新教材物理粵教版必修第三冊學案第一章靜電場的描述提升課

溫馨提示：此套題為Word版，請按住Ctrl,滑動鼠標滾軸，調節(jié)合適的觀看比例，答案解析附后。關閉Word文檔返回原板塊。階段提升課知識體系·思維導圖考點整合·素養(yǎng)提升考點1庫侖定律與庫侖力作用下的平衡問題(難度☆☆☆)1.庫侖定律:F=kQUOTE,適用于真空中靜止點電荷間的庫侖力的計算。2.求解涉及庫侖力的平衡問題的解題思路:點電荷平衡問題的分析方法與純力學平衡問題的分析方法是相同的,只是在原來受力的基礎上多分析一個電場力。具體步驟如下:3.三個自由點電荷的平衡條件及規(guī)律:“三點共線”——三個點電荷分布在同一條直線上;“兩同夾異”——正、負電荷相互間隔;“兩大夾小”——中間電荷的電荷量最小;“近小遠大”——中間電荷靠近電荷量較小的電荷。庫侖力作用下平衡問題的關鍵詞轉化提醒:對于三個自由電荷的平衡問題,只需對其中兩個電荷列平衡方程,不必再對第三個電荷列平衡方程。1.(多選)(2020·張家界高二檢測)A、B兩帶電小球,質量分別為mA、mB,用絕緣不可伸長的細線如圖懸掛,靜止時A、B兩球處于相同高度。若B對A及A對B的庫侖力分別為FA、FB,重力加速度為g,不計空氣阻力,則下列判斷正確的是 ()A.FA<FBB.細線AC對A的拉力FTA=QUOTEC.細線OC的拉力FTC=(mA+mB)gD.同時燒斷AC、BC細線后,A、B在豎直方向的加速度相同【解析】選C、D。兩球間的庫侖力是作用力與反作用力,大小一定相等,故A錯誤;對小球A受力分析,受重力、庫侖力、拉力,如圖。由共點力的平衡條件有:mAg=FTAcos30°,因此:FTA=QUOTEmAg,故B錯誤;由整體法可知,細線OC的拉力等于兩球的總重力,故C正確;同時燒斷AC、BC細線后,A、B在豎直方向只受重力不變,所以加速度相同,故D正確。2.(多選)如圖所示,粗糙程度均勻的絕緣空心斜面ABC放置在水平面上,∠CAB=30°,斜面內(nèi)部O點(與斜面無任何連接)固定一個正點電荷,一帶負電可視為質點的小物體可以分別靜止在M、P、N點,P為MN的中點,OM=ON,OM∥AB,下列說法正確的是 ()A.小物體在M、P、N點靜止時一定都是受4個力B.小物體靜止在P點時受到的摩擦力最大C.小物體靜止在P點時受到的支持力最大D.小物體靜止在M、N點時受到的支持力相等【解析】選C、D。對小物體分別在三處靜止時所受力分析如圖所示:結合平衡條件,由圖,小物體在P、N兩點時一定受四個力的作用,而在M處不一定,故A錯誤。小物體靜止在P點時,摩擦力f=mgsin30°,靜止在N點時:f′=mgsin30°+F′cos30°,靜止在M點時:f″=mgsin30°-F′cos30°,可見靜止在N點時所受摩擦力最大,故B錯誤。小物體靜止在P點時,設庫侖力為F,受到的支持力:N=mgcos30°+F,在M、N點時:N′=mgcos30°+F′sin30°,由庫侖定律知:F>F′,故N>N′,即小物體靜止在P點時受到的支持力最大,靜止在M、N點時受到的支持力相等。故C、D正確?！炯庸逃柧殹咳鐖D所示,絕緣的水平面上靜止著兩個質量均為m,電荷量均為+Q的物體A和B(A、B均可視為質點),它們間的距離為r,A、B與平面間的動摩擦因數(shù)均為μ。(1)A受到的摩擦力為多大?(2)如果將A的電荷量增至+4Q,兩物體開始運動,當它們的加速度第一次為零時,A、B各運動了多遠的距離?【解析】(1)對A,由平衡條件可知f=F庫=kQUOTE,摩擦力方向水平向右。(2)當加速度a=0時kQUOTE=μmg,得到二者相距r′=2QQUOTE,所以sA=sB=QUOTE=QQUOTE-QUOTE。答案:(1)kQUOTE(2)sA=sB=QQUOTE-QUOTE考點2電勢與電勢差的比較(難度☆☆☆)電勢φ電勢差U區(qū)別定義電勢能與電荷量的比值φ=QUOTE電場力做功與電荷量的比值U=QUOTE決定因素由電場和在電場中的位置決定由電場和場內(nèi)兩點的位置決定相對性有,與零電勢點的選取有關無,與零電勢點的選取無關聯(lián)系數(shù)值關系UAB=φA-φB,當φB=0時,UAB=φA單位相同,均是伏特(V),常用的還有kV、mV等標量性都是標量,但均具有正負物理意義均是描述電場性質的物理量提醒:電勢差是兩點電勢的差值,與零電勢點的選取無關,在數(shù)值上等于移動單位正電荷電場力做的功。