高中物理第1講電場力的性質(zhì)的描述名師優(yōu)質(zhì)課賽課一等獎市公開課獲獎?wù)n件

第七章靜電場第1講電場力性質(zhì)描述第1頁知識點1電荷守恒點電荷Ⅰ

庫侖定律Ⅱ

1.元電荷元電荷e=___________,帶電體電荷量都是元電荷_______,單個質(zhì)子、電子電荷量與元電荷相同。1.6×10-19C整數(shù)倍第2頁2.電荷守恒定律(1)內(nèi)容:電荷既不會創(chuàng)生,也不會消失,只能從一個物體_____到另一個物體,或者從物體一部分_____到另一部分,在_____過程中,電荷總量_________。(2)三種起電方式:①_________;②_________;③_________。(3)帶電實質(zhì):_________。轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移保持不變摩擦起電感應(yīng)起電接觸起電得失電子第3頁3.點電荷代表帶電體有一定電荷量點,是一個理想化模型,當(dāng)帶電體本身_____和_____對研究問題影響很小時,能夠?qū)щ婓w視為點電荷。點電荷體積不一定很小,帶電量也不一定極少。大小形狀第4頁4.庫侖定律正比反比相互排斥相互吸引9.0×109N·m2/C2點電荷第5頁知識點2靜電場Ⅰ電場強度、點電荷電場、電場強度疊加Ⅱ

1.靜電場靜電場是客觀存在于電荷周圍一個_____,其基本性質(zhì)是對放入其中電荷有_________。物質(zhì)力作用第6頁2.電場強度(1)定義式:E=___,是_____,單位:____或____。(2)點電荷場強:E=____。(3)方向要求:_______在電場中某點___________為該點電場強度方向。(4)電場疊加:多個電荷在空間某處產(chǎn)生電場為各電荷在該處所產(chǎn)生電場強度_______。遵照矢量合成法則——_______________。矢量N/CV/m正電荷受力方向矢量和形定則平行四邊第7頁知識點3電場線Ⅰ

1.定義為了形象地描述電場中各點電場強度強弱及方向,在電場中畫出一些曲線,曲線上每一點切線方向都跟該點_________方向一致,曲線疏密表示_________大小。電場強度電場強度第8頁2.幾個經(jīng)典電場電場線第9頁3.特點(1)電場線從_______出發(fā),終止于_______或無限遠處,或來自于無限遠處,終止于_______。(2)電場線在電場中_______。(3)在同一電場中,電場線_____地方場強越大。(4)電場線上某點切線方向表示該點_________。(5)沿電場線方向電勢逐步_____。(6)電場線和等勢面在相交處_________。正電荷負電荷負電荷不相交越密場強方向降低相互垂直第10頁【思索辨析】(1)元電荷是自然界中帶電量最小電荷。(

)(2)兩形狀大小相同帶電量分別為q1、-q2金屬球,接觸后電量平均分配,即q1′=q2′=(

)(3)依據(jù)公式F=得,當(dāng)r→0時,有F→∞。(

)第11頁(4)電場強度反應(yīng)了電場力性質(zhì),所以此電場中某點場強與試探電荷在該點所受電場力成正比。(

)(5)電場中某點場強方向即為正電荷在該點所受電場力方向。(

)(6)帶電粒子運動軌跡可能與電場線重合。(

)(7)電場線方向即為帶電粒子運動方向。(

)第12頁分析：元電荷是電荷量,不是電荷,故(1)錯;兩形狀大小相同帶電量分別為q1、-q2金屬球,接觸后電量先中和再平均分配,即q1′=q2′=,故(2)錯;當(dāng)帶電體之間距離r→0時,帶電體就不能看成點電荷了,庫侖定律不再適用,故(3)錯;電場強度反應(yīng)了電場力性質(zhì),與試探電荷受力無關(guān),故(4)錯;電場中正電荷在某點所受電場力方向為該點場強方向,故(5)對;帶電粒子運動軌跡可能與電場線重合,也可能不重合,故(6)對,(7)錯。第13頁考點1電場強度三個公式(三年2考)

