，方向由O指向B D．0 考點二　電場線的分布特點及應(yīng)用 考點解讀 1．特點 (1)不閉合：電場線起始于正電荷(或無窮遠處)，終止于無窮遠處(或負(fù)電荷)，即電場線不能形成閉合曲線． (2)不中斷、不相交：在沒有電荷的空間，電場線不中斷，兩條電場線也不能相交． (3)不是電荷在電場中的運動軌跡：只有當(dāng)電場線為直線、電荷初速

8、度為零或初速度平行于電場線、電荷僅受電場力作用時，電荷的運動軌跡才與電場線重合． 2．應(yīng)用 (1)表示場強的方向 電場線上每一點的切線方向和該點的場強方向一致． (2)比較場強的大小 電場線的疏密程度反映了場強的大小，即電場的強弱．同一電場中，電場線越密的地方場強越大，電場線越疏的地方場強越弱． (3)判斷電勢的高低 在靜電場中，順著電場線的方向電勢越來越低． 特別提醒　1.電場線是人為引入的，不是客觀存在的． 2．雖然電場線是用來描述電場的強弱和方向的，但只根據(jù)一條電場線無法判斷電場強弱和場源情況． 3．沿電場線的方向電勢雖然越來越低，但場強不一定越來越?。? 典例剖析

9、 例2　如圖5所示，實線表示電場線，虛線表示只受電場力作用的帶 電粒子的運動軌跡．粒子先經(jīng)過M點，再經(jīng)過N點．可以判定 (　　) 圖5 A．粒子在M點受到的電場力大于在N點受到的電場力 B．M點的電勢高于N點的電勢 C．粒子帶正電 D．粒子在M點的動能大于在N點的動能 思維突破　正確分析電場中的“拐彎現(xiàn)象” 當(dāng)帶電粒子在電場中的運動軌跡是一條與電場線、等勢線都不重合的曲線時，這種現(xiàn)象簡稱為“拐彎現(xiàn)象”，其實質(zhì)為“運動與力”的關(guān)系．通常只有電場力，有時也有重力等．一般要綜合性地運用“牛頓運動定律、功和能”的知識分析求解． (1)“運動與力兩線法”——畫出“速度線”(運動軌跡在

10、初始位置的切線)與“力線”(在初始位置電場線的切線方向)，從二者的夾角情況來分析曲線運動的情景． (2)“三不知時要假設(shè)”——電荷的正負(fù)、場強的方向或等勢面電勢的高低、電荷運動的方向，是題意中相互制約的三個方面．若已知其中的任一個，可順次向下分析判定各待求量；若三個都不知(三不知)，則要用“假設(shè)法”分別討論各種情況．有時各種情景的討論結(jié)果是歸一的． (3)一般為定性分析，有時涉及簡單計算． 圖6 跟蹤訓(xùn)練2　(2020·新課標(biāo)全國卷·17) 靜電除塵器是目前普遍采用的一種 高效除塵器．某除塵器模型的收塵板是很長的條形金屬板，圖6中直線 ab為該收塵板的橫截面．工作時收塵板帶正電，其

11、左側(cè)的電場線分布如 圖所示；粉塵帶負(fù)電，在電場力作用下向收塵板運動，最后落在收塵板 上．若用粗黑曲線表示原來靜止于P點的帶電粉塵顆粒的運動軌跡，下列4幅圖中可能正確的是(忽略重力和空氣阻力) (　　) 　　　　　　　　 5.帶電體的力電綜合問題的分 析方法 例3　如圖7所示，勻強電場方向與水平線間夾角θ＝30°， 方向斜向右上方，電場強度為E，質(zhì)量為m的小球帶負(fù) 電，以初速度v0開始運動，初速度方向與電場方向一致． 圖7 (1)若小球的帶電荷量為q＝，為使小球能做勻速直線運 動，應(yīng)對小球施加的恒力F1的大小和方向各如何？ (2)若小球

12、的帶電荷量為q＝，為使小球能做直線運動，應(yīng)對小球施加的最小恒力F2的大小和方向各如何？ 方法提煉 1．解答思路 2．運動情況反映受力情況 (1)物體靜止(保持)：F合＝0. (2)做直線運動 ①勻變速直線運動，F(xiàn)合＝0. ②變速直線運動：F合≠0，且F合與速度方向總是一致． (3)曲線運動：F合≠0，F(xiàn)合與速度方向不在一條直線上，且總指向運動軌跡曲線凹的一 側(cè)．(4)F合與v的夾角為α，加速運動：0°≤α<90°；減速運動：90°<α≤180°. (5)勻變速運動：F合＝恒量． 圖8 跟蹤訓(xùn)練3　質(zhì)量為m、電荷量為＋q的小球在O點以初速度v0與水平 方向成θ角射出

