高考物理復(fù)習(xí) 高效學(xué)習(xí)方略 61 靜電場(chǎng)課件

第六章靜電場(chǎng) 考綱導(dǎo)航 考綱展示 1.物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)、電荷守恒 2靜電現(xiàn)象的解釋 3點(diǎn)電荷 4庫侖定律 5靜電場(chǎng) 6電場(chǎng)強(qiáng)度、點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng) 7電場(chǎng)線 8電勢(shì)能、電勢(shì) 9電勢(shì)差 10勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系 11帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 12示波管13常見電容器 14電容器的電壓、電荷量和電容的關(guān)系 權(quán)威解讀 1.理解點(diǎn)電荷、元電荷、電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)、電勢(shì)能、電場(chǎng)線、等勢(shì)面、電容等概念 2掌握庫侖定律并能應(yīng)用該定律處理靜電平衡和靜電加速等問題 3掌握點(diǎn)電荷，等量同種點(diǎn)電荷、等量異種點(diǎn)電荷，勻強(qiáng)電場(chǎng)等電場(chǎng)的電場(chǎng)線和等勢(shì)面分布特點(diǎn) 4掌握平行板電容器及其動(dòng)態(tài)變化問題的兩種模型始終與電源相連接和充電以后與電源斷開的特點(diǎn)和處理方法 5電場(chǎng)和力學(xué)中的平衡、運(yùn)動(dòng)學(xué)、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、功能關(guān)系、能量守恒定律等知識(shí)結(jié)合起來的力、電綜合題，并綜合應(yīng)用力學(xué)和電場(chǎng)知識(shí)處理帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題 6注重知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，能夠運(yùn)用靜電場(chǎng)相關(guān)的知識(shí)解釋物理現(xiàn)象，分析和解決實(shí)際問題.一、點(diǎn)電荷、電荷守恒定律1點(diǎn)電荷、元電荷(1)元電荷：e 所有帶電體的電荷量都是元電荷的，其中質(zhì)子和正電子的電荷量與元電荷相等，電子帶電的電荷量q.(2)點(diǎn)電荷：有一定的電荷量，忽略的理想化模型，是對(duì)實(shí)際帶電體的科學(xué)抽象1.61019 C整數(shù)倍整數(shù)倍1.61019 C形狀和大小形狀和大小 2電荷守恒定律 (1)內(nèi)容：電荷既不會(huì)創(chuàng)生，也不會(huì)消滅，它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到；在轉(zhuǎn)移過程中，電荷的總量 (2)起電方式：使物體帶電有三種方法： 、和 另一個(gè)物體另一個(gè)物體另一部分另一部分保持不變保持不變摩擦起電摩擦起電接觸起電接觸起電感應(yīng)起電感應(yīng)起電 (3)物體帶電的實(shí)質(zhì)是 (4)電荷的分配原則：完全相同的金屬球接觸時(shí)，若兩者帶同種電荷，則電荷總量分配，若二者帶異種電荷，則得失電子得失電子平均平均先中和后平分先中和后平分真空真空 電荷量的乘積電荷量的乘積 距離的平方距離的平方 連線上連線上 9.0109 3適用條件：中的 ，空氣中也可以近似使用電荷間的作用力遵守牛頓第三定律，即無論q1、q2是否相等，兩個(gè)電荷之間的靜電力一定是大小 ，方向 ，作用在同一條直線上真空真空點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷相等相等相反相反力的作用力的作用 任何電場(chǎng)任何電場(chǎng) V/m (3)方向：規(guī)定 在電場(chǎng)中某點(diǎn) 的方向?yàn)樵擖c(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向 (4)電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加：電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的真空真空 正電荷正電荷所受電場(chǎng)力所受電場(chǎng)力矢量和矢量和四、電場(chǎng)線1定義：為了形象地描述 中各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的強(qiáng)弱及方向，在電場(chǎng)中畫出一些曲線，曲線上每一點(diǎn)的 都跟該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向一致，曲線的 表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱電場(chǎng)電場(chǎng)切線方向切線方向疏密疏密 2特點(diǎn) (1)電場(chǎng)線從或無限遠(yuǎn)處出發(fā)，終止于或無限遠(yuǎn)處 (2)電場(chǎng)線在電場(chǎng)中 (3)在同一電場(chǎng)里，電場(chǎng)線 的地方場(chǎng)強(qiáng)越大 (4)電場(chǎng)線上某點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的 (5)沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸 (6)電場(chǎng)線和等勢(shì)面在相交處正電荷正電荷負(fù)電荷負(fù)電荷不相交不相交越密越密場(chǎng)強(qiáng)方向場(chǎng)強(qiáng)方向降低降低互相垂直互相垂直 3幾種典型電場(chǎng)的電場(chǎng)線(1)電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E與試探電荷q無關(guān)，由場(chǎng)源電荷和該點(diǎn)在電場(chǎng)中的位置決定(2)場(chǎng)強(qiáng)的疊加即空間某一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，應(yīng)是各場(chǎng)源電荷單獨(dú)在該點(diǎn)激發(fā)的電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和1下列哪些物體可看做點(diǎn)電荷()A電子和質(zhì)子在任何情況下都可看做點(diǎn)電荷B均勻帶電的絕緣體在計(jì)算庫侖力時(shí)可視為點(diǎn)電荷C帶電的細(xì)桿在一定條件下可視為點(diǎn)電荷D帶電的金屬球一定不能視為點(diǎn)電荷解析C帶電體能否被看做點(diǎn)電荷不能僅看其體積大小，而應(yīng)根據(jù)其體積對(duì)所研究問題的影響有些情況下即使體積很小的帶電體也不能被看做點(diǎn)電荷，而有些情況下體積很大的帶電體一樣可以看成是點(diǎn)電荷 2一個(gè)試探電荷q在電場(chǎng)中某點(diǎn)受到的電場(chǎng)力為F，這點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為E，下圖中能正確反映q、E、F三者關(guān)系的是() 3.如圖所示，兩個(gè)完全相同的絕緣金屬殼a、b的半徑為R，質(zhì)量為m，兩球心之間的距離為l3R.若使它們帶上等量的異種電荷，電荷量為q那么兩球之間的萬有引力F引，庫侖力F庫分別為() 4在如圖所示的四種電場(chǎng)中，分別標(biāo)記有a、b兩點(diǎn)其中a、b兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等、方向相反的是() A甲圖中與點(diǎn)電荷等距的a、b兩點(diǎn) B乙圖中兩等量異種電荷連線的中垂線上與連線等距的a、b兩點(diǎn) C丙圖中兩等量同種電荷連線的中垂線上與連線等距的a、b兩點(diǎn) D丁圖中非勻強(qiáng)電場(chǎng)中的a、b兩點(diǎn)解析C甲圖中與點(diǎn)電荷等距的a、b兩點(diǎn)，場(chǎng)強(qiáng)大小相等，方向不相反，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；對(duì)乙圖來說，根據(jù)電場(chǎng)線的疏密及對(duì)稱性可判斷，b點(diǎn)和a點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小、方向均相同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；丙圖中兩等量同種電荷連線的中垂線上與連線等距的a、b兩點(diǎn)，場(chǎng)強(qiáng)大小相等，方向相反，選項(xiàng)C正確；對(duì)丁圖來說，根據(jù)電場(chǎng)線的疏密可判斷，b點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大于a點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤 5如圖所示，在一條直線上的A、B、C三點(diǎn)上分別放置QA3109 C、QB4109 C、QC3109 C的點(diǎn)電荷，試求作用在點(diǎn)電荷A上的作用力解析由于點(diǎn)電荷A處在B和C的電場(chǎng)中，故同時(shí)受到B和C的庫侖力作用，因此作用在A上的作用力應(yīng)為兩庫侖力的合力可先根據(jù)庫侖定律分別求出B和C對(duì)A的庫侖力的大小，再求合力 A受到B、C電荷的庫侖力，如圖所示，根據(jù)庫侖定律有規(guī)定沿這條直線由A指向C為正方向，則A點(diǎn)電荷受到的合力大小為FAFBAFCA(1.081039.0105) N9.9104 N.【答案】9.9104 N要點(diǎn)一對(duì)庫侖定律的進(jìn)一步理解1.適用條件只適用于真空中的兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力或者靜止點(diǎn)電荷對(duì)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)電荷的作用力的計(jì)算，r0時(shí)，公式不適用，因?yàn)檫@時(shí)兩電荷已不能再看做點(diǎn)電荷了 2三個(gè)點(diǎn)電荷的平衡問題 如圖在一條直線上的A、B、C三點(diǎn)，自由放置點(diǎn)電荷QA、QB、QC，每個(gè)電荷在庫侖力作用下均處于平衡狀態(tài)的條件是：(1)計(jì)算庫侖力大小時(shí)，只代入電荷量的絕對(duì)值，不需要代入符號(hào)(2)庫侖力的方向單獨(dú)判斷【例1】在真空有兩個(gè)完全相同的金屬小球，如圖所示，A球帶qA6.41010 C的正電荷，B球球帶qB1.61010 C的負(fù)電荷，均可視為點(diǎn)電荷，兩球相距0.4 m，則(1)A、B間的庫侖力為多大？