高中物理人教必修三微型專題01 電場(chǎng)力的性質(zhì)（課件）(共34張)

1、新人教版 必修三第九章 靜電場(chǎng)及其應(yīng)用微型專題1 電場(chǎng)力的性質(zhì)1.等量同號(hào)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)(電場(chǎng)線分布如圖)：(1)兩點(diǎn)電荷連線上，中點(diǎn)O處場(chǎng)強(qiáng)為零，向兩側(cè)場(chǎng)強(qiáng)逐漸增大.(2)兩點(diǎn)電荷連線的中垂線上由中點(diǎn)O到無(wú)限遠(yuǎn)，場(chǎng)強(qiáng)先變大后變小.(3)關(guān)于中心點(diǎn)O點(diǎn)對(duì)稱的點(diǎn)，場(chǎng)強(qiáng)等大反向.一.兩等量點(diǎn)電荷周?chē)碾妶?chǎng)2.等量異號(hào)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)(電場(chǎng)線分布如圖)：(1)兩點(diǎn)電荷連線上，沿電場(chǎng)線方向場(chǎng)強(qiáng)先變小再變大，中點(diǎn)處場(chǎng)強(qiáng)最小.(2)兩點(diǎn)電荷連線的中垂線上電場(chǎng)強(qiáng)度方向都相同，總與中垂線垂直且指向負(fù)點(diǎn)電荷一側(cè).沿中垂線從中點(diǎn)到無(wú)限遠(yuǎn)處，場(chǎng)強(qiáng)一直減小，中點(diǎn)處場(chǎng)強(qiáng)最大.(3)關(guān)于中心點(diǎn)對(duì)稱的點(diǎn)，場(chǎng)強(qiáng)等大同向.例1.如圖

2、所示，a、b兩點(diǎn)處分別固定有等量異種點(diǎn)電荷Q和Q，c是線段ab的中點(diǎn)，d是ac的中點(diǎn)，e是ab的垂直平分線上的一點(diǎn)，將一個(gè)正點(diǎn)電荷先后放在d、c、e點(diǎn)，它所受的電場(chǎng)力分別為Fd、Fc、Fe，則下列說(shuō)法中正確的是A.Fd、Fc、Fe的方向都是水平向右B.Fd、Fc的方向水平向右，F(xiàn)e的方向豎直向上C.Fd、Fe的方向水平向右，F(xiàn)c0D.Fd、Fc、Fe的大小都相等解析根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)疊加原理，由等量異種點(diǎn)電荷連線及中垂線上的電場(chǎng)線分布可知，d、c、e三點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向都是水平向右，正點(diǎn)電荷在各點(diǎn)受電場(chǎng)力方向與場(chǎng)強(qiáng)方向相同，故A正確，B、C錯(cuò)誤；兩點(diǎn)電荷連線上場(chǎng)強(qiáng)由a到b先減小后增大，中垂線上由c到無(wú)窮遠(yuǎn)處逐漸

3、減小，因此c點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)是連線上最小的(但不為0)，是中垂線上最大的，故FdFcFe，故D錯(cuò)誤.針對(duì)訓(xùn)練1.如圖所示為兩個(gè)固定在同一水平面上的點(diǎn)電荷，距離為d，電荷量分別為Q和Q.在它們連線的豎直中垂線上固定一根長(zhǎng)為L(zhǎng)、內(nèi)壁光滑的絕緣細(xì)管，有一電荷量為q的小球以初速度v0從管口射入，則小球A.速度先增大后減小B.受到的庫(kù)侖力先做負(fù)功后做正功C.受到的庫(kù)侖力最大值為D.管壁對(duì)小球的彈力最大值為解析由等量的異種電荷形成的電場(chǎng)特點(diǎn)，根據(jù)小球的受力情況可知在細(xì)管內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，小球所受合力等于重力，小球速度一直增大，A錯(cuò)誤；庫(kù)侖力水平向右，不做功，B錯(cuò)誤；二.非點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加及計(jì)算1.等效法：在保證效果相同

4、的前提下，將復(fù)雜的電場(chǎng)情景變換為簡(jiǎn)單的或熟悉的電場(chǎng)情景.例如：一個(gè)點(diǎn)電荷q與一個(gè)無(wú)限大薄金屬板形成的電場(chǎng)，等效為兩個(gè)異種點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)，如圖甲、乙所示.例2.如圖所示，xOy平面是無(wú)窮大導(dǎo)體的表面，該導(dǎo)體充滿z0的空間，z0的空間為真空.將電荷量為q的點(diǎn)電荷置于z軸上zh處，則在xOy平面上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電荷.空間任意一點(diǎn)處的電場(chǎng)皆是由點(diǎn)電荷q和導(dǎo)體表面上的感應(yīng)電荷共同激發(fā)的.已知靜電平衡時(shí)導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，則在z軸上z 處的場(chǎng)強(qiáng)大小為(k為靜電力常量)2.對(duì)稱法利用空間上對(duì)稱分布的電荷形成的電場(chǎng)具有對(duì)稱性的特點(diǎn)，使復(fù)雜電場(chǎng)的疊加計(jì)算問(wèn)題大為簡(jiǎn)化.例如：如圖所示，均勻帶電的 球殼在O點(diǎn)產(chǎn)生的

