專題7.1 電場力的性質(zhì)【講】學(xué)生版-高考物理一輪復(fù)習(xí)講義（新高考）

專題7.1電場力的性質(zhì)【講】目錄TOC\o"1-3"\h\u一講核心素養(yǎng) 1二講必備知識 1【知識點一】庫侖定律的理解及其相關(guān)平衡問題 1【知識點二】庫侖力作用下的平衡和變速運動 4【知識點三】電場強度的理解和計算 6【知識點四】電場線的理解和應(yīng)用 7三．講關(guān)鍵能力會分析點電荷電場強度的疊加 9四．講模型思想“等效法”“對稱法”和“填補法”思想求電場強度 11模型一等效法 11模型二對稱法 12模型三填補法 13一講核心素養(yǎng)1.物理觀念：靜電現(xiàn)象、庫侖力、電場、電場強度、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、點電荷、庫侖定律、電場的疊加原理。(1).知道點電荷模型。知道兩個點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)掌握電場強度的概念和公式，會用平行四邊形法則對電場進行疊加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。二講必備知識【知識點一】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電荷，r為球心間的距離．3．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).【例1】(多選)(2021·浙江十校聯(lián)盟測試)如圖所示，a、b、c為真空中三個帶電小球，b球帶電荷量為＋Q，用絕緣支架固定，a、c兩小球用絕緣細線懸掛，處于平衡狀態(tài)時三小球球心等高，且a、b和b、c間距離相等，懸掛a小球的細線向左傾斜，懸掛c小球的細線豎直，則 ()A．a(chǎn)、c兩小球帶同種電荷B．a(chǎn)、c兩小球帶異種電荷C．a(chǎn)小球帶電荷量為－4QD．c小球帶電荷量為＋4Q【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?！痉椒记伞咳齻€孤立共線點電荷平衡問題(1)條件：每個點電荷所受合力為零．(2)平衡規(guī)律“兩同夾異”——正、負電荷相互間隔；“三點共線”——三個點電荷分布在同一條直線上；“兩大夾小”——中間電荷的電荷量最小；“近小遠大”——中間電荷靠近電荷量較小的電荷．【變式訓(xùn)練】(多選)(2021·山東省等級考試第二次模擬)內(nèi)半徑為R，內(nèi)壁光滑的絕緣球殼固定在桌面上。將三個完全相同的帶電小球放置在球殼內(nèi)，平衡后小球均緊靠球殼靜止。小球的電荷量均為Q，可視為質(zhì)點且不計重力。則小球靜止時，以下判斷正確的是()A.三個小球之間的距離均等于eq\r(2)RB.三個小球可以位于球殼內(nèi)任一水平面內(nèi)C.三個小球所在平面可以是任一通過球殼球心的平面D.每個小球?qū)η驓?nèi)壁的作用力大小均為eq\f(\r(3)kQ2,3R2)，k為靜電力常量【變式訓(xùn)練2】．(2021·黑龍江哈爾濱段考)如圖所示，三個完全相同的絕緣金屬小球a、b、c位于等邊三角形的三個頂點上，c球在xOy坐標(biāo)系的原點O上，a和c帶正電，b帶負電，a所帶電荷量比b所帶電荷量少．關(guān)于c受到a和b的靜電力的合力方向，下列判斷正確的是()A．從原點指向第Ⅰ象限 B．從原點指向第Ⅱ象限C．從原點指向第Ⅲ象限 D．從原點指向第Ⅳ象限【知識點二】庫侖力作用下的平衡和變速運動【例1】(多選)(2021·福建福州市4月模擬)如圖所示，兩個帶電小球A、B穿在同一根光滑絕緣的細繩上，細繩兩端固定在天花板的O點，當(dāng)整個系統(tǒng)保持平衡時，兩小球連線恰好水平，且兩小球與懸點O恰好構(gòu)成一個正三角形，則下列判斷正確的是()A.兩小球質(zhì)量一定相同B.兩小球帶電荷量一定相同C.細繩張力與兩小球之間庫侖力之比2∶3D.A球在緩慢漏電過程，細繩張力始終保持不變【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。【必備知識】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)變速運動：若物體在包含庫侖力作用下，做變速運動時，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?！