高中物理學(xué)案一電場力的性質(zhì)復(fù)習(xí)學(xué)案含解析新人教版選修

1、學(xué)案一 電場力的性質(zhì)一、庫侖定律與電荷守恒定律1電荷的分配規(guī)律(1)兩個相同的導(dǎo)體球，一個帶電，一個不帶電，接觸后電荷量平分(2)兩個相同導(dǎo)體球帶同種電荷，先接觸再分離，則其電荷量平分(3)兩個相同導(dǎo)體球帶異種電荷，先接觸再分離，則其電荷量先中和再平分2對庫侖定律的深入理解(1)Fkeq f(q1q2,r2)，r指兩點電荷間的距離對可視為點電荷的兩個均勻帶電球，r為兩球心間距(2)當(dāng)兩個電荷間的距離r0時，電荷不能視為點電荷，它們之間的靜電力不能認(rèn)為趨于無限大【例1】兩個分別帶有電荷量Q和3Q的相同金屬小球(均可視為點電荷)，固定在相距為r的兩處，它們間庫侖力的大小為F.兩小球相互接觸后將其固

2、定距離變?yōu)閑q f(r,2)，則兩球間庫侖力的大小為()Aeq f(1,12)FBeq f(3,4)FCeq f(4,3)F D12F針對訓(xùn)練1真空中保持一定距離的兩個電荷量都為q的點電荷，若其中一個點電荷的電荷量增加了eq f(1,2)q，但仍然保持它們之間的相互作用力不變，則另一點電荷的電荷量一定減少了()Aeq f(1,5)q Beq f(1,4)q Ceq f(1,3)q Deq f(1,2)q二、庫侖力作用下的平衡1處理平衡問題的常用方法：(1)合成法，(2)正交分解法2三個自由點電荷的平衡問題三個點電荷的平衡問題具有以下三個特點：(1)要使三個自由電荷組成的系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，每個電

3、荷受到的兩個庫侖力必須大小相等，方向相反(2)由庫侖力的方向及二力平衡可知，三個點電荷必須在同一直線上，且同種電荷不能相鄰(3)由Fkeq f(q1q2,r2)知，中間的異種電荷電荷量應(yīng)最小，且靠近兩側(cè)電荷量較小的那一個，即“三點共線，兩同夾異，兩大夾小，近小遠(yuǎn)大”【例2】有兩個帶電小球，電荷量分別為Q和9Q.在真空中相距0.4 m如果引入第三個帶電小球，正好使三個小球都處于平衡狀態(tài)求：(1)第三個小球帶的是哪種電荷？(2)應(yīng)放在什么地方？(3)電荷量是Q的多少倍？針對訓(xùn)練2.可以自由移動的點電荷q1、q2、q3放在光滑絕緣水平面上，如圖所示，已知q1與q2之間的距離為l1，q2與q3之間的距

4、離為l2，且每個電荷都處于平衡狀態(tài)(1)如果q2為正電荷，則q1為_電荷，q3為_電荷(2)q1、q2、q3三者電荷量大小之比是_三、點電荷的電場和電場強(qiáng)度的疊加電場強(qiáng)度是矢量，合成時遵循矢量運(yùn)算法則(平行四邊形定則或三角形定則)，常用的方法有圖解法、解析法、正交分解法等；對于同一直線上電場強(qiáng)度的合成，可先規(guī)定正方向，進(jìn)而把矢量運(yùn)算轉(zhuǎn)化成代數(shù)運(yùn)算【例3】如圖所示，以O(shè)為圓心的圓周上有六個等分點a、b、c、d、e、f.等量正、負(fù)點電荷分別放置在a、d兩處時，在圓心O處產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大小為E0.現(xiàn)改變a處點電荷的位置，使O點的電場強(qiáng)度改變，下列敘述正確的是()A移至c處，O處的電場強(qiáng)度大小不變，方

5、向沿OeB移到b處，O處的電場強(qiáng)度大小減半，方向沿OdC移至e處，O處的電場強(qiáng)度大小減半，方向沿OcD移至f處，O處的電場強(qiáng)度大小不變，方向沿Oe針對訓(xùn)練3如圖所示，A、B、C三點為一直角三角形的三個頂點，B30，現(xiàn)在A、B兩點放置兩點電荷qA、qB，測得C點場強(qiáng)的方向與AB平行(如圖)，則qA帶_電荷，qB帶_電荷，qA、qB的比值為_.課時訓(xùn)練1. A、B、C三點在同一直線上，ABBC12，B點位于A、C之間，在B處固定一電荷量為Q的點電荷當(dāng)在A處放一電荷量為q的點電荷時，它所受到的靜電力為F；移去A處電荷，在C處放一電荷量為2q的點電荷，其所受靜電力為()AF/2 BF/2 CF DF2

