高考物理一輪總復(fù)習 專題六 第1講 庫侖定律 電場強度課件 新人教版.ppt

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專題六電場 第1講庫侖定律電場強度 一 電荷 電荷守恒定律 1 點電荷 當帶電體的大小 形狀對所研究問題的影響可忽略不計時 就可以把帶電體看做帶電的點 叫 類似于力學中的質(zhì)點 點電荷 整數(shù)倍 2 元電荷 電子所帶的電荷量 質(zhì)子 正電子的電荷量與它相同 用e表示 e 1 60 10 19C 任何帶電體的電荷量都是元電荷的 3 電荷守恒定律 代數(shù)和 平均分配 中和 1 內(nèi)容 電荷既不能創(chuàng)造 也不能消滅 它們只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一物體 或者從物體的一個部分轉(zhuǎn)移到另一個部分 在轉(zhuǎn)移過程中 電荷的 不變 2 使物體帶電的方式有 摩擦起電 感應(yīng)起電和接觸起電 3 完全相同的帶電金屬球相接觸時電荷的分配規(guī)律 同種電荷總量 異種電荷先 再平均分配 二 庫侖定律 電荷量的乘積 距離的平方 1 內(nèi)容 在真空中兩個點電荷之間的相互作用力 跟它們的 成正比 跟它們間的 成反比 作用力的方向在它們的連線上 點電荷 2 表達式 F k 式中k 9 0 109N m2 C2 叫靜電力常量 3 適用條件 真空中的 基礎(chǔ)檢測 1 2015年湖南懷化調(diào)研 如圖6 1 1所示 A B兩小球帶等量同種電荷 A固定在豎直放置的L 10cm長的絕緣支柱上 B受A的斥力作用靜止于光滑的絕緣斜面上與A等高處 斜面 圖6 1 1 1 B球?qū)π泵娴膲毫Υ笮?解 1 令斜面對B球的支持力為FN B球帶的電荷量為Q A B相距r 對B球受力分析如圖D29所示 圖D29 2 B球帶的電荷量大小 g取10m s2 靜電力常量k 9 0 109N m2 C2 計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 三 電場和電場強度1 電場 電荷周圍存在的一種特殊物質(zhì) 電場對放入其中的電荷有 靜止電荷產(chǎn)生的電場稱為 2 電場強度 力的作用 靜電場 1 定義 放入電場中某點的電荷所受的電場力F與它的電荷量的比值 2 公式 3 矢量性 電場強度是矢量 方向與 在該點受到的電場力的方向相同 4 電場中某點的電場強度由電場 決定 與檢驗電 荷無關(guān) 本身 5 真空中點電荷電場強度的決定式 其中Q是形成電場的場源電荷 6 電場的疊加 某點的場強等于各個電荷單獨存在時在該點產(chǎn)生的場強的矢量和 正電荷 3 電場線 切線方向 疏密 1 電場線 在電場中畫出的一系列曲線 曲線上每一點的 都跟該點的場強方向一致 曲線的 表示電場的強弱 電場線不是實際存在的線 而是為了描述電場而假想的線 2 幾種典型的電場線 基礎(chǔ)檢測 2 2013年新課標卷 如圖6 1 2所示 一半徑為R的圓盤上均勻分布著電荷量為Q的電荷 在垂直于圓盤且過圓心c的軸線上有a b d三個點 a和b b和c c和d間的距離均為R 在a點處有一電荷量為q q 0 的固定點電荷 已知b點處的電場強度為零 則d點處電場強度的大小為 k為靜電力常量 圖6 1 2 答案 B 考點1 對庫侖定律的理解和應(yīng)用 重點歸納應(yīng)用庫侖定律的四條提醒 1 在用庫侖定律公式進行計算時 無論是正電荷還是負電荷 均代入電量的絕對值計算庫侖力的大小 2 作用力的方向判斷根據(jù) 同性相斥 異性相吸 作用力的方向沿兩電荷連線方向 