2020高考物理 第七章 第1讲 电场的力的性质课件 鲁科版选修3-1

[高考导航]考点内容要求高考(全国卷)三年命题情况对照分析201620172018命题分析物质的电结构、电荷守恒Ⅰ卷Ⅰ·T14：电容器、匀强电场的特点T20：电场力作用下的曲线运动卷Ⅱ·T15：带电粒子在电场中运动轨迹的分析卷Ⅲ·T15：等势面的理解及电场力做功的计算卷Ⅰ·T20：φ－r图象、电场强度及电场力做功T25：带电粒子在电场中的运动、牛顿第二定律卷Ⅱ·T25：带电粒子在电场中的运动、动能定理卷Ⅲ·T21：电场线与等势面的关系、电场强度与电势差的关系卷Ⅰ·T16：电场强度的叠加、库仑定律T21：等势面、电场力做功以及电势能卷Ⅱ·T21：电场强度方向和大小、电场力做功、电势差卷Ⅲ·T21：带电粒子在匀强电场中的运动1.从题型上看，既有选择题，也有计算题。2.从内容上看，对电场线、等势面、电场力的性质、电场能的性质及电容器等知识主要以选择题形式考查，对带电粒子或带电体在电场中的运动选择题、计算题均有考查，且有一定的综合性。静电现象的解释Ⅰ点电荷Ⅰ库仑定律Ⅱ静电场Ⅰ电场强度、点电荷的场强Ⅱ电场线Ⅰ电势能、电势Ⅰ电势差Ⅱ匀强电场中电势差与电场强度的关系Ⅱ带电粒子在匀强电场中的运动Ⅱ示波管Ⅰ常见电容器Ⅰ电容器的电压、电荷量和电容的关系Ⅰ第1讲电场的力的性质知识排查点电荷、电荷守恒定律1.点电荷把本身的大小比相互之间的距离小得多的带电体叫做点电荷。转移2.电荷守恒定律(1)内容：电荷既不能创造，也不能消灭，只能从物体的一部分_____到另一部分，或者从一个物体_____到另一个物体。在任何转移的过程中，电荷的总量_____。(2)起电方式：________、________、感应起电。(3)带电实质：物体带电的实质是_________。转移不变摩擦起电接触起电得失电子库仑定律1.内容：______中两个点电荷之间的相互作用力F的大小，跟它们的电荷量Q1、Q2的______成正比，跟它们距离r的_______成反比；作用力的方向沿着它们的连线。同种电荷相斥，异种电荷相吸。2.表达式：F＝_______，式中k＝_________N·m2/C2，叫静电力常量。3.适用条件：(1)______中；(2)________。真空乘积二次方9.0×109真空点电荷kQ1Q2r2电场强度、点电荷的场强1.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______。2.定义式：E＝____，单位：N/C或V/m。3.点电荷的电场强度：真空中点电荷形成的电场中某点的电场强度E＝______。4.方向：规定_______在电场中某点所受_______的方向为该点的电场强度方向。5.电场强度的叠加：电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的______和，遵从____________定则。比值正电荷电场力矢量平行四边形FqkQr2电场线1.定义：为了形象地描述电场中各点电场强度的______及______，在电场中画出一些有方向的曲线，曲线上每一点的__________都跟该点的电场强度方向一致，曲线的_____表示电场的强弱。强弱方向切线方向疏密2.电场线的特点正电荷相交场强场强方向降低垂直小题速练1.思考判断(1)点电荷和电场线都是客观存在的。()(3)电场中某点的电场强度方向即为正电荷在该点所受的电场力的方向()(4)英国物理学家法拉第最早引入了电场概念，并提出用电场线表示电场。()(5)美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷e的电荷量，获得诺贝尔奖。()答案(1)×(2)×(3)√(4)√(5)√(2)根据F＝kQ1Q2r2，当r→0时，F→∞。()2.电场中有一点P，下列说法正确的是()A.若放在P点的电荷的电荷量减半，则P点的场强减半B.