6、兩個半徑相同的金屬小球，帶電荷量之比為17，相距為r，兩者相互接觸后再放回原來的位置上，則相互作用力可能為原來的()Aeq f(4,7) Beq f(3,7) Ceq f(9,7) Deq f(16,7)3. 如圖所示，足夠大的光滑絕緣水平面上有三個帶電質(zhì)點，A和C圍繞B做勻速圓周運(yùn)動，B恰能保持靜止，其中A、C和B的距離分別是L1和L2.不計三質(zhì)點間的萬有引力，則A和C的比荷(電量和質(zhì)量之比)之比應(yīng)是()A(eq f(L1,L2)2B(eq f(L2,L1)2C(eq f(L1,L2)3 D(eq f(L2,L1)34如圖所示，兩根細(xì)線掛著兩個質(zhì)量相同的小球A、B，原來兩球不帶電時，上、下兩

7、根細(xì)線的拉力分別為FA、FB，現(xiàn)在兩球都帶上同號電荷，上、下兩根細(xì)線的拉力分別為FA、FB，則()AFAFA，F(xiàn)BFB BFAFA，F(xiàn)BFBCFAFA，F(xiàn)BFB DFAFA，F(xiàn)BFB5AB和CD為圓上兩條相互垂直的直徑，圓心為O.將電荷量分別為q和q的兩點電荷放在圓周上，其位置關(guān)于AB對稱且距離等于圓的半徑，如圖所示要使圓心處的電場強(qiáng)度為零，可在圓周上再放一個適當(dāng)?shù)狞c電荷Q，則該點電荷Q()A應(yīng)放在A點，Q2qB應(yīng)放在B點，Q2qC應(yīng)放在C點，QqD應(yīng)放在D點，Qq6如圖所示，分別在A、B兩點放置點電荷Q121014 C和Q221014 C在AB的垂直平分線上有一點C，且ABACBC6102

8、m如果有一電子靜止放在C點處，則它所受的庫侖力的大小和方向如何？7如圖所示，把一帶電量為Q5108 C的小球A用絕緣細(xì)繩懸起，若將帶電量為q4106 C的帶電小球B靠近A，當(dāng)兩個帶電小球在同一高度相距30 cm時，繩與豎直方向成45角，取g10 m/s2，k9.0109 Nm2/C2，且A、B兩小球均可視為點電荷，求：(1)A、B兩球間的庫侖力；(2)A球的質(zhì)量8在電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場中，取O點為圓心，r為半徑作一圓周，在O點固定一電荷量為Q的點電荷，a、b、c、d為相互垂直的兩條直線和圓周的交點當(dāng)把一檢驗電荷q放在d點恰好平衡(如圖所示，不計重力)問：(1)勻強(qiáng)電場電場強(qiáng)度E的大小、方向如

9、何？(2)檢驗電荷q放在點c時，受力Fc的大小、方向如何？(3)檢驗電荷q放在點b時，受力Fb的大小、方向如何？答案精析【例1】【答案】C【解析】兩帶電金屬小球接觸后，它們的電荷量先中和后均分，由庫侖定律得：Fkeq f(3Q2,r2)，F(xiàn)keq f(Q2,f(r,2)2)keq f(4Q2,r2).聯(lián)立得Feq f(4,3)F，C選項正確針對訓(xùn)練1【答案】C【解析】因為一個點電荷增加了eq f(1,2)，則q1q1，根據(jù)庫侖定律的公式F=keq f(q1q2,r2)知，若庫侖力不變，則q2q2，即另一電荷減小了eq f(1,3)故B正確，ABD錯誤故選C【例2】【答案】(1)帶負(fù)電 (2)放

10、在Q和9Q兩個小球連線之間，距離Q 0.1 m處 (3)eq f(9,16)倍【解析】根據(jù)受力平衡分析，引入的第三個小球必須帶負(fù)電，放在Q和9Q兩個小球的連線之間設(shè)第三個小球帶電量為q，放在距離Q為x處，以第三個帶電小球為研究對象，由平衡條件和庫侖定律有：eq f(kQq,x2)eq f(k9Qq,0.4x2)解得x0.1 m以Q為研究對象：eq f(kQq,0.12)eq f(k9QQ,0.42)得qeq f(9Q,16)針對訓(xùn)練2.【答案】(1)負(fù)負(fù)(2)(eq f(l1l2,l2)21(eq f(l1l2,l1)2【解析】(1)q2處于平衡狀態(tài)，則q1、q3對它的靜電力等大反向，所以q1

11、、q3帶同種電荷；q1處于平衡狀態(tài)，則q2、q3對它的靜電力等大反向，所以q2、q3帶異種電荷因此，q1、q3都帶負(fù)電荷(2)對q1列平衡方程：keq f(q1q2,loal(2,1)keq f(q1q3,l1l22)對q3列平衡方程：keq f(q2q3,loal(2,2)eq f(kq1q3,l1l22)聯(lián)立解得：q1q2q3(eq f(l1l2,l2)21(eq f(l1l2,l1)2.【例3】【答案】C【解析】設(shè)正、負(fù)點電荷各自在圓心處產(chǎn)生的場強(qiáng)大小為E，當(dāng)兩電荷分別在a、d兩點時場強(qiáng)疊加，大小為E02E；a處點電荷移至c處，由平行四邊形定則可求合場強(qiáng)大小為E1Eeq f(1,2)E0

