09高二物理重難點(diǎn)知識匯總庫侖定律與電場強(qiáng)度

1、高二物理重難點(diǎn)知識匯總第九講 庫侖定律與電場強(qiáng)度一學(xué)習(xí)目標(biāo)1 、理解庫侖定律的內(nèi)容，能夠靈活運(yùn)用庫侖定律解決相關(guān)問題。2、掌握電場強(qiáng)度的求解方法及場強(qiáng)的疊加問題的分析方法和思路。3、掌握電場力作用下的平衡問題的分析思路。二考點(diǎn)分析本節(jié)內(nèi)容是高考的熱點(diǎn)，在近幾年的高考中，庫侖定律及電場強(qiáng)度的考查主要是通過選擇題的形式出現(xiàn)，同時(shí)在高考中也可以把這些基本的概念與牛頓定律、動(dòng)能定理等力學(xué)問題有機(jī)的結(jié)合起來，組成難度較大的綜合題。如 2008 年山東卷第21 題、 2008 年廣東文科基礎(chǔ)卷第 57 題、 2007 年上海卷第 13 題、寧夏卷第18 題、重慶卷第 16 題、 2006 年上海卷第8 題

2、，均是以選擇題形式出現(xiàn)的。三重難點(diǎn)講解1. 電荷、電荷守恒定律 （ 1）兩種電荷自然界中只有兩種電荷，即正電荷和負(fù)電荷。正電荷：用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷。負(fù)電荷：用毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷。同種電荷相互排斥、異種電荷相互吸引。注意：摩擦起電并不是創(chuàng)造了電荷，而是電荷在物體間的轉(zhuǎn)移，在摩擦過程中，失去電子的物體帶正電（如玻璃棒） ，得到電子的物體帶負(fù)電（如橡膠棒） 。 （ 2）電荷守恒定律電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分， 在轉(zhuǎn)移的過程中， 電荷的總量不變， 電荷守恒定律是自然科學(xué)中重要的守恒定律之一，運(yùn)用電荷守恒定律分析問題

3、時(shí)，要注意：不受外界影響時(shí)，兩外形完全相同的導(dǎo)體，接觸后所帶電荷量相等，外形不同的帶電體相接觸后，一般所帶電荷量不相等。兩帶異種電荷的導(dǎo)體相接觸， 則先發(fā)生正負(fù)電荷的中和， 若有剩余的電荷， 則進(jìn)行重新分配。2. 物體帶電的實(shí)質(zhì)及方式（ 1）物體帶電的實(shí)質(zhì)物體是由原子組成的，而原子又是由原子核和核外電子構(gòu)成的，我們知道，電子帶負(fù)電、原子核帶正電。由原子組成的物體，若帶有等量的正、負(fù)電荷，則對外表現(xiàn)為不帶電的狀態(tài)，我們稱物體呈電中性。呈電中性的物體失去電子則帶正電，得到電子則帶負(fù)電，物體帶電的實(shí)質(zhì)就是電子的得失。（ 2）物體帶電的三種方式：即摩擦起電、感應(yīng)起電和接觸帶電。3. 點(diǎn)電荷及元電荷(1

4、)點(diǎn)電荷：點(diǎn)電荷跟前面學(xué)過的質(zhì)點(diǎn)、理想氣體一樣，是理想化的物理模型，實(shí)際并不存在。但實(shí)際的帶 電體滿足一定條件即可看做點(diǎn)電荷。條件：帶電體間的距離遠(yuǎn)大于帶電體的尺寸。注意：點(diǎn)電荷具有相對意義，帶電體的尺寸不一定很小，視具體問題而定。(2)元電荷(基本電荷)：電子和質(zhì)子帶有等量的異種電荷，電荷量e 1.60 1019c，實(shí)驗(yàn)指出，所有帶電體的電荷量或者等于電荷量e,或者是電荷量e的整數(shù)倍，因此，電荷量e稱為元電荷。電荷量e的數(shù)值最早由美國科學(xué)家密立根用實(shí)驗(yàn)測得的，現(xiàn)在測得的元電荷的精確值為：e 1.60217733 10 19C,通?？扇∽鳎篲19 一e 1.60 10 C o4. 庫侖定律對此

