2019-2020学年新教材高中物理 第九章 静电场及其应用 习题课1 电场力的性质课件 新人教版必

习题课1电场力的性质库仑力与力学综合问题[知识贯通]库仑定律与平衡问题联系比较密切，对于这部分内容，需要注意：(1)明确库仑定律的适用条件；(2)知道完全相同的带电小球接触时电荷量的分配规律；(3)进行受力分析，灵活应用平衡条件。1．库仑力作用下的平衡问题(1)分析带电体在有库仑力作用下的平衡问题时，与力学问题一样，具体方法是：确定研究对象，受力分析，列出平衡方程，联立求解。(2)共线的三个点电荷平衡的规律：①“两同夹异”，若三者均带同种电荷，无论怎么放，外侧点电荷都不能平衡。异种电荷必放中间，若异种电荷B放外侧，它本身不可能平衡。②“两大夹小”，即放在中间的异种电荷B电荷量最小。若QBQC，则FBAFCA，A不能平衡。若QBQA，则FBCFAC，C不能平衡。③自由点电荷位置必为“靠小”，即中间电荷靠近电荷量较小的电荷。2．库仑力作用下的非平衡问题与力学问题的处理方法相同，明确研究对象，分析运动过程，再分析包括库仑力在内的所有力，依据牛顿运动定律或者动能定理列方程，并灵活选用整体法和隔离法分析问题。[集训联通][典例1]在一条直线上有两个相距0.2m的点电荷A、B，A带电荷量为＋Q，B带电荷量为－16Q。现引入第三个点电荷C，恰好使三个点电荷处于平衡状态，问：C的电性如何？应放在何处？所带电荷量为多少？[解析]据“两大夹小”“两同夹异”可判断C带负电，且放置在B、A连线的延长线上靠近A处，如图所示。设C与A间距离为x，C所带电荷量为qC。由题意知，A、B、C均处于平衡状态，对C有kqAqCx2＝kqBqC＋x2，解得x＝115m。对A有kqAqCx2＝kqAqB2，解得qC＝169Q。[答案]C带负电放置在B、A连线的延长线上靠近A处，与A间距离为115m169Q[规律方法]A、B、C三个电荷要平衡，三个电荷必须在一条直线上；外侧两电荷间作用力大小等于中间电荷与外侧电荷间作用力，所以外侧电荷的电荷量大于中间电荷的电荷量；外侧电荷受到另外两电荷对其作用力的方向相反，则中间电荷与外侧两电荷电性相反，即三个电荷均平衡时满足“两大夹小”“两同夹异”。[即时训练]1．如图所示，完全相同的金属小球A和B带有等量异种电荷，中间连有一轻质绝缘弹簧，放在光滑的水平面上，平衡时弹簧的压缩量为x0。现将不带电且与A、B完全相同的另一个小球C与A接触一下，然后拿走C，待A、B重新平衡后弹簧的压缩量为x，则()A．x＝x02B．xx02C．xx02D．x＝x0解析：平衡时，小球间的库仑力等于弹簧弹力。设弹簧的劲度系数为k0，第一次平衡时有k0x0＝kq2r2，小球C与A接触后，A球电荷量变为原来的一半，再次平衡时有k0x＝kq22r′2。若r′＝r，则x＝12x0，弹簧压缩量刚好为原来的一半。但实际上弹簧的长度应变长，r′r，所以弹簧压缩量小于原来的一半，故x12x0，故C正确，A、B、D错误。答案：C2．如图所示，A和B均可视为点电荷，A固定在绝缘支架上，B通过绝缘轻质细线连接在天花板上，由于二者之间库仑力的作用细线与水平方向成30°角。A、B均带正电，电荷量分别为Q、q，A、B处于同一高度，二者之间的距离为L。已知静电力常量为k，重力加速度为g，则B的质量为()A.kQqgL2B.2kQqgL2C.3kQqgL2D.3kQq3gL2解析：因为B球处于静止状态，B球受到重力、绳子的拉力以及A对B的库仑力，根据平衡条件得：tan30°＝mBgkQqL2，解得mB＝3kQq3gL2，故D正确，A、B、C错误。答案：D3．如图所示，足够大的光滑绝缘水平面上有两个带正电的小球，A球的电荷量是B球的两倍，A对B的库仑力大小为F1，B对A的库仑力大小为F2。两小球从图示位置由静止释放后远离，则()A．F1、F2保持不变，且F1＝F2B．F1、F2保持不变，且F1＝2F2C．F1、F2逐渐减小，且F1＝F2D．