13、，如圖8所示，如果在某方向加上一定大小的勻強電 場后，能保證小球仍沿v0方向做直線運動，試求所加勻強電場的最小 值，加了這個電場后，經(jīng)多少時間速度變?yōu)榱悖? A組　電場強度和電場的疊加 1．關(guān)于電場強度的概念，下列說法正確的是 (　　) A．由E＝可知，某電場的場強E與q成反比，與F成正比 B．正負(fù)試探電荷在電場中同一點受到的電場力方向相反，所以某一點場強方向與放入試探電荷的正負(fù)有關(guān) C．電場中某一點的場強與放入該點的試探電荷正負(fù)無關(guān) D．電場中某一點不放試探電荷時，該點場強等于零 2．在如圖

14、所示的四個電場中，均有相互對稱分布的a、b兩點，其中a、b兩點電勢和場強都相同的是 (　　) B組　帶電粒子在電場中的運動 3．(2020·課標(biāo)全國理綜·20)一帶負(fù)電荷的質(zhì)點，在電場力作用下沿曲線abc從a運動到c，已知質(zhì)點的速率是遞減的．關(guān)于b點電場強度E的方向，下列圖所示中可能正確的是(虛線是曲線在b點的切線) (　　) 圖9 4．如圖9所示，虛線a、b、c

15、代表電場中的三個等勢面，相鄰等勢面之間的電勢差相等，即Uab＝Ubc，實線為一帶正電的質(zhì)點僅在電場力作用下通過該區(qū)域時的運動軌跡，P、Q是這條軌跡上的兩點，據(jù)此可知 (　　) A．三個等勢面中，a的電勢最高 B．帶電質(zhì)點通過P點時電勢能較大 C．帶電質(zhì)點通過P點時的動能較大 D．帶電質(zhì)點通過P點時的加速度較大 C組　力電綜合問題 圖10 5．如圖10所示，兩個帶等量正電荷的小球A、B(可視為點電荷)，被 固定在光滑的絕緣水平面上．P、N是小球連線的中垂線上的兩 點，且PO＝ON.現(xiàn)將一個電

16、荷量很小的帶負(fù)電的小球C(可視為質(zhì) 點)，由P點靜止釋放，在小球C向N點運動的過程中，下列關(guān)于小 球C的速度、加速度的圖象中，可能正確的是 (　　) 圖11 6．如圖11所示，A、B、C三個小球(可視為質(zhì)點)的質(zhì)量分別為m、2m、 3m，B小球帶負(fù)電，電荷量為q，A、C兩小球不帶電，(不考慮小球間 的電荷感應(yīng))，不可伸長的絕緣細(xì)線將三個小球連接起來懸掛在O點， 三個小球均處于豎直向上的勻強電場中，電場強度大小為E.則以下說 法正確的是 (　　) A．靜止時，A、B

17、兩小球間細(xì)線的拉力為5mg＋qE B．靜止時，A、B兩小球間細(xì)線的拉力為5mg－qE C．剪斷O點與A小球間細(xì)線瞬間，A、B兩小球間細(xì)線的拉力為qE D．剪斷O點與A小球間細(xì)線瞬間，A、B兩小球間細(xì)線的拉力為qE 課時規(guī)范訓(xùn)練 (限時：45分鐘) 一、選擇題 1．如圖1所示為兩個點電荷在真空中所產(chǎn)生電場的電場線(方向未標(biāo) 出)．圖中C點為兩點電荷連線的中點，MN為兩點電荷連線的中 垂線，D為中垂線上的一點，電場線的分布關(guān)于MN左右對稱．則 下列說法中正確的是 (　　) 圖1 A．這兩點電荷一定是等量異種電荷

18、 B．這兩點電荷一定是等量同種電荷 C．D、C兩點的電場強度一定相等 D．C點的電場強度比D點的電場強度小 2．(2020·上海單科·1)電場線分布如圖2所示，電場中a，b兩點的電 場強度大小分別為Ea和Eb，電勢分別為φa和φb，則 (　　) 圖2 A．Ea>Eb，φa>φb B．Ea>Eb，φa<φb C．Eaφb D．Ea

19、 (　　) A．EC與ED相同，φC與φD不相等 圖3 B．EC與ED不相同，φC與φD相等 C．EC與ED相同，φC與φD相等 D．EC與ED不相同，φC與φD不相等 圖4 4．如圖4所示，圖中實線是一簇未標(biāo)明方向的由點電荷產(chǎn)生的電場 線，虛線是某帶電粒子通過該電場區(qū)域時的運動軌跡，a、b是軌跡 上的兩點，若帶電粒子在運動過程中只受到電場力作用，根據(jù)此圖 可以作出的正確判斷是 (　　) A．帶電粒子所帶電荷的正、負(fù) B．帶電粒子在a、b兩點的受力方向 C．帶電粒子

