第1節(jié)電場(chǎng)力的性質(zhì)

第七章靜電場(chǎng)高考導(dǎo)航備考策略:1.考查方式:本章內(nèi)容在高考中單獨(dú)命題較多,有選擇題也有計(jì)算題.選擇題主要考查對(duì)基本概念和物理模型的理解,如電場(chǎng)的分布特點(diǎn)、電勢(shì)、電勢(shì)能的理解;計(jì)算題主要考查帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),常與牛頓運(yùn)動(dòng)定律、功能關(guān)系、能量守恒綜合考查.2.命題趨勢(shì):分析歷年命題情況可以發(fā)現(xiàn)命題有兩大趨勢(shì):一是以選擇題考查基本概念、規(guī)律;二是在計(jì)算題中把電場(chǎng)力和能的性質(zhì)與牛頓運(yùn)動(dòng)定律、功能關(guān)系結(jié)合起來(lái),以帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)為模型進(jìn)行綜合考查.第1節(jié)電場(chǎng)力的性質(zhì)教材梳理·自主預(yù)習(xí)真題試做·模擬演練考點(diǎn)研析·感悟提升一、電荷及電荷守恒定律1.元電荷、點(diǎn)電荷(1)元電荷:e=1.60×10-19C,所有帶電體的電荷量都是元電荷的

.(2)點(diǎn)電荷:當(dāng)帶電體本身的

對(duì)所研究問(wèn)題的影響可以忽略不計(jì)時(shí),可以將帶電體視為點(diǎn)電荷.點(diǎn)電荷是一種

模型.知識(shí)梳理教材梳理·自主預(yù)習(xí)整數(shù)倍大小和形狀理想化2.電荷守恒定律(1)內(nèi)容:電荷既不會(huì)創(chuàng)生,也不會(huì)消滅,它只能從一個(gè)物體

到另一個(gè)物體,或者從物體的一部分

到另一部分,在轉(zhuǎn)移的過(guò)程中,電荷的總量

.(2)三種起電方式:

、

、

.(3)帶電實(shí)質(zhì):物體帶電的實(shí)質(zhì)是

.轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移保持不變摩擦起電接觸起電感應(yīng)起電電子的轉(zhuǎn)移自主探究答案:不帶電,不帶電帶負(fù)電,帶正電不變?nèi)鐖D所示,在帶電荷量為+Q的帶電體C右側(cè)有兩個(gè)相互接觸的金屬導(dǎo)體A和B,均放在絕緣支座上.若先將C移走,再把A,B分開(kāi),則A,B分別帶什么電?若先將A,B分開(kāi),再移走C,則A,B分別帶什么電?這一過(guò)程中電荷總量如何變化?二、庫(kù)侖定律1.內(nèi)容:

中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力,與它們的

成正比,與它們的

成反比,作用力的方向在它們的連線上.2.表達(dá)式:F=

,式中k=

N·m2/C2,叫靜電力常量.3.適用條件:真空中的

.真空電荷量的乘積距離的二次方9.0×109點(diǎn)電荷教材解讀O是一個(gè)帶正電的物體.把系在絲線上的帶正電的小球先后掛在圖中P1,P2,P3等位置,比較小球在不同位置所受帶電體的作用力的大小.使小球處于同一位置,增大或減少小球所帶的電荷量,比較小球所受作用力的大小.實(shí)驗(yàn)表明:電荷之間的作用力隨著電荷量的增大而

,隨著距離的增大而

,這種探究方法是

.增大減小控制變量法三、電場(chǎng)、電場(chǎng)強(qiáng)度及電場(chǎng)線1.電場(chǎng)基本性質(zhì):對(duì)放入其中的電荷有

的作用.2.電場(chǎng)強(qiáng)度(1)定義式:E=

,單位:N/C或

.(2)方向:規(guī)定

在電場(chǎng)中某點(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向?yàn)樵擖c(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向.(3)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度:E=

,適用于計(jì)算真空中的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng).(4)電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加:電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的

.3.電場(chǎng)線(1)定義:為了形象地描述電場(chǎng)中各點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的

