人教版高中物理選修3-1第一章.ppt

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靜電場 例題 一 電荷守恒定律 電荷既不能創(chuàng)造 也不能被消滅 它們只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體 或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分 二 電場 電場強(qiáng)度 電場線 1 電荷周圍存在著電場 靜止的電荷產(chǎn)生的電場稱為靜電場 電場是傳遞電荷相互作用的物質(zhì) 2 電場強(qiáng)度 電場強(qiáng)度是反映電場的力的性質(zhì)的物理量 它用檢驗(yàn)電荷受到的電場力跟檢驗(yàn)電荷電量q的比值來定義 即 電場強(qiáng)度是矢量 方向 是正電荷在電場中所受電場力的方向 大小 是由電場本身的內(nèi)在因素決定的 它與引入電場中的檢驗(yàn)電荷無關(guān) 3 點(diǎn)電荷場強(qiáng)公式 即 4 勻強(qiáng)電場場強(qiáng)公式 即 5 電場強(qiáng)度的疊加 電場強(qiáng)度的疊加遵守平行四邊形法則 6 電場線 電場線是為了形象描述電場中各點(diǎn)電場強(qiáng)度大小和方向而假想的線 電場線上每一點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向沿該點(diǎn)的切線方向 電場線密處電場強(qiáng)度大 電場線疏處電場強(qiáng)度小 靜電場的電場線從正電荷出發(fā)到負(fù)電荷終止 例題1 如圖29 1所示 在真空中同一條直線上的A B兩點(diǎn)固定有電荷量分別為 4Q和 Q的兩個點(diǎn)電荷 將另一個點(diǎn)電荷放在該直線上的哪一個位置 可以使它在電場力作用下保持靜止 若要求這三個點(diǎn)電荷都只在電場力作用下保持靜止 那么引入的這個點(diǎn)電荷應(yīng)是正電荷還是負(fù)電荷 電荷量是多大 例題2 如圖29 3所示 帶電小球A B的電荷分別為QA QB OA OB 都用長L的絲線懸掛在O點(diǎn) 靜止時(shí)A B相距為d 為使平衡時(shí)AB間距離減為d 2 可采用以下哪些方法 A 將小球A B的質(zhì)量都增加到原來的2倍B 將小球B的質(zhì)量增加到原來的8倍C 將小球A B的電荷量都減小到原來的一半D 將小球A B的電荷量都減小到原來的一半并將B球的質(zhì)量增加到原來的2倍 BD 例題3 如圖29 8所示 一個半徑為R的絕緣球殼上均勻分布有總電荷量為 Q的電荷 另一個電荷量為 q的點(diǎn)電荷固定在該球殼的球心O處 現(xiàn)在從球殼最左端挖去一個半徑為r r R 的小圓孔 則此時(shí)位于球心處的點(diǎn)電荷所受庫侖力的大小為 方向?yàn)?三 電場力的功 電勢能 電勢 電勢差 等勢面 1 電場力的功 電荷在電場中移動 電場力做功的數(shù)量跟電荷移動的路徑無關(guān) 電場力做正功時(shí) 電勢能減小 電場力做負(fù)功時(shí) 電勢能增大 2 電勢能 電荷在電場中某點(diǎn)的電勢能在數(shù)值上等于把電荷從該點(diǎn)移到電勢能為零處 電場力所做的功 3 電勢 電勢是反映電場的能的性質(zhì)的物理量 電場中某點(diǎn)的電勢定義為檢驗(yàn)電荷在該點(diǎn)具有的電勢能E跟檢驗(yàn)電荷的電量q的比值 即 電勢是標(biāo)量 它有正 負(fù) 但不表示方向 電場中某點(diǎn)的電勢大小及正負(fù)跟該點(diǎn)有無檢驗(yàn)電荷無關(guān) 但與選取電場中電勢能為零的點(diǎn) 零電勢點(diǎn) 有關(guān) 正電荷在電勢高的位置電勢能大 負(fù)電荷在電勢高的位置電勢能小 4 電勢差 電壓 AB兩點(diǎn)間的電勢差UAB在數(shù)值上等于將檢驗(yàn)電荷從A點(diǎn)移至B點(diǎn)電場力所作的功WAB與檢驗(yàn)電荷電量q的比值 