山东省2020版高考物理一轮复习第七章静电场第1节电场力的性质课件新人教版.pptx

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1、第七章 静电场,-2-,-3-,第1节 电场力的性质,-5-,知识梳理,考点自诊,一、电荷 电荷守恒定律 1.两种电荷 毛皮摩擦过的橡胶棒带 负 电,丝绸摩擦过的玻璃棒带 正 电。同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。 2.元电荷 最小的电荷量,其值为e= 1.6010-19 C 。 3.电荷守恒定律 (1)内容:电荷既不会创生,也不会消灭,它只能从一个物体 转移 到另一个物体,或者从物体的一部分转移到另一部分;在转移的过程中,电荷的总量 保持不变 。 (2)起电方式: 摩擦起电 、 接触起电 、感应起电。 (3)带电实质:物体带电的实质是 得失电子 。,-6-,知识梳理,考点自诊,二、点电荷及

2、库仑定律 1.点电荷 点电荷是一种理想化的物理模型,当带电体本身的 形状 和 大小 对研究的问题影响很小时,可以将带电体视为点电荷。 2.库仑定律,-7-,知识梳理,考点自诊,三、电场 电场强度及电场线 1.电场 基本性质:对放入其中的电荷产生 力 的作用。 2.电场强度 (1)定义式:E= ,适用于 任何电场 ,是矢量。单位:N/C或 V/m 。 (2)点电荷的电场强度:E= k ,适用于计算 真空 中的点电荷产生的电场。 (3)方向:规定 正电荷 在电场中某点所受电场力的方向为该点的电场强度方向。 (4)电场强度的叠加:电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的 矢量和 。

3、,-8-,知识梳理,考点自诊,3.电场线 (1)定义:为了形象地描述电场中各点电场强度的 强弱 及 方向 ,在电场中画出一些曲线,曲线上每一点的 切线方向 都跟该点的电场强度方向一致,曲线的 疏密 表示电场的强弱。 (2)电场线特点:,-9-,知识梳理,考点自诊,(3)几种典型电场的电场线,-10-,知识梳理,考点自诊,四、电场力 1.定义:电荷之间的相互作用是通过电场发生的。只要有电荷存在,电荷的周围就存在着电场,电场的基本性质是它对放入其中的电荷有力的作用,这种力就叫做电场力。 2.方向:正电荷沿电场线的切线方向,负电荷沿电场线的切线方向的反方向。 3.计算:电场力的计算公式是F=qE,其

4、中q为放入电场中的电荷的带电量,E为场强。,-11-,知识梳理,考点自诊,1.判断下列说法的正误。(2)静电力常量k是库仑利用扭秤实验测出的。( ) (3)电场中某点的电场强度方向即为电荷在该点所受的电场力的方向。( ) (4)在真空中,电场强度的表达式E=kQr2中的Q就是检验点电荷的电荷量。( ) (5)不管是等量同种正电荷还是负电荷,中点O处场强始终为零。( ) (6)电场线是电场中实际存在的线。( ) (7)根据电场线能确定电荷的速度方向、运动的轨迹。( ),-12-,知识梳理,考点自诊,(8)等量异种两电荷的连线上,各点的电场强度方向从正电荷指向负电荷,沿电场线方向场强先变小后变大。

5、( ) (9)电场线不是电荷的运动轨迹。根据电场线方向能确定电荷的受力方向和加速度方向。( ),答案,-13-,知识梳理,考点自诊,2.保护知识产权,抵制盗版是我们每个公民的责任与义务。盗版书籍影响我们的学习效率,甚至给我们的学习带来隐患。小华有一次不小心购买了盗版的物理参考书,做练习时,他发现有一个关键数字看不清,拿来问老师,如果你是老师,你认为可能是下列数字中的( )A.6.210-19 C B.6.410-19 C C.6.610-19 C D.6.810-19 C,答案,解析,-14-,知识梳理,考点自诊,3.(2018四川自贡诊断)两个完全相同的金属小球,所带电荷量多少不同,相距一定

6、的距离时,两个金属球之间有相互作用的库仑力,如果将两个金属球相互接触一下后,再放到原来的位置,则两球的作用力变化情况是( ) A.如果相互接触前两球的库仑力是引力,则相互接触后的库仑力仍是引力 B.如果相互接触前两球的库仑力是引力,则相互接触后的库仑力为零 C.如果相互接触前两球的库仑力是斥力,则相互接触后的库仑力仍是斥力 D.如果相互接触前两球的库仑力是斥力,则相互接触后的库仑力是引力,答案,解析,-15-,知识梳理,考点自诊,答案,解析,-16-,命题点一,命题点二,命题点三,库仑定律及库仑力作用下的平衡问题 1.对库仑定律的理解 (1)F=k ,r指两点电荷间的距离。对可视为点电荷的两个

