2013高三物理第一轮总复习课件六：静电场

高三物理第一轮总复习（2013届）考纲考点要求1.物质的电结构、电荷守恒Ⅰ2.静电现象的解释Ⅰ3.点电荷Ⅰ4.库仑定律Ⅱ5.静电场Ⅰ6.电场强度、点电荷的场强Ⅱ7.电场线Ⅰ8.电势能、电势Ⅰ9.电势差Ⅱ10.匀强电场中电势差与电场强度的关系Ⅰ11.带电粒子在匀强电场中的运动Ⅱ12.示波管Ⅰ13.常见电容器Ⅰ14.电容器的电压、电荷量和电容的关系Ⅰ考纲解读综合分析近几年高考试题，本章是高考热点，涉及的题较多，综合性稍强，其命题特点如下：1.通常以带电体(带电粒子)在电场中运动为物理情景，结合做曲线运动的条件，电场力做功与电势能的变化关系、动能定理等考查电场的有关概念、电场力的性质和能的性质．命题形式以选择题为主．2.带电粒子在匀强电场中的加速和偏转问题，常与生产、生活、科技实践结合(示波管等)，通过粒子运动的过程综合考查运动的合成与分解、能量的转化与守恒等知识，也是高考中的常考部份．3．以带电粒子在复合场(电场、磁场、重力场)中运动为载体，对考生物理过程和运动规律的分析能力、物理原理、规律运用能力、运用数学知识解决问题的能力、以及空间想象能力等的综合考查．通常以计算题形式出现，并常作为压轴题.1、两种电荷：在自然界中存在两种电荷，即正电荷和负电荷，毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，丝绸摩擦过的玻璃棒带正电．第一课时库仑定律电场强度3、起电方式：使物体带电的三种方式有摩擦起电、接触起电、感应起电，物体带电的本质是电子的转移．2、电荷的相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，任何带电物体都能吸引轻小物体．一、电荷及电荷守恒定律注意：完全相同的带电金属球相接触，同种电荷总电荷量平均分配，异种电荷先中和后再平分．5、电荷守恒定律：电荷既不能创造，也不能消灭，只能从物体的一部分转移到另一部分，或者从一个物体转移到另一个物体，在任何转移的过程中，电荷的总量不变，这个规律叫做电荷守恒定律．4、电荷量⑴概念：电荷的多少叫电荷量．⑵在国际单位制中，电荷量的单位是库仑，符号是C最小的电荷量叫做元电荷，用e表示，e＝1.60×10－19C.绝缘细线上端固定，下端悬挂一轻质小球a，a的表面镀有铝膜，在a的近旁有一绝缘金属球b，开始时a、b都不带电，如图所示，现使b带电，则()A．a、b之间不发生相互作用B．b将吸引a，吸住后不放开C．b立即把a排斥开D．b先吸引a，接触后又把a排斥开D例与练⑴内容：真空中两个点电荷之间的相互作用力的大小，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比，作用力的方向沿着它们的连线．二、库仑定律1、点电荷：是一种理想化模型，只要带电体的大小、形状等因素对它们之间相互作用力的影响可忽略时，带电体可视为点电荷，均匀带电球体可视为位置在球心的点电荷．注意：两带电体的距离远大于带电体的尺寸，带电体就可视为点电荷．2、库仑定律⑵表达式：(其中k＝9.0×109N·m2/C2，叫静电力常量)122QQFkr⑶适用条件：①.真空；②点电荷．⑷注意：对于两个带电金属球间的相互作用力的计算，要考虑金属表面电荷的重新分布，只有均匀带电球体才可视为电荷集中于球心的点电荷．若两球带同种电荷时，实际距离比两球心距离大，如图(a)所示，若两球带异种电荷时，实际距离比两球心距离小，如图(b)所示2、库仑定律关于点电荷，下列说法中正确的是()A．只有体积很小的带电体才能看成是点电荷B．体积较大的带电体一定不能看成是点电荷C．当两个带电体的大小形状对它们之间的相互作用的影响可忽略时，可看成点电荷D．当带电体带电量很少时，可看成点电荷C例与练两个分别带有电荷量-Q和+3Q的相同金属小球(均可视为点电荷)，固定在相距为r的两处，它们间库仑力的大小为F。两小球相互接触后将其固定距离变为r/2，则两球间库仑力的大小为()A.(1/12)FB.(3/4)FC.