5、應(yīng)注意:庫侖定律是指：真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷間相互作用的力，跟它們的電荷量的乘積成正比，跟它們的 距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上，即(1)庫侖定律適用于真空中兩點(diǎn)電荷間的相互作用，對于不能看成點(diǎn)電荷的帶電體不能直接應(yīng)用庫侖定律求解，但我們可以用一組點(diǎn)電荷來替代實(shí)際的帶電體，從而完成問題的求 解。當(dāng)兩點(diǎn)電荷均靜止或只發(fā)生一個(gè)電荷的運(yùn)動(dòng)時(shí)，庫侖定律適用：當(dāng)兩點(diǎn)電荷均運(yùn)動(dòng)時(shí)，庫侖定 律不適用。(2)公式中的k為靜電力常量，其值由公式中各量的單位決定，在國際單位制中，一一 一 92 一 2k 9.0 109N m2/C2。(3)庫侖力是矢量，在利用庫侖定律進(jìn)行計(jì)算時(shí)，常先用電荷量的絕對值代入

6、公式進(jìn)行計(jì)算, 求得庫侖力的大??；然后根據(jù)同種電荷相斥，異種電荷相吸來確定庫侖力的方向。(4)當(dāng)多個(gè)帶電體同時(shí)存在時(shí)，每一帶電體間的庫侖力仍遵守庫侖定律，某一帶電體同時(shí)受 到多個(gè)庫侖力作用時(shí)，可利用力的平行四邊形定則來求出其合力。(5)庫侖定律表明，庫侖力與距離的平方成反比，這與萬有引力十分相似，顯然目前尚不清 楚兩者是否存在內(nèi)在聯(lián)系，但利用這一相似性，借助于類比方法，人們完成了許多問題的求解?！绢}型1】庫侖定律的理解與運(yùn)用問題例1. a、b兩個(gè)點(diǎn)電荷，相距 40cm,電荷量分別為q1和q2,且q1 9q2 ,都是正電荷；現(xiàn)引入點(diǎn) 電荷c,這時(shí)a、b、c三個(gè)電荷都恰好處于平衡狀態(tài)，試問： 點(diǎn)電

7、荷c的性質(zhì)是什么？電荷量多大？ 它放在什么地方？解析：點(diǎn)電荷c應(yīng)為負(fù)電荷，否則三個(gè)正電荷相互排斥，永遠(yuǎn)不可能平衡。由于每一個(gè)電荷都受另外兩個(gè)電荷的作用，三個(gè)點(diǎn)電荷只有處在同一條直線上，且c在a、b之間才有可能都平衡。設(shè)c與a相距x,則c、b相距(0.4 x),如點(diǎn)電荷c的電荷量為q3 ,根據(jù)二力平衡原理可列 平衡方程：一q1q2q1q3a 平衡：kf- k3。0.42 x2b平衡：密,q?q3k2，0.4 x 2q1q 3c平衡：k2x,q2q3k2。0.4 x 2顯然，上述三個(gè)方程實(shí)際上只有兩個(gè)是獨(dú)立的，解這些方程，可得有意義的解：x 30cm (c在a、 b連線上，與a相距30cm,與b相

8、距10cm)。91 rr,11q3 q2 q1,即q1：q2：q3 1 :石:行'(q1、q 2為正電何，q3為負(fù)電何)。 I UI UI U5、電場強(qiáng)度放入電場中某一點(diǎn)的電荷受到的電場力跟它的電量的比值，叫做這一點(diǎn)的電場強(qiáng)度，簡稱為場 強(qiáng)。用E描述電場強(qiáng)度，即 E F/q。電場強(qiáng)度是矢量，規(guī)定場強(qiáng)的方向是正電荷受力的方向。那么，負(fù)電荷受力的方向跟場強(qiáng)方向 相反。場強(qiáng)的單位是 N/C。場強(qiáng)的定義式E=F/q適用于任何電場。說明：(1)在電場中的同一點(diǎn)，F(xiàn)/q是不變的，在電場中的不同點(diǎn)，F(xiàn)/q往往不同；即F/q完全由電場本身性質(zhì)決定，與放不放電荷，放入電荷的電性、電量多少均無關(guān)系，正因F

9、/q有上述特點(diǎn)，才將其定義為描述電場性質(zhì)的物理量一一電場強(qiáng)度。這是物理學(xué)上定義物理量的常用方法之一。(2) E F變形為F=qE表明：如果已知電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)E,便可計(jì)算在電場中該點(diǎn)放任何q電量的帶電體所受的電場力大小，即場強(qiáng)E是反映電場力的性質(zhì)的物理量。點(diǎn)電荷電場的場強(qiáng)場源電荷Q與試探電荷q相距為r,則它們相互間的庫侖力 F kQq q kg,所以電荷q處 r r的電場強(qiáng)度E F kg。 q r(1)公式：E k§, Q為真空中點(diǎn)電荷的帶電量，r為該點(diǎn)到點(diǎn)電荷 Q的距離。 r(2)方向：若Q為正電荷，場強(qiáng)方向沿 Q和該點(diǎn)的連線指向該點(diǎn)；若 Q為負(fù)電荷，場強(qiáng)方向 沿Q和該點(diǎn)的連線指向