若P点没有检验电荷，则P点场强为零C.P点场强越大，则同一电荷在P点所受静电力越大D.P点的场强方向为试探电荷在该点的受力方向解析公式E＝Fq是电场强度的定义式，E与F、q无关，A、B项错误；由F＝qE知，C项正确；场强方向与正电荷受力方向相同，与负电荷受力方向相反，D项错误。答案C答案C3.两个分别带有电荷量－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，它们之间的库仑力大小为F。两小球相互接触后分开并将其间距变为r2，则现在两小球间库仑力的大小为()A.112FB.34FC.43FD.12F解析接触前两小球之间的库仑力大小为F＝kQ·3Qr2，接触后再分开，两小球所带的电荷先中和后均分，所以两小球分开后各自带电荷量为＋Q，两小球的距离变为r2，两小球间的库仑力大小变为F′＝kQ·Q（r2）2＝43F，选项C正确。4.如图1所示，实线为等量异种点电荷周围的电场线，虚线为以一点电荷为中心的圆，M点是两点电荷连线的中点，若将一正试探点电荷从虚线上N点移动到M点，则电荷所受电场力()A.大小不变B.方向不变C.逐渐减小D.逐渐增大解析由电场线的分布情况可知，N点电场线比M点电场线疏，则N点电场强度比M点电场强度小，由电场力公式F＝qE可知正点电荷从虚线上N点移动到M点的过程中，电场力逐渐增大；电场力方向与所在点的电场线的切线方向一致，一直在变化，故选项D正确。答案D图1库仑定律及库仑力作用下的平衡问题1.对库仑定律的理解(2)当两个电荷间的距离r→0时，电荷不能视为点电荷，它们之间的静电力不能认为趋于无限大。(1)F＝kQ1Q2r2，r指两点电荷间的距离。对可视为点电荷的两个均匀带电球，r为两球的球心间距。2.库仑力具有力的共性(1)两个点电荷之间相互作用的库仑力遵守牛顿第三定律。(2)库仑力可使带电体产生加速度。(3)库仑力可以和其他力平衡。(4)某个点电荷同时受几个点电荷的作用时，要用平行四边形定则求合力。【例1】(2019·浙江名校联合体联考)如图2所示，质量为m、电荷量为Q的带电小球A用绝缘细线悬挂于O点，另一个带电荷量也为Q的小球B固定于O点的正下方绝缘支架上。已知绳长OA为2l，O到B点的距离为l，平衡时A、B带电小球处于同一高度，重力加速度为g，静电力常量为k。则()图2A.A、B间库仑力大小为kQ2l2B.A、B间库仑力大小为2mgC.细线拉力大小为3mgD.细线拉力大小为23kQ29l2答案D解析根据题述和图中几何关系可知，A、B间的距离为r＝3l，根据库仑定律，可得库仑力大小为F＝kQ2r2＝kQ23l2，选项A错误；对小球A受力分析，如图所示，受到竖直向下的重力mg，水平向右的库仑力F和细线的拉力T，由mg∶F＝1∶3，可得A、B间库仑力大小为F＝3mg，选项B错误；由mg∶T＝1∶2，可得细线拉力大小为T＝2mg，选项C错误；由T∶F＝2∶3，F＝kQ23l2，可得细线拉力大小为T＝23kQ29l2，选项D正确。1.如图3所示，在一条直线上有两个相距0.4m的点电荷A、B，A带电＋Q，B带电－9Q。现引入第三个点电荷C，恰好使三个点电荷均在电场力的作用下处于平衡状态，则C的带电性质及位置应为()图3A.正，B的右边0.4m处B.正，B的左边0.2m处C.负，A的左边0.2m处D.负，A的右边0.2m处答案C解析要使三个电荷均处于平衡状态，必须满足“两同夹异”“两大夹小”“近小远大”的原则，所以点电荷C应在A左侧，带负电。设C带电荷量为q，A、C间的距离为x，A、B间距离用r表示，由于处于平衡状态，所以kQqx2＝9kQq（r＋x）2，解得x＝0.2m，选项C正确。2.(2018·全国卷Ⅰ，16)如图4，三个固定的带电小球a、b和c，相互间的距离分别为ab＝5cm，bc＝3cm，ca＝4cm。小球c所受库仑力的合力的方向平行于a、b的连线。