對比分析【考點解讀】三個公式比較表示式比較公式意義適用條件電場強度定義式一切電場真空中點電荷電場強度決定式①真空②點電荷勻強電場中E與U關(guān)系式勻強電場第14頁表示式比較比較決定原因由電場本身決定,與q無關(guān)由場源電荷Q和場源電荷到該點距離r共同決定由電場本身決定相同點矢量,單位:1N/C=1V/m第15頁【典例透析1】(·聊城模擬)如圖所表示,A、B、C、D、E是半徑為r圓周上等間距五個點,在這些點上各固定一個點電荷,除A點處電荷量為-q外,其余各點處電荷量均為+q,則圓心O處(

)A.場強大小為,方向沿OA方向B.場強大小為,方向沿AO方向C.場強大小為,方向沿OA方向D.場強大小為,方向沿AO方向第16頁【解題探究】(1)各點電荷在O點產(chǎn)生電場強度大小是否相等?方向怎樣?提醒：大小相等,方向沿半徑指向A點,背離B、C、D、E各點。(2)若在A點放置電荷量變?yōu)?q,則O點合場強為多少?提醒：依據(jù)矢量合成平行四邊形定則,可知在O點合場強為零。第17頁【解析】選C。依據(jù)對稱性,先假定在A點放上+q點電荷,則O點場強為零,即B、C、D、E四個點電荷在O點場強沿OA方向,大小為。故O點合場強為A點-q在O點產(chǎn)生場強與B、C、D、E四個+q在O點產(chǎn)生合場強矢量和,即EO=,故C正確。第18頁【互動探究】(1)若在圓周上等間距地分布n(n>1)個相同點電荷,則圓心處合場強為多大?(2)若該圓為帶電量為+Q均勻帶電圓環(huán),圓心處場強為多大?【解析】(1)依據(jù)點電荷電場對稱性可知,n個相同點電荷在圓心處合場強為0。(2)依據(jù)微元法能夠把均勻帶電圓環(huán)視為由很多點電荷組成,再依據(jù)電荷分布對稱性可知,圓心O處電場強度為0。答案：(1)0(2)0第19頁【總結(jié)提升】分析電場疊加問題普通步驟電場強度是矢量,疊加時應(yīng)遵從平行四邊形定則,分析電場疊加問題普通步驟是:(1)確定分析計算空間位置;(2)分析該處有幾個分電場,先計算出各個分電場在該點電場強度大小和方向;(3)依次利用平行四邊形定則求出矢量和。第20頁考點2帶電粒子運動軌跡判斷(三年4考)

拓展延伸【考點解讀】(1)粒子所受協(xié)力方向指向軌跡凹側(cè),由此判斷電場方向或粒子電性;(2)由電場線疏密情況判斷帶電粒子受力大小及加速度大小;(3)由功效關(guān)系判斷速度改變:假如帶電粒子在運動中僅受電場力作用,則粒子電勢能與動能總量不變,電場力做正功,動能增大,電勢能減小。第21頁【典例透析2】(·新課標(biāo)全國卷)靜電除塵器是當(dāng)前普遍采取一個高效除塵器,某除塵器模型收塵板是很長條形金屬板,圖中直線ab為該收塵板橫截面。工作時收塵板帶正電,其左側(cè)電場線分布如圖所表示;粉塵帶負電,在電場力作用下向收塵板運動,最終落在收塵板上。若用粗黑曲線表示原來靜止于P點帶電粉塵顆粒運動軌跡,以下四幅圖中可能正確是(忽略重力和空氣阻力)(

)第22頁第23頁【解題探究】(1)哪些原因可影響粉塵顆粒運動軌跡?提醒：受力方向、速度方向以及二者之間夾角大小。(2)粉塵顆粒只受電場力作用,運動軌跡能否與電場線重合?為何?提醒：不能。假如運動軌跡與電場線重合,則粉塵顆粒受力方向和運動方向恰好重合,它就會做直線運動,而并非曲線運動了。第24頁【解析】選A。粉塵受力方向應(yīng)該是電場線切線方向,從靜止開始運動時,帶電粉塵顆粒一定做曲線運動,且運動曲線總是向電場力一側(cè)彎曲,因為慣性只能是A圖那樣,不可能偏向同一電場線內(nèi)側(cè)或沿電場線運動或振動,故不可能出現(xiàn)B、C、D圖情況。第25頁【總結(jié)提升】電場線與帶電粒子運動軌跡關(guān)系普通情況下帶電粒子在電場中運動軌跡不會與電場線重合,只有同時滿足以下三個條件時,二者才會重合:(1)電場線為直線;(2)電荷初速度為零或速度方向與電場線平行;(3)電荷僅受電場力或所受其它力協(xié)力方向一直與電場力方向相同或相反。第26頁【變式訓(xùn)練】(·蕪湖模擬)帶正電小球從某一高度開始做自由落體運動,在途中碰到水平向右勻強電場,則其運動軌跡大致是如圖所表示中(

