高考物理一輪復(fù)習(xí)講義專題7.1　電場力的性質(zhì)（原卷版）

專題7.1電場力的性質(zhì)【講】【講核心素養(yǎng)】1.物理觀念：靜電現(xiàn)象、庫侖力、電場、電場強(qiáng)度、電場線。（1）通過實驗，了解靜電現(xiàn)象。能用原子結(jié)構(gòu)模型分析靜電現(xiàn)象。（2）知道電場是一種物質(zhì)。了解電場強(qiáng)度，體會用物理量之比定義新物理量的方法。會用電場線描述電場。2.科學(xué)思維：電荷守恒定律、點(diǎn)電荷、庫侖定律、電場的疊加原理。（1）.知道點(diǎn)電荷模型。知道兩個點(diǎn)電荷間相互作用的規(guī)律。（2）了解靜電現(xiàn)象，能用電荷守恒的觀念分析靜電現(xiàn)象（3）掌握電場強(qiáng)度的概念和公式，會用平行四邊形法則對電場進(jìn)行疊加3.科學(xué)探究：庫侖力與電荷量及電荷間距離的關(guān)系學(xué)會利用控制變量法探究庫侖定律，并從中體會其中的科學(xué)思想和方法。4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：靜電現(xiàn)象應(yīng)用與安全。了解生產(chǎn)生活中關(guān)于靜電的利用與防護(hù)?！局v考點(diǎn)題型】【知識點(diǎn)一】庫侖定律的理解及其相關(guān)平衡問題1．庫侖定律適用于真空中靜止點(diǎn)電荷間的相互作用．2．對于兩個均勻帶電絕緣球體，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．對于兩個帶電金屬球，要考慮表面電荷的重新分布，如圖所示．（1）同種電荷：F＜keq\f(q1q2,r2)；（2）異種電荷：F＞keq\f(q1q2,r2).【方法總結(jié)】完全相同的帶電體接觸后電荷的分配原則1.若兩帶電體帶同種電荷q1、q2，則接觸后電荷量平均分配，即q1′＝q2′＝eq\f(q1＋q2,2).2.若兩帶電體帶異種電荷q1、q2，則接觸后電荷量先中和后平分，即q1′＝q2′＝eq\f(|q1＋q2|,2)，電性與帶電荷量大的帶電體相同．【例1】（2021·海南·高考真題）如圖，V型對接的絕緣斜面M、N固定在水平面上，兩斜面與水平面夾角均為SKIPIF1<0，其中斜面N光滑。兩個質(zhì)量相同的帶電小滑塊P、Q分別靜止在M、N上，P、Q連線垂直于斜面M，已知最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。則P與M間的動摩擦因數(shù)至少為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0【素養(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是物理觀念及科學(xué)思維?！咀兪接?xùn)練1】（2020·浙江·高考真題）如圖所示，在傾角為SKIPIF1<0的光滑絕緣斜面上固定一個擋板，在擋板上連接一根勁度系數(shù)為SKIPIF1<0的絕緣輕質(zhì)彈簧，彈簧另一端與A球連接。A、B、C三小球的質(zhì)量均為M，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，當(dāng)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)時，三小球等間距排列。已知靜電力常量為k，則（