咀兪接?xùn)練】(多選)(2021·廣東汕頭市教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測)質(zhì)量均為m的三個帶電小球A、B、C用三根長度均為l的絕緣絲線相互連接，放置在光滑絕緣的水平面上，A球的電荷量為＋q。在C球上施加一個水平向右的恒力F之后，三個小球一起向右運動，三根絲線剛好都伸直且沒有彈力，F(xiàn)的作用線的反向延長線與A、B間的絲線相交于絲線的中點，如圖所示。已知靜電力常量為k，下列說法正確的是()A.B球的電荷量可能為＋2qB.C球的電荷量為－2qC.三個小球一起運動的加速度大小為eq\f(\r(3)kq2,ml2)D.恒力F的大小為eq\f(2\r(3)kq2,l2)【知識點三】電場強度的理解和計算1．電場強度的性質(zhì)矢量性規(guī)定正電荷受力方向為該點場強的方向唯一性電場中某一點的電場強度E是唯一的，它的大小和方向與放入該點的試探電荷q無關(guān)，它決定于形成電場的電荷(場源電荷)及空間位置2.電場強度的三個計算公式【例1】(多選)(2021·肥城月考)(多選)如圖甲所示，在x軸上有一個點電荷Q(圖中未畫出)，O、A、B為軸上三點．放在A、B兩點的試探電荷受到的電場力跟試探電荷所帶電荷量的關(guān)系如圖乙所示．以x軸的正方向為電場力的正方向，則()A．點電荷Q一定為正電荷B．點電荷Q在A、B之間C．A點的電場強度大小為2×103N/CD．同一電荷在A點受到的電場力比在B點的大【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】(2021·海南期末)真空中有一點電荷Q，MN是這個點電荷電場中的一條水平直線，如圖所示，A、B、C是直線MN上的三個點，B是A、C的中點，點電荷Q位于A點正上方O處(未畫出)。設(shè)A、B、C三點場強大小分別為EA、EB、EC，且EB＝eq\f(1,2)EA，則EC的值為()A．eq\f(1,3)EAB．eq\f(1,4)EAC．eq\f(1,5)EAD．eq\f(1,6)EA【知識點四】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越大。(2)電場線上某點的切線方向表示該點的場強方向。(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。2．兩種等量點電荷的電場線比較等量異種點電荷等量同種點電荷電場線分布中垂線上的電場強度O點最大，向外逐漸減小O點為零，向外先變大后變小連線上的電場強度沿連線先變小后變大，中點O處的電場強度最小沿連線先變小后變大，中點O處的電場強度為零電場強度方向比較A、A′、B、B′四點場強方向相同，垂直于BB′連線A點場強方向向右，A′點場強方向向左，B點場強方向向上，B′點場強方向向下【例1】(2021無錫模擬)實線為三條未知方向的電場線，從電場中的M點以相同的速度飛出a、b兩個帶電粒子，a、b的運動軌跡如圖中的虛線所示(a、b只受靜電力作用)，則()A．a(chǎn)一定帶正電，b一定帶負電B．靜電力對a做正功，對b做負功C．a(chǎn)的速度將減小，b的速度將增大D．a(chǎn)的加速度將減小，b的加速度將增大【素養(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維?！颈貍渲R】分析電場中運動軌跡問題的方法(1)“運動與力兩線法”——畫出運動軌跡在初始位置的切線(“速度線”)與在初始位置電場線的切線(“力線”)方向，從二者的夾角情況來分析曲線運動的情況。(2)“三不知時要假設(shè)”——電荷的正負、場強的方向或等勢面電勢的高低、電荷運動的方向，是題意中相互制約的三個方面。若已知其中的任一個，可順次向下分析判定各待求量；若三個都不知，則要用“假設(shè)法”分別討論各種情況?！咀兪接?xùn)練1】(2021·黑龍江牡丹江一中期末)關(guān)于電場線的以下說法中正確的是()A．電場線上每一點的切線方向都跟電荷在該點的受力方向相同B．沿電場線的方向，電場強度越來越小C．電場線越密的地方同一試探電荷所受的電場力就越大D．順著電場線移動電荷，電荷受電場力大小一定不變【變式訓(xùn)練2】(2021·甘肅蘭州期末)如圖所示，下列說法正確的是()甲乙丙丁A．圖甲為等量同種點電荷形成的電場線B．圖乙離點電荷距離相等的a、b兩點場強相同C．圖丙中在c點靜止釋放一正電荷，可以沿著電場線運動到d點D．圖丁中某一電荷放在e點與放到f點(兩點到極板距離相等)，電勢能相同三．講關(guān)鍵能力會分析點電荷電場強度的疊加【例1】(2021·山西陽泉市上學(xué)期期末)如圖所示，直角三角形ABC中，∠A＝90°，∠B＝30°，在A點和C點分別固定兩個點電荷，已知B點的電場強度方向垂直于BC邊向下，則()A.