F1、F2逐渐减小，且F2＝2F1解析：F1、F2为两球间的库仑力，两球带同种电荷，由静止释放后远离，即r增大，由F＝kqAqBr2可知，F1、F2逐渐减小，且F1、F2为两球间的相互作用力，大小相等、方向相反，所以F1＝F2，故C正确。答案：C对电场强度和电场线的理解[知识贯通]1．电场强度的计算公式有三个：E＝Fq、E＝kQr2、E＝Ud，应用时要根据具体情况选用。2．电场线是形象描述电场的强弱和方向的曲线，由电场的性质决定，与放入电场中的带电粒子无关，一旦电场确定，电场线的疏密和各点的方向就确定了。3．带电粒子的运动轨迹由带电粒子的初速度和所受的静电力决定，静电力只能决定带电粒子的加速度的大小和方向，带电粒子的加速度方向沿着电场线的切线方向，只有在电场线是直线且带电粒子的初速度为零或初速度方向平行于电场线的情况下，带电粒子的运动轨迹才与电场线重合；否则，一定不重合。[集训联通][典例2][多选]如图所示，图中实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线，虚线是某带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹，a、b是轨迹上的两点，若带电粒子在运动过程中只受电场力作用，根据此图可做出的正确判断是()A．带电粒子所带电荷的电性B．带电粒子在a、b两点的受力方向C．带电粒子在a、b两点的加速度大小关系D．带电粒子在a、b两点的速度大小关系[解析]根据轨迹弯曲方向只能判断出粒子所受电场力方向，即指向轨迹凹侧，由于不知道电场线方向，故无法判断带电粒子的电性。由电场线疏密程度知a点场强大，则粒子在a点所受电场力大，在a点的加速度大于在b点的加速度，粒子由a到b电场力做负功，粒子的速度减小。故B、C、D正确。[答案]BCD[即时训练]1．图甲中AB是一点电荷电场中的电场线，图乙是放在电场线上C、D处的试探电荷的电荷量与所受电场力间的关系图线，下列说法正确的是()A．场源电荷一定带正电，位于C、D之间B．场源电荷可能带正电，位于B侧C．场源电荷可能带负电，位于A侧D．场源电荷一定带负电，位于C、D之间解析：由电场强度的定义式E＝Fq知F­q图像的斜率表示电场强度大小，图线D的斜率小于C的斜率，说明D处场强小于C处场强，电场是由点电荷产生的，说明D点距离场源较远，即场源位置在A侧。由于试探电荷的电性未知，电场线的方向不能确定，故场源电荷可能是正电荷，也可能是负电荷。故C正确，A、B、D错误。答案：C2．如图所示，AB是某个点电荷的一根电场线，在电场线上O点由静止释放一个负电荷，它仅在静电力作用下沿电场线向B点运动，下列判断正确的是()A．电场线由B点指向A点，电荷做加速运动，加速度越来越小B．电场线由B点指向A点，电荷做加速运动，其加速度大小变化由题设条件不能确定C．电场线由A点指向B点，电荷做匀加速运动D．电场线由B点指向A点，电荷做加速运动，加速度越来越大解析：仅由一条电场线是不能确定电场线的疏密情况的，所以无法判定静电力大小变化及加速度大小变化情况，选项A、C、D错误；负电荷从O点由静止向B点运动，说明其所受静电力由A点指向B点，电场强度(电场线)由B点指向A点，选项B正确。答案：B3．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处的电场强度大小为E1，在P2处的电场强度大小为E2。则下列说法正确的是()A．两处的电场方向相同，E1E2B．两处的电场方向相反，E1E2C．两处的电场方向相同，E1E2D．两处的电场方向相反，E1E2解析：可将ab棒从左到右等分为四等分，如图所示，电荷在P1处产生的电场强度E1可看成是3、4两段产生的，因为1、2两部分关于P1对称，故抵消了。而电荷在P2处产生的电场强度E2是四个部分产生的同向电场叠加，其中3、4两段产生的电场强度与E1等大，另外1、2两段产生的还要补充相加，故E1E2，而E1、E2的方向显然是相反的，故D对。答案：D