7、均匀带电球,r为两球的球心间距。 (2)当两个电荷间的距离r0时,电荷不能视为点电荷,它们之间的静电力不能认为趋于无限大。,-17-,命题点一,命题点二,命题点三,2.三个自由点电荷的平衡问题 (1)条件:两个点电荷在第三个点电荷处的合电场强度为零,或每个点电荷受到的两个库仑力必须大小相等,方向相反。 (2)规律:“三点共线”三个点电荷分布在同一直线上; “两同夹异”正负电荷相互间隔; “两大夹小”中间电荷的电荷量最小; “近小远大”中间电荷靠近电荷量较小的电荷,-18-,命题点一,命题点二,命题点三,3.分析点电荷平衡问题的方法和步骤 点电荷平衡问题的分析方法与纯力学平衡问题的分析方法是相同

8、的,只是在原来受力的基础上多分析一个电场力。具体步骤如下:,-19-,命题点一,命题点二,命题点三,典例1(多选)(2018河北衡水中学调研)在相距为r的A、B两点分别放上点电荷QA和QB,C为AB的中点,如图所示。现 引入带正电的检验电荷q,则下列说法正确的是( ) A.如果q在C点所受合力为零,则QA和QB一定是等量异种电荷 B.如果q在AB延长线离B较近的D点所受合力为零,则QA和QB一定是异种电荷,且电荷量大小QAQB C.如果q在AC段上的某一点所受合力为零,而在BC段上移动时始终受到向右的力,则QA一定是负电荷,且电荷量大小QAQB D.如果q沿AB的垂直平分线移动时受电场力方向始

9、终不变,则QA和QB一定是等量异种电荷,答案,解析,-20-,命题点一,命题点二,命题点三,思维点拨本题属于“三个自由点电荷的平衡问题”。本题中考查学生是否对点电荷、电荷守恒定律、库仑定律、平衡条件有清晰的物理观念,能否通过科学推理和归纳,应用库仑定律及平衡条件解决实际问题。,-21-,命题点一,命题点二,命题点三,典例2(2018全国卷,16)如图,三个固定的带电小球a,b和c,相互间的距离分别为ab=5 cm,bc=3 cm,ca=4 cm,小球c所受库仑力的合力的方向平行于a、b的连线。设小球a、b所带电荷量的比值的绝对值为k,则( ),答案,解析,-22-,命题点一,命题点二,命题点三

10、,思维点拨根据“小球c所受库仑力的合力的方向平行于a、b的连线”,然后利用平行四边形定则和几何关系、库仑定律可解得。本题中考查学生是否对库仑定律、受力分析、平行四边形定则有清晰的物理观念,能否通过科学推理和归纳,应用库仑定律及平行四边形定则解决实际问题。,-23-,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练 1.(2018河南开封重点学校联考)两个分别带有电荷量-Q和+3Q的相同金属小球(均可视为点电荷),固定在相距为r的两处,它们之间的库仑力大小为F。两小球相互接触后分开并将其间距变为 ,则现在两小球间库仑力的大小为( ),答案,解析,-24-,命题点一,命题点二,命题点三,2.(多选)如图所示

11、,水平地面上固定一个光滑绝缘斜面,斜面与水平面的夹角为。一根轻质绝缘细线的一端固定在斜面顶端,另一端系有一个带电小球A,细线与斜面平行。小球A的质量为m、电荷量为q。小球A的右侧固定放置带等量同种电荷的小球B,两球心的高度相同、间距为d。静电力常量为k,重力加速度为g,两带电小球可视为点电荷。小球A静止在斜面上,则( ),答案,解析,-25-,命题点一,命题点二,命题点三,3.(2018广西南宁模拟)由粗糙的水平杆AO与光滑的竖直杆BO组成的绝缘直角支架如图放置,在AO杆、BO杆上套有带正电的小球P、Q,两个小球恰能在某一位置平衡。现将P缓慢地向左移动一小段距离,两球再次达到平衡。若小球所带电

