高考物理新課標(biāo)一輪復(fù)習(xí)七章靜電場第1講電荷守恒定律庫侖定律

1、課標(biāo)版課標(biāo)版 物理物理第1講電荷守恒定律庫侖定律一、電荷電荷守恒定律1.電荷:自然界中存在正、負(fù)電荷,用絲綢摩擦過的玻璃棒帶 電荷,用毛皮摩擦過的硬橡膠棒帶 電荷。2.電荷量:(1)物體所帶電荷的多少,國際單位是庫侖。(2)元電荷:最小的電荷量叫做元電荷,元電荷的值為 。3.幾種常見的電荷教材研讀教材研讀點(diǎn)電荷形狀和大小對研究問題的影響可 的帶電體稱為點(diǎn)電荷場源電荷電場是由電荷產(chǎn)生的,我們把產(chǎn)生電場的電荷叫做場源電荷試探電荷用來檢驗(yàn)電場是否存在及其強(qiáng)弱分布的電荷稱為試探電荷正正負(fù)負(fù)1.60 10-19 C忽略不計忽略不計4.電荷守恒定律(1)原先表述:電荷既不能被創(chuàng)造,也不能被消滅,它只能從一

2、個物體轉(zhuǎn)移到另一物體,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 。(2)現(xiàn)在表述:由于近代物理發(fā)現(xiàn),在一定條件下,帶電粒子可以產(chǎn)生湮滅,所以電荷守恒定律現(xiàn)在表述為:一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng),電荷的代數(shù)和保持不變。(3)意義:電荷守恒定律是自然界的普遍規(guī)律,既適用于宏觀系統(tǒng),也適用于微觀系統(tǒng)。(4)當(dāng)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 后 。保持不變保持不變平均分配平均分配中和中和平分平分自測自測1 (辨析題)(1)只有體積足夠小的帶電體才能看成點(diǎn)電荷,大的帶電體不能看成點(diǎn)電荷。( )(2)任何帶電體的帶電荷量都是元電荷的整數(shù)倍。( )答案

3、 (1) (2)二、三種起電方式及其比較二、三種起電方式及其比較 摩擦起電感應(yīng)起電接觸起電產(chǎn)生條件兩種不同絕緣體摩擦導(dǎo)體靠近帶電體導(dǎo)體與帶電體接觸現(xiàn)象兩物體帶上等量異種電荷導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷,且電性與原帶電體“近異遠(yuǎn)同”導(dǎo)體帶上與帶電體相同電性的電荷原因不同物質(zhì)的原子核對核外電子的束縛能力不同而發(fā)生電子得失導(dǎo)體中的自由電子受帶正(負(fù))電物體吸引(排斥)而靠近(遠(yuǎn)離)自由電荷在帶電體與導(dǎo)體之間發(fā)生轉(zhuǎn)移實(shí)質(zhì)電荷在物體之間或物體內(nèi)部的 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移 自測自測2 (辨析題)(1)帶電體通過靜電感應(yīng)可以使絕緣材料帶電。( )(2)不管是哪種起電方式,它們的實(shí)質(zhì)都是電子的轉(zhuǎn)移。( )答案 (1) (2)

4、三、庫侖定律三、庫侖定律1.內(nèi)容:真空中兩個點(diǎn)電荷間的作用力跟它們電荷量的乘積成正比,跟它們的距離的平方成反比,作用力的方向在它們的連線上。2.公式:F= k ,式中k=9.0109 Nm2/C2,叫做靜電力常量。3.適用條件:真空中的 。注意 當(dāng)兩帶電體離得較近時,它們不能視為點(diǎn)電荷,庫侖定律不再適用,但它們之間仍存在庫侖力。4.(1)使用庫侖定律計算時,電量用絕對值代入,作用力的方向根據(jù)“同種電荷相斥,異種電荷相吸”的規(guī)律定性判定。122q qr點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷(2)研究微觀帶電粒子(電子、質(zhì)子、粒子、各種離子)相互作用時,萬有引力或重力可以忽略不計。(3)兩個大小、形狀完全相同的帶電金屬球相

5、碰后,帶電量一定相等。自測自測3 (辨析題)任意兩個帶電體間的庫侖力都可以用庫侖定律計算。( )答案 自測自測4大小相同、帶電荷量也相同的金屬球A和B,分別固定在兩處,相互作用力為F?，F(xiàn)用另一個不帶電的同樣大小的C球先與A球接觸,再與B球接觸,然后移去C球,則后來A、B兩球間的作用力變?yōu)? )A.F/2 B.F/4 C.3F/8 D.F/10答案 C移走C球后A、B兩球所帶電荷量分別為、,則它們之間的相互作用力變?yōu)?F=k=F。2Q34Q2324QQr2238kQr38考點(diǎn)一庫侖定律的理解考點(diǎn)一庫侖定律的理解1.庫侖定律適用于中、間的相互作用。(1)對于兩個均勻帶電絕緣球體,可以將其視為電荷集