及

,在電場(chǎng)中畫(huà)出一些有方向的曲線,曲線上每點(diǎn)的

方向都跟該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向一致,曲線的疏密表示電場(chǎng)的

.電場(chǎng)力V/m正電荷矢量和大小方向切線強(qiáng)弱(2)正電荷相交大降低垂直(3)六種典型電場(chǎng)的電場(chǎng)線小題檢測(cè)1.思考判斷×(2)電場(chǎng)強(qiáng)度反映了電場(chǎng)力的性質(zhì),所以電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度與試探電荷在該點(diǎn)所受電場(chǎng)力成正比.(

)(3)電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向與負(fù)電荷在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力的方向相反.(

)×√√(5)電場(chǎng)線的方向即為帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向.(

)×2.關(guān)于點(diǎn)電荷和元電荷,下列說(shuō)法正確的是(

)A.一個(gè)很小的帶電體,不論在何種情況下均可視為點(diǎn)電荷B.點(diǎn)電荷所帶的電荷量一定很小C.點(diǎn)電荷所帶的電荷量一定是元電荷的整數(shù)倍D.元電荷就是點(diǎn)電荷C解析:帶電體可以看做點(diǎn)電荷的條件是帶電體的形狀、大小及電荷分布狀況對(duì)所研究問(wèn)題的影響可以忽略不計(jì),與帶電體自身的大小、形狀以及電荷分布狀況無(wú)關(guān),選項(xiàng)A,B錯(cuò)誤;任何帶電體所帶的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍,選項(xiàng)C正確;元電荷是最小的電荷量,點(diǎn)電荷是一種理想化模型,是特殊的帶電體,兩者意義不同,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.BCD4.(多選)如圖所示的四種電場(chǎng)中均有a,b兩點(diǎn),其中a,b兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同的是(

)A.(甲)圖中與點(diǎn)電荷等距的a,b兩點(diǎn)B.(乙)圖中兩等量異種點(diǎn)電荷連線的中垂線上與連線等距的a,b兩點(diǎn)C.(丙)圖中兩等量同種點(diǎn)電荷連線的中垂線上與連線等距的a,b兩點(diǎn)D.(丁)圖中勻強(qiáng)電場(chǎng)中的a,b兩點(diǎn)BD解析:(甲)圖中a,b兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等,方向不同;(乙)圖中a,b兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等,方向均垂直連線中垂線向左;(丙)圖中a,b兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等,方向相反;(丁)圖的兩平行板間為勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度相等,選項(xiàng)B,D正確.考點(diǎn)一庫(kù)侖定律的理解與應(yīng)用考點(diǎn)研析·感悟提升1.庫(kù)侖定律適用于真空中靜止點(diǎn)電荷間的相互作用.2.對(duì)于兩個(gè)均勻帶電絕緣球體,可將其視為電荷集中在球心的點(diǎn)電荷,r為球心間的距離.3.對(duì)于兩個(gè)帶電金屬球,要考慮表面電荷的重新分布,如圖所示.4.不能根據(jù)公式錯(cuò)誤地認(rèn)為r→0時(shí),庫(kù)侖力F→∞,因?yàn)楫?dāng)r→0時(shí),兩個(gè)帶電體已不能看成點(diǎn)電荷了.5.兩個(gè)點(diǎn)電荷間相互作用的庫(kù)侖力滿足牛頓第三定律,大小相等、方向相反.[例1]

(2018·全國(guó)Ⅰ卷,16)如圖,三個(gè)固定的帶電小球a,b和c,相互間的距離分別為ab=5cm,bc=3cm,ca=4cm.小球c所受庫(kù)侖力的合力的方向平行于a,b的連線.設(shè)小球a,b所帶電荷量的比值的絕對(duì)值為k,則(