(2)現(xiàn)引入第三個(gè)點(diǎn)電荷C，恰好使三個(gè)點(diǎn)電荷處于平衡狀態(tài)，則C應(yīng)帶什么性質(zhì)的電？應(yīng)放于何處，所帶電量為多少？【思路點(diǎn)撥】解答本題應(yīng)選擇合適的研究對(duì)象，并能正確進(jìn)行受力分析，同時(shí)理清距離關(guān)系，利用庫侖定律進(jìn)行解答(2)根據(jù)平衡條件判斷，C球應(yīng)帶正電，放在B球右邊且和AB在一條直線上，如圖所示設(shè)C帶電荷量為q，與B點(diǎn)相距為x，則以B為研究對(duì)象，由平衡條件：要點(diǎn)二場(chǎng)強(qiáng)的公式、電場(chǎng)的疊加 2電場(chǎng)的疊加 (1)電場(chǎng)疊加：多個(gè)電荷在空間某處產(chǎn)生的電場(chǎng)為各電荷在該處所產(chǎn)生的電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的矢量和 (2)計(jì)算法則：平行四邊形定則電場(chǎng)強(qiáng)度是靜電學(xué)中重要的物理量，也是高考考查重點(diǎn)，三個(gè)公式有不同的意義及使用范圍，應(yīng)用時(shí)應(yīng)根據(jù)具體問題選用相應(yīng)的公式【例2】如圖所示，A、B、C、D、E是半徑為r的圓周上等間距的五個(gè)點(diǎn)，在這些點(diǎn)上各固定一個(gè)點(diǎn)電荷，除A點(diǎn)處的電荷量為q外，其余各點(diǎn)處的電荷量均為q，則圓心O處()【思路點(diǎn)撥】解答本題可按以下思路分析：(1)可以先假設(shè)A處也放正電荷q時(shí)分析O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)(2)根據(jù)對(duì)稱性分析在A處換為負(fù)電荷q時(shí)O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)【規(guī)律方法】(1)在求解電場(chǎng)強(qiáng)度問題時(shí)，應(yīng)明確所求的場(chǎng)強(qiáng)是合場(chǎng)強(qiáng)，還是分場(chǎng)強(qiáng)，若求分場(chǎng)強(qiáng)，要注意選擇適當(dāng)?shù)墓竭M(jìn)行計(jì)算，求合場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，應(yīng)先求出分場(chǎng)強(qiáng)，然后再根據(jù)矢量的合成法則(平行四邊形定則)進(jìn)行求解(2)在處理多個(gè)電荷形成電場(chǎng)的疊加問題時(shí)，應(yīng)注意計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度的各個(gè)公式的適用條件若帶電體不能看做點(diǎn)電荷時(shí)，可采用微元法，然后應(yīng)用場(chǎng)強(qiáng)的疊加原理來求如圖所示，分別在A、B兩點(diǎn)放置點(diǎn)電荷Q121014 C和Q221014 C在AB的垂直平分線上有一點(diǎn)C，且ABACBC6102 m試求： (1)C點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng) (2)如果將一個(gè)電子放置在C點(diǎn)，它所受的庫侖力的大小和方向如何？要點(diǎn)三常見電場(chǎng)的電場(chǎng)線特點(diǎn)1.孤立點(diǎn)電荷的電場(chǎng)(1)正(負(fù))點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線呈空間球?qū)ΨQ分布指向外(內(nèi))(2)離點(diǎn)電荷越近，電場(chǎng)線越密(場(chǎng)強(qiáng)越大)(3)以點(diǎn)電荷為球心作一球面，則電場(chǎng)線處處與球面垂直，在此球面上場(chǎng)強(qiáng)大小相等，但方向不同 2兩種等量點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線比較比較比較等量異種點(diǎn)電荷等量異種點(diǎn)電荷等量同種點(diǎn)電荷等量同種點(diǎn)電荷電場(chǎng)線分布圖電場(chǎng)線分布圖比較比較等量異種點(diǎn)電荷等量異種點(diǎn)電荷等量同種點(diǎn)電荷等量同種點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)連線中點(diǎn)O處的場(chǎng)強(qiáng)處的場(chǎng)強(qiáng)最小，指向負(fù)電荷最小，指向負(fù)電荷一方一方為零為零連線上的場(chǎng)強(qiáng)大小連線上的場(chǎng)強(qiáng)大小沿連線先變小，再沿連線先變小，再變大變大沿連線先變小，沿連線先變小，再變大再變大沿中垂線由沿中垂線由O點(diǎn)點(diǎn)向外場(chǎng)強(qiáng)大小向外場(chǎng)強(qiáng)大小O點(diǎn)最大，向外點(diǎn)最大，向外逐漸減小逐漸減小O點(diǎn)最小，向外點(diǎn)最小，向外先變大后變小先變大后變小關(guān)于關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱的點(diǎn)對(duì)稱的A與與A，B與與B的場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)特點(diǎn)強(qiáng)特點(diǎn)等大同向等大同向等大反向等大反向 3.