20、在a、b兩點的加速度何處較大 D．帶電粒子在a、b兩點的速度何處較大 5．有一負(fù)電荷自電場中的A點自由釋放，只受電場力作用，沿電場 線運動到B點，它運動的速度圖象如圖5所示，則A、B所在電 場區(qū)域的電場線分布可能是下圖中的 (　　) 圖5 圖6 6．如圖6所示，AC、BD為圓的兩條互相垂直的直徑，圓心為O，將 帶有等量電荷q的正、負(fù)點電荷放在圓周上，它們的位置關(guān)于AC 對稱．要使圓心O處的電場強度為零，可在圓周上再放置一個帶適 當(dāng)電荷量的正點電荷＋Q，則該點電荷＋Q應(yīng)放在 (　　) A．A點

21、 B．B點 C．C點 D．D點 7．某靜電場的電場線分布如圖7所示，圖中P、Q兩點的電場強度 的大小分別為EP和EQ，電勢分別為φP和φQ，則 (　　) A．EP>EQ，φP>φQ 圖7 B．EP>EQ，φP<φQ C．EPφQ D．EP

22、C向N點的運動的過程 中，關(guān)于小球C的說法可能正確的是 (　　) A．速度先增大，再減小 B．電勢能先增大，再減小 C．加速度先增大再減小，過O點后，加速度先減小再增大 D．加速度先減小，再增大 9．(2020·重慶理綜·19)如圖9所示，電量為＋q和－q的點電荷分別 位于正方體的頂點，正方體范圍內(nèi)電場強度為零的點有 (　　) A．體中心、各面中心和各邊中點 圖9 B．體中心和各邊中點 C．各面中心和各邊中點 D．體中心和各面中心 圖10 10.如圖10所示，電荷均勻分布在半球面上，在這半球的中心O處 電場強度等于E0.兩個

23、平面通過同一條直徑，夾角為α(α<)，從 半球中分出這一部分球面，則剩余部分球面上(在“大瓣”上)的 電荷(電荷分布不變)在O處的電場強度 (　　) A．E＝E0sin cos B．E＝E0sin αcos α C．E＝E0sin D．E＝E0cos 二、非選擇題 圖11 11．一根長為l的絲線吊著一質(zhì)量為m，帶電荷量為q的小球靜止在水平 向右的勻強電場中，如圖11所示，絲線與豎直方向成37°角，現(xiàn)突 然將該電場方向變?yōu)樨Q直向下且大小不變，不考慮因電場的改變而帶 來的其

24、他影響(重力加速度為g，cos 37°＝0.8，sin 37°＝0.6)，求： (1)勻強電場的電場強度的大??； (2)小球經(jīng)過最低點時絲線的拉力． 圖12 12．如圖12所示，一帶電荷量為＋q、質(zhì)量為m的小物塊處于一 傾角為37°的光滑斜面上，當(dāng)整個裝置置于一水平向右的勻 強電場中，小物塊恰好靜止．重力加速度取g，sin 37°＝ 0.6，cos 37°＝0.8.求： (1)水平向右的電場的電場強度； (2)若將電場強度減小為原來的，小物塊的加速度是多大； (3)電場強度變化后小物塊下滑距離L時的動能． 復(fù)習(xí)講義 基礎(chǔ)再現(xiàn) 一、 基礎(chǔ)導(dǎo)引　①×?、凇獭、邸痢、堋?

25、 知識梳理　1.(1)物質(zhì)　(2)電場　力的作用 2．(1)強弱　方向　(2)電荷量q　(5)平行四邊形 二、 基礎(chǔ)導(dǎo)引　甲：EA＝EA′，方向相反；EB＝EB′，方向相反 乙：EA＝EA′，方向相反；EB＝EB′，方向相反 丙：EA＝EA′，方向相同；EB＝EB′，方向相同 知識梳理　1.強弱　方向　切線　疏密　2.(1)正電荷　無窮遠　(2)無窮遠　負(fù)電荷　(5)零　變大　變小　等大　同向 思考：大小相等，方向不同． 課堂探究 例1　場強為零 例2　BC　 跟蹤訓(xùn)練2　A 例3　(1)mg　方向與水平線夾角60°斜向右上方 (2)mg　方向與水平線夾角60°斜向左上方 跟蹤訓(xùn)練3　　 分組訓(xùn)練 1．C　2.C　3.D　4.BD　5.BC 6．AC　 課時規(guī)范訓(xùn)練 1．A　 2．C　 3．A　 4．BCD　 5．B　 6．D　 7．A　 8．AD　 9．D　 10．D　 11．(1)　(2)mg 12．(1)　(2)0.3g　(3)0.3mgL