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1、第九章 電 場第一課時 電場力的性質的描述,第一關:基礎關 展望高考 基礎知識,一電荷 知識講解 (1)兩種電荷:自然界中存在著兩種電荷,它們分別為正電荷和負電荷.用毛皮摩擦過的橡膠棒上帶的電荷叫負電荷,用絲綢摩擦過的玻璃棒上帶的電荷叫正電荷. 同種電荷互相排斥,異種電荷互相吸引.,(2)元電荷:電子所帶電荷量e=1.6010-9 C,實驗表明:所有帶電體的電荷量都是e或是e的整數(shù)倍,因此電荷量e=1.6010-19 C稱為元電荷. (3)點電荷:如果帶電體間的距離比它們的大小大得多,以致帶電體的大小形狀及電荷分布狀況對它們之間相互作用力的影響可忽略不計,這樣的帶電體可以看成點電荷.點電荷是理
2、想化的物理模型,實際不存在.,說明:(1)電荷的多少叫做電荷量,用Q(或q)表示.在國際單位制中,電荷量的單位是庫侖,簡稱庫,用符號C表示.通常,正電荷量用正數(shù)表示,負電荷量用負數(shù)表示. (2)驗電器是一種最簡單的檢驗物體是否帶電,并能粗略判斷所帶電荷量多少的儀器.,活學活用,1.下列關于點電荷的說法正確的是( )A.只有體積很小的帶電體才能看成點電荷B.體積很大的帶電體一定不能看成點電荷C.由公式可以知,r0時,FD.當兩個帶電體的大小遠小于它們間的距離時,可將這兩個帶電體看成點電荷,解析:點電荷是指只有電量,沒有體積大小的理想帶電體.在實際處理問題時,如果帶電體的大小遠小于它們間的距離,可
3、將帶電體看成點電荷,并不是只有體積小帶電少的帶電體才可以看成點電荷,故選項D對,AB錯.對于選項C項而言,如果r0時,該帶電體不能看成點電荷,故也不能用庫侖定律的公式計算,故C選項不正確. 答案:D,二庫侖定律知識講解真空中兩個點電荷間相互作用的力,跟它們的電荷量的乘積成正比,跟它們的距離的二次方成反比,作用力的方向在它們的連線上.即k為靜電力常量,k=9.0109 Nm2/C2.,說明:(1)庫侖定律適用于真空中點電荷之間的相互作用,點電荷在空氣中的相互作用也可以應用該定律. 對于兩個均勻帶電絕緣球體,可以將其視為電荷集中于球心的點電荷,r為兩球心之間的距離. 對于兩個帶電金屬球,要考慮金屬
4、表面電荷的重新分布. 庫侖力在r=10-1510-11 m的范圍內均有效,所以根據(jù)公式不要推出錯誤的結論:當r0時,F,其實,在這樣的條件下,兩個帶電體也已經(jīng)不能再看做點電荷.,(2)F=k可采用兩種方法計算:采用絕對值計算.庫侖力的方向由題意判斷得出.Q1Q2帶符號計算.庫侖力F的正負符號不表示方向,只表示兩點電荷之間的引力或斥力.,(3)當多個點電荷同時存在時,任意兩個點電荷間的作用仍然遵循庫侖定律,任一點電荷同時受到多個庫侖力的作用,可利用力的合成或者平行四邊形定則求合力.,活學活用,2.半徑為R的兩個較大的金屬球,帶電均為同種電荷q,放在絕緣的桌面上,兩球間的距離為2R,若兩球間的作用
5、力為則下列說法正確的是( )A.F1F2 B.F1
6、場就互相疊加,形成電場.這時某點的場強等于它們單獨存在時在該點產生場強的矢量和.,活學活用,3.關于電場強度,下列說法正確的是( )A.以點電荷為球心,r為半徑的球面上,各點的場強相同B.正電荷周圍的電場強度一定比負電荷周圍的電場強度大C.在電場中某點放入試探電荷q,該點的電場強度為取走q后,該點的場強不為零D.電荷所受到的電場力很大,即該點的電場強度很大,解析:忽略電場強度的矢量性,認為只有大小,而沒有方向,或者認為電場強度與試探電荷有關的說法都是錯誤的. 其實電場強度是描述電場性質的物理量,與是否有試探電荷無關. 答案:C,四電場線 知識講解 (1)概念:電場線是畫在電場中的一條條有方向的
7、曲線,曲線上每點的切線方向表示該點的電場強度方向.,(2)特點: 電場線或是從正電荷出發(fā)終止于負電荷(或無限遠),或是從無限遠出發(fā)終止于負電荷. 電場中每點的場強方向是唯一的,因此在電場中無電荷的地方任意兩條電場線都不會相交. 電場線不同于電荷的運動軌跡.電場線反映的是電場中各點的力的性質方面的情況,力的情況,和電荷的運動軌跡是兩回事.,電場線的疏密表示電場的強弱,即表示電場強度的大小. 說明:(1)電場線不是實際存在的線,而是為了形象地描述電場而假想的線. (2)電場線不是帶電粒子在電場中的運動軌跡.,活學活用 4.下列關于帶電粒子在電場中的運動軌跡與電場線的關系的說法正確的是( ) A.帶
