人教高中物理選修31 第一章 電場力的性質(zhì)知識點及經(jīng)典基礎題（無答案）

/教學專題電場力的性質(zhì)教學目標1.知道兩種電荷,元電荷及其帶電量,理解摩擦起電、感應起電、接觸帶電的實質(zhì).2.理解點電荷這一理想化模型,掌握庫侖定律.3.理解電場強度的定義式及其物理意義.4.知道幾種典型的電場線的分布,知道電場線的特點.教學重難點根本概念的理解;電場強度的意義;電場線及其分布授課節(jié)次授課內(nèi)容：一、電荷及相關知識：1.元電荷e：①e=1.60×10-19C②質(zhì)子或電子所帶的電量就是元電荷③元電荷是世界上電最小的電量④任何帶電體的電量都是元電荷的整數(shù)倍2.檢驗電荷(試探點荷)：電量要求：不影響原電場；體積充分??；一定是點電荷。3.點電荷:理想的模型.類似于質(zhì)點4.荷質(zhì)比(比荷)：帶電粒子的電荷量與質(zhì)量之比稱為“荷質(zhì)比〞5.電荷守恒定律二、使物體帶電的幾種方式:(起電實質(zhì):得失電子)1.摩擦起電2.接觸帶電:兩個完全相同的帶電金屬小球接觸時電荷量分配規(guī)律:原帶異種電荷的先中和后平分,原帶同種電荷的總電荷量平分。3.感應起電：導體接近〔不接觸〕帶電體,使導體靠近一端帶上相異的電荷,遠端帶上相同的電荷。三.庫侖定律1.內(nèi)容：與萬有引力很相似,但又有不同：對質(zhì)量均勻分布的球,無論兩球相距多近,r都等于球心距；而對帶電導體球,距離近了以后,電荷會重新分布,不能再用球心距代替r〕2.公式：,F叫做庫侖力或靜電力,也叫電場力。叫靜電力常量=3.適用條件：〔1〕真空；〔2〕點電荷．引申:同一直線上三個點電荷的討論和計算::::::::::::::兩同夾異,兩大夾小,近小遠大。:四.電場1.概念：是電荷周圍客觀存在的一種特殊物質(zhì),是電荷間相互作用的媒體。2.電場的根本性質(zhì)：〔1〕對放入電場的電荷有力的作用〔2〕能使放入電場中的導體產(chǎn)生靜電感應現(xiàn)象3.場:〔1〕但凡在有電荷的地方,周圍都存在電場〔2〕在變化的磁場周圍也有電場；變化的電場周圍存在磁場?！?〕電場與磁場是不同于實體的另一種形態(tài)物質(zhì)。(電場\磁場\重力場)五、電場強度(矢量)1.定義：放入電場中某點的電荷所受的電場力F跟它的電荷量q的比值,叫做該點的電場強度。用E來表示。2.定義式：〔適用于一切電場〕3.單位：牛/庫(N/C)伏/米(v/m)4.電場強度方向：規(guī)定正電荷受電場力的方向為該點的場強方向;電場線的切線方向是該點場強的方向.5.物理意義：描述電場強弱的物理量。6.說明〔1〕電場強度是從力的角度來反映電場本身性質(zhì)的物理量〔2〕電場強度E的大小,方向是由電場本身決定的,是客觀存在的,與放不放檢驗電荷,以及放入檢驗電荷電性多少都無關(3)電場的疊加滿足平行四邊形法那么eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝\f(F,q)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(適用于任何電場,與檢驗電荷是否存在無關)),E＝\f(kQ,r2)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(適用于點電荷產(chǎn)生的電場,Q為場源電荷的電荷量)),E＝\f(U,d)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(適用于勻強電場,U為兩點間的電勢差,d為沿電場方向兩,點間的距離))))六、電場線1.概念：為了直觀形象地描述電場中各點的強弱及方向,在電場中畫出一系列曲線,曲線上各點的切線方向表示該點的場強方向,曲線的疏密表示電場的弱度。這些曲線就是電場線。(第一個用電場線描述電場的科學家是——法拉第)2.電場線的特點：〔1〕電場線是假想曲線,不是真實?！?〕切線方向表示該點場強的方向．〔3〕疏密表示該處電場的強弱大?。?〕勻強電場的電場線平行且等間距直線表示．(平行板電容器間的電場,邊緣除外)〔5〕始于正電荷〔或無窮遠〕,終止負電荷〔或無窮遠〕〔6〕任意兩條電場線都不相交,不中斷,不閉合?！?〕沿著電場線方向,電勢越來越低．但E不一定減?。谎谽方向電勢降低最快的方向?！?〕電場線⊥等勢面．電場線由高等勢面批向低等勢面?！?〕電場線只能描述電場的方向及定性地描述電場的強弱,并不是帶電粒子在電場中的運動軌跡。