(4/3)FD.12FC例与练两个相同的金属小球(可视为点电荷)所带电量之比为1∶7，在真空中相距为r，把它们接触后再放回原处，则它们间的静电力可能为原来的()A．4/7B．3/7C．9/7D．16/7CD“真空中两个静止点电荷相距10cm，它们之间的相互作用力大小为9×10-4N。当它们合在一起时，成为一个带电荷量为3×10-8C的点电荷。问原来两电荷的带电荷量各为多少？”某同学求解如下：根据电荷守恒定律：①根据库仑定律：，以q2=b/q1代入①式得q12-aq1+b=0，解得，根号中的数值小于0，经检查，运算无误。试指出求解过程中的问题并给出正确的解答。答案：q1=5×10-8C;q2=2×10-8C；q1、q2异号281615111431091041022qaabC812310qqCa22242152129(1010)9101109.010rqqFCCbk例与练(1)正、负电荷必须相互间隔(两同夹－异)(2)QAQB，QCQB(两大夹－小)(3)若QCQA则QB靠近QA(近小远大)3、三点电荷平衡问题二、库仑定律如图所示，在一条直线上的三点A、B、C，自由放置点电荷QA、QB、QC，每个电荷在库仑力作用下均处于平衡状态的条件是：解决方法是根据三点电荷合力（场强）均为零列方程求解。22112()CBQQkklll2212CAQQkkll（A平衡）（B平衡）如图所示，在光滑绝缘水平面上放置3个电荷量均为q(q0)的相同小球，小球之间用劲度系数均为k0的轻质弹簧绝缘连接。当3个小球处在静止状态时，每根弹簧长度为l。已知静电力常量为k，若不考虑弹簧的静电感应，则每根弹簧的原长为()A.l+5kq2/(2k0l2)B.l-kq2/(k0l2)C.l-5kq2/(4k0l2)D.l-5kq2/(2k0l2)C解析：以左边小球为研究对象，它受另外两个带电小球的库仑斥力和弹簧弹力作用而平衡，有F=k0x=kq2/l2+kq2/(2l)2=5kq2/(4l2),x=5kq2/(4k0l2)，故弹簧原长：l0=l-Δx=l-5kq2/(4k0l2)。例与练如图所示，真空中A、B两个点电荷的电荷量分别为＋Q和＋q，放在光滑绝缘水平面上，A、B之间用绝缘的轻弹簧连接．当系统平衡时，弹簧的伸长量为x0.若弹簧发生的均是弹性形变，则()A．保持Q不变，将q变为2q，平衡时弹簧的伸长量等于2x0B．保持q不变，将Q变为2Q，平衡时弹簧的伸长量小于2x0C．保持Q不变，将q变为－q，平衡时弹簧的缩短量等于x0D．保持q不变，将Q变为－Q，平衡时弹簧的缩短量小于x0例与练B⑴定义：存在于电荷周围，能传递电荷间相互作用的一种特殊物质．⑵定义式：⑴定义：放入电场中某点的电荷受到的电场力F与它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度．2、电场强度三、电场、电场强度1、电场⑵基本性质：对放入其中的电荷有力的作用．注意：电场中某点场强的大小和方向与该点放不放电荷及所放电荷的大小和电性无关，由电场本身决定．⑶单位：牛/库，符号N/C.FEq⑷矢量性：规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点的电场强度的方向．⑹电场的叠加：空间同时存在几个电场时，空间某点的场强等于各电场在该点的场强的矢量和，电场强度的叠加遵循平行四边形定则．⑸真空中点电荷场强的计算式：(其中Q叫做场源电荷)．注意：在中q为试探电荷，E由电场本身决定与q无关，在中Q为场源电荷，Q的大小及电性决定电场的性质，E与Q有关．2QEkr2QEkrFEq定义式决定式关系式公式适用范围任何电场真空中点电荷匀强电场意义电场强度E与电场力F和检验电荷q无关，由电场本身决定。电场强度E由场源点电荷Q以及该点到场源点电荷Q的距离r决定U是电场中两点间的电势差，d这两点间沿电场方向的距离。E由电场本身决定。