高考第一輪復(fù)習(xí)——電場(chǎng)一

1、電場(chǎng)（一）主講：梁建興 一. 教學(xué)內(nèi)容：選修3-1 第六章 電場(chǎng)（一）二. 高考考綱及分析（一）高考考綱點(diǎn)電荷（I）庫(kù)侖定律（）靜電場(chǎng)（I）電場(chǎng)強(qiáng)度、點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)（）電場(chǎng)線（I） 電勢(shì)能、電勢(shì)（I）電勢(shì)差（）勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差和電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系（I）帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（）示波管（I）常見電容器（I）電容器的電壓、電荷量和電容的關(guān)系（I）（二）考綱分析1. 從2007年高考新課標(biāo)地區(qū)對(duì)電場(chǎng)部分的考查來(lái)看，山東約占13/89分（占分/滿分），廣東約占27/150分，海南約占10/100分，寧夏約占15/1l0分。2. 考查的知識(shí)點(diǎn)主要集中在兩個(gè)方面：（1）電場(chǎng)的描述，涉及電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)線、電勢(shì)

2、差、電勢(shì)、等勢(shì)面、電容、及平行板電容器形成的勻強(qiáng)電場(chǎng)。考查的目標(biāo)是基本概念的建立、物理，規(guī)律的確切含義及適用條件，相關(guān)知識(shí)的區(qū)別與聯(lián)系。（2）電場(chǎng)力、電場(chǎng)力做功、電勢(shì)能的變化、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn).它們將受力分析、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、功能關(guān)系有機(jī)的結(jié)合起來(lái)。3. 考查的主要題型是選擇題和綜合性計(jì)算論述題。選擇題的側(cè)重點(diǎn)是基本概念的理解、規(guī)律的使用以及概念間的區(qū)別與聯(lián)系。計(jì)算題考查的側(cè)重點(diǎn)是規(guī)律的綜合應(yīng)用，特別是力電綜合、電磁綜合，且難度較大。4. 考查熱點(diǎn)是電場(chǎng)力做功和電勢(shì)能變化之間的關(guān)系、帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。尤其后者是近幾年高考中長(zhǎng)盛不衰的一個(gè)熱點(diǎn)。5. 考綱中新增了靜電感應(yīng)、示波器及

3、其應(yīng)用，對(duì)于這兩部分知識(shí)，不要挖掘太深，掌握到了解程度即可。注意在示波管中綜合知識(shí)的考查。6. 預(yù)測(cè)2009年高考電場(chǎng)部分的考查，還應(yīng)集中在電場(chǎng)力的性質(zhì)、電場(chǎng)能的性質(zhì)、帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。三. 知識(shí)網(wǎng)絡(luò)四. 知識(shí)要點(diǎn)第一單元 電場(chǎng)力的性質(zhì)1. 電荷 電荷守恒定律 點(diǎn)電荷（1）自然界中只存在正、負(fù)兩中電荷，電荷在它的同圍空間形成電場(chǎng)，電荷間的相互作用力就是通過電場(chǎng)發(fā)生的。電荷的多少叫電量。基本電荷。（2）使物體帶電也叫起電。使物體帶電的方法有三種： 摩擦起電 接觸帶電感應(yīng)起電。（3）電荷既不能創(chuàng)造，也不能被消滅，它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或從的體的這一部分轉(zhuǎn)移到另一個(gè)部分，這叫做電荷

4、守恒定律。帶電體的形狀、大小及電荷分布狀況對(duì)它們之間相互作用力的影響可以忽略不計(jì)時(shí)，這樣的帶電體就可以看做帶電的點(diǎn)，叫做點(diǎn)電荷。2. 庫(kù)侖定律在真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷間的作用力跟它們的電量的乘積成正比，跟它們間的距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上，數(shù)學(xué)表達(dá)式為，其中比例常數(shù)叫靜電力常量，。庫(kù)侖定律的適用條件是（a）真空，（b）點(diǎn)電荷。點(diǎn)電荷是物理中的理想模型。當(dāng)帶電體間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于帶電體的線度時(shí)，可以使用庫(kù)侖定律，否則不能使用。3. 電場(chǎng) 電場(chǎng)線為了直觀形象地描述電場(chǎng)中各點(diǎn)的強(qiáng)弱及方向，在電場(chǎng)中畫出一系列曲線，曲線上各點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向，曲線的疏密表示電場(chǎng)的弱度。電場(chǎng)線的特點(diǎn)