3.幾種電場電場線的分布本節(jié)課作業(yè)：學生課堂表現(xiàn)：電場力的性質(zhì)練習例1.如圖,在一條直線上有兩個相距0.4m的點電荷A、B,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的作用下處于平衡狀態(tài),那么C的帶電性質(zhì)及位置應為〔〕A．正B的右邊0.4m處B．正B的左邊0.2m處C．負A的左邊0.2m處D．負A的右邊0.2m處例2．兩個半徑相同的金屬小球,電荷量之比為1∶7,相距為r,兩者相互接觸后再放回原來的位置上,那么相互作用力可能為原來的A．B．C．D．1．以下說法中正確的選項是〔〕A．由E=F/q知,電場中某點的電場強度與檢驗電荷在該點所受的電場力成正比B．電場中某點的電場強度等于F/q,但與檢驗電荷的受力大小及帶電量無關C．電場中某點的電場強度方向即檢驗電荷在該點的受力方向D．公式E=F/q和E=kQ/r2對于任何靜電場都是適用的2．如下圖為電場中的一條電場線,在該電場線上有a、b兩點,用Ea、Eb分別表示兩點電場強度的大小,那么〔〕A．a(chǎn)、b兩點的場強方向相同B．因為電場線由a指向b,所以Ea>EbC．因為電場線是直線,所以Ea=EbD．Ea、Eb的大小關系不能確定1．關于電場強度的概念,以下說法正確的選項是()A．由E＝eq\f(F,q)可知,某電場的場強E與q成反比,與F成正比B．正、負試探電荷在電場中同一點受到的電場力方向相反,所以某一點場強方向與放入試探電荷的正負有關C．電場中某一點的場強與放入該點的試探電荷的正負無關D．電場中某一點不放試探電荷時,該點場強等于零2．如圖,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；假設將N點處的點電荷移至P點,那么O點電場強度的大小變?yōu)镋2.E1與E2之比為()A．1∶2B．2∶1C．2∶eq\r(3)D．4∶eq\r(3)3．以下關于電場和電場線的說法中正確的選項是()A．電場、電場線都是客觀存在的物質(zhì),因此電場線不僅能在空間相交,也能相切B．在電場中,但凡電場線通過的點,場強不為零,不畫電場線區(qū)域內(nèi)的點場強為零C．同一試探電荷在電場線密集的地方所受電場力大D．電場線是人們假想的,用以表示電場的強弱和方向,客觀上并不存在4．對于由點電荷Q產(chǎn)生的電場,以下說法正確的選項是()A．電場強度的定義式仍成立,即E＝eq\f(F,Q),式中的Q就是產(chǎn)生電場的點電荷B．在真空中,電場強度的表達式為E＝eq\f(kQ,r2),式中Q就是產(chǎn)生電場的點電荷C．在真空中,電場強度的表達式E＝eq\f(kq,r2),式中q是檢驗電荷D．以上說法都不對5．實線為三條方向未知的電場線,從電場中的M點以相同的速度飛出a、b兩個帶電粒子,a、b的運動軌跡如圖2中的虛線所示(a、b只受電場力作用),那么()A．a(chǎn)一定帶正電,b一定帶負電B．電場力對a做正功,對b做負功C．a(chǎn)的速度將減小,b的速度將增大D．a(chǎn)的加速度將減小,b的加速度將增大利用補償法和對稱法求電場強度N(N>1)個電荷量均為q(q>0)的小球,均勻分布在半徑為R的圓周上,如圖4所示．假設移去位于圓周上P點(圖中未標出)的一個小球,那么圓心O點處的電場強度大小為________,方向________．(靜電力常量為k)(1)補償法：(2)對稱法：利用帶電體(如球體、薄板等)產(chǎn)生的電場具有對稱性的特點來求電場強度的方法．練1如圖5所示,在水平向右、大小為E的勻強電場中,在O點固定一電荷量為Q的正電荷,A、B、C、D為以O為圓心、半徑為r的同一圓周上的四點,B、D連線與電場線平行,A、C連線與電場線垂直．那么()A．A點的場強大小為eq\r(E2＋k2\f(Q2,r4))B．B點的場強大小為E－keq\f(Q,r2)C．D點的場強大小不可能為0D．A、C兩點的場強相同練2均勻帶電的球殼在球外空間產(chǎn)生的電場等效于電荷集中于球心處產(chǎn)生的電場．