12、荷量不变,与移动前相比( ) A.P、Q之间的距离增大 B.杆BO对Q的弹力减小 C.杆AO对P的摩擦力增大 D.杆AO对P的弹力减小,答案,解析,-26-,命题点一,命题点二,命题点三,4.如图所示,水平光滑的绝缘细管中,两形状相同的带电金属小球A、B,质量满足mA=2mB相向运动,当相距L时,A的加速度大小为a,已知A球带电荷量为+q,B球带电荷量为-3q。当两球相碰后再次相距为L时,则两球加速度大小分别为( ),答案,解析,-27-,命题点一,命题点二,命题点三,电场强度的矢量性以及大小的计算 1.电场强度的一般计算方法 电场强度是静电学中极其重要的概念,也是高考中常考的一个基本概念。关

13、于电场强度的计算,主要方法有: (1)定义式法 定义式法就是首先根据力学规律物体平衡条件或牛顿运动定律或动能定理或动量定理先求出带电物体在电场中所受到的电场力F,然后再由电场强度的定义式 求出电场强度E。,-28-,命题点一,命题点二,命题点三,(2)点电荷场强公式法 中学阶段绝大多数情况下只讲点电荷在真空中的电场分布情况,故可直接用点电荷的场强公式 求,其方向由场源电荷的正负确定,如+Q时,E的方向沿半径r向外;若为-Q时,E的方向沿半径r的反方向(向内)。若要求多个点电荷产生电场的电场强度,则可先分别求出各个点电荷产生的电场强度,然后利用矢量叠加法求出合场强。 2.分析电场叠加问题的一般步

14、骤: (1)确定分析计算的空间位置; (2)分析该处有几个分电场,先计算出各个分电场在该点的电场强度的大小和方向; (3)依次利用平行四边形定则求出矢量和。,-29-,命题点一,命题点二,命题点三,典例3(多选)如图所示,真空中四个点电荷分别位于棱长为L的正四面体的A、B、C、D顶点上,电荷量分别为+q、-q、-q、-q,O为正三角形面BCD的中心,E为棱CD的中点。下列说法正确的是( ) A.O点的电场强度为零 B.O点的电场强度的方向垂直正三角形面BCD向下 C.E点的电场强度的方向平行于AB,答案,解析,-30-,命题点一,命题点二,命题点三,思维点拨解答本题时可按以下思路分析:明确电场

15、的分布,利用正四面体的几何关系,根据电场叠加特点解题。通过本题的训练,要使点电荷、点电荷的电场强度公式、电场强度的矢量性等的物理观念进一步清晰,能通过矢量叠加方法对中心处电场强度问题进行分析和推理,得到正确的结论,使科学思维素养得到提升。,-31-,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练 5.(2018武汉武昌区调研)如图所示,以O点为圆心的圆周上有六个等分点a、b、c、d、e、f。等量正、负点电荷分别放置在a、d 两点时,在圆心O产生的电场强度大小为E。现仅将放于a点的正点电荷改放于其他等分点上,使O点的电场强度改变,则下列判断正确的是( ),答案,解析,-32-,命题点一,命题点二,命题点

16、三,6.(多选)(2018安徽江淮十校联考)如图所示,P、Q处固定有等量的同种正电荷,O为P、Q连线的中点,在P、Q连线的垂直平分线上,个带电粒子在A点由静止释放,结果粒子在A、B、C三点的加速度大小相等,且A、C关于P、Q连线对称。不计粒子受到的重力,则下列说法正确的是( ) A.粒子在C点的速度大小为零 B.带电粒子在O点的速度最大 C.带电粒子在O点的加速度为零 D.带电粒子从A点运动到B点的过程中,加速度先减小后增大,答案,解析,-33-,命题点一,命题点二,命题点三,7.(多选)(2018安徽合肥第二次质量检测)如图所示,竖直平面内有一圆周,其圆心为O,直径AB和CD相互垂直,电荷量

17、均为Q的正点电荷放在关于CD对称的圆周上,它们所在半径的夹角为120,则下列说法正确的是( )A.点O与点C的场强相同 B.点C与点D的场强大小之比为 1 C.一电子从点D由静止释放,运动到点C的过程中,加速度先减小后增大 D.将一正电荷沿着圆周从点A经D移至点B的过程中,电场力先做正功,后做负功,答案,解析,-34-,命题点一,命题点二,命题点三,电场线的理解及应用 1.两种等量点电荷的电场强度及电场线的比较,-35-,命题点一,命题点二,命题点三,2.“电场线+运动轨迹”组合模型 模型特点:当带电粒子在电场中的运动轨迹是一条与电场线不重合的曲线时,这种现象简称为“拐弯现象”,其实质为“运动