5、：（a）始于正電荷（或無(wú)窮遠(yuǎn)），終止負(fù)電荷（或無(wú)窮遠(yuǎn)）；（b）任意兩條電場(chǎng)線都不相交。電場(chǎng)線只能描述電場(chǎng)的方向及定性地描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱，并不是帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡。帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡是由帶電粒子受到的合外力情況和初速度共同決定。4. 電場(chǎng)強(qiáng)度 點(diǎn)電荷的電場(chǎng)（1）電場(chǎng)的最基本的性質(zhì)之一，是對(duì)放入其中的電荷有電場(chǎng)力的作用。電場(chǎng)的這種性質(zhì)用電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)描述。在電場(chǎng)中放入一個(gè)檢驗(yàn)電荷，它所受到的電場(chǎng)力跟它所帶電量的比值叫做這個(gè)位置上的電場(chǎng)強(qiáng)度，定義式是，場(chǎng)強(qiáng)是矢量，規(guī)定正電荷受電場(chǎng)力的方向?yàn)樵擖c(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向，負(fù)電荷受電場(chǎng)力的方向與該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向相反。電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，方向是由電場(chǎng)本身決定的，是客觀存在的

6、，與放不放檢驗(yàn)電荷，以及放入檢驗(yàn)電荷的正、負(fù)電量的多少均無(wú)關(guān)，既不能認(rèn)為與成正比，也不能認(rèn)為與成反比。點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算式要區(qū)別場(chǎng)強(qiáng)的定義式與點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算式，前者適用于任何電場(chǎng)，后者只適用于真空（或空氣）中點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)。第二單元 電場(chǎng)能的性質(zhì)1. 電勢(shì)能 電勢(shì) 等勢(shì)面電勢(shì)能由電荷在電場(chǎng)中的相對(duì)位置決定的能量叫電勢(shì)能。電勢(shì)能具有相對(duì)性，通常取無(wú)窮遠(yuǎn)處或大地為電勢(shì)能和零點(diǎn)。由于電勢(shì)能具有相對(duì)性，所以實(shí)際的應(yīng)用意義并不大。而經(jīng)常應(yīng)用的是電勢(shì)能的變化。電場(chǎng)力對(duì)電荷做功，電荷的電勢(shì)能減速少，電荷克服電場(chǎng)力做功，電荷的電勢(shì)能增加，電勢(shì)能變化的數(shù)值等于電場(chǎng)力對(duì)電荷做功的數(shù)值，這常是判斷電荷電勢(shì)能如何變

7、化的依據(jù)。電場(chǎng)力對(duì)電荷做功的計(jì)算公式：，此公式適用于任何電場(chǎng)。電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān)，由起始和終了位置的電勢(shì)差決定。電勢(shì)是描述電場(chǎng)的能的性質(zhì)的物理量在電場(chǎng)中某位置放一個(gè)檢驗(yàn)電荷，若它具有的電勢(shì)能為，則比值叫做該位置的電勢(shì)。電勢(shì)也具有相對(duì)性，通常取離電場(chǎng)無(wú)窮遠(yuǎn)處或大地的電勢(shì)為零電勢(shì)（對(duì)同一電場(chǎng)，電勢(shì)能及電勢(shì)的零點(diǎn)選取是一致的）這樣選取零電勢(shì)點(diǎn)之后，可以得出正電荷形成的電場(chǎng)中各點(diǎn)的電勢(shì)均為正值，負(fù)電荷形成的電場(chǎng)中各點(diǎn)的電勢(shì)均為負(fù)值。電勢(shì)相等的點(diǎn)組成的面叫等勢(shì)面。等勢(shì)面的特點(diǎn)：（a）等勢(shì)面上各點(diǎn)的電勢(shì)相等，在等勢(shì)面上移動(dòng)電荷電場(chǎng)力不做功。（b）等勢(shì)面一定跟電場(chǎng)線垂直，而且電場(chǎng)線總是由電勢(shì)較高的等勢(shì)面指