方向正电荷的受力方向①Q为正电荷，则背离场源点电荷Q②Q为负电荷，则指向场源点电荷Q正极板指向负极板FEq2QEkrUEd3、三种电场强度计算公式的比较一带电量为q的检验电荷在电场中某点受到的电场力大小为F，该点场强大小为E，则下面能正确反映这三者关系的是()BC例与练(2010年海南卷)如图，M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三点，O点为半圆弧的圆心，∠MOP＝60°.电荷量相等、符号相反的两个点电荷分别置于M、N两点，这时O点电场强度的大小为E1；若将N点处的点电荷移至P点，则O点的场强大小变为E2，E1与E2之比为()A．1∶2B．2∶1C．2∶3D．4∶3B例与练如图所示，A、B、C为一直角三角形的三个顶点，其中∠B=300，现在A、B两点放置两点电荷qA、qB，测得C点场强方向与AB平行，则qA带电，两点电荷的电量大小之比qA：qB=。负1：8例与练ab是长为l的均匀带电细杆，P1、P2是位于ab所在直线上的两点，位置如图所示。ab上电荷产生的静电场在P1处的场强大小为E1，在P2处的场强大小为E2。则以下说法正确的是()A.两处的电场方向相同，E1＞E2B.两处的电场方向相反，E1＞E2C.两处的电场方向相同，E1＜E2D.两处的电场方向相反，E1＜E2D例与练如图所示，均匀带电圆环所带电荷量为Q，半径为R，圆心为O，P为垂直于圆环平面中心轴上的一点，OP=L，试求P点的场强大小。解析：将圆环分成n小段后，每一小段所带电荷量为q=Q/n，由点电荷场强公式可求得每一小段在P处的场强为由对称性可知，各小段带电圆环在P处垂直于中心轴方向的分量Ey相互抵消，沿中心轴方向分量Ex之和即为带电圆环在P处的场强EP。222kQkQEnrnRL32222222cosPxnkQLkQLEnEnEnRLRLRL例与练⑴电场线是人们为了形象的描绘电场而想象出的一些线，客观并不存在．四、电场线1、定义：画在电场中有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度的方向．2、电场线的特征⑷从正电荷出发到负电荷终止，或从正电荷出发到无穷远处终止，或者从无穷远处出发到负电荷终止．⑸没有画出电场线的地方不一定没有电场．⑶疏密表示该处电场的强弱，即表示该处场强的大小．⑵切线方向表示该点场强的方向，也是正电荷的受力方向．⑹匀强电场的电场线平行且距离相等．⑺顺着电场线方向，电势越来越低．⑼电场线永不相交也不闭合．⑽电场线不是电荷运动的轨迹．⑻电场线的方向是电势降落陡度最大的方向，电场线跟等势面垂直．2、电场线的特征点电荷的电场线分布：正电荷的电场线从正电荷出发延伸到无限远，负电荷的电场线从无穷远处发出，终止于负电荷3、几种常见电场的电场线分布两个等量点电荷的电场线分布：电场线从正电荷(或者从无限远)出发到负电荷终止(或者延伸到无限远)点电荷与带电平板的电场线分布平行板电容器间的电场线分布比较等量异种点电荷等量同种(正)点电荷电场线分布图如图(1)如图(2)连线中点O处的场强最小，指向负电荷为零连线上的场强大小沿连线先变小再变大沿连线先变小再变大由O点沿中垂线向外场强的大小O点最大，向外逐渐减小O点最小，向外先变大后变小关于O点的对称点A与A′、B与B′的场强特点等大同向等大反向4、等量异种电荷和等量同种电荷电场强度分布规律(1)(2)法拉第首先提出用电场线形象生动地描绘电场。图为点电荷a、b所形成电场线分布图，以下几种说法正确的是()A.a、b为异种电荷，a带的电荷量大于b带的电荷量B.a、b为异种电荷，a带的电荷量小于b带的电荷量C.a、b为同种电荷，a带的电荷量大于b带的电荷量D.a、b为同种电荷，a带的电荷量小于b带的电荷量B例与练两带电量分别为q和－q的点电荷放在x轴上，相距为L，能正确反映两电荷连线上场强大小E与x关系的是()A例与练由右图分析第二课时电势电势差电势能⑵电场力做功与电势能变化的关系：电场力做的功等于电势能的减少量，即WAB＝EpA－EpB.一、电场力做功的特点与电势能1、电场力做功的特点⑴在电场中移动电荷时，电场力做功与路径无关，只与始末位置有关，可见电场力做功与重力做功相似．⑵在匀强电场中，电场力做的功W＝qEd，其中d为沿电场线方向的位移．2