3 兩個點電荷間相互作用的庫侖力滿足牛頓第三定律 大小相等 方向相反 考點練透 1 2015年廣東惠州一調(diào) 兩個放在絕緣支架上的相同金屬球相距為d 球的半徑比d小得多 分別帶有q和 3q的電荷 相互引力為3F 現(xiàn)將這兩個金屬球接觸 然后分開 仍放回原處 則它們的相互作用力將變?yōu)?A F B 2F C 3F D 4F 答案 A 2 2015年江蘇金陵中學模擬 如圖6 1 3所示 半徑相同的兩個金屬球A B帶有相等的電荷量 相隔一定距離 兩球之間相互吸引力的大小是F 今讓第三個半徑相同的不帶電的金屬小球先后與A B兩球接觸后移開 這時 A B兩球之間的相互 作用力的大小是 圖6 1 3 答案 A 考點2 對電場強度的理解 重點歸納1 對場強的三個表達式的正確理解 2 在求解電場強度問題時 應(yīng)分清所敘述的場強是合場強還是分場強 若求分場強 要注意選擇適當?shù)墓竭M行計算 求合場強時 應(yīng)先求出分場強 然后再根據(jù)矢量的合成法則 平行四邊形定則 進行求解 典例剖析 例1 2015年湖北襄陽四校聯(lián)考 在電場中某點放上電荷量為2 10 8C的帶負電的試探電荷 它受到的電場力為6 10 2N 方向水平向右 若撤走上述試探電荷 在該點放上電荷量為4 10 8C的帶正電的試探電荷 其他條件不變 則該點的電場強度為 A 3 106N C 方向水平向右B 6 106N C 方向水平向左C 3 106N C 方向水平向左D 6 106N C 方向水平向右 思維點撥 本題可以根據(jù)電場強度的定義式進行求解 某個位置的電場強度與試探電荷無關(guān) 3 106N C 負電荷受到的電場力方向和電場方向相反 故電場方向向左 因為電場強度和試探電荷無關(guān) 所以更換電荷后 該點的電場強度不變 故C正確 答案 C 考點練透 3 2015年山東卷 直角坐標系xOy中 M N兩點位于x軸上 G H兩點坐標如圖6 1 4所示 M N兩點各固定一負點電荷 一電量為Q的正點電荷置于O點時 G點處的電場強度恰好為零 靜電力常量用k表示 若將該正點電荷移到G點 則H 點處場強的大小和方向分別為 圖6 1 4 答案 A 4 如圖6 1 5所示 在水平向右 大小為E的勻強電場中 在O點固定一電荷量為Q的正電荷 A B C D為以O(shè)為圓心 半徑為r的同一圓周上的四點 B D連線與電場線平行 A C連線與電場線垂直 則 圖6 1 5 C D點的場強大小不可能為0D A C兩點的場強相同答案 A 考點3 電場線的特點及其應(yīng)用 重點歸納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 只有當電場線為直線 電荷僅受電場力的作用做初速度為零或初速度平行于電場線的運動 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 同一幅電場線圖中 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 典例剖析例2 多選 2015年江蘇卷 兩個相同的負電荷和一個正電荷附近的電場線分布如圖6 1 6所示 c是兩負電荷連線的中點 d點在正電荷的正上方 c d到正電荷的距離相等 則 圖6 1 6 A a點的電場強度比b點的大B a點的電勢比b點的高 C c點的電場強度比d點的大D c點的電勢比d點的低 解析 由圖知 a點處的電場線比b點處的電場線密集 c點處電場線比d點處電場線密集 所以A C正確 過a點畫等勢線 與b點所在電場線的交點在b點沿電場線的方向上 所以b點的電勢高于a點的電勢 故B錯誤 同理可得d點電勢高于c點電勢 