6、中于球心的點(diǎn)電荷,r為兩球心之間的距離。(2)對于兩個帶電金屬球,要考慮金屬球表面電荷的重新分布。(3)庫侖力在r=10-1510-9 m的范圍內(nèi)均有效,但不能根據(jù)公式錯誤地推論:當(dāng)r0時,F,其實(shí),在這樣的條件下,兩個帶電體已經(jīng)不能再看做點(diǎn)電荷了。2.兩點(diǎn)電荷間庫侖力是一對相互作用力,等大反向。真空點(diǎn)電荷考點(diǎn)突破考點(diǎn)突破典例典例1三個相同的金屬小球1、2、3分別置于絕緣支架上,各球之間的距離遠(yuǎn)大于小球的直徑。球1的帶電荷量為q,球2的帶電荷量為nq,球3不帶電且離球1和球2很遠(yuǎn),此時球1、2之間作用力的大小為F?，F(xiàn)使球3先與球2接觸,再與球1接觸,然后將球3移至遠(yuǎn)處,此時1、2之間作用力的大

7、小仍為F,方向不變。由此可知( )A.n=3 B.n=4 C.n=5 D.n=6答案 D由于各球之間距離遠(yuǎn)大于小球的直徑,小球帶電時可視為點(diǎn)電荷。由庫侖定律F=k 知兩點(diǎn)電荷間距離不變時,相互間靜電力大小與122QQr兩球所帶電荷量的乘積成正比。又由于三小球相同,則兩球接觸時平分總電荷量,故有qnq=,解得n=6,D正確。2nq()22nqq 完全相同的兩個金屬球帶電荷量大小分別為q1、q2時,若q1、q2為同種電荷,則兩球接觸后電荷量平分,若q1、q2為異種電荷,則兩球接觸后電荷量先中和后平分。據(jù)此可得本題中電荷分配情況如下圖所示。1-1如圖所示,半徑相同的兩個金屬球A、B帶有相等的電荷量,

8、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( )A. B. C. D.8F4F38F34F兩球帶電荷量分別為+q、-q。當(dāng)?shù)谌齻€不帶電的C球與A球接觸后,A、C兩球帶電荷量平分,每個球帶電荷量為q1=+,當(dāng)再把C球與B球接觸后,兩球的電荷先中和再平分,每個球帶電荷量為q2=-。由庫侖定律F=k知,當(dāng)移開C球后,A、B兩球之間的相互作用力的大小變?yōu)镕=,A項(xiàng)正確。2q4q122q qr8F答案 A根據(jù)題意:A、B兩球互相吸引,說明它們必帶異種電荷,設(shè)A、B考點(diǎn)二庫侖定律的平衡問題考點(diǎn)二庫侖定

9、律的平衡問題1.庫侖定律的表達(dá)式為F=k,其適用條件是真空中兩靜止點(diǎn)電荷之間相互作用的靜電力。庫侖定律與平衡問題聯(lián)系比較密切,因此關(guān)于靜電力的平衡問題是高考的熱點(diǎn)內(nèi)容,題型多以選擇題為主。對于這部分內(nèi)容,需要注意以下幾點(diǎn):一是明確庫侖定律的適用條件;二是知道完全相同的帶電小球接觸時電荷量的分配規(guī)律;三是進(jìn)行受力分析,靈活應(yīng)用平衡條件。122q qr2.三個自由點(diǎn)電荷的平衡問題(1)條件:兩個點(diǎn)電荷在第三個點(diǎn)電荷處的合場強(qiáng)為零,或每個點(diǎn)電荷受到的兩個庫侖力必須大小相等,方向相反。(2)規(guī)律:“三點(diǎn)共線”三個點(diǎn)電荷分布在同一條直線上;“兩同夾異”正負(fù)電荷相互間隔;“兩大夾小”中間電荷的電荷量最小;

10、“近小遠(yuǎn)大”中間電荷靠近電荷量較小的電荷。典例典例2 (2015云南第一次統(tǒng)考,21)(多選)如圖所示,質(zhì)量和電荷量均相同的兩個小球A、B分別套在光滑絕緣桿MN、NP上,兩桿固定在一起,NP水平且與MN處于同一豎直面內(nèi),MNP為鈍角。B小球受一沿桿方向的水平推力F1作用,A、B均處于靜止?fàn)顟B(tài),此時A、B兩球間距為L1?，F(xiàn)緩慢推動B球,A球也緩慢移動,當(dāng)B球到達(dá)C點(diǎn)時,水平推力大小為F2,A、B兩球間距為L2,則( )A.F1F2 C.L1L2 答案 BC以A球?yàn)檠芯繉ο?受力分析,A球在重力、支持力和庫侖力作用下處于平衡狀態(tài),如圖所示,B球由B到C過程中,A球所受庫侖力與桿方向夾角在減小,由三