8、向電勢(shì)較低的等勢(shì)面。（c）規(guī)定：畫等勢(shì)面（或線）時(shí)，相鄰的兩等勢(shì)面（或線）間的電勢(shì)差相等。這樣，在等勢(shì)面（線）密處場(chǎng)強(qiáng)較大，等勢(shì)面（線）疏處場(chǎng)強(qiáng)小。2. 電勢(shì)差電場(chǎng)中兩點(diǎn)的電勢(shì)之差叫電勢(shì)差，依教材要求，電勢(shì)差都取絕對(duì)值，知道了電勢(shì)差的絕對(duì)值，要比較哪個(gè)點(diǎn)的電勢(shì)高，需根據(jù)電場(chǎng)力對(duì)電荷做功的正負(fù)判斷，或者是由這兩點(diǎn)在電場(chǎng)線上的位置判斷。3. 勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差和電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系場(chǎng)強(qiáng)方向處處相同，場(chǎng)強(qiáng)大小處處相等的區(qū)域稱為勻強(qiáng)電場(chǎng)，勻強(qiáng)電場(chǎng)中的電場(chǎng)線是等距的平行線，平行正對(duì)的兩金屬板帶等量異種電荷后，在兩極之間除邊緣外就是勻強(qiáng)電場(chǎng)。在勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與場(chǎng)強(qiáng)之間的關(guān)系是，公式中的是沿場(chǎng)強(qiáng)方向上的距離。在勻

9、強(qiáng)電場(chǎng)中平行線段上的電勢(shì)差與線段長(zhǎng)度成正比。注意：電場(chǎng)強(qiáng)度E和電勢(shì)U僅僅由場(chǎng)本身決定，與是否在場(chǎng)中放入電荷，以及放入什么樣的檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)。而電場(chǎng)力F和電勢(shì)能兩個(gè)量，不僅與電場(chǎng)有關(guān)，還與放入場(chǎng)中的檢驗(yàn)電荷有關(guān)。所以E和U屬于電場(chǎng)，而和屬于場(chǎng)和場(chǎng)中的電荷。五. 重點(diǎn)、難點(diǎn)解析1.庫(kù)侖定律成立的條件及應(yīng)用內(nèi)容：在真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷的相互作用力跟它們的電荷量的乘積成正比，跟它們間的距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上。表達(dá)式：說(shuō)明：（1）庫(kù)侖定律適用在真空中、點(diǎn)電荷間的相互作用，點(diǎn)電荷在空氣中的相互作用也可以應(yīng)用該定律。對(duì)于兩個(gè)均勻帶電絕緣球體，可以將其視為電荷集中于球心的點(diǎn)電荷，r為兩球心之間

10、的距離。對(duì)于兩個(gè)帶電金屬球，要考慮金屬表面電荷的重新分布。庫(kù)侖力是短程力，在r =10-1510-9 m的范圍均有效.所以不能根據(jù)公式錯(cuò)誤地推論：當(dāng)r 0時(shí)，F(xiàn)，其實(shí)，在這樣的條件下，兩個(gè)帶電體也已經(jīng)不能再看做點(diǎn)電荷。（2）在計(jì)算時(shí)，知物理量應(yīng)采用國(guó)際單位制單位.此時(shí)靜電力常量k =9×109N·m2/C2。（3），可采用兩種方法計(jì)算：采用絕對(duì)值計(jì)算.庫(kù)侖力的方向由題意判斷得出。Q1、Q2帶符號(hào)計(jì)算.此時(shí)庫(kù)侖力F的正、負(fù)符號(hào)不表示方向，只表示吸引力和排斥力。（4）庫(kù)侖力具有力的共性兩個(gè)點(diǎn)電荷之間相互作用的庫(kù)侖力遵守牛頓第三定律。庫(kù)侖力可使帶電體產(chǎn)生加速度。例如原子的核外電子

11、繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)，庫(kù)侖力使核外電子產(chǎn)生向心加速度。庫(kù)侖力可以和其他力平衡。某個(gè)點(diǎn)電荷同時(shí)受幾個(gè)點(diǎn)電荷的作用時(shí)，要用平行四邊形定則求合力。2.電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算（1）定義式：適用于任何電場(chǎng)，E與F、q無(wú)關(guān)，E的方向規(guī)定為正電荷受到電場(chǎng)力的方向。（2）點(diǎn)電荷電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)：。說(shuō)明：電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小與形成電場(chǎng)的電荷電量有關(guān)，而與場(chǎng)電荷的電性無(wú)關(guān)，而電場(chǎng)中各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向由場(chǎng)電荷電性決定。由定義式知：電場(chǎng)力F = qE，即電荷在電場(chǎng)中所受的電場(chǎng)力的大小由電場(chǎng)和電荷共同決定；電場(chǎng)力的方向由場(chǎng)強(qiáng)方向和電荷電性決定：正電荷在電場(chǎng)中所受電場(chǎng)力的方向與場(chǎng)強(qiáng)方向一致，負(fù)電荷在電場(chǎng)中所受電場(chǎng)力的方向與場(chǎng)強(qiáng)方向相反。如果空間