電勢與電勢差的關鍵詞轉化1.(2020·菏澤高二檢測)在某電場中,A、B兩點間的電勢差UAB=60V,B、C兩點間的電勢差UBC=-50V,則A、B、C三點電勢高低關系是 ()A.φA>φB>φC B.φA<φC<φBC.φA>φC>φB D.φC>φB>φA【解析】選C。A和B兩點間的電勢差UAB=60V,知A點的電勢比B點的電勢高60V,B、C兩點間的電勢差UBC=-50V,知B點的電勢比C點的電勢低50V,則A點的電勢比C點的電勢高10V,所以φA>φC>φB,故C正確,A、B、D錯誤。2.如圖所示,A、B、C、D是勻強電場中一正方形的四個頂點,電場方向與正方形平面平行。已知A、B、C三點的電勢分別為φA=15V、φB=3V、φC=-3V。求D點電勢φD為多少?！窘馕觥吭趧驈婋妶鲋蠥B=DC,且AB∥DC,所以UAB=UDC,即φA-φB=φD-φC,得φD=9V。答案:9V【規(guī)律總結】勻強電場中求解電勢(場強)的技巧(1)在勻強電場中,電勢沿直線均勻變化,即直線上距離相等的線段兩端的電勢差值相等。(2)等分線段找等勢點法:將電勢最高點和電勢最低點連接后根據(jù)需要平分成若干段,必能找到第三點電勢的等勢點,它們的連線即等勢面(或等勢線),與其垂直的線即為電場線?！炯庸逃柧殹繉⒁浑姾闪繛?3×10-6C的負電荷從電場中的A點移動到B點,克服電場力做了3×10-5J的功,再將該電荷從B點移動到C點,電場力做了1.2×10-5J的功,則A、C間的電勢差為________V,三點的電勢φA、φB、φC大小關系是____________,該電荷從A點移動到B點再從B點移動到C點的過程中,電勢能變化了____________J。

【解析】A、B間的電勢差為:UAB=QUOTE=QUOTEV=10V,φA>φB,B、C間的電勢差為:UBC=QUOTE=QUOTEV=-4V,φB<φC,所以有:UAC=UAB+UBC=6V,φA>φC,φA>φC>φB;該電荷從A點移動到B點再從B點移動到C點的過程中,電場力做功為:WAC=WAB+WBC=-3×10-5J+1.2×10-5J=-1.8×10-5J,電場力做負功,電荷的電勢能增加了1.8×10-5J。答案:6φA>φC>φB1.8×10-5J考點3有關電場的圖像問題(難度☆☆☆)電場中幾種圖像的特點與應用:v-t圖像根據(jù)v-t圖像中速度變化、斜率確定電荷所受合力的方向與合力大小變化,確定電場的方向、電勢高低及電勢能變化φ-x圖像①電場強度的大小等于φ-x圖像的斜率大小,電場強度為零處,φ-x圖像存在極值,其切線的斜率為零;②在φ-x圖像中可以直接判斷各點電勢的高低,并可根據(jù)電勢高低關系確定電場強度的方向;③在φ-x圖像中分析電荷移動時電勢能的變化,可用WAB=qUAB,進而分析WAB的正負,然后做出判斷E-t圖像根據(jù)題中給出的E-t圖像,確定E的方向,再在草稿紙上畫出對應電場線的方向,根據(jù)E的大小變化,確定電場的強弱分布E-x圖像①反映了電場強度隨位移變化的規(guī)律;②E>0表示場強沿x軸正方向,E<0表示場強沿x軸負方向;③圖線與x軸圍成的“面積”表示電勢差,“面積”大小表示電勢差大小,兩點的電勢高低根據(jù)電場方向判定Ep-x圖像①反映了電勢能隨位移變化的規(guī)律;②圖線的切線斜率大小等于電場力大小;③進一步判斷場強、動能、加速度等隨位移的變化情況1.電荷量為q1和q2的兩點電荷分別固定在x軸上的O、C兩點,規(guī)定無窮遠處電勢為零,一帶正電的試探電荷在x軸上各點具有的電勢能隨x的變化關系如圖所示。其中,試探電荷在B、D兩點處的電勢能均為零;在DJ段中H點處電勢能最大。則 ()A.q1的電荷量小于q2的電荷量B.G點處電場強度的方向沿x軸正方向C.若將一帶負電的試探電荷自G點釋放,僅在電場力作用下一定能到達D點D.若將一帶負電的試探電荷從D點移到J點,電場力先做正功后做負功【解析】選D。由EP=qφ知正電荷的電勢能變化和電場的電勢變化相同。