18、与力”的关系。运用牛顿运动定律的知识分析: (1)“运动与力两线法”画出“速度线”(运动轨迹在某一位置的切线)与“力线”(在同一位置电场线的切线方向且指向轨迹的凹侧),从二者的夹角情况来分析带电粒子做曲线运动的情况。 (2)“三不知时要假设”电荷的正负、场强的方向、电荷运动的方向,是题目中相互制约的三个方面。若已知其中一个,可分析判定各待求量;若三个都不知(三不知),则要用“假设法”进行分析。,-36-,命题点一,命题点二,命题点三,3.电场线的应用(涉及电势部分将在下一节进一步研究),-37-,命题点一,命题点二,命题点三,典例4如图所示,在点电荷Q产生的电场中,实线MN是一条方向未标出的电

19、场线,虚线AB是一个电子只在静电力作用下的运动轨迹。设电子在A、B两点的加速度大小分别为aA、aB。下列说法正确的是( ) A.电子一定从A向B运动 B.若aAaB,则Q靠近M端且为正电荷 C.如果Q为负电荷,则一定在M一侧 D.如果Q为正电荷,vAvB,答案,解析,-38-,命题点一,命题点二,命题点三,本题考查学生能否根据点电荷的电场特点、粒子运动的轨迹对带电粒子的受力情况进行分析和推理,能否结合带电粒子所受合力的方向指向轨迹的凹侧正确的结论,归纳推理得出场源电荷电场的方向。该类问题是训练科学推理素养的典型问题。,-39-,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练 8.(多选)(2018山西

20、五校联考)两点电荷Q1、Q2产生的电场的电场线如图所示。根据电场线的分布情况,下列判断正确的是( ) A.Q1的电荷量小于Q2的电荷量 B.Q1的电荷量大于Q2的电荷量 C.Q1、Q2一定均为正电荷 D.无法判断Q1、Q2的正负,答案,解析,-40-,命题点一,命题点二,命题点三,9.(多选)用电场线能直观、方便地比较电场中各点场强的强弱。如图甲是等量异种点电荷形成的电场的电场线,图乙是场中的一些点:O是点电荷连线的中点,E、F是连线中垂线上相对O对称的两点,B、C和A、D也分别相对O对称。则( )A.B、C两点场强大小和方向都相同 B.A、D两点场强大小相等,方向相反 C.E、O、F三点比较

21、,O的场强最强 D.B、O、C三点比较,O的场强最弱,答案,解析,-41-,命题点一,命题点二,命题点三,10.(多选)(2018山东聊城二模)如图所示的四条实线是电场线,它们相交于点电荷O,虚线是只在电场力作用下某粒子的运动轨迹,A、 B、C、D分别是四条电场线上的点,则下列说法正确的是( ) A.O点一定有一个正点电荷 B.B点电场强度一定大于C点电场强度 C.该粒子在A点的动能一定大于D点的动能 D.将该粒子在B点由静止释放,它一定沿电场线运动,答案,解析,-42-,求解电场强度的四种思维方法 在分析求解电场强度的问题上,除了根据电场强度的三个公式及利用矢量叠加的常规思维方法进行求解外,

22、在实际问题中还经常用到下列科学思维方法。什么时候用?怎么用?这需要同学们认真阅读题目,将实际问题中的对象和过程转换成下述中物理模型;对问题进行分析和推理、归纳,最后获得正确结论,从而使物理的核心素养有较大提升。,-43-,一、对称法 1.题型概述:通过审题,进行模型构建具有对称性形状的均匀带电体在某点产生的场强问题、等量同种电荷形成的电场问题等。 2.方法应用:对称分析法就是利用物理现象、物理过程具有对称的特点来分析解决物理问题的方法。对称法解题就是采用对物理问题中出现的各种对称特性如:(1)电场中结构的对称性,如均匀带电的圆环,在其圆心处产生的场强为零;(2)场的对称性,等量同种、异种电荷形

23、成的场具有对称性进行分析和推理,可以避免数学推导,而直接利用事物之间的对称关系得出结论,从而快速解题。,-44-,典例1如图所示,一半径为R的圆盘上均匀分布着电荷量为Q的电荷,在垂直于圆盘且过圆心c的轴线上有a、b、d三个点,a和b、b和c、c和d间的距离均为R,在a点处有一电荷量为q(q0)的固定点电荷。已知b点处的场强为零,则d点处场强的大小为(k为静电力常量)( ),答案,解析,-45-,思维点拨由于d点和b点相对于圆盘是对称的,因此Q在d点产生的场强和在b点处产生的场强大小相等、方向相反。,-46-,二、微元法 1.题型概述:如果题目中给出的变化的事物或题中反映的变化的过程用常规方法无