12、幾個(gè)電場(chǎng)疊加，則空間某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為知電場(chǎng)在該點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和，應(yīng)據(jù)矢量合成法則平行四邊形定則合成；當(dāng)各場(chǎng)強(qiáng)方向在同一直線上時(shí)，選定正方向后作代數(shù)運(yùn)算合成。3.電荷守恒定律電荷既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，它們只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分.在轉(zhuǎn)移過程中，電荷總量不變。說(shuō)明：（1）電荷量的實(shí)質(zhì)：物體得到或失去電子便帶上了電荷，得到電子帶負(fù)電，失去電子帶正電，討論物體帶何種電性，是指物體的凈電荷是正還是負(fù)，也就是說(shuō)物體所具有的總電荷中是正電荷多于負(fù)電荷，還是負(fù)電荷多于正電荷，凈電荷的多少叫做電荷量。（2）摩擦起電：兩個(gè)不同種的物體相互摩擦，其中一個(gè)物體失去電子而

13、帶正電，另一物體獲得電子而帶等量的負(fù)電。（3）接觸起電：用一個(gè)不帶電的物體去接觸另一個(gè)帶電的物體，帶電物體的凈電荷的一部分就會(huì)轉(zhuǎn)移到原來(lái)不帶電的物體上，使原來(lái)不帶電的物體帶電。（4）電荷的中和：兩個(gè)有等量異種電荷的導(dǎo)體，相互接觸后凈電荷為零的現(xiàn)象叫電荷的中和。（5）不能將起電現(xiàn)象看成是電荷的創(chuàng)造，也不能將電荷中和現(xiàn)象看成是電荷的消滅，從而否定電荷守恒定律.事實(shí)上，不論是起電現(xiàn)象還是電荷中和的現(xiàn)象，其過程只是電荷的轉(zhuǎn)移，電荷本身并沒有被創(chuàng)造或消滅。在任何物理過程中，各個(gè)物體的電荷量可以改變，但所有物體電荷量的代數(shù)和是守恒的。4.電勢(shì)能大小的比較（1）場(chǎng)電荷判斷法離場(chǎng)正電荷越近，檢驗(yàn)正電荷的電勢(shì)能

14、越大；檢驗(yàn)負(fù)電荷的電勢(shì)能越小。離場(chǎng)負(fù)電荷越近，檢驗(yàn)正電荷的電勢(shì)能越?。粰z驗(yàn)負(fù)電荷的電勢(shì)能越大。（2）電場(chǎng)線法正電荷順著電場(chǎng)線的方向移動(dòng)時(shí)，電勢(shì)能逐漸減小；逆著電場(chǎng)線的方向移動(dòng)時(shí)，電勢(shì)能逐漸增大。負(fù)電荷順著電場(chǎng)線的方向移動(dòng)時(shí)，電勢(shì)能逐漸增大；逆著電場(chǎng)線的方向移動(dòng)時(shí)，電勢(shì)能逐漸減小。（3）做功判斷法無(wú)論正、負(fù)電荷，電場(chǎng)力做正功，電荷從電勢(shì)能較大的地方移向電勢(shì)能較小的地方，反之，如果電荷克服電場(chǎng)力做功，那么電荷將從電勢(shì)能較小的地方移向電勢(shì)能較大的地方。5.勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差和電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系電勢(shì)差和電場(chǎng)強(qiáng)度都是描述電場(chǎng)性質(zhì)的物理量，都由電場(chǎng)本身決定，但這兩個(gè)物理量之間無(wú)直接關(guān)系，電場(chǎng)強(qiáng)度是從力的角度描述

15、電場(chǎng)性質(zhì)的物理量，是矢量；電勢(shì)差則是從能量角度來(lái)描述電場(chǎng)性質(zhì)的物理量，是標(biāo)量.但是電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差有一定的關(guān)系。（1）勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差和電場(chǎng)強(qiáng)度在方向上的關(guān)系：由圖可知，由A點(diǎn)沿AB、AC、AD、AF路徑電勢(shì)均降落，且UAB=UAC=UAD=UAF其中AB路徑電勢(shì)降落最快（單位長(zhǎng)度上的電勢(shì)差最大）.由此可知：電勢(shì)降落最快的方向是電場(chǎng)強(qiáng)度的方向。（2）勻強(qiáng)電場(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)差在數(shù)值上的關(guān)系：說(shuō)明：上式只適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)；上式中U為電場(chǎng)中的兩點(diǎn)間的電勢(shì)差，d為兩點(diǎn)沿場(chǎng)強(qiáng)方向間的距離（即兩點(diǎn)所在等勢(shì)面間的距離）；電場(chǎng)強(qiáng)度的單位：N/C=V/m6.電場(chǎng)力做功的計(jì)算（1）根據(jù)電勢(shì)能的變化與電場(chǎng)力做功的關(guān)