故D正確 答案 ACD 考點練透 5 2016年四川成都期中 如圖6 1 7所示 圖中實線是一簇未標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 圖6 1 7 A 帶電粒子所帶電荷的正 負 B 帶電粒子在a b兩點的受力方向 C 帶電粒子在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答案 A 6 如圖6 1 8所示 Q1和Q2是兩個電荷量大小相等的點電荷 MN是兩電荷的連線 HG是兩電荷連線的 中垂線 O是垂足 下列說法正確的是 A 若兩電荷是異種電荷 則OM的中點與 ON的中點電勢一定相等 圖6 1 8 B 若兩電荷是異種電荷 則O點的電場強度大小 與MN上各點相比是最小的 而與HG上各點相比是最大的C 若兩電荷是同種電荷 則OM中點與ON中點處的電場強度一定相同D 若兩電荷是同種電荷 則O點的電場強度大小 與MN上各點相比是最小的 與HG上各點相比是最大的 解析 若兩電荷是異種電荷 則OM的中點與ON的中點電勢一定不相等 選項A錯誤 若兩電荷是異種電荷 根據(jù)兩異種電荷電場特點可知 O點的電場強度大小 與MN上各點相比是最小的 而與HG上各點相比是最大的 選項B正確 若兩電荷是同種電荷 則OM中點與ON中點處的電場強度大小一定相同 方向一定相反 選項C錯誤 若兩電荷是同種電荷 則O點的電場強度為零 與MN上各點相比是最小的 與HG上各點相比也是最小的 選項D錯誤 答案 B 考點4 帶電體的力電綜合問題的分析方法 重點歸納1 解答思路 2 運動情況反映受力情況 1 物體保持靜止 F合 0 2 做直線運動 勻速直線運動 F合 0 變速直線運動 F合 0 且F合與速度方向總是共線 3 做曲線運動 F合 0 F合與速度方向不在一條直線上 且總指向曲線凹的一側(cè) 4 加速運動 F合與v的夾角為 0 90 減速運動 90 180 5 勻變速運動 F合 恒量 典例剖析例3 2015年江蘇卷 如圖6 1 9所示 一帶正電的小球向右水平拋入范圍足夠大的勻強電場 電場方向水平向左 不計 空氣阻力 則小球 圖6 1 9 A 做直線運動C 速率先減小后增大 B 做曲線運動D 速率先增大后減小 解析 由題意知 小球受重力 電場力作用 合外力的方向與初速度的方向夾角為鈍角 故小球做曲線運動 所以A錯誤 B正確 在運動的過程中合外力先做負功后做正功 所以C正確 D錯誤 答案 BC 方法技巧 本題主要是對運動的分析 可以把小球的運動分解到水平和豎直兩個方面的直線運動 也可以看成是在一恒力作用下的斜拋運動 考點練透 7 多選 2015年四川卷 如圖6 1 10所示 半圓槽光滑 絕緣 固定 圓心是O 最低點是P 直徑MN水平 a b是兩個完全相同的帶正電小球 視為點電荷 b固定在M點 a從N點靜止釋放 沿半圓槽運動經(jīng)過P點到達某點Q 圖中未畫出 時速度為零 則小球a 圖6 1 10 A 從N到Q的過程中 重力與庫侖力的合力先增大后減小B 從N到Q的過程中 速率先增大后減小C 從N到Q的過程中 電勢能一直增加 D 從P到Q的過程中 動能減少量小于電勢能增加量 解析 a球從N點靜止釋放后 受重力mg b球的庫侖斥力FC和槽的彈力N作用 a球從N到Q的過程中 mg與FC的夾角 逐漸減小 不妨先假設(shè)FC的大小不變 隨著 的減小mg與FC的合力F將逐漸增大 況且 由庫侖定律和圖中幾何關(guān)系可知 隨著 的減小FC逐漸增大 因此F一直增加 故選項A錯誤 在a球從N到Q的過程中 a b兩小球距離逐漸 變小 電場力一直做負功 電勢能一直增加 故選項C正確 顯然在從P到Q的過程中 根據(jù)能的轉(zhuǎn)化與守恒可知 