24、法解决时,常用微元法转化为极为简单的不变的事物或不变的过程来处理。在电场中遇到求解均匀带电圆环、带电平面、带电直杆等在某点的场强问题是通常用到微元法; 2.方法应用:微元法解题的思想方法是:将研究对象分解为很多“微元”或其将运动过程分解成许多微小的“元过程”(对应的物理量微元可以为时间微元、速度微元、位移微元、电量微元等),分析每个“元过程”遵循的物理规律,然后将每个“元过程”相关的物理量累加求和,从而使问题得到解决。本章中通常是将带电体分成许多微元电荷,每个微元电荷看成点电荷,先根据库仑定律求出每个微元电荷的场强,再结合对称性和场强叠加原理求出合场强。,-47-,典例2(多选)(2018河北

25、衡水金卷模拟)如图所示,竖直面内固定的均匀带电圆环半径为R,带电荷量为+Q,在圆环的最高点用绝缘丝线悬挂一质量为m、带电荷量为q的小球(大小不计),小球在垂直圆环平面的对称轴上处于平衡状态,小球到圆环中心O距离为R,已知静电力常量为k,重力加速度为g,则小球所处位置的电场强度为( ),答案,解析,-48-,三、补偿法 1.题型概述:一般说来,中学物理中很多计算公式都是通过对一些理想的、完整的模型研究而推导出来的。但是在一些物理题目中往往会遇到一些实际的、残缺的模型,这些模型不便于直接运用公式进行分析计算,比如要求有缺口的带电圆环、带电半球面的电场强度等。 2.方法应用:这类问题,从表面上看无从

26、下手,或者由题设条件很难直接求解。但是,在与原题条件不相违背的前提下,如果适当地补偿一定的物理模型、物理装置,或者一定的物理过程、物理量等,补缺求整,补漏求全,往往可以使问题由“死”变“活”,由“繁”变“简”,从而促成问题的解决。这种思维方法称之为补偿思维。通过补偿使实际物体向物体模型转化、通过补偿使实际运动向运动模型转化、通过补偿使复杂问题简单化、通过补偿使陌生问题熟悉化。,-49-,典例3(2018武汉调研)已知均匀带电球体在球的外部产生的电场与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相同。如图所示,半径为R的球体上均匀分布着电荷量为Q的电荷,在过球心O的直线上有A、B两个点,O和B、

27、B和A间的距离均为R。现以OB为直径在球内挖一球形空腔,若静电力常量为k,球的体积公式为V= r3,则A点处电场强度的大小为( ),答案,解析,-50-,四、极限思维法 1.题型概述:当某些问题无法求解时,可将题中某些物理量的值推向极端然后对选项进行分析推理,进而得出答案。解题时要注意:有哪些量可以推向极端;极端推向0还是无穷大。 2.方法应用:极限思维法是指在某些物理状态变化的过程中,把某个物理量或物理过程推向极端,从而作出科学的推理分析,挖掘出隐含条件,给出正确判断或导出一般结论。该方法一般适用于题干中所涉及的物理量随条件单调变化、连续变化的情况。,-51-,典例4如图甲所示,半径为R均匀

28、带电圆形平板,单位面积带电荷量为,其轴线上任意一点P(坐标为x)的电场强度可以由库仑定律 和电场强度的叠加原理求出 ,方向沿x轴。现考 虑单位面积带电荷量为0的无限大均匀带电平板,从其中间挖去一半径为r的圆板,如图乙所示。则圆孔轴线上任意一点Q(坐标为x)的电场强度为( ),答案,解析,-52-,即学即练 1.(2018南通如皋质检)均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的电场。如图所示,在半球面AB上均匀分布正电荷,总电荷量为q,球面半径为R,CD为通过半球顶点与球心O的轴线,在轴线上有M、N两点,OM=ON=2R,已知M点的电场强度大小为E,则N点的电场强度大小为( ),答案,解析,-53-,2.(2018四川攀枝花三诊)均匀带电的球体在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的电场。如图所示,在半球体上均匀分布正电荷,总电荷量为q,球半径为R,MN为通过半球顶点与球心O的轴线,在轴线上有A、B两点,A、B关于O点对称,AB=4R。已知A点的电场强度大小为E,则B点的电场强度大小为( ),答案,解析,