16、系計(jì)算電場(chǎng)力做了多少功，就有多少電勢(shì)能和其他形式的能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化 （2）應(yīng)用W=qUAB計(jì)算正負(fù)號(hào)運(yùn)算法：按照符號(hào)規(guī)定把電量q和移動(dòng)過程的始、終兩點(diǎn)的電勢(shì)UAB的值代入公式W=qUAB。符號(hào)規(guī)定是：所移動(dòng)的電荷若為正電荷，q取正值；若為負(fù)電荷，q取負(fù)值，若移動(dòng)過程的始點(diǎn)電勢(shì)高于終點(diǎn)電勢(shì)，UAB取正值；若始點(diǎn)電勢(shì)低于終點(diǎn)電勢(shì)，UAB取負(fù)值。絕對(duì)值運(yùn)算法：公式中的q和UAB都取絕對(duì)值，即公式變?yōu)閃 =q·UAB正、負(fù)功判斷：當(dāng)正（或負(fù)）電荷從電勢(shì)較高的點(diǎn)移動(dòng)到電勢(shì)較低的點(diǎn)時(shí)，是電場(chǎng)力做正功（或電場(chǎng)力做負(fù)功）；當(dāng)正（或負(fù)）電荷從電勢(shì)較低的點(diǎn)移動(dòng)到電勢(shì)較高的點(diǎn)時(shí)，是電場(chǎng)力做負(fù)功（或電場(chǎng)力做正

17、功）。說(shuō)明：采用這種處理方法時(shí)，公式中的UAB是電勢(shì)差的絕對(duì)值，而不是電勢(shì)的絕對(duì)值之差，由于，所以，這種處理方法不必計(jì)較A、B之中哪個(gè)是始點(diǎn)哪個(gè)是終點(diǎn)。例1 （04天津）中子內(nèi)有一個(gè)電荷量為+的上夸克和兩個(gè)電荷量為的下夸克，一簡(jiǎn)單模型是三個(gè)夸克都在半徑為r的同一圓周上，如圖1所示。下面給出的四幅圖中，能正確表示出各夸克所受靜電作用力的是（ ）例2 已知如圖，帶電小球A、B的電荷分別為QA、QB，OA=OB，都用長(zhǎng)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(lái)的2倍B. 將小球B的質(zhì)量增加到原來(lái)的8倍C. 將

18、小球A、B的電荷量都減小到原來(lái)的一半D. 將小球A、B的電荷量都減小到原來(lái)的一半，同時(shí)將小球B的質(zhì)量增加到原來(lái)的2倍例3 在場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，取O點(diǎn)為圓心，r為半徑作一圓周，在O點(diǎn)固定一電量為+Q的點(diǎn)電荷，a、b、c、d為相互垂直的兩條直線和圓周的交點(diǎn).當(dāng)把一檢驗(yàn)電荷+q放在d點(diǎn)恰好平衡時(shí)（如圖所示）。（1）勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)E的大小、方向如何？（2）檢驗(yàn)電荷+q放在點(diǎn)c 時(shí)，受力Fc的大小、方向如何？（3）檢驗(yàn)電荷+q放在點(diǎn)b時(shí)，受力Fb的大小、方向如何？例4（05上海）如圖所示，帶正電小球質(zhì)量為m =1×10-1kg，帶電量為q=10-6C，置于光滑絕緣水平面上的A點(diǎn).當(dāng)空間存在著斜向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，該小球從靜止開始始終沿水平面做勻加速直線運(yùn)動(dòng).當(dāng)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，測(cè)得其速度vm=1.5m/s，此時(shí)小球的位移為 s=0.15m。求此勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)E的取值范圍。（g=10m/s2）某同學(xué)求解如下：設(shè)電場(chǎng)方向與水平面之間夾角為，由動(dòng)能定理qEScos0得Vm.由題意可知0，所以當(dāng)E7.5×104Vm時(shí)小球?qū)⑹冀K沿水平面做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。經(jīng)