)【解析】選C。進入電場后,小球受重力和電場力,其協(xié)力指向右下方,運動軌跡向右下方偏轉(zhuǎn),且介于速度與協(xié)力方向之間,故選項C正確。第27頁【變式備選】如圖所表示,把一個帶電小球A固定在光滑水平絕緣桌面上,在桌面另一處放置帶電小球B?，F(xiàn)給B一個垂直AB方向速度v0,以下說法中正確是(

)A.若A、B為異種電荷,B球一定做圓周運動B.若A、B為異種電荷,B球可能做勻變速曲線運動C.若A、B為同種電荷,B球一定做遠離A變加速曲線運動D.若A、B為同種電荷,B球動能一定會減小第28頁【解析】選C。假如A、B為異種電荷,當(dāng)A對B庫侖引力恰好提供B做圓周運動所需要向心力時,B繞A做勻速圓周運動;當(dāng)A對B庫侖引力大于或者小于B做圓周運動所需要向心力時,則B將做向心運動或者做離心運動。假如A、B為同種電荷,則B受到A庫侖斥力將做遠離A變加速曲線運動,B球動能逐步增加,所以選項C正確。第29頁考點3帶電體力電綜合問題(三年5考)

解題技巧【考點解讀】處理力、電綜合問題普通思緒第30頁【典例透析3】(·福州模擬)如圖所表示,光滑絕緣細圓管彎成半徑為R半圓形,固定在豎直面內(nèi),管口B、C連線是水平直徑?，F(xiàn)有一帶正電小球(可視為質(zhì)點)從B點正上方A點自由下落,A、B兩點間距離為4R,從小球進入管口開始,整個空間中突然加上一個勻強電場,電場力在豎直方向上分力大小與重力大小相等,結(jié)果小球從管口C處脫離圓管后,其運動軌跡最終經(jīng)過A點。設(shè)小球運動過程中帶電量沒有改變,重力加速度為g,求:第31頁(1)小球抵達B點時速度大小;(2)小球受到電場力大小和方向;(3)小球經(jīng)過管口C處時對圓管壁壓力?！窘忸}探究】(1)電場力豎直分力Fy=mg且方向向上,說明什么問題?提醒：說明小球在離開C點后,豎直方向協(xié)力為零,在這一方向上將做勻速運動。(2)最終小球能經(jīng)過A點,又說明什么問題?提醒：說明小球水平分力Fx方向是向左,小球離開C點后做類平拋運動。第32頁【解析】(1)小球從開始自由下落到管口B過程中機械能守恒,故有:mg·4R=解得vB=2(2)設(shè)電場力豎直分力為Fy,水平分力為Fx,則Fy=mg(方向豎直向上)。小球從B運動到C過程中,由動能定理得:小球從管口C處脫離圓管后做類平拋運動,因為其軌跡經(jīng)過A點,故有:y=4R=vCt