)DD考點(diǎn)二電場(chǎng)強(qiáng)度的理解與計(jì)算1.電場(chǎng)強(qiáng)度的性質(zhì)矢量性規(guī)定正電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向?yàn)樵擖c(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向唯一性電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E是唯一的,它的大小和方向與放入該點(diǎn)的電荷q無(wú)關(guān),它決定于形成電場(chǎng)的電荷(場(chǎng)源電荷)及空間位置疊加性如果有幾個(gè)靜止點(diǎn)電荷在空間同時(shí)產(chǎn)生電場(chǎng),那么空間某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度是各場(chǎng)源電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和2.電場(chǎng)強(qiáng)度三個(gè)表達(dá)式的比較3.兩種等量點(diǎn)電荷的電場(chǎng)對(duì)比比較等量異種點(diǎn)電荷等量同種點(diǎn)電荷電場(chǎng)線分布圖電荷連線上的電場(chǎng)強(qiáng)度沿連線先變小后變大O點(diǎn)最小,但不為零O點(diǎn)為零中垂線上的電場(chǎng)強(qiáng)度O點(diǎn)最大,向外逐漸減小O點(diǎn)最小,向外先變大后變小關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱(chēng)位置的電場(chǎng)強(qiáng)度A與A′,B與B′,C與C′等大同向等大反向[例2]直角坐標(biāo)系xOy中,M,N兩點(diǎn)位于x軸上,G,H兩點(diǎn)坐標(biāo)如圖所示.M,N兩點(diǎn)各固定一負(fù)點(diǎn)電荷,一電荷量為Q的正點(diǎn)電荷置于O點(diǎn)時(shí),G點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度恰好為零.靜電力常量用k表示,若將該正點(diǎn)電荷移到G點(diǎn),則H點(diǎn)處電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向分別為(

)B分析電場(chǎng)疊加問(wèn)題的一般步驟(1)確定分析計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度的空間位置.(2)分析該處有幾個(gè)分電場(chǎng),先計(jì)算出各個(gè)分電場(chǎng)在該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向.(3)依次利用平行四邊形定則求出矢量和.反思總結(jié)[針對(duì)訓(xùn)練](2019·四川瀘州檢測(cè))(多選)如圖所示,圖(甲)、圖(乙)分別是等量負(fù)點(diǎn)電荷和等量異種點(diǎn)電荷組成的兩個(gè)獨(dú)立的帶電系統(tǒng),O為電荷連線和中垂線的交點(diǎn),M,N是連線上關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱(chēng)的兩點(diǎn),p,q是中垂線上關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱(chēng)的兩點(diǎn).現(xiàn)有一個(gè)正點(diǎn)電荷,僅受電場(chǎng)力作用,則(

)A.該正點(diǎn)電荷在圖(甲)和圖(乙)中從p運(yùn)動(dòng)到q時(shí)一定是沿直線運(yùn)動(dòng)B.該正點(diǎn)電荷在圖(甲)和圖(乙)中從M運(yùn)動(dòng)到N時(shí)一定是沿直線運(yùn)動(dòng)C.該正點(diǎn)電荷可以在圖(甲)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)p和qD.該正點(diǎn)電荷可以在圖(乙)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)p和qBC解析:題圖(甲)中,等量負(fù)點(diǎn)電荷連線的中垂線上電場(chǎng)強(qiáng)度的方向?yàn)檠刂写咕€指向中點(diǎn),所以該正點(diǎn)電荷從p到q運(yùn)動(dòng)時(shí)電場(chǎng)力的方向與運(yùn)動(dòng)方向共線,做直線運(yùn)動(dòng),題圖(乙)中,等量異種點(diǎn)電荷連線的中垂線上電場(chǎng)強(qiáng)度的方向?yàn)榇怪庇谥写咕€指向負(fù)電荷,所以該正點(diǎn)電荷從p向q運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,受的電場(chǎng)力向右,應(yīng)該做曲線運(yùn)動(dòng),A錯(cuò)誤;在MN連線上,題圖(甲)中,電場(chǎng)強(qiáng)度的方向由中點(diǎn)O指向兩負(fù)電荷,所以該正點(diǎn)電荷從M向N運(yùn)動(dòng),電場(chǎng)力與速度方向共線,做直線運(yùn)動(dòng),題圖(乙)中,電場(chǎng)強(qiáng)度的方向由M指向N,所以該正點(diǎn)電荷受電場(chǎng)力的方向與速度共線,做直線運(yùn)動(dòng),B正確;題圖(甲)中,給該正點(diǎn)電荷適當(dāng)?shù)乃俣?可以使其在垂直于紙面內(nèi)以O(shè)點(diǎn)為圓心,以O(shè)p為半徑做勻速圓周運(yùn)動(dòng),C正確;根據(jù)正點(diǎn)電荷的受力情況和勻速圓周運(yùn)動(dòng)中合外力的特點(diǎn)可知,在題圖(乙)中該正點(diǎn)電荷不可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)p和q,D錯(cuò)誤.1.電場(chǎng)中的平衡與加速問(wèn)題的解題思路(1)恰當(dāng)選取研究對(duì)象,用“整體法”或“隔離法”進(jìn)行分析,注意:受力分析時(shí)物體所受電場(chǎng)力方向與電性有關(guān).(2)①平衡問(wèn)題利用平衡條件列式求解.②非平衡問(wèn)題利用牛頓第二定律求解.2.“三個(gè)自由點(diǎn)電荷平衡”的問(wèn)題(1)平衡的條件:每個(gè)點(diǎn)電荷受到另外兩個(gè)點(diǎn)電荷的合力為零,或每個(gè)點(diǎn)電荷處于另外兩個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的合場(chǎng)強(qiáng)為零的位置.考點(diǎn)三電場(chǎng)中的平衡與加速問(wèn)題(2)(1)乙球剛釋放時(shí)受到的庫(kù)侖力;(2)乙球在釋放瞬間的加速度大小;(3)乙球的速度最大時(shí)兩球間的距離.答案:(3)2l0解決帶電體的平衡(或加速)問(wèn)題的方法步驟反思總結(jié)1.如圖所示,三個(gè)點(diǎn)電荷q1,q2,q3固定在一直線上,q2與q3間距離為q1與q2間距離的2倍,每個(gè)電荷所受靜電力的合力均為零,由此可以判定,三個(gè)電荷的電荷量之比為(

