2014版高中物理-第1章静电场章末归纳提升课件-新人教版选修3-1

静电场静电场静电场静电力与平衡知识的综合1.同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．库仑力实质也是电场力，与重力、弹力一样，它也是一种基本力，注意力学规律的应用及受力分析．2．明确带电粒子在电场中的平衡问题，实际上属于力学平衡问题，其中仅多了一个电场力而已．3．求解这类问题时，需应用有关力的平衡知识，在正确的受力分析基础上，运用平行四边形定则、三角形定则或建立平面直角坐标系，应用共点力作用下物体的平衡条件去解决．(多选)如图1－1所示，在一电场强度沿纸面方向的匀强电场中，用一绝缘丝线系一带电小球，小球的质量为m、电荷量为q，为了保证当丝线与竖直方向的夹角为θ＝60°时，小球处于平衡状态，则匀强电场的电场强度大小可能为()图1－1A.mgtan60°qB.mgcos60°qC.mgsin60°qD.mgq【解析】取小球为研究对象，它受到重力mg、丝线的拉力F和电场力Eq的作用．因小球处于平衡状态，则它受到的合外力等于零．由平衡条件知，F和Eq的合力与mg是一对平衡力．根据力的平行四边形定则可知．当电场力Eq的方向与丝线的拉力方向垂直时，电场力为最小，如图所示，则Eq＝mgsinθ得E＝mgsinθq＝3mg2q所以，该匀强电场的场强大小可能值为E≥3mg2q.【答案】ACD1．(2013·课标Ⅱ)如图1－2，在光滑绝缘水平面上，三个带电小球a、b和c分别位于边长为l的正三角形的三个顶点上：a、b带正电，电荷量均为q，c带负电．整个系统置于方向水平的匀强电场中．已知静电力常量为k.若三个小球均处于静止状态，则匀强电场场强的大小为()图1－2A.3kq3l2B.3kql2C.3kql2D.23kql2【解析】各小球都在力的作用下处于静止状态，分别对各小球受力分析，列平衡方程可求解．以c球为研究对象，除受另外a、b两个小球的库仑力外还受匀强电场的静电力，如图所示，c球处于平衡状态，据共点力平衡条件可知F静＝2kqqcl2cos30°，F静＝Eqc，解得E＝3kql2，选项B正确．【答案】B电场力做功的求解思路电场力做功与重力做功特点相似，都是与物体的运动路径无关，只与物体的初末位置有关．电场力做功的求解方法归纳起来大致有以下几种：1．根据电场力做的功与电势能的关系：电场力做的功等于电势能的减少量，WAB＝EpA－EpB.2．应用公式WAB＝qUAB计算符号规定：所移动的电荷若为正电荷，q取正值；若为负电荷，q取负值；若移动过程的始点电势φA高于终点电势φB，UAB取正值；若始点电势φA低于终点电势φB，UAB取负值．3．应用功的定义式求解匀强电场中电场力做的功：W＝qEscosθ.注意：此法只适用于匀强电场中求电场力的功．4．由动能定理求解电场力的功：W电＋W其他＝ΔEk.即若已知动能的改变和其他力做功情况，就可由上述式子求出电场力做的功．(2012·上海高考)如图1－3，在竖直向下，场强为E的匀强电场中，长为l的绝缘轻杆可绕固定轴O在竖直面内无摩擦转动，两个小球A、B固定于杆的两端，A、B的质量分别为m1和m2(m1＜m2)，A带负电，电荷量为q1，B带正电，电荷量为q2.杆从静止开始由水平位置转到竖直位置，在此过程中电场力做功为________，在竖直位置处两球的总动能为________．图1－3【解析】电场力对A、B都做正功，W1＝q1El2，W2＝q2El2，电场力所做总功为W1＋W2＝12(q1＋q2)El，重力所做总功为m2gl2－m1gl2，根据动能定理，竖直位置处两球的总动能为12(q1＋q2)El＋12(m2－m1)gl.【答案】12(q1＋q2)El12[(q1＋q2)E＋(m2－m1)g]l2．空间存在竖直向上的匀强电场，质量为m的带正电的微粒水平射入电场中，微粒的运动轨迹如图1－4所示，在相等的时间间隔内()图1－4A．重力做的功相等B．电场力做的功相等C．电场力做的功大于重力做的功D．电场力做的功小于重力做的功【解析】由题意可知，微粒在竖直方向上做匀变速运动，在相等时间间隔内，位移不等，A、B错；由轨迹可知，微粒所受合外力向上，电场力大于重力．