兩點電荷都帶正電B.A點的點電荷帶負電，C點的點電荷帶正電C.A點處電荷的帶電荷量與C點處電荷的帶電荷量的絕對值之比為eq\f(\r(3),2)D.A點處電荷的帶電荷量與C點處電荷的帶電荷量的絕對值之比為eq\f(1,2)【素養(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維。【必備知識】電場強度的疊加(如圖所示)【變式訓(xùn)練1】(2021·陜西渭南教學(xué)質(zhì)量檢測)如圖所示，在x軸上放置兩正點電荷Q1、Q2，當(dāng)空間存在沿y軸負向的勻強電場時，y軸上A點的場強等于零，已知勻強電場的電場強度大小為E，兩點電荷到A的距離分別為r1、r2，則在y軸上與A點對稱的B點的電場強度大小為 ()A．E B.eq\f(1,2)EC．2E D．4E【變式訓(xùn)練2】．(2020·安陽聯(lián)考)直角坐標(biāo)系xOy中，M、N兩點位于x軸上，G、H兩點坐標(biāo)如圖13所示．M、N兩點各固定一負點電荷，一電荷量為Q的正點電荷置于O點時，G點處的電場強度恰好為零．靜電力常量用k表示．若將該正點電荷移到G點，則H點處場強的大小和方向分別為()A.eq\f(3kQ,4a2)，沿y軸正向B.eq\f(3kQ,4a2)，沿y軸負向C.eq\f(5kQ,4a2)，沿y軸正向D.eq\f(5kQ,4a2)，沿y軸負向四．講模型思想“等效法”“對稱法”和“填補法”思想求電場強度模型一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，等效為兩個異種點電荷形成的電場，如圖甲、乙所示．【例1】一無限大接地導(dǎo)體板MN前面放有一點電荷＋Q，它們在周圍產(chǎn)生的電場可看作是在沒有導(dǎo)體板MN存在的情況下，由點電荷＋Q與其像電荷－Q共同激發(fā)產(chǎn)生的．像電荷－Q的位置就是把導(dǎo)體板當(dāng)作平面鏡時，電荷＋Q在此鏡中的像點位置．如圖16所示，已知＋Q所在位置P點到金屬板MN的距離為L，a為OP的中點，abcd是邊長為L的正方形，其中ab邊平行于MN.靜電力常量為k，則()A．a(chǎn)點的電場強度大小為E＝4keq\f(Q,L2)B．a(chǎn)點的電場強度大小大于b點的電場強度大小C．b點的電場強度和c點的電場強度相同D．一正點電荷從a點經(jīng)b、c運動到d點的過程中電勢能的變化量為零【素養(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是物理觀念與科學(xué)思維。模型二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，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點產(chǎn)生的場強，等效為弧BC產(chǎn)生的場強，弧BC產(chǎn)生的場強方向，又等效為弧的中點M在O點產(chǎn)生的場強方向．【例2】(2021·江蘇南京市模擬)如圖所示，在點電荷－q的電場中，放著一塊帶有一定電荷量、電荷均勻分布的絕緣矩形薄板，MN為其對稱軸，O點為幾何中心．點電荷－q與a、O、b之間的距離分別為d、2d、3d，靜電力常量為k，已知圖中a點的電場強度為零，則帶電薄板在圖中b點產(chǎn)生的電場強度的大小和方向分別為()A.eq\f(kq,d2)，水平向右 B.eq\f(kq,d2)，水平向左C.eq\f(kq,d2)＋eq\f(kq,9d2)，水平向右 D.eq\f(kq,9d2)，水平向右【素養(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維及物理觀念?！咀兪接?xùn)練】(多選)(2020·全國卷Ⅱ，20)如圖，豎直面內(nèi)一絕緣細圓環(huán)的上、下半圓分別均勻分布著等量異種電荷。a、b為圓環(huán)水平直徑上的兩個點，c、d為豎直直徑上的兩個點，它們與圓心的距離均相等。則()A.a、b兩點的場強相等 B.a、b兩點的電勢相等C.c、d兩點的場強相等 D.c、d兩點的電勢相等模型三填補法將有缺口的帶電圓環(huán)或圓板補全為完整的圓環(huán)或圓板，或?qū)肭蛎嫜a全為球面，從而化難為易、事半功倍．【例3】(多選)(2021·云南大姚縣一中一模)已知均勻帶電球殼內(nèi)部電場強度處處為零，電勢處處相等。如圖所示，正電荷均勻分布在半球面上，Ox為通過半球頂點與球心O的軸線，A、B為軸上的點，且AO＝OB，則下列判斷正確的是()A.A、B兩點的電勢相等B.A、B兩點的電場強度相同C.點電荷從A點移動到B點，電