電場(chǎng)線與帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡的關(guān)系 根據(jù)電場(chǎng)線的定義，一般情況下帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡不會(huì)與電場(chǎng)線重合，只有同時(shí)滿足以下三個(gè)條件時(shí)，兩者才會(huì)重合 (1)電場(chǎng)線為直線； (2)電荷初速度為零，或速度方向與電場(chǎng)線平行； (3)電荷僅受電場(chǎng)力或所受其他力合力的方向與電場(chǎng)線平行根據(jù)電場(chǎng)線的分布可以判斷電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向，但僅一條電場(chǎng)線不能判斷場(chǎng)強(qiáng)的強(qiáng)弱【例3】如圖所示，圖中實(shí)線是一簇未標(biāo)明方向的由點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)線，虛線是某帶電粒子通過該電場(chǎng)區(qū)域時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡，a、b是軌跡上兩點(diǎn)若帶電粒子在運(yùn)動(dòng)過程中只受到電場(chǎng)力作用，根據(jù)此圖可以做出的正確判斷是()A帶電粒子所帶電荷的正、負(fù)B帶電粒子在a、b兩點(diǎn)的受力方向C帶電粒子在a、b兩點(diǎn)的加速度何處較大D帶電粒子在a、b兩點(diǎn)的速度何處較大【思路點(diǎn)撥】解答該題應(yīng)注意以下三點(diǎn)：(1)由軌跡彎曲方向判斷電場(chǎng)力的方向(2)由電場(chǎng)線的疏密判斷加速度的大小(3)根據(jù)動(dòng)能定理分析速度的大小解析BCD由電場(chǎng)線的疏密可知，a點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大，帶電粒子在a點(diǎn)的加速度大，故C正確；畫出初速度方向結(jié)合運(yùn)動(dòng)軌跡的偏轉(zhuǎn)方向，可判斷帶電粒子所受電場(chǎng)力的方向，但由于電場(chǎng)的方向未知，所以不能判斷帶電粒子的電性，故A錯(cuò)B對(duì)；利用初速度方向和電場(chǎng)力方向的關(guān)系，可判斷電場(chǎng)力對(duì)帶電粒子由a到b做負(fù)功，動(dòng)能減小，因此vavb，選項(xiàng)D對(duì) 【規(guī)律方法】(1)根據(jù)電場(chǎng)線的分布可以判斷電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向，但僅由一條電場(chǎng)線無法判斷電場(chǎng)強(qiáng)弱和場(chǎng)源情況(2)沿電場(chǎng)線的方向電勢(shì)雖然越來越低，但電場(chǎng)強(qiáng)度不一定越來越小A、B是一條電場(chǎng)線上的兩個(gè)點(diǎn)，一帶負(fù)電的粒子僅在電場(chǎng)力作用下以一定的初速度從A點(diǎn)沿電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，其速度v和時(shí)間t的關(guān)系圖象如右圖所示，則此電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布可能是下圖中的()解析A由vt圖象可知，粒子的速度隨時(shí)間逐漸減小，粒子的加速度逐漸變大，則電場(chǎng)強(qiáng)度逐漸變大，從A到B電場(chǎng)線逐漸變密綜合以上分析可知，帶負(fù)電的粒子沿電場(chǎng)線方向運(yùn)動(dòng)，由電場(chǎng)線疏處到達(dá)密處，故選項(xiàng)A正確.要點(diǎn)四帶電體的力、電綜合問題1.解答思路 2運(yùn)動(dòng)情況反映受力情況 (1)物體靜止(保持)：F合0. (2)做直線運(yùn)動(dòng) 勻速直線運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)合0. 變速直線運(yùn)動(dòng)：F合0，且F合一定沿直線方向 (3)做曲線運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)合0，F(xiàn)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(yùn)動(dòng)：F合與v的夾角為，090；減速運(yùn)動(dòng)：900)的相同小球，小球之間用勁度系數(shù)均為k0的輕質(zhì)絕緣彈簧連接當(dāng)3個(gè)小球處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，每根彈簧長(zhǎng)度為l，已知靜電力常量為k，若不考慮彈簧的靜電感應(yīng)，則每根彈簧的原長(zhǎng)為()5.(2012濱州模擬)如圖所示，勻強(qiáng)電場(chǎng)方向與水平線間夾角30，方向斜向右上方，電場(chǎng)強(qiáng)度為E，質(zhì)量為m的小球帶負(fù)電，以初速度v0開始運(yùn)動(dòng)，初速度方向與電場(chǎng)方向一致