8、電粒子在電場中的運動軌跡一定與電場線重合 B.帶電粒子只在電場力的作用下,由靜止開始運動,其運動軌跡一定與電場線重合 C.帶電粒子在電場中的運動軌跡可能與電場線重合 D.電場線上某點的切線方向與該處的電荷的受力方向相同,解析:電場線不是電荷的運動軌跡,如果電場線是曲線,則只在電場力的作用下,電荷的運動軌跡不可能與電場線重合,AB錯;即使電場線是直線,電荷的運動軌跡還受電荷的初速度方向影響.電場線上某點的切線方向為正電荷在該點的受力方向,D錯. 答案:C,第二關:技法關 解讀高考 解題技法,一庫侖定律的應用 技法講解 應用庫侖定律解題時,首先,應注意庫侖定律的適用條件.公式F=kQ1Q2/r2僅
9、適用于真空中的兩個點電荷間的相互作用.在理解庫侖定律時,常有人根據(jù)公式F=kQ1Q2/r2,設想當r0時,得出庫侖力F結論.從數(shù)學的角度分析這是必然的結論;,但從物理學的角度分析,這一結論是錯誤的. 錯誤的原因是,當r0時,兩電荷已失去了為點電荷的前提條件,何況電荷都有一定大小,根本不會出現(xiàn)r=0的情況.也就是說,在r0時,電荷已不能再看成是點電荷,所以違背了庫侖定律的適用條件,不能再運用庫侖定律計算兩電荷間的相互作用力.,其次,應注意將計算庫侖力的大小與判斷庫侖力的方向二者分別進行,即應用公式計算庫侖力大小時,不必將表示電荷Q1Q2的帶電性質的符號代入公式中,只將其電荷量絕對值代入公式中,從
10、而計算出力的大小;庫侖力的方向再依據(jù)同種電荷相互排斥異種電荷相互吸引加以判別.這樣分別加以處理的方法,可以避免將表示帶電性質的符號代入公式中一起運算,根據(jù)運算結果是正負號再判定而帶來的麻煩.,典例剖析,【例1】 兩個電荷量分別為Q和4Q的負電荷ab,在真空中相距為l,如果引入另一點電荷c,正好能使這三個電荷都處于靜止狀態(tài),試確定電荷c的位置電性及它的電荷量.,解析 由于ab點電荷同為負電性,可知電荷c應放在a、b之間的連線上,而c受到a、b對它的庫侖力合力為零,即可確定它的位置. 又因a、b電荷也都處于靜止狀態(tài),即a、b各自所受庫侖力的合力均要為零,則可推知c的帶電性并求出它的電荷量.,依題意
11、作圖如圖所示,并設電荷c和a相距為x,則b與c相距為(l-x),c的電荷量為qc,對電荷c,其所受的庫侖力的合力為零,即Fac=Fbc.根據(jù)庫侖定律有:,由于a、b均為負電荷,只有當電荷c處于a、b之間時,其所受庫侖力才可能方向相反合力為零,因此只有x=l. 三個電荷都處于靜止狀態(tài),即a、b電荷所受靜電力的合力均應為零,對a來說,b對它的作用力是向左的斥力,所以c對a的作用力應是向右的引力,這樣,可以判定電荷c的電性必定為正.,二割補法 技法講解 庫侖定律公式適用于兩點電荷或兩均勻絕緣帶電球體的相互作用力,但有些時候題中給出的并不滿足以上兩種情況,這時應用“割”或“補”的辦法來滿足上述情況,但
12、“割”或“補”上去的部分也必須很容易來解,這樣再求兩力的和或差就比較容易了,這就是物理學中的“割補法”.,典例剖析 【例2】 如圖所示,用金屬絲AB彎成半徑r=1 m的圓弧,但在AB之間留出寬度為d=2 cm相對來說很小的間隙.將電荷量Q=3.1310-9 C的正電荷均勻分布于金屬絲上,求圓心O處的電場強度.,答案 -910-2 N/C,三帶電體在電場中的平衡問題 技法講解 這里說的“平衡”是指帶電體加速度為零的靜止或勻速直線運動狀態(tài),仍屬“靜力學”范疇,只是帶電體受的外力中多一項電場力而已(電場力與重力彈力摩擦力一樣,是一種性質力,受力分析時不能漏掉),解題的一般思維程序為:,1.確定研究對