10、 Q。(3)適用條件：真空中點(diǎn)電荷。kQ注意：由于庫侖定律僅適用于點(diǎn)電荷電場，因而 EQ也是僅適用于真空中的點(diǎn)電荷電場， r而定義式E F則適用于任何電場。q6 .場強(qiáng)的疊加如空間有幾個(gè)點(diǎn)電荷，則某點(diǎn)的場強(qiáng)應(yīng)為各點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)產(chǎn)生場強(qiáng)的矢量和。說明：場強(qiáng)是矢量，場強(qiáng)的疊加遵循矢量疊加原理一一平行四邊形定則。說明：空間中有多個(gè)電荷存在時(shí)，空間中總的場強(qiáng)是各電荷在該處場強(qiáng)的矢量和，這就是用矢 量疊加法求解，且運(yùn)用了 E kQ/r2?！绢}型2】電場強(qiáng)度的疊加問題：例2. 一半徑為R的絕緣球殼上均勻地帶有電荷量為+Q的電荷，另一帶電荷量為 +q的點(diǎn)電荷放在球心。上，由于對稱性，點(diǎn)電荷受力為零，

11、現(xiàn)在球殼上挖去半徑為r (r R)的一個(gè)小圓孔,則此時(shí)置于球心的點(diǎn)電荷所受力的大小為 (已知靜電力常量為 k)。解法一：2rq T Q ，4 R2kq JQF _4R_R2補(bǔ)償法”求解，在球殼上挖一小圓孔，相當(dāng)于圓孔處放一等量異種電荷，電荷量為因?yàn)橥谌バ】浊笆芰ζ胶?，所以挖去后受力即為q '與q的庫侖力，即qQr2、4、k4,方向由球心指向小孔中心。解法二：本題還可以等效為在挖去一小圓孔的關(guān)于球心對稱的另一側(cè)放一等量同種電荷q；對r2球心處的q產(chǎn)生的電場力，q -Q ,它與q因?yàn)槭峭N電荷, 4R2Qqr2、心 工 3小F k,方向仍由球心指向 4R4小孔中心。2答案：kqQL方向由球

12、心指向小孔中心。4R4變式1:O點(diǎn)處的場強(qiáng)。如下圖所示，一邊長為a的正六邊形，六個(gè)頂點(diǎn)都放有電荷， 試計(jì)算六邊形中心+q、-q,在2kq ,方向指向右下角處的-q。 a解析：根據(jù)對稱性有兩對連線上的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的場強(qiáng)互相抵消，只剩下第三對電荷O點(diǎn)產(chǎn)生場強(qiáng)，E合 Ei答案：華a7 .電場線的性質(zhì)：(1)電場線是人們?yōu)榱搜芯侩妶龆傧氲囊恍┣€，實(shí)際電場中并不存在這些曲線，它只是 用來形象地描述電場。電場線跟 質(zhì)點(diǎn)“、熏電荷”這些理想化的模型不同，質(zhì)點(diǎn)"、熏電荷”這些理想化的模型包含有某些真實(shí)的內(nèi)容，具有一定的客觀性，在一定條件下，考慮了實(shí)際物理現(xiàn)象是主要的、本質(zhì)的特 征，而忽略次要的、非本質(zhì)的因素，而電場線”則完全是假想的、虛構(gòu)的，但它們都能反映出實(shí)際現(xiàn)象的基本規(guī)律，為我們的研究提供方便。(2)電場線總是從正電荷(或無窮遠(yuǎn)處)出發(fā)，到負(fù)電荷(或無窮遠(yuǎn)處)終止，因此，電場 線有起始點(diǎn)和終止點(diǎn)，不是閉合曲線。(3)電場中的電場線永遠(yuǎn)不會相交。因?yàn)殡妶鲋忻恳稽c(diǎn)的場強(qiáng)只有一個(gè)惟一的方向，如果電場線在電場中某點(diǎn)相交，則交點(diǎn)處相對 兩條電場線就有兩個(gè)切線方向，該點(diǎn)處的場強(qiáng)就有兩個(gè)方向，這是不可能的。(4)電場線不是帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)軌跡。只有當(dāng)電場線為直線，點(diǎn)電荷初速度為零或初速度方向與電場線方向一致，且只受電場力