x=2R=第33頁聯(lián)立解得:Fx=mg電場力大小為qE=方向與豎直方向成45°角偏左上方。(3)小球經(jīng)過管口C處時,向心力由Fx和圓管彈力FN提供,設(shè)彈力FN方向向左,則Fx+FN=m解得:FN=3mg(方向向左)依據(jù)牛頓第三定律可知,小球經(jīng)過管口C處時對圓管壁壓力為FN′=FN=3mg,方向水平向右答案：(1)2(2)mg與豎直方向成45°角偏左上方(3)3mg,方向水平向右第34頁【總結(jié)提升】運動與受力幾個關(guān)系(1)物體保持靜止:F合=0(2)做直線運動:①勻速直線運動,F合=0②變速直線運動:F合≠0,且F合一定沿速度方向。(3)做曲線運動:F合≠0,且F合總指向曲線凹一側(cè)。(4)加速運動:F合與v夾角α,0°≤α<90°;減速運動:90°<α≤180°。(5)勻變速運動:F合=恒量。第35頁【變式訓(xùn)練】(·福建高考)反射式速調(diào)管是慣用微波器件之一,它利用電子團在電場中振蕩來產(chǎn)生微波,其振蕩原理與下述過程類似。如圖所表示,在虛線MN兩側(cè)分別存在著方向相反兩個勻強電場,一帶電微粒從A點由靜止開始,在電場力作用下沿直線在A、B兩點間往返運動。已知電場強度大小分別是E1=2.0×103N/C和E2=4.0×103N/C,方向如圖所表示,帶第36頁電微粒質(zhì)量m=1.0×10-20kg,帶電量q=-1.0×10-9C,A點距虛線MN距離d1=1.0cm,不計帶電微粒重力,忽略相對論效應(yīng)。求:(1)B點距虛線MN距離d2;(2)帶電微粒從A點運動到B點所經(jīng)歷時間t?！窘馕觥?1)帶電微粒由A運動到B過程中,由動能定理得|q|E1d1-|q|E2d2=0解得d2=d1=0.50cm第37頁(2)設(shè)微粒在虛線MN兩側(cè)加速度大小分別為a1、a2,據(jù)牛頓第二定律有|q|E1=ma1|q|E2=ma2設(shè)微粒在虛線MN兩側(cè)運動時間分別為t1和t2,由運動學(xué)公式d1=a1t12d2=a2t22t=t1+t2聯(lián)立解得t=1.5×10-8s答案：(1)0.50cm(2)1.5×10-8s第38頁【典例透析】三個電荷量均為Q(正電)小球質(zhì)量均為m,放在水平光滑絕緣桌面上,分別位于等邊三角形三個頂點,其邊長為L,如圖所表示,問:考查內(nèi)容庫侖力作用下動力學(xué)問題【備選例題】第39頁(1)三角形中心O點應(yīng)放置什么性質(zhì)電荷,才能使三個帶電小球都處于靜止?fàn)顟B(tài)?其電荷量是多少?(2)若中心電荷電荷量在第(1)問基礎(chǔ)上加倍,三個帶電小球?qū)⒓铀龠\動,求其加速度大小;(3)若中心電荷電荷量在第(1)問基礎(chǔ)上加倍后,仍保持三個小球相對距離不變,可讓它們繞中心電荷同時旋轉(zhuǎn),求它們旋轉(zhuǎn)線速度大小。第40頁【規(guī)范解答】(1)依據(jù)對稱性,A、B、C每個點電荷受其它兩個電荷庫侖力協(xié)力沿中心線向外,所以要使三個帶電小球都處于靜止平衡狀態(tài),必須在O點放上負電荷,依據(jù)平衡條件列方程可得:

所以q=Q(2)對任意小球由牛頓第二定律得:

所以a=第41頁(3)對任意小球由牛頓第二定律得:所以答案：(1)負電荷Q(2)三個帶電小球加速度大小均為(3)三個帶電小球旋轉(zhuǎn)線速度大小均為第42頁三電荷平衡模型1.模型構(gòu)建對由三個自由電荷組成系統(tǒng),且它們僅靠彼此間靜電力作用而處于平衡狀態(tài),該系統(tǒng)即為三電荷平衡模型。第43頁2.模型條件(1)三個點電荷共線。(2)三個點電荷彼此間僅靠電場力作用到達平衡,不受其它外力。(3)任意一個點電荷受到其它兩個點電荷電場力大小相等,方向相反,為一對平衡力。3.模型特點(1)“三點共線”——三個點電荷分布在同一直線上。(2)“兩同夾異”——正負電荷相互間隔。(3)“兩大夾小”——中間電荷電荷量最小。(4)“近小遠大”——中間電荷靠近電荷量較小電荷。第44頁【典例】如圖所表示三個點電荷q1、q2、q3在一條直線上,q2和q3距離為q1和q2距離兩倍,每個點電荷所受靜電力協(xié)力為零,由此能夠判定,三個點電荷電荷量之比q1∶q2∶q3為(