）A．SKIPIF1<0B．彈簧伸長量為SKIPIF1<0C．A球受到的庫侖力大小為2MgD．相鄰兩小球間距為SKIPIF1<0【方法技巧】三個孤立共線點(diǎn)電荷平衡問題（1）條件：每個點(diǎn)電荷所受合力為零．（2）平衡規(guī)律“兩同夾異”——正、負(fù)電荷相互間隔；“三點(diǎn)共線”——三個點(diǎn)電荷分布在同一條直線上；“兩大夾小”——中間電荷的電荷量最??；“近小遠(yuǎn)大”——中間電荷靠近電荷量較小的電荷．【知識點(diǎn)二】庫侖力作用下的平衡和變速運(yùn)動【例2】（多選）（2021·湖北·高考真題）如圖所示，一勻強(qiáng)電場E大小未知、方向水平向右。兩根長度均為L的絕緣輕繩分別將小球M和N懸掛在電場中，懸點(diǎn)均為O。兩小球質(zhì)量均為m、帶等量異號電荷，電荷量大小均為q（q>0）。平衡時兩輕繩與豎直方向的夾角均為θ=45°。若僅將兩小球的電荷量同時變?yōu)樵瓉淼?倍，兩小球仍在原位置平衡。已知靜電力常量為k，重力加速度大小為g，下列說法正確的是（）A．M帶正電荷 B．N帶正電荷C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0【素養(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維。要求考生對物體的運(yùn)動狀態(tài)或物理過程所遵循的物理規(guī)律，來研究和處理受力問題?！咀兪接?xùn)練2】（2022·全國·高三課時練習(xí)）如圖甲所示，電荷量為q=2×10-4C的帶正電的小物塊置于絕緣水平面上，所在空間存在方向沿水平向右的電場，電場強(qiáng)度E的大小與時間的關(guān)系如圖乙所示，物塊運(yùn)動速度與時間t的關(guān)系如圖丙所示，取重力加速度g=10m/s2。求（1）前2秒內(nèi)電場力做的功；（2）物塊的質(zhì)量；（3）物塊與水平面間的動摩擦因數(shù)?！颈貍渲R】1.解題思路（1）平衡問題，其解題思路與力學(xué)中的平衡問題一樣，只是在原來受力的基礎(chǔ)上多了庫侖力，具體步驟如下：（2）變速運(yùn)動：若物體在包含庫侖力作用下，做變速運(yùn)動時，是非平衡狀態(tài)，要用牛頓第二定律分析，當(dāng)涉及多個帶電體時，常用整體與隔離法。2.特別提醒注意庫侖力的方向：同性相斥，異性相吸，沿兩電荷連線方向?！局R點(diǎn)三】電場強(qiáng)度的理解和計算1．電場強(qiáng)度的性質(zhì)（1）矢量性：規(guī)定正電荷在電場中某點(diǎn)所受電場力的方向為該點(diǎn)場強(qiáng)的方向．（2）唯一性：電場中某一點(diǎn)的電場強(qiáng)度E是唯一的，它的大小和方向與放入該點(diǎn)的電荷q無關(guān)，它決定于形成電場的電荷（場源電荷）及空間位置．（3）疊加性：如果有幾個靜止點(diǎn)電荷在空間同時產(chǎn)生電場，那么空間某點(diǎn)的場強(qiáng)是各場源電荷單獨(dú)存在時在該點(diǎn)所產(chǎn)生的場強(qiáng)的矢量和．2．三個計算公式3．電場強(qiáng)度的疊加（如圖所示）4．“等效法”“對稱法”和“填補(bǔ)法”（1）等效法在保證效果相同的前提下，將復(fù)雜的電場情景變換為簡單的或熟悉的電場情景．例如：一個點(diǎn)電荷＋q與一個無限大薄金屬板形成的電場，等效為兩個異種點(diǎn)電荷形成的電場，如圖甲、乙所示．（2）對稱法：利用空間上對稱分布的電荷形成的電場具有對稱性的特點(diǎn)，使復(fù)雜電場的疊加計算問題大為簡化．例如：如圖所示，均勻帶電的eq\f(3,4)球殼在O點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)，等效為弧BC產(chǎn)生的場強(qiáng)，弧BC產(chǎn)生的場強(qiáng)方向，又等效為弧的中點(diǎn)M在O點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)方向．（3）填補(bǔ)法將有缺口的帶電圓環(huán)或圓板補(bǔ)全為完整的圓環(huán)或圓板，或?qū)肭蛎嫜a(bǔ)全為球面，從而化難為易、事半功倍．（4）選用技巧（1）點(diǎn)電荷電場、勻強(qiáng)電場場強(qiáng)疊加一般應(yīng)用合成法即可．（2）均勻帶電體與點(diǎn)電荷場強(qiáng)疊加一般應(yīng)用對稱法．（3）計算均勻帶電體某點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)一般應(yīng)用補(bǔ)償法或微元法．