13、象,如果相互作用的有幾個物體時,要依據(jù)題意,適當選擇“整體法”或“隔離法”靈活求解,一般是“先整體后隔離”; 2.將研究對象隔離開來,分析其所受的全部外力,順序是先電場力后接觸力,其中的電場力要根據(jù)電荷的正負及電場的方向來判定; 3.列平衡方程(F合=0或Fx=0,Fy=0)或用平衡條件推論分析.,典例剖析 【例3】 如圖所示,上下兩帶電小球的質量均為m,所帶電荷量分別為q和-q,兩球間用絕緣細線連接,上球又用絕緣細線懸掛在天花板上.在兩球所在空間有方向向左的勻強電場,電場強度E,平衡時細線都被拉緊. (1)平衡時的可能位置是圖中的哪一個( ) (2)兩根絕緣線張力大小為( ),解析 對第(1
14、)問,先把兩個小球看作一個整體.這個整體受到的外力為:豎直向下的重力2mg,水平向左的電場力qE(+q受力),水平向右的電場力qE(-q受力),則由平衡條件Fx=0和Fy=0可推知上段繩子的拉力一定與重力(2mg)等大反向,即上段繩豎直. 隔離分析下球的受力(如圖所示):向下的重力mg,水平向右的電場力qE,繩子的拉力T2,上球對下球的吸引力F引.要使Fx=0,繩2必須傾斜,故選A.,答案 (1)A (2)D,第三關:訓練關 笑對高考 隨堂訓練,1.關于電場線的以下說法,正確的是( ) A.電場線上每一點的切線方向都跟電荷在該點的受力方向相同 B.沿電場線方向,電場強度越來越小 C.電場線越密
15、的地方同一檢驗電荷受的電場力越大 D.順著電場線移動電荷,電荷受到的電場力大小一定不變 答案:C,2.電場因為看不見,摸不著,所以同學們對電場的理解不是很清楚,下面關于電場的敘述中不正確的是( )A.當電荷Q1Q2間的距離Y0時,由公式可知,兩電荷間的相互作用力FB.由公式可知,電場中某確定點的電場強度大小與放在該點的檢驗電荷的電量成反比C.電場中某確定點電場強度的方向,就是置于該點的電荷所受電場力的方向D.電場線是電場中實際存在的線,解析:A選項中當r0時已不能將Q1Q2視為點電荷了,當然也就不能用公式F=kQ1Q2/r2來計算Q1Q2間相互作用力的大小了.電場中某確定點的電場強度是客觀存在
16、的,是由電場源電荷產生的,因此,其大小方向一定,與該點所放檢驗電荷的正負及電荷量的多少無關,B選項錯誤.電場中某確定點電場強度的方向只能有一個,我們規(guī)定場強方向是正電荷在該點所受電場力的方向,跟負電荷所受電場力的方向相反,C選項錯誤.電場線是人們?yōu)榱诵蜗竺枋鲭妶龆傧氤鰜淼木€,D選項錯誤. 答案:ABCD,3.如圖所示,在等量正點電荷連線中垂線上取ABCD四點,BD兩點關于O點對稱,則下列關于各點場強大小關系的說法中正確的是( ) A. EAEB,EB=ED B. EA
17、或向下),電場強度是先增大后減小. 答案:C,4.關于靜電場,下列結論普遍成立的是( ) A.電場強度大的地方電勢高,電場強度小的地方電勢低 B.電場中任意兩點之間的電勢差只與這兩點的場強有關 C.在正電荷或負電荷產生的靜電場中,場強方向都指向電勢降低最快的方向 D.將正點電荷從場強為零的一點移動到場強為零的另一點,電場力做功為零,解析:本題考查電場力的性質.電場強度的大小與電勢的大小沒有直接的關系,A錯誤;由U=Ed知兩點的電勢差除了與電場強度有關外,還與距離等因素有關,則B錯誤;在靜電場中,電場強度的方向就是電勢降落最快的方向,則C正確;當電荷在電場強度為零的一點移動到為零的另一點,如果起
18、點和終點存在電勢差,則電場力一定做功,則D錯誤. 答案:C,5.如圖所示,A、B兩個帶異種電荷的小球分別被兩根絕緣細線系在木盒內的一豎直線上,靜止時木盒對地面的壓力為FN,細線對B的拉力為F.若將系B的細線斷開,下列說法中正確的是( ) A.剛斷開時木盒對地的壓力等于FN B.剛斷開時木盒對地的壓力等于(FN+F) C.剛斷開時木盒對地的壓力等于(FN-F) D.在B向上運動過程中,木盒對地壓力逐漸變大,解析:剛斷開時對盒而言少了一個向上的拉力F,故其對地面的壓力將增加F,即為FN+F.B向上運動的過程中,B對A向下的庫侖力逐漸增大,使繩對A的拉力增大,從而使繩對盒向下的拉力逐漸增大,故木盒對地的壓力增大. 答案:BD,
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