由圖知無窮遠處的電勢為0,B點的電勢為零,由于沿著電場線電勢降低,所以O點的電荷q1帶正電,C點電荷q2帶負電,由于B點距離O比較遠而距離C比較近,所以q1電荷量大于q2的電荷量,選項A錯誤;沿著電場線電勢逐漸降低,可知G點的場強沿x軸負方向,選項B錯誤;帶負電的試探電荷在G點受沿x軸正方向的電場力,故沿x軸正向加速運動,選項C錯誤;負電荷從D點到J點的電場力先沿x軸正向后沿x軸負向,故電場力先做正功后做負功,選項D正確。2.(2020·衡陽高二檢測)一帶負電的粒子只在電場力作用下沿x軸正向運動,其電勢能Ep隨位移x變化關系如圖所示,其中O～x2段是關于直線x=x1對稱的直線,x2～x3段是曲線,則下列說法正確的是 ()A.x1處電場強度最小B.在O、x1、x2、x3處電勢φO、φ1、φ2、φ3的關系為φ3<φ2=φO<φ1C.O～x2段帶電粒子做勻變速直線運動D.O～x1段電場方向不變,大小變,x2～x3段的電場強度大小和方向均不變【解析】選B。根據(jù)電勢能與電勢的關系:Ep=qφ,場強與電勢的關系:E=QUOTE,得E=QUOTE·QUOTE,由數(shù)學知識可知Ep-x圖像切線的斜率等于QUOTE,x1處的斜率可以認為與O～x1段相等,故此時電場強度并不是最小的,故A錯誤;根據(jù)電勢能與電勢的關系:Ep=qφ,粒子帶負電,q<0,則知電勢能越大,粒子所在處的電勢越低,所以有φ3<φ2=φO<φ1,故B正確;由圖可知,O～x1段和O～x2段電場方向相反,故加速度并不相同,不是一直做勻變速運動,故C錯誤;O～x1段電場方向不變,大小不變,x2～x3段圖像的斜率減小,故電場強度減小,方向不變,故D錯誤。考點1電場強度及其疊加(難度☆☆☆☆)1.場強的公式:E=QUOTEE=QUOTE2.電場的疊加:(1)電場疊加:多個電荷在空間某處產(chǎn)生的電場強度為各電荷單獨在該處所產(chǎn)生的電場強度的矢量和。(2)運算法則:平行四邊形定則。(3)注意事項:①弄清場源電荷是正電荷還是負電荷。②弄清求哪一點的場強,各場源電荷在該點產(chǎn)生場強的大小和方向。③明確場強是矢量,矢量的合成滿足平行四邊形定則。電場強度及其疊加問題的關鍵詞轉化1.AB是長為L的均勻帶電絕緣細桿,P1、P2是位于AB所在直線上的兩點,位置如圖所示。AB上電荷產(chǎn)生的靜電場在P1處的場強大小為E1,在P2處的場強大小為E2,若將絕緣細桿的右半邊截掉并移走(左半邊電荷量、位置不變),則P2處的場強大小變?yōu)?()A.QUOTEB.E2-E1C.E1-QUOTED.E1+QUOTE【解析】選B。將均勻帶電絕緣細桿等分為左右兩段,設左右兩段細桿形成的電場在P2點的場強大小分別為EA、EB,則有EA+EB=E2;左半段細桿產(chǎn)生的電場在P1點的場強為0,右半段細桿產(chǎn)生的電場在P1點的場強大小為E1=EB,去掉細桿的右半段后,左半段細桿產(chǎn)生的電場在P2點的場強大小為EA=E2-EB=E2-E1,選B。2.(2020·杭州高二檢測)如圖所示,M、N和P是以MN為直徑的半圓弧上的三點,O點為半圓弧的圓心,∠MOP=60°。電荷量相等、符號相反的兩個點電荷分別置于M、N兩點,這時O點電場強度的大小為E1;若將N點的點電荷移至P點,則O點電場強度的大小變?yōu)镋2。則E1與E2之比為 ()A.1∶2B.2∶1C.2∶QUOTED.4∶QUOTE【解析】選B。兩個點電荷分別在M點和N點時,每個點電荷在O點產(chǎn)生的電場強度的大小相等、方向相同,所以EM+EN=E1,得EM=EN=QUOTE。將N點處的點電荷移至P點時,假設M點的電荷為正電荷,則O點的電場強度如圖所示。M點和P點的點電荷在O點產(chǎn)生的電場強度的大小仍相等,夾角為120°,所以O點的電場強度E2=EM=QUOTE,即QUOTE=QUOTE,B正確。【加固訓練】圖中邊長為a的正三角形ABC的三個頂點分別固定三個點電荷+q、+q、-q,則該三角形中心O點處的場強為 ()A.QUOTE,方向由C指向OB.QUOTE,方向由O指向CC.QUOTE,方向由C指向OD.QUOTE,方向由O指向C【解析】選B。每個點電荷在O點處的場強大小都是E=QUOTE=QUOTE,畫出矢量疊加的示意圖,如圖所示,由圖可得O點處的合場強為E合=2E=Q