1 2 5 等勢面 等勢面是電場中電勢相等的點(diǎn)構(gòu)成的面 電荷沿等勢面移動 電勢能不變化 電場力不做功 等勢面一定和電場線垂直 電場線的方向是電勢降低的方向 電場線本身不能相交 等勢面本身也不能相交 點(diǎn)電荷電場的等勢面是以點(diǎn)電荷為球心的一族球面 勻強(qiáng)電場的等勢面是與電場線垂直的一族平行平面 說明 電勢與電場強(qiáng)度在數(shù)值上沒有必然對應(yīng)的關(guān)系 例如 電勢為零的地方電場強(qiáng)度可以不為零 電勢為零的地方可任意選取 電場強(qiáng)度為零的地方電勢可以不為零 如兩個帶同種等電量的點(diǎn)電荷 其連線的中點(diǎn)處電場強(qiáng)度為零 電勢卻不為零 電場強(qiáng)度恒定的區(qū)域電勢有高低不同 如勻強(qiáng)電場 等勢面上的各點(diǎn) 電場強(qiáng)度可以不相同 如點(diǎn)電荷形成的電場的等勢面上 各點(diǎn)場強(qiáng)不同 2 經(jīng)常遇到的三個問題 1 比較場強(qiáng)的大小 看電場線的疏密或等勢面的疏密 2 比較電勢的高低 看電場線的方向 電場線的方向是電勢降低的方向 3 比較同一檢驗(yàn)電荷在電場中兩點(diǎn)所具有的電勢能的多少 看電場力的方向 電場力作正功 檢驗(yàn)電荷的電勢能減少 四 電場對帶電質(zhì)點(diǎn) 粒子 的作用 1 帶電質(zhì)點(diǎn)受電場力及其他力作用處于平衡的問題 應(yīng)用合力為零的條件求解 例 3 帶電粒子在電場中加速或減速的問題 多應(yīng)用動能定理 能量守恒定律求解 4 帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)的問題 如帶電粒子穿過勻強(qiáng)電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)問題 多應(yīng)用牛頓第二定律及運(yùn)動合成知識求解 1 加速度 2 側(cè)向速度 3 偏向角 4 側(cè)向位移 5 側(cè)向位移與偏向角 6 增加的動能 五 電容器和電容 1 電容是反映電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量 它用電容器所帶的電量跟電容器兩板間的電勢差的比值來定義 即 2 平行板電容器的電容 平行板電容器的電容 跟介電常數(shù)成正比 跟正對面積成正比 跟極板間的距離成反比 即 3 平行板電容器的電場 1 電勢差恒定 2 帶電量恒定 例2 如圖所示 A B C為一等邊三角形的三個頂點(diǎn) 三角形位于勻強(qiáng)磁場中 電場線平行于三角形的平面 現(xiàn)將正點(diǎn)電荷10 8C從A點(diǎn)移到B點(diǎn) 電場力做功3 10 6J 現(xiàn)將負(fù)電荷10 8C從A點(diǎn)移到C點(diǎn) 克服電場力做功3 10 6J 求 分析 根據(jù)電勢差與電功的關(guān)系式 通過計(jì)算可判斷B C兩點(diǎn)處在同一等勢面上 又據(jù)電勢降低的方向是電場線的方向 可判斷電場線的方向 最后據(jù)在勻強(qiáng)電場中場強(qiáng)與電勢差的關(guān)系 通過計(jì)算得出電場強(qiáng)度的大小 B點(diǎn)與C點(diǎn)處在同一等勢面上 又因?yàn)殡妶鼍€方向是電場降低的方向 所以電場線方向必定是A點(diǎn)指向BC連線的中點(diǎn)與BC垂直 如圖所示 2 A點(diǎn)到等勢面的距離為d 那么 根據(jù)勻強(qiáng)電場中 場強(qiáng)與電勢差間的關(guān)系 電場強(qiáng)度為 例3 在一個點(diǎn)電荷產(chǎn)生的靜電場中 一個帶電粒子運(yùn)動軌跡如圖中的虛線所示 試問 1 帶電粒子帶何種電 2 M點(diǎn)和N點(diǎn)相比 帶電粒子的運(yùn)動速度VM VN哪個大 運(yùn)動加速度aM aN哪個大 