在同一时间间隔内电场力做的功大于重力做的功，C对，D错．【答案】C1．(2013·江苏高考)下列选项中的各14圆环大小相同，所带电荷量已在图中标出，且电荷均匀分布，各14圆环间彼此绝缘．坐标原点O处电场强度最大的是()【解析】设带电荷量为q的14圆环在O点处产生的场强大小为E0，根据对称性可得四种情况下，O点处的场强大小分别为EA＝E0、EB＝2E0、EC＝E0、ED＝0，选项B正确．【答案】B2．(2013·安徽高考)如图1－5所示，xOy平面是无穷大导体的表面，该导体充满z0的空间，z0的空间为真空．将电荷量为q的点电荷置于z轴上z＝h处，则在xOy平面上会产生感应电荷．空间任意一点处的电场皆是由点电荷q和导体表面上的感应电荷共同激发的．已知静电平衡时导体内部电场强度处处为零，则在z轴上z＝h2处的电场强度大小为(k为静电力常量)()图1－5A．k4qh2B．k4q9h2C．k32q9h2D．k40q9h2【解析】本题需抓住题中的隐含条件：静电平衡时导体内部电场强度处处为零，然后利用电场的叠加原理求解．在z轴上z＝－h2处的B点，电场是由点电荷q和导体表面上的感应电荷共同激发的．由于该处电场强度为零，设导体表面在该点产生的电场强度为E，则有kq32h2＝E.根据对称性知，导体表面感应电荷在z＝h2处的A点的电场强度大小也为E，但方向与B点相反．则z＝h2处A点的合电场强度E合＝kqh22＋E＝k40q9h2.故选项D正确．【答案】D3．(2013·山东理综)如图1－6所示，在x轴上相距为L的两点固定两个等量异种点电荷＋Q、－Q，虚线是以＋Q所在点为圆心、L2为半径的圆，a、b、c、d是圆上的四个点，其中a、c两点在x轴上，b、d两点关于x轴对称．下列判断正确的是()图1－6A．b、d两点处的电势相同B．四个点中c点处的电势最低C．b、d两点处的电场强度相同D．将一试探电荷＋q沿圆周由a点移至c点，＋q的电势能减小【解析】根据等量异种点电荷电场线及等势线的分布可知b、d两点电势相同，电场强度大小相等、方向不同，选项A对，C错．c点电势为0，由a经b到c，电势越来越低，正电荷由a经b到c电势能越来越小，选项B、D对．【答案】ABD4．(2013·课标全国Ⅰ)如图1－7所示，一半径为R的圆盘上均匀分布着电荷量为Q的电荷，在垂直于圆盘且过圆心c的轴线上有a、b、d三个点，a和b、b和c、c和d间的距离均为R，在a点处有一电荷量为q(q0)的固定点电荷．已知b点处的场强为零，则d点处场强的大小为(k为静电力常量)()A．k3qR2B．k10q9R2C．kQ＋qR2D．k9Q＋q9R2图1－7【解析】本题应从点电荷产生的电场和电场的叠加角度解决问题．已知a处点电荷和带电圆盘均在b处产生电场，且b处场强为零，所以带电圆盘在b处产生的电场场强E1与q在b处产生的电场场强Eab等大反向，即E1＝Eab＝kqR2，带电圆盘在d处产生的电场场强E2＝E1且方向与E1相反，q在d处产生的电场场强Ead＝kq3R2，则d处场强Ed＝E2＋Ead＝kqR2＋kq9R2＝k10q9R2，选项B正确．【答案】B5．(2013·课标全国Ⅱ)如图1－8所示，匀强电场中有一半径为r的光滑绝缘圆轨道，轨道平面与电场方向平行．a、b为轨道直径的两端，该直径与电场方向平行．一电荷量为q(q0)的质点沿轨道内侧运动，经过a点和b点时对轨道压力的大小分别为Na和Nb.不计重力，求电场强度的大小E、质点经过a点和b点时的动能．图1－8【解析】小球在光滑轨道上做圆周运动，在a、b两点时，静电力和轨道的作用力的合力提供向心力，由b到a只有电场力做功，利用动能定理，可求解E及a、b两点的动能．质点所受电场力的大小为F＝qE①设质点质量为m，经过a点和b点时的速度大小分别为va和vb，由牛顿第二定律有F＋Na＝mv2ar②Nb－F＝mv2br③设质点经过a点和b点时的动能分别为Eka和Ekb，有Eka＝12mv2a④Ekb＝12mv2b⑤根据动能定理有Ekb－Eka＝2rF⑥联立①②③④⑤⑥式得E＝16q(Nb－Na)⑦Eka＝r12(Nb＋5Na)⑧Ekb＝r12(5Nb＋Na)⑨【答案】16q(Nb－Na)r12(Nb＋5Na)r12(5Nb＋Na)