)A.(-9)∶4∶(-36)B.9∶4∶36C.(-3)∶2∶(-6) D.3∶2∶6題組訓(xùn)練A2.(2019·福建泉州質(zhì)檢)如圖所示,光滑絕緣水平面上兩個(gè)相同的帶電小圓環(huán)A,B,電荷量均為q,質(zhì)量均為m,用一根光滑絕緣輕繩穿過(guò)兩個(gè)圓環(huán),并系于結(jié)點(diǎn)O.在O處施加一水平恒力F使A,B一起加速運(yùn)動(dòng),輕繩恰好構(gòu)成一個(gè)邊長(zhǎng)為l的等邊三角形,則(

)B1.(2019·全國(guó)Ⅰ卷,15)如圖,空間存在一方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng),兩個(gè)帶電小球P和Q用相同的絕緣細(xì)繩懸掛在水平天花板下,兩細(xì)繩都恰好與天花板垂直,則(

)A.P和Q都帶正電荷B.P和Q都帶負(fù)電荷C.P帶正電荷,Q帶負(fù)電荷D.P帶負(fù)電荷,Q帶正電荷真題試做·模擬演練D解析:對(duì)小球受力分析可知P和Q兩小球不能帶同種電荷,故A,B錯(cuò)誤;若P球帶負(fù)電,Q球帶正電,如圖所示,恰能滿足題意;若P帶正電,Q帶負(fù)電,P受力均向右,無(wú)法平衡,故C錯(cuò)誤,D正確.2.(2019·浙江建德模擬)如圖所示,兩個(gè)帶等量的正電荷的小球A,B(可視為點(diǎn)電荷),被固定在光滑的絕緣的水平面上,P,N是小球A,B連線的水平中垂線上的兩點(diǎn),且PO=ON.現(xiàn)將一個(gè)電荷量很小的帶負(fù)電的小球C(可視為質(zhì)點(diǎn)),由P點(diǎn)靜止釋放,在小球C向N點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,下列關(guān)于小球C運(yùn)動(dòng)的v-t圖象中,說(shuō)法正確的是(

)A.小球C運(yùn)動(dòng)的v-t圖象可能是圖①③B.小球C運(yùn)動(dòng)的v-t圖象可能是圖②④C.小球C運(yùn)動(dòng)的v-t圖象可能是圖③④D.小球C運(yùn)動(dòng)的v-t圖象可能是圖①②D解析:在AB的垂直平分線上,從無(wú)窮遠(yuǎn)處到O點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度先變大后變小,到O點(diǎn)變?yōu)榱?負(fù)電荷受力沿垂直平分線運(yùn)動(dòng),電荷的加速度先變大后變小,速度不斷增大,在O點(diǎn)加速度變?yōu)榱?速度達(dá)到最大,v-t圖象的斜率先變大后變小,由O點(diǎn)到無(wú)窮遠(yuǎn),速度變化情況與另一側(cè)速度的變化情況具有對(duì)稱(chēng)性。如果PN足夠