其電勢能增加量等于其機械能的減少量 a球在Q點時的重力勢能大于其在P點時的重力勢能 因此該過程中動能一定在減少 且其減少量一定等于其電勢能與重力勢能增加量之和 故選項D錯誤 既然在從P到Q的過程中 a球的動能在減小 因此其速率也在減小 而開始在N點時速率為0 開始向下運動段中 其速率必先增大 故選項B正確 答案 BC 8 2015年安徽江淮十校聯(lián)考 如圖6 1 11所示 一帶正電的長細直棒水平放置 帶電細直棒在其周圍產(chǎn)生方向向外輻射狀的電場 電場強度大小與到直棒的距離成反比 在直棒上方有一長為a的絕緣細線連接了兩個質(zhì)量均為m的小球A B A B所帶電荷量分別為 q和 4q A球距直棒的距離為a 兩個球恰好處于靜止狀態(tài) 不計兩小球之間的靜電力作用 剪斷細線 若A球下落的最大速度為vm 求A球下落到速度最大 過程中 電場力對A球做的功 圖6 1 11 方法 等效法處理重力場和電場的問題 等效法是從效果等同出發(fā)來研究物理現(xiàn)象和過程的一種科學方法 等效法總是把復(fù)雜的物理現(xiàn)象和過程轉(zhuǎn)化為理想的 簡單的 等效的物理現(xiàn)象和過程來研究和處理 勻強電場有許多性質(zhì)與重力場非常相似 所以將電場與重力場加以比較 在力 能量 做功方面尋找它們的共性 靜電場和重力場一樣 都是保守內(nèi)力場 都具有力和能的性質(zhì) 并且兩種力做功都與路徑無關(guān) 只與始末的相對位置有關(guān) 因此 在解決靜電場問題時 采用等效法處理 可使問題簡單化 大多數(shù)復(fù)合場都是重力場與勻強電場的疊加場 在這樣物理情境的場中 遇到擺的問題時 采用等效法處理 即首先確定出等效重力場的平衡位置 切向合力為零的位置 其次求出等效重力和等效重力加速度 例4 如圖6 1 12所示 一條長為L的細線上端固定在O點 下端系一質(zhì)量為m的小球 將它置于很大的勻強電場中 電場強度為E 方向水平向右 已知小球在B點時受力平衡 細線與豎直方向的夾角為 求 圖6 1 12 1 當細線與豎直方向的夾角多大時 才能使小球由靜止釋放后細線到豎直位置時小球速度恰好為零 2 當細線與豎直方向成 角時 至少要給多大的初速度 才能使小球做完整的圓周運動 審題突破 小球受重力和電場力 這兩個力都是恒力 故可等效為受一個恒力 重力 其方向沿OB方向 解 1 小球在B點受力情況如圖6 1 13甲所示 由于小球是在電場與重力場的復(fù)合場中運動 等效重力加速度為g 小球在AC間運動類比為一個單擺的運動 B為振動的平衡位置 由對稱性知 AOC 2 甲 乙 圖6 1 13 2 細線系著小球在復(fù)合場中做圓周運動 其 最高 點為D 最低 點為B 如圖乙 題外拓展 如果題目要求繩所受的最大拉力 也一樣找到等效的最低點 然后根據(jù)合外力提供向心力解答 觸類旁通 2013年新課標改編 如圖6 1 14所示 半徑為r的絕緣細圓環(huán)的環(huán)面固定在水平面上 場強為E的勻強電場與環(huán)面平行 一電量為 q 質(zhì)量為m的小球穿在環(huán)上 可沿環(huán)做無摩擦的圓周運動 若小球經(jīng)A點時 速度vA的方向恰與電場垂直 且 圓環(huán)與小球間沿水平方向無力的作用 試計算 圖6 1 14 1 小球運動達到最大速度的位置 半徑與豎直方向成的角 度 用字母表示 2 速度vA的大小 3 小球運動到與A點對稱的B點時 對環(huán)在水平方向的作 用力 小球在B點時 根據(jù)牛頓第二定律 在水平方向有 解以上兩式 得NB 6qE 由牛頓第三定律得小球在B點對環(huán)的水平作用力NB 6qE 方向水平向右