设小球a、b所带电荷量的比值的绝对值为k，则()图4A.a、b的电荷同号，k＝169B.a、b的电荷异号，k＝169C.a、b的电荷同号，k＝6427D.a、b的电荷异号，k＝6427答案D解析如果a、b带同种电荷，则a、b两小球对c的作用力均为斥力或引力，此时c在垂直于a、b连线的方向上的合力一定不为零，因此a、b不可能带同种电荷，A、C错误；a、b带异种电荷，假设a对c的作用力为斥力，则b对c的作用力一定为引力，受力分析如图所示，由题意知c所受库仑力的合力方向平行于a、b的连线，则Fa、Fb在垂直于a、b连线的方向上的合力为零，由几何关系可知FaFb＝1tanα＝43，又由库仑定律得FaFb＝qaqb·r2bcr2ac，联立解得k＝|qaqb|＝6427，若a对c的作用力为引力，b对c的作用力为斥力，求得结论与上同，所以B错误，D正确。3.(多选)如图5所示，在光滑定滑轮C正下方与C相距h的A处固定一电荷量为Q(Q0)的点电荷，电荷量为q的带正电小球B，用绝缘细线拴着，细线跨过定滑轮，另一端用适当大小的力F拉住，使B处于静止状态，此时B与A点的距离为R，B和C之间的细线与AB垂直。若B所受的重力为G，缓慢拉动细线(始终保持B平衡)直到B接近定滑轮，静电力常量为k，环境可视为真空，则下列说法正确的是()A.F逐渐增大B.F逐渐减小C.B受到的库仑力大小不变D.B受到的库仑力逐渐增大图5答案BC解析对B进行受力分析，如图所示，根据几何关系和三力平衡可得Gh＝kQqR3＝F′L，有F1＝kQqR2，F′＝LGh，且F＝F′，当L逐渐减小时，F逐渐减小，选项A错误，B正确；在B缓慢移动过程中，设B与A点的距离为x，在整个过程中，x都满足Gh＝kQqx3，对比Gh＝kQqR3，得x＝R，即B与点电荷间的距离不变，B受到的库仑力大小不变，选项C正确，D错误。1.求解涉及库仑力的平衡问题的解题思路点电荷平衡问题的分析方法与纯力学平衡问题的分析方法是相同的，只是在原来受力的基础上多分析一个电场力。具体步骤如下：2.三个自由点电荷的平衡条件及规律“三点共线”——三个点电荷分布在同一条直线上；“两同夹异”——正、负电荷相互间隔；“两大夹小”——中间电荷的电荷量最小；“近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷。电场强度的叠加与计算1.电场强度的性质矢量性规定正电荷受力方向为该点场强的方向唯一性电场中某一点的电场强度E是唯一的，它的大小和方向与放入该点的电荷q无关，它决定于形成电场的电荷(场源电荷)及空间位置2.电场强度的三个计算公式图6【例2】如图6所示，A、B、C三点是同一圆周上的三等分点，若在B、C两点放等量的正电荷，则A点的电场强度大小为E。若将C点的电荷改为与B点所放电荷的电荷量大小相同的负电荷，则A点的电场强度大小应为()A.EB.2EC.3ED.33E解析设B、C两点所放电荷的电荷量大小为q，BA＝CA＝r，则由点电荷的场强公式可知，B、C两点电荷在A点的电场强度大小均为E0＝kqr2；当两点电荷均带正电时，A点的电场强度如图甲所示，则由几何关系可得E＝2E0cos30°；如果将C点的电荷改为与B点所放电荷的电荷量大小相同的负电荷，则A点的电场强度如图乙所示，则由几何答案D关系可知E′＝E0，由以上可解得E′＝33E。选项D正确。1.[平衡法]用一条绝缘细线悬挂一个带电小球，小球质量为m＝1.0×10－2kg，所带电荷量为q＝＋2.0×10－8C，现加一水平方向的匀强电场，平衡时绝缘细线与竖直方向的夹角为θ＝30°，重力加速度g＝10m/s2，则匀强电场的电场强度E大小为()图7A.53×106V/mB.533×106V/mC.532×106V/mD.5×106V/m答案B解析小球处于平衡状态，有qEmg＝tan30°，所以E＝mgtan30°q＝1.0×10－2×10×332×10－8V/m＝533×106V/m，B正确。图82.[对称法]如图8所示，在点电荷－q的电场中，放着一块带有一定电荷量、电荷均匀分布的绝缘矩形薄板，MN为其对称轴，O点为几何中心。点电荷－q与a、O、b之间的距离分别为d、2d、3d。已知图中a点的电场强度为零，则带电薄板在图中b点产生的电场强度的大小和方向分别为()A.kqd2，水平向右B.kqd2，水平向左C.kqd2＋kq9d2，水平向右D.