5、場(chǎng)強(qiáng)，等效為弧BC產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)，弧BC產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)方向，又等效為弧的中點(diǎn)M在O點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)方向.例3.如圖所示，一半徑為R的圓盤(pán)上均勻分布著電荷量為Q的電荷，在垂直于圓盤(pán)且過(guò)圓心c的軸線上有a、b、d三個(gè)點(diǎn)，a和b、b和c、c和d間的距離均為R，在a點(diǎn)有一電荷量為q(q0)的固定點(diǎn)電荷.已知b點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)為零，則d點(diǎn)處場(chǎng)強(qiáng)的大小為(k為靜電力常量)3.微元法1.題型概述:如果題目中給出的變化的事物或題中反映的變化的過(guò)程用常規(guī)方法無(wú)法解決時(shí),常用微元法轉(zhuǎn)化為極為簡(jiǎn)單的不變的事物或不變的過(guò)程來(lái)處理。在電場(chǎng)中遇到求解均勻帶電圓環(huán)、帶電平面、帶電直桿等在某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)問(wèn)題是通常用到微元法;2.方法應(yīng)用:微元法解

6、題的思想方法是:將研究對(duì)象分解為很多“微元”或其將運(yùn)動(dòng)過(guò)程分解成許多微小的“元過(guò)程”(對(duì)應(yīng)的物理量微元可以為時(shí)間微元、速度微元、位移微元、電量微元等),分析每個(gè)“元過(guò)程”遵循的物理規(guī)律,然后將每個(gè)“元過(guò)程”相關(guān)的物理量累加求和,從而使問(wèn)題得到解決。本章中通常是將帶電體分成許多微元電荷,每個(gè)微元電荷看成點(diǎn)電荷,先根據(jù)庫(kù)侖定律求出每個(gè)微元電荷的場(chǎng)強(qiáng),再結(jié)合對(duì)稱性和場(chǎng)強(qiáng)疊加原理求出合場(chǎng)強(qiáng)。例4.(多選)如圖所示,豎直面內(nèi)固定的均勻帶電圓環(huán)半徑為R,帶電荷量為+Q,在圓環(huán)的最高點(diǎn)用絕緣絲線懸掛一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小球(大小不計(jì)),小球在垂直圓環(huán)平面的對(duì)稱軸上處于平衡狀態(tài),小球到圓環(huán)中心O距離為R

7、,已知靜電力常量為k,重力加速度為g,則小球所處位置的電場(chǎng)強(qiáng)度為()AD4.補(bǔ)償法1.題型概述:一般說(shuō)來(lái),中學(xué)物理中很多計(jì)算公式都是通過(guò)對(duì)一些理想的、完整的模型研究而推導(dǎo)出來(lái)的。但是在一些物理題目中往往會(huì)遇到一些實(shí)際的、殘缺的模型,這些模型不便于直接運(yùn)用公式進(jìn)行分析計(jì)算,比如要求有缺口的帶電圓環(huán)、帶電半球面的電場(chǎng)強(qiáng)度等。2.方法應(yīng)用:這類問(wèn)題,從表面上看無(wú)從下手,或者由題設(shè)條件很難直接求解。但是,在與原題條件不相違背的前提下,如果適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償一定的物理模型、物理裝置,或者一定的物理過(guò)程、物理量等,補(bǔ)缺求整,補(bǔ)漏求全,往往可以使問(wèn)題由“死”變“活”,由“繁”變“簡(jiǎn)”,從而促成問(wèn)題的解決。這種思維方

8、法稱之為補(bǔ)償思維。通過(guò)補(bǔ)償使實(shí)際物體向物體模型轉(zhuǎn)化、通過(guò)補(bǔ)償使實(shí)際運(yùn)動(dòng)向運(yùn)動(dòng)模型轉(zhuǎn)化、通過(guò)補(bǔ)償使復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化、通過(guò)補(bǔ)償使陌生問(wèn)題熟悉化。例5.均勻帶電的球殼在球外空間產(chǎn)生的電場(chǎng)等效于電荷集中于球心處產(chǎn)生的電場(chǎng)如圖所示，在半球面AB上均勻分布正電荷，總電荷量為q，球面半徑為R，CD為通過(guò)半球面頂點(diǎn)與球心O的軸線，在軸線上有M、N兩點(diǎn)，OMON2R.已知M點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為E，則N點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為()A二.電場(chǎng)線與帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的綜合分析帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡問(wèn)題分析方法1.合力方向與速度方向:合力指向軌跡曲線的內(nèi)側(cè),速度方向沿軌跡的切線方向。2.分析方法:(1)由軌跡的彎曲情況結(jié)合電場(chǎng)線確定電場(chǎng)力的方