電勢能EM EN哪個大 例4 一個質(zhì)量為m 帶有電荷 q的小物體 可在水平軌道Ox上運(yùn)動 O端有一與軌道垂直的固定墻 軌道處于勻強(qiáng)電場中 其場強(qiáng)大小為E 方向沿OX軸正方向 如圖所示 小物體以初速度v0從x0點(diǎn)沿OX軌道運(yùn)動 運(yùn)動時(shí)受到大小不變的摩擦力f作用 且f qE 設(shè)小物體與墻碰撞時(shí)不損失機(jī)械能 且電量保持不變 求它在停止運(yùn)動前所通過的總路程s 解 由于f qE 所以物體最后停在O點(diǎn) 物體停止運(yùn)動前所通過的總路程為s 根據(jù)動能定理有 所以 例6 相距為d的平行金屬板a b其長度為L 帶有等量異種電荷 使兩板間形成勻強(qiáng)電場 電壓為Uab 如圖所示 一個質(zhì)量為m 電量為q的帶電粒子以平行于金屬板的方向的初速度V0垂直于電場線飛入電場中 當(dāng)粒子飛離電場區(qū)時(shí) 其橫向位移為y 飛行方向偏角為 忽略重力影響 試問 和tan 各變化為原來的幾倍 側(cè)向位移與偏向角的正切分別為 分析 帶電粒子進(jìn)入電場以后 在x方向不受電場力 僅有初速度 將 式代入 式得 同理可得 2 由y和tan 的表達(dá)式 當(dāng)入射的帶電粒子初動能減小一半 則分母減小一半 偏轉(zhuǎn)電壓增大到3倍 則分子增大到3倍 因此 橫向位移y以及偏轉(zhuǎn)角的正切tan 都增大到原來的6倍 答 氫核 氘核 氦核以相同的初動量垂直飛入一個偏轉(zhuǎn)電場 橫向位移之比以及偏轉(zhuǎn)角正切之比均為1 2 8 若入射初動能減小一半 偏轉(zhuǎn)電壓增大到3倍 帶電粒子在偏轉(zhuǎn)電場中的橫向位移y以及運(yùn)動偏轉(zhuǎn)角正切tan 均增大到原來的6倍 反饋練習(xí) A 9 4 36B 9 4 36C 3 2 6D 3 2 6 答案 A 2 如圖所示 半徑相同的兩個金屬小球A B帶有電量相等的電荷 相隔一定距離 兩球之間的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(shí) A B兩球之間的相互作用力的大小是 答案 A 3 圖 1 所示 有兩個帶有等量異種電荷的小球 用絕緣細(xì)線相連后 再用絕緣細(xì)線懸掛在水平方向的勻強(qiáng)電場中 當(dāng)兩小球都處于平衡時(shí)的可能位置是圖 2 中的哪一種 答案 A 4 如圖所示 在光滑的水平面上有一個絕緣彈簧振子 小球帶負(fù)電 在振動過程中 當(dāng)彈簧壓縮到最短時(shí) 突然加上一個水平向左的勻強(qiáng)電場 此后 A 振子振幅增大B 振子振幅減小C 振子的平衡位置不變D 振子的周期增大 答案 B 5 若帶正電荷的小球只受到電場力作用 則它在任意一段時(shí)間內(nèi)A 一定沿電場線由高電勢處向低電勢處運(yùn)動 B 一定沿電場線由低電勢處向高電勢處運(yùn)動 C 不一定沿電場線運(yùn)動 但一定由高電勢處向低電勢處運(yùn)動 D 不一定沿電場線運(yùn)動 也不一定由高電勢處向低電勢處運(yùn)動 答案 D 6 下面哪些話是正確的 A 在電場中 電場強(qiáng)度大的點(diǎn) 電勢必高 B 電荷置于電勢越高的點(diǎn) 所具有的電勢能也越大 C 電場中電場強(qiáng)度大的地方 沿電場線方向電勢降落快 D 一帶電粒子只受電場力作用 在電場中運(yùn)動時(shí) 電勢能一定變化 答案 C 7 一平行板電容器充電后與電源斷開 負(fù)極板接地 在兩極板間有一正電荷 電量很小 固定在P點(diǎn) 如圖所示 E表示兩極板間的場強(qiáng) U表示電容器的電壓 表示正電荷在P點(diǎn)的電勢能 若保持負(fù)極板不動 將正極板移到圖中虛線所示的位置 則A U變小 E不變B E變大 不變C U變小 不變D U不變 不變 答案 AC 8 如圖所示 在真空中把一絕緣導(dǎo)體向帶電 負(fù)電 的小球P緩慢地靠近 不相碰 下列說法中正確的是 A