【例3】（2022·山東·高考真題）半徑為R的絕緣細(xì)圓環(huán)固定在圖示位置，圓心位于O點(diǎn)，環(huán)上均勻分布著電量為Q的正電荷。點(diǎn)A、B、C將圓環(huán)三等分，取走A、B處兩段弧長均為SKIPIF1<0的小圓弧上的電荷。將一點(diǎn)電荷q置于SKIPIF1<0延長線上距O點(diǎn)為SKIPIF1<0的D點(diǎn)，O點(diǎn)的電場強(qiáng)度剛好為零。圓環(huán)上剩余電荷分布不變，q為（）A．正電荷，SKIPIF1<0 B．正電荷，SKIPIF1<0C．負(fù)電荷，SKIPIF1<0 D．負(fù)電荷，SKIPIF1<0【素養(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維?！咀兪接?xùn)練3】（多選）（2022·全國·高考真題）如圖，兩對等量異號點(diǎn)電荷SKIPIF1<0、SKIPIF1<0固定于正方形的4個頂點(diǎn)上。L、N是該正方形兩條對角線與其內(nèi)切圓的交點(diǎn)，O為內(nèi)切圓的圓心，M為切點(diǎn)。則（）A．L和N兩點(diǎn)處的電場方向相互垂直B．M點(diǎn)的電場方向平行于該點(diǎn)處的切線，方向向左C．將一帶正電的點(diǎn)電荷從M點(diǎn)移動到O點(diǎn)，電場力做正功D．將一帶正電的點(diǎn)電荷從L點(diǎn)移動到N點(diǎn)，電場力做功為零【知識點(diǎn)四】電場線的理解和應(yīng)用1．電場線的應(yīng)用（1）在同一電場里，電場線越密的地方場強(qiáng)越大。（2）電場線上某點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的場強(qiáng)方向。（3）沿電場線方向電勢逐漸降低。（4）電場線和等勢面在相交處互相垂直。2．兩種等量點(diǎn)電荷的電場線比較等量異種點(diǎn)電荷等量同種點(diǎn)電荷電場線分布中垂線上的電場強(qiáng)度O點(diǎn)最大，向外逐漸減小O點(diǎn)為零，向外先變大后變小連線上的電場強(qiáng)度沿連線先變小后變大，中點(diǎn)O處的電場強(qiáng)度最小沿連線先變小后變大，中點(diǎn)O處的電場強(qiáng)度為零電場強(qiáng)度方向比較A、A′、B、B′四點(diǎn)場強(qiáng)方向相同，垂直于BB′連線A點(diǎn)場強(qiáng)方向向右，A′點(diǎn)場強(qiáng)方向向左，B點(diǎn)場強(qiáng)方向向上，B′點(diǎn)場強(qiáng)方向向下【例4】（2022·山東·勝利一中模擬預(yù)測）如圖所示為真空中等量異種點(diǎn)電荷的電場，O為兩電荷連線的中點(diǎn)，A、B是連線的中垂線上關(guān)于O點(diǎn)對稱的兩點(diǎn)、C、D為過O點(diǎn)的某一直線上關(guān)于O點(diǎn)對稱的兩點(diǎn)，在該電場中放一正的試探電荷。對這個試探電荷，以下說法正確的是（）A．在C、D兩點(diǎn)的電勢能相同B．在C、D兩點(diǎn)所受電場力不同C．在外力作用下沿直線從C經(jīng)O到D點(diǎn)的過程中，電場力先做正功后做負(fù)功再做正功D．在A點(diǎn)獲得AB方向的速度后，僅電場力作用時一定沿直線SKIPIF1<0做勻速直線運(yùn)動【素養(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維。【變式訓(xùn)練4】（多選）如圖為某一電場的電場線，M、N、P為電場線上的三個點(diǎn)，M、N是同一電場線上兩點(diǎn)，下列判斷正確的是（）A．M、N、P三點(diǎn)中M點(diǎn)的場強(qiáng)最大B．M、N、P三點(diǎn)中M點(diǎn)的電勢最高C．負(fù)電荷在N點(diǎn)的電勢能大于在M點(diǎn)的電勢能D．正電荷從M點(diǎn)自由釋放，電荷將沿電場