)A.(-9)∶4∶(-36)

B.9∶4∶36C.(-3)∶2∶(-6) D.3∶2∶6第45頁【深度剖析】選A。由三電荷平衡模型特點“兩同夾異”可知,q1和q3為同種電荷,它們與q2互為異種電荷,設(shè)q1和q2距離為r,則q2和q3距離為2r,對于q1有則有對q3有所以考慮到各電荷電性,故A正確。第46頁【名師指津】在利用三電荷平衡模型求解問題時應(yīng)注意以下兩點:(1)本類題目易誤認為只要三個點電荷到達平衡就認為是“三電荷平衡模型”,而沒有分析是否滿足模型成立條件。如即使三個點電荷已到達平衡,但若其中某個點電荷受到了外力作用,仍不是“三電荷平衡模型”。(2)標(biāo)準(zhǔn)上對于三個點電荷中任意兩個進行受力分析,列平衡方程,即可使問題得到求解,但選哪兩個點列平衡方程往往求解難度不一樣,要依據(jù)不一樣題目進行選取。第47頁【變式訓(xùn)練】在一條直線上有兩個相距為0.4m點電荷A、B,A在B左邊,A帶電+Q,B帶電-9Q,現(xiàn)引入第三個點電荷C,恰好使三個點電荷均在電場力作用下處于平衡狀態(tài),則C帶電性質(zhì)及位置可能是(

)A.正B右邊 B.正B左邊C.負A左邊 D.負A右邊【解析】選C。A、B、C三個電荷組成三電荷平衡模型,依據(jù)“兩同夾異”和“兩大夾小”標(biāo)準(zhǔn)知,只有C項正確。第48頁【雙基題組】1.在雷雨云下沿豎直方向電場強度為104V/m。已知二分之一徑為1mm雨滴在此電場中不會下落,取重力加速度大小為10m/s2,水密度為103kg/m3。此雨滴所帶電荷量最小值約為(

)A.2.2×10-9C

B.4.2×10-9CC.6.2×10-9C D.8.2×10-9C第49頁【解析】選B。由題意可知,雨滴受到向上電場力最少應(yīng)與重力相等,即qE=mg,m=ρV=ρ·πr3,代入數(shù)據(jù)解得q=4.2×10-9C,故本題選B。 第50頁2.(·福州模擬)如圖所表示,疊放在一起A、B兩絕緣小物塊放在水平向右勻強電場中,其中B帶+Q電量,A不帶電;它們一起沿絕緣水平面以某一速度勻速運動?，F(xiàn)突然使B帶電量消失,A帶上+Q電量,則A、B運動狀態(tài)可能為(

)A.一起勻速 B.一起加速C.一起減速 D.A加速,B勻速第51頁【解析】選A。開始勻速運動時電場力QE與地面摩擦力大小相等,當(dāng)B帶電量消失而A帶上+Q電量時,A、B整體受向右電場力仍為QE,若二者不相對滑動,則一起向右勻速運動;若發(fā)生相對滑動,則A加速,B減速,故只有選項A正確。第52頁3.如圖所表示,A、B為兩個固定等量同種正電荷,在它們連線中點處有一個能夠自由運動正電荷C,現(xiàn)給電荷C一個垂直于連線初速度v0,若不計電荷C所受重力,則關(guān)于電荷C運動過程中速度和加速度情況,以下說法正確是(

)A.加速度一直增大 B.加速度先增大后減小C.加速度一直減小 D.加速度先減小后增大第53頁【解析】選B。依據(jù)極限分析法:在A、B連線中點和無限遠處場強都為零,所以從連線中點沿中垂線到無限遠過程中電場強度先增大后減小,加速度先增大后減小,正確答案為B。第54頁【高考題組】

4.(·安徽高考)如圖甲所表示,半徑為R均勻帶電圓形平板,單位面積帶電量為σ,其軸線上任意一點P(坐標(biāo)為x)電場強度能夠由庫侖定律和電場強度疊加原理求出:E=2πkσ[1-],方向沿x軸?，F(xiàn)考慮單位面積帶電量為σ0無限大均勻帶電平板,從其中間挖去二分之一徑為r圓板,如圖乙所表示。則圓孔軸線上任意一點Q