B端的感應(yīng)電荷越來越多B 導(dǎo)體內(nèi)場強(qiáng)越來越大C 導(dǎo)體的感應(yīng)電荷在M點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)恒大于在N點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)D 導(dǎo)體的感應(yīng)電荷在MN兩點(diǎn)的場強(qiáng)相等 答案 AC 9 兩個質(zhì)量相同的帶電小球 分別帶等量異種電荷 電量為q 固定在一根長度為l的輕質(zhì)絕緣細(xì)桿的兩端 置于電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場中 桿的方向與場強(qiáng)方向平行 如圖所示 若此桿繞其中點(diǎn)O旋轉(zhuǎn)180 則在此轉(zhuǎn)動過程中 兩個小球動能的增加量為A 0B qElC 2qElD qEl 答案 C THEEND 課后練習(xí) 1 如圖所示 在一個正方形的4個頂點(diǎn)各有一個電量大小相等的點(diǎn)電荷 那么下列說法中正確的是 強(qiáng)為零 電勢也為零場強(qiáng)不為零場強(qiáng)也不為零電勢不為零 答案 B 2 平行板電容器的兩極板A B接于電池兩極 一帶正電小球懸掛在電容器內(nèi)部 閉合電鍵K 電容器充電 這時(shí)懸線偏離豎直方向的夾角為 如圖所示 A 保持電鍵K閉合 帶正電的A板向B板靠近 則增大 B 保持電鍵K閉合 帶正電的A板向B板靠近 則 不變C 電鍵K斷開 帶正電的A板向B板靠近 則 增大D 電鍵K斷開 帶正電的A板向B板靠近 則 不變 答案 AD 3 在O點(diǎn)有一個電量為Q的正點(diǎn)電荷 空間有水平向右的勻強(qiáng)電場 如圖所示 現(xiàn)將一個檢驗(yàn)電荷 q置于O點(diǎn)左方距O為半徑r的a點(diǎn)時(shí) 該檢驗(yàn)電荷所受電場力為零 試求 2 檢驗(yàn)電荷 q由a點(diǎn)移動到b點(diǎn) 電勢能的改變量是多大 的電場線方向飛入勻強(qiáng)電場區(qū) 測得該電子深入電場的最大距離為d 50m 試求 1 勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)E的大小 2 電子經(jīng)多少時(shí)間t回到出發(fā)點(diǎn) 5 一個半徑為R的絕緣球殼上均勻地帶有電量為 Q的電荷 另一電量為 q的點(diǎn)電荷放在球心O上 由于對稱性 點(diǎn)電荷受力為零 現(xiàn)在球殼上挖去半徑為r r R 的一個小圓孔 則此時(shí)置于球心的點(diǎn)電荷所受的力的大小為 已知靜電力常量為k 方向 6 半徑為r的絕緣光滑圓環(huán)固定在豎直平面內(nèi) 環(huán)上套有一質(zhì)量為m 帶正電的珠子 空間存在水平向右的勻強(qiáng)電場 如圖所示 珠子所受靜電力是其重力的3 4倍 將珠子從環(huán)上最低位置A點(diǎn)靜止釋放 則 7 相距為d 長度為L的兩平行金屬板A B帶有等量異種電荷 兩板間存在勻強(qiáng)電場 金屬板平面與水平成 角位置 如圖所示 一個板方向飛入電場 帶電顆粒在電場中做直線運(yùn)動 試求 場中 入射方向跟極板平行 極板長為l 兩極板間距離為d 整個裝置處在真空中 重力可以忽略 當(dāng)帶電粒子射出平行板區(qū)時(shí)產(chǎn)生橫向位m和q有何關(guān)系 初速釋放小球 求當(dāng)帶電小球運(yùn)動到懸點(diǎn)O正下方的b點(diǎn)時(shí) 懸線 10 用長為L的輕質(zhì)絲線將一個質(zhì)量為m 帶電量為q的帶電小球懸掛于O點(diǎn) 空間有豎直向下的勻強(qiáng)電場E 如圖所示 將小球拉到偏離平衡位置 角的a點(diǎn)無初速釋放 試求 2 如果 5 小球從a運(yùn)動到b所需時(shí)間t多大 課后練習(xí)答案 1 B2 A D 9 3 577牛