12、，方向沿Oe，A錯誤；a處點電荷移至b處，由平行四邊形定則可求合場強(qiáng)大小為E2eq r(3)Eeq f(r(3),2)E0，方向沿eOd的角平分線，B錯誤；a處點電荷移至e處，由平行四邊形定則可求合場強(qiáng)大小為E3Eeq f(1,2)E0，方向沿Oc，C正確；a處點電荷移至f處，由平行四邊形定則可求合場強(qiáng)大小為E4eq r(3)Eeq f(r(3),2)E0，方向沿cOd的角平分線，D錯誤針對訓(xùn)練3【答案】qA帶負(fù)電；qB帶正電18課時訓(xùn)練1.【答案】B【解析】根據(jù)同種電荷相互排斥、異種電荷相互吸引，分析可知電荷量為-2q的點電荷在C處所受的電場力方向與F方向相同設(shè)AB=r，則有BC=2r則有：

13、F=k，故電荷量為-2q的點電荷在C處所受電場力為：FC=k= F/2，故選B。2【答案】CD【解析】設(shè)兩小球的電荷量分別為q與7q，則由庫侖定律可知原來相距r時的相互作用力Fkeq f(q7q,r2)keq f(7q2,r2)，由于兩球的電性未知，接觸后相互作用力的計算可分為兩種情況：(1)兩球電性相同相互接觸時兩球電荷量平分且平均分布，每球帶電荷量為eq f(q7q,2)4q，放回原處后的相互作用力為F1keq f(4q4q,r2)keq f(16q2,r2)，故eq f(F1,F)eq f(16,7)，D正確(2)兩球電性不同相互接觸時電荷先中和再平分，每球帶電荷量為eq f(7qq,2

14、)3q，放回原處后的相互作用力為F2keq f(3q3q,r2)keq f(9q2,r2)，故eq f(F2,F)eq f(9,7)，C正確3.【答案】C【解析】根據(jù)B恰能保持靜止可得：keq f(qAqB,Loal(2,1)keq f(qCqB,Loal(2,2)，且A、C帶同種電荷，B與A、C帶異種電荷，A做勻速圓周運(yùn)動，keq f(qAqB,Loal(2,1)keq f(qCqA,L1L22)mA2L1.C做勻速圓周運(yùn)動，keq f(qCqB,Loal(2,2)keq f(qCqA,L1L22)mC2L2.聯(lián)立解得A和C的比荷(電量與質(zhì)量之比)之比eq f(qA,mA)eq f(qC,m

15、C)(eq f(L1,L2)3，C正確4【答案】B【解析】選取A、B整體為研究對象，在兩種情況下有FA(mAmB)g，F(xiàn)A(mAmB)g，所以FAFA；選取B為研究對象，當(dāng)A、B不帶電時，F(xiàn)BmBg；當(dāng)A、B帶上同號電荷時，F(xiàn)BmBgF庫，所以FBFB.5【答案】C【解析】根據(jù)平行四邊形定則，求出q和q在O點產(chǎn)生的合場強(qiáng)，大小等于其中一個點電荷在O點產(chǎn)生的場強(qiáng)的大小，方向水平向右，要使圓心處的電場強(qiáng)度為零，可在C點放一個電荷量Qq的點電荷，C選項正確6【答案】8.01021 N方向平行于AB連線由B指向A【解析】電子帶負(fù)電荷，在C點同時受A、B兩點電荷的作用力FA、FB，如圖所示由庫侖定律Fk

16、eq f(q1q2,r2)得FAkeq f(Q1e,r2)9.0109eq f(210141.61019,61022) N8.01021 NFBkeq f(Q2e,r2)8.01021 N由矢量的平行四邊形定則和幾何知識得靜止放在C點的電子受到的庫侖力FFAFB8.01021 N，方向平行于AB連線由B指向A.7【答案】(1)0.02 N(2)2103 kg.【解析】(1)由庫侖定律得：FABkeq f(Qq,r2)代入數(shù)據(jù)：F庫0.02 N.故A、B兩球間的庫侖力為0.02 N.(2)由牛頓第三定律知，B所受庫侖力與A所受庫侖力大小相等，對A受力分析如圖所示：根據(jù)物體平衡得：F庫mgtan 代入數(shù)據(jù)：m2103 kg.故A球的質(zhì)量為：m2103 kg.8【答案】(1)keq f(Q,r2)方向沿db方向(2)eq r(2)keq f(Qq,r2)方向與ac成45角斜向左下(3)2keq f(Qq,r2)方向沿db方向【