11、力平移后的矢量三角形可知,庫侖力減小,由庫侖定律可知,兩帶電小球之間距離增大,C項(xiàng)正確;再分析B球受力,庫侖力減小,且與水平方向夾角增大,而推力大小等于庫侖力的水平分力,故推力減小,B項(xiàng)正確。 解決此類問題的思路:選取研究對象,受力分析,利用平衡條件或牛頓運(yùn)動定律列方程求解。但需注意庫侖力的特點(diǎn),特別是在動態(tài)平衡問題、變速運(yùn)動問題中,帶電體間距離發(fā)生變化時,庫侖力也要發(fā)生變化,要分析力與運(yùn)動的相互影響。2-1 (2015浙江理綜,20,6分)(多選)如圖所示,用兩根長度相同的絕緣細(xì)線把一個質(zhì)量為0.1 kg的小球A懸掛到水平板的M、N兩點(diǎn),A上帶有Q=3.010-6 C的正電荷。兩線夾角為12

12、0,兩線上的拉力大小分別為F1和F2。A的正下方0.3 m處放有一帶等量異種電荷的小球B,B與絕緣支架的總質(zhì)量為0.2 kg(重力加速度取g=10 m/s2;靜電力常量k=9.0109 Nm2/C2,A、B球可視為點(diǎn)電荷),則( )A.支架對地面的壓力大小為2.0 NB.兩線上的拉力大小F1=F2=1.9 NC.將B水平右移,使M、A、B在同一直線上,此時兩線上的拉力大小F1=1.225 N,F2=1.0 ND.將B移到無窮遠(yuǎn)處,兩線上的拉力大小F1=F2=0.866 N答案 BC小球B和支架組成的整體,在三個力作用下平衡,故有:FN+FAB=mBg,FAB=k,聯(lián)立兩式解得:FAB=0.9

13、N,FN=1.1 N,根據(jù)牛頓第三定律可判斷出A錯。小球A在四個力作用下平衡,如圖(甲)所示。22ABQr(甲)由對稱性可知F1=F2,在豎直方向上有:2F1 cos 60=2F2cos 60=mAg+FBA,解得F1=F2=1.9 N,可見B正確。當(dāng)B球與M、A共線時,A球受力情況如圖(乙)所示, (乙)由幾何關(guān)系可知rAB=0.6 m,FBA=k=0.225 N。將A球所受重力分解在MA和NA的方向上,由上述兩個方向上分力的合力為零可得:F1=1.225 N,F2=1.0 N,故C正確。B球移至無窮遠(yuǎn)處時,A、B之間的庫侖力忽略不計,對A球由三力平衡條件可求得F1=F2=mAg=1.0 N

14、,故D錯。22ABQr考點(diǎn)三庫侖定律的動力學(xué)問題考點(diǎn)三庫侖定律的動力學(xué)問題分析涉及庫侖力的動力學(xué)問題的基本思路典例典例3如圖所示,質(zhì)量為m的小球A穿在絕緣細(xì)桿上,桿的傾角為,小球A帶正電,電荷量為q。在桿上B點(diǎn)處固定一個電荷量為Q的正電荷。將A由距B豎直高度為H處無初速釋放,小球A下滑過程中電荷量不變。不計A與細(xì)桿間的摩擦,整個裝置處在真空中,已知靜電力常量k和重力加速度g。求:(1)A球剛釋放時的加速度是多大;(2)當(dāng)A球的動能最大時,A球與B點(diǎn)間的距離。答案 (1)g sin - (2)22sinkQqmHsinkQqmg解析 (1)由牛頓第二定律可知mg sin -F=ma,根據(jù)庫侖定律有F=k又知r=得a=g sin -。(2)當(dāng)A球受到合力為零,即加速度為零時,動能最大。設(shè)此時A球與B點(diǎn)間的距離為d,則mg sin =解得d=。2qQrsinH22sinkQqmH2kQqdsinkQqmg3-1如圖所示,空中有三個點(diǎn)電荷A、B、C。A和B所帶電荷量為+Q,C所帶電荷量為-Q,AB連線水平長度為L,C圍繞A、B連線中心O在豎直面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動,O、C之間的距離為,不計重力,靜電力常量為k。求:(1)電荷C做圓周運(yùn)動的向心力;(