9、向。(2)由電場(chǎng)力和電場(chǎng)線的方向可判斷電荷的正負(fù)。(3)由電場(chǎng)線的疏密程度可確定電場(chǎng)力的大小,再根據(jù)牛頓第二定律F=ma可判斷電荷加速度的大小。(4)根據(jù)力和速度的夾角可以判斷速度變大還是變小,從而確定不同位置的速度大小。帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡問(wèn)題例6.如圖所示,實(shí)線為電場(chǎng)線(方向未畫(huà)出),虛線ab是一帶負(fù)電的粒子只在電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡,軌跡為一條拋物線。請(qǐng)思考回答下列問(wèn)題:(1)電場(chǎng)線MN的方向可以判斷嗎?能的話,方向向哪?(2)帶電粒子在a點(diǎn)的加速度和在b點(diǎn)的加速度哪個(gè)大?(3)帶電粒子在a點(diǎn)的加速度和在b點(diǎn)的速度哪個(gè)大?要點(diǎn)提示:(1)由于該粒子只受電場(chǎng)力作用且做曲線運(yùn)動(dòng),物體所受外力指

10、向軌跡內(nèi)側(cè),所以粒子所受電場(chǎng)力一定是由M指向N,由于粒子帶負(fù)電,所以電場(chǎng)線MN的方向由N指向M。(2)b點(diǎn)的電場(chǎng)線比a點(diǎn)的密,所以帶電粒子在a點(diǎn)的加速度小于在b點(diǎn)的加速度。(3)若粒子從a運(yùn)動(dòng)到b,電場(chǎng)力與速度成銳角,粒子做加速運(yùn)動(dòng),速度增大,帶電粒子在b點(diǎn)的速度較大;若粒子從b運(yùn)動(dòng)到a,電場(chǎng)力與速度成鈍角,粒子做減速運(yùn)動(dòng),速度減小,仍是帶電粒子在b點(diǎn)的速度較大。.“電場(chǎng)線+運(yùn)動(dòng)軌跡”組合模型模型特點(diǎn):當(dāng)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條與電場(chǎng)線不重合的曲線時(shí),這種現(xiàn)象簡(jiǎn)稱為“拐彎現(xiàn)象”,其實(shí)質(zhì)為“運(yùn)動(dòng)與力”的關(guān)系。運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律的知識(shí)分析:(1)“運(yùn)動(dòng)與力兩線法”畫(huà)出“速度線”(運(yùn)動(dòng)軌跡在某

11、一位置的切線)與“力線”(在同一位置電場(chǎng)線的切線方向且指向軌跡的凹側(cè)),從二者的夾角情況來(lái)分析帶電粒子做曲線運(yùn)動(dòng)的情況。(2)“三不知時(shí)要假設(shè)”電荷的正負(fù)、場(chǎng)強(qiáng)的方向、電荷運(yùn)動(dòng)的方向,是題目中相互制約的三個(gè)方面。若已知其中一個(gè),可分析判定各待求量;若三個(gè)都不知(三不知),則要用“假設(shè)法”進(jìn)行分析針對(duì)訓(xùn)練2.(多選)如圖所示,帶箭頭的線段表示某一電場(chǎng)中的電場(chǎng)線的分布情況。一帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖中虛線所示。若不考慮其他力,則下列判斷正確的是()A.若粒子是從A運(yùn)動(dòng)到B,則粒子帶正電;若粒子是從B運(yùn)動(dòng)到A,則粒子帶負(fù)電B.不論粒子是從A運(yùn)動(dòng)到B,還是從B運(yùn)動(dòng)到A,粒子必帶負(fù)電C.若粒子是從

12、B運(yùn)動(dòng)到A,則其加速度減小D.若粒子是從B運(yùn)動(dòng)到A,則其速度減小BC三.電場(chǎng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題例7.兩個(gè)可自由移動(dòng)的點(diǎn)電荷分別放在A、B兩處，如圖所示。A處電荷帶正電荷量Q1，B處電荷帶負(fù)電荷量Q2，且Q24Q1，另取一個(gè)可以自由移動(dòng)的點(diǎn)電荷Q3，放在AB直線上，欲使整個(gè)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，則()AQ3為負(fù)電荷，且放于A左方BQ3為負(fù)電荷，且放于B右方CQ3為正電荷，且放于A、B之間DQ3為正電荷，且放于B右方A共線的三個(gè)點(diǎn)電荷在靜電力作用下平衡的特點(diǎn)1.平衡條件:每個(gè)點(diǎn)電荷受到的兩個(gè)庫(kù)侖力必須大小相等,方向相反。2.平衡規(guī)律可概括為:“三點(diǎn)共線”三個(gè)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;“近小遠(yuǎn)大”中間電荷靠近電荷量較小的電荷。3.只要其中兩個(gè)點(diǎn)電荷平衡,第三個(gè)點(diǎn)電荷一定平衡,只需根據(jù)平衡條件對(duì)其中的兩個(gè)電荷列式即可,且三個(gè)點(diǎn)電荷的電荷量滿足例8.如圖所示，帶正電的甲球固定在足夠大的光滑絕緣水平面上的A點(diǎn)，其電荷量為Q；質(zhì)量為m、帶正電的乙球在水平面上的B點(diǎn)由靜止釋放，其電荷量為q