2024-2025學年高中物理第1章靜電場章末綜合提升學案魯科版選修3-1

PAGE5-第1章靜電場[體系構(gòu)建][核心速填]一、三種起電方式1．摩擦起電：通過摩擦的方式使物體帶電。2．接觸起電：通過與帶電體接觸的方式使物體帶電。3．感應起電：通過靜電感應使物體帶電。二、兩個基本定律1．電荷守恒定律電荷既不能創(chuàng)建，也不能殲滅，只能從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。在任何轉(zhuǎn)移的過程中，電荷的總量保持不變。2．庫侖定律內(nèi)容：真空中兩個點電荷之間的相互作用力F的大小，與它們的電荷量Q1、Q2的乘積成正比，與它們的距離r的平方成反比；作用力的方向沿著它們的連線。同種電荷相斥，異種電荷相吸。三、兩個場強公式1．電場強度的定義式：E＝eq\f(F,q)，其中q為摸索電荷。2．點電荷的電場強度：E＝eq\f(kQ,r2)，其中Q是場源電荷。四、電場線的兩個用途1．曲線上隨意一點的切線方向表示該點的電場強度的方向。2．電場線的疏密可反映電場的強弱。五、電場強度的疊加假如有幾個點電荷同時存在，它們產(chǎn)生的電場中任一點的電場強度等于這幾個點電荷各自由該點產(chǎn)生的電場強度的矢量和，其運算法則是平行四邊形定則。六、靜電平衡的四個特點1．靜電平衡導體內(nèi)部沒有電荷的定向移動。2．靜電平衡導體內(nèi)部合場強到處為零，即E內(nèi)＝0。3．靜電平衡導體表面電場方向與導體表面垂直。4．凈電荷只分布在導體的外表面上，外表面上曲率半徑越大，凈電荷分布的密度越小。力電綜合問題1．受力狀況帶電體在電場中受到電場力作用，還可能受到其他力的作用，如重力、彈力、摩擦力等。2．解題方法(1)物體在各力的作用下，若處于平衡狀態(tài)，即靜止或做勻速直線運動，物體所受合外力為零，利用力的平衡條件解題。(2)物體在各力的作用下做變速運動(直線或曲線)，物體所受合外力不為零，利用牛頓其次定律解題?？傊幚磉@類問題，就像處理力學問題一樣，只是分析受力時留意別忘了電場力?！纠?】如圖所示，光滑斜面傾角為37°，一帶有正電荷的小物塊質(zhì)量為m，電荷量為q，置于斜面上，當沿水平方向加有如圖所示的勻強電場時，帶電小物塊恰好靜止在斜面上，從某時刻起先，電場強度改變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g＝10m/s2)求：(1)原來的電場強度的大??；(2)物塊運動的加速度大小；(3)沿斜面下滑距離為l時物塊的速度。[解析](1)對小物塊受力分析如圖所示，物塊靜止于斜面上，則mgsin37°＝qEcos37°，解得E＝eq\f(mgtan37°,q)＝eq\f(3mg,4q)。(2)當場強變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)時，小物塊的合外力F合＝mgsin37°－eq\f(1,2)qEcos37°＝eq\f(1,2)mgsin37°，又F合＝ma，解得a＝3m/s2，方向沿斜面對下。(3)由動能定理得F合l＝eq\f(1,2)mv2－0即eq\f(1,2)mgsin37°·l＝eq\f(1,2)mv2，解得v＝eq\r(6l)。[答案](1)eq\f(3mg,4q)(2)3m/s2，方向沿斜面對下(3)eq\r(6l)[一語通關(guān)]“四步”巧解力電綜合問題(1)分析電場確定探討對象。(2)“整體法、隔離法”做好受力分析。(3)明確力的方向和個數(shù)巧建坐標系。(4)依據(jù)狀態(tài)列方程求解。[跟進訓練]1．如圖所示，在光滑絕緣的水平面上，沿一條直線依次排列三個等質(zhì)量的帶電小球A、B、C。在C上沿連線方向施加一恒力F后，三小球恰能在運動中保持相對位置不變。已知A球所帶的電荷量QA＝10q，B球所帶的電荷量為QB＝q。起先時，小球間距離為r，求所施加恒力F的大小、小球C所帶電荷量QC及電性。[解析]取A、B、C三小球組成的系統(tǒng)為探討對象，設(shè)小球質(zhì)量為m，依牛頓運動定律，可得F＝3ma①取小球A為探討對象，有keq\f(QCQA,2r2)－keq\f(QBQA,r2)＝ma②取A球和B球整體為探討對象，有keq\f(QCQA,2r2)＋keq\f(QCQB,r2)＝2ma③聯(lián)立①②③式解得QC＝eq\f(40,3)q(電性與A球、B球的電性相反)，F(xiàn)＝eq\f(70kq2,r2)。[答案]eq\f(70kq2,r2)eq\f(40,3)q與A球、B球的電性相反帶電體在電場中的運動1．帶電體在電場中的運動是一類綜合性很強的問題，解決這類問題時，常把帶電體看作點電荷，應用力學學問(如牛頓運動定律、動能定理等)求解。2．帶電體在勻強電場中受到的電場力是恒力，若帶電體只受電場力作用，則其運動是在恒力作用下的運動，解決問題的思路是抓住兩個分析：受力分析和運動分析。3．帶電體在非勻強電場中所受電場力是變力，這類運動往往可借助動能定理等進行分析和解答。【例2】如圖所示為一勻強電場，電場強度與水平方向的夾角為θ?，F(xiàn)有一帶電小球以初速度v0由A點水平射入該勻強電場，恰好做直線運動從B點離開電場。已知帶電小球的質(zhì)量為m，電荷量為q，A、B之間的距離為d。試分析：(1)帶電小球的電性；(2)此勻強電場的場強大小E；(3)小球經(jīng)過B點時的速度大小vB。思路點撥：解此題的關(guān)鍵是依據(jù)“恰好做直線運動”的條件做好受力分析并列出方程。[解析](1)小球進入電場后受兩個力作用：重力mg和電場力Eq，小球恰好做直線運動，則小球所受電場力Eq和重力mg的合力F沿直線AB方向，如圖所示，可知小球帶正電。(2)由圖可知mg＝Eqsinθ，所以勻強電場的電場強度大小為E＝eq\f(mg,qsinθ)。(3)小球在恒力作用下由A到B做勻加速直線運動，合力為F＝mgcotθ，由牛頓其次定律得加速度為a＝gcotθ，由勻變速直線運動的規(guī)律得veq\o\al(2,B)－veq\o\al(2,0)＝2ad，則vB＝eq\r(v\o\al(2,0)＋2gdcotθ)。[答案](1)帶正電(2)eq\f(mg,qsinθ)(3)eq\r(v\o\al(2,0)＋2gdcotθ)[一語通關(guān)]“一關(guān)鍵、三應用”巧解帶電體在電場中的運動問題(1)一關(guān)鍵是做好受力分析。(2)三應用：平衡學問、動力學學問和功能關(guān)系。[跟進訓練]2．電荷量為q＝1×10－4C的帶正電小物塊置于絕緣水平面上，所在空間存在沿水平方向且方向始終不變的電場，電場強度E的大小與時間t的關(guān)系，以及物塊速度v與時間t的關(guān)系如圖所示。若重力加速度g取10m/s2，求：(1)物塊的質(zhì)量m；(2)物塊與水平面之間的動摩擦因數(shù)μ。[解析](1)由v-t圖象可知，前2s物塊做勻加速直線運動，由牛頓其次定律有qE1－μmg＝ma2s后物塊做勻速直線運動，由平衡條件有qE2＝μm