如圖6所示,在半球面AB上均勻分布正電荷,總電荷量為q,球面半徑為R,CD為通過半球頂點與球心O的直線,在直線上有M、N兩點,eq\x\to(OM)＝eq\x\to(ON)＝2R.M點的場強大小為E,那么N點的場強大小為()A.eq\f(kq,2R2)－EB.eq\f(kq,4R2)C.eq\f(kq,4R2)－ED.eq\f(kq,4R2)＋E等量同種點電荷和等量異種點電荷的電場線的比擬比擬工程等量異種點電荷等量同種點電荷電場線分布圖連線中點O處的場強連線上O點場強最小,指向負電荷一方為零連線上的場強大小(從左到右)沿連線先變小,再變大沿連線先變小,再變大沿中垂線由O點向外場強大小O點最大,向外逐漸減小O點最小,向外先變大后變小關于O點對稱的A與A′、B與B′的場強等大同向等大反向例2如圖7所示,兩個帶等量負電荷的小球A、B(可視為點電荷),被固定在光滑的絕緣水平面上,P、N是小球A、B連線的水平中垂線上的兩點,且PO＝ON.現(xiàn)將一個電荷量很小的帶正電的小球C(可視為質(zhì)點)由P點靜止釋放,在小球C向N點運動的過程中,以下關于小球C的說法可能正確的選項是()A．速度先增大,再減小B．速度一直增大C．加速度先增大再減小,過O點后,加速度先減小再增大D．加速度先減小,再增大練1如圖8所示,a、b兩點處分別固定有等量異種點電荷＋Q和－Q,c是線段ab的中點,d是ac的中點,e是ab的垂直平分線上的一點,將一個正點電荷先后放在d、c、e點,它所受的電場力分別為Fd、Fc、Fe,那么以下說法中正確的選項是()A．Fd、Fc、Fe的方向都是水平向右B．Fd、Fc的方向水平向右,Fe的方向豎直向上C．Fd、Fe的方向水平向右,Fc＝0D．Fd、Fc、Fe的大小都相等練2如圖9所示,在兩等量異種點電荷的電場中,MN為兩電荷連線的中垂線,a、b、c三點所在直線平行于兩電荷的連線,且a和c關于MN對稱,b點位于MN上,d點位于兩電荷的連線上．以下判斷正確的選項是()A．b點場強大于d點場強B．b點場強小于d點場強C．a(chǎn)、b兩點間的電勢差等于b、c兩點間的電勢差D．試探電荷＋q在a點的電勢能小于在c點的電勢能例3如圖10所示,一根長為L＝1.5m的光滑絕緣細直桿MN豎直固定在電場強度大小為E＝1.0×105N/C、與水平方向成θ＝30°角的斜向上的勻強電場中,桿的下端M固定一個帶電小球A,帶電荷量為Q＝＋4.5×10－6C；另一帶電小球B穿在桿上可自由滑動,帶電荷量為q＝＋1.0×10－6C,質(zhì)量為m＝1.0×10－2kg.現(xiàn)將小球B從桿的N端由靜止釋放,小球B開始運動．(靜電力常量k＝9.0×109N·m2/C2,g＝10m/s(1)求小球B開始運動時的加速度a；(2)當小球B的速度最大時,求小球距M端的高度h1；(3)假設小球B從N端運動到距M端的高度為h2＝0.61m時,速度v＝1.0m/s,求此過程中小球B電勢能的改變量ΔEp.1．如圖,一半徑為R的圓盤上均勻分布著電荷量為Q的電荷,在垂直于圓盤且過圓心c的軸線上有a、b、d三個點,a和b、b和c、c和d間的距離均為R,在a點處有一電荷量為q(q>0)的固定點電荷．b點處的場強為零,那么d點處場強的大小為(k為靜電力常量)()A．keq\f(3q,R2)B．keq\f(10q,9R2)C．keq\f(Q＋q,R2)D．keq\f(9Q＋q,9R2)2．如圖,可視為質(zhì)點的三物塊A、B、C放在傾角為30°的固定斜面上,物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)μ＝eq\f(2\r(3),45),A與B緊靠在一起,C緊靠在固定擋板上,三物塊的質(zhì)量分別為mA＝0.60kg,mB＝0.30kg,mC＝0.50kg,其中A不帶電,B、C均帶正電,且qC＝1.0×10－5C,開始時三個物塊均能保持靜止且與斜面間均無摩擦力作用,B、C間相距L＝1.0m．現(xiàn)給A施加一平行于斜面向上的力F,使A在斜面上做加速度a＝1.0m/s2的勻加速直線運動,假定斜面足夠長．靜電力常量k＝9.0×109N·m2/C2,g＝10m/s2.求：(1)B物塊的帶電量qB；(2)A、B運動多長距離后開始別離．3．如圖,絕緣光滑水平軌道AB的B端與處于豎直平面內(nèi)的四分之一圓弧形粗糙絕緣軌道BC平滑連接,圓弧的半徑R＝0.40m．在軌道所在空間存在水平向右的勻強電場,電場強度E＝1.0×104N/C.現(xiàn)有一質(zhì)量m＝0.10kg的帶電體(可視為質(zhì)點)放在水平軌道上與B端距離s＝1.0m的位置,由于受到電場力的作用帶電體由靜止開始運動,當運動到圓弧形軌道的C端時,速度恰好為零．帶電體所帶電荷量q＝8.0×10－5C(1)帶電體運動到圓弧形軌道的B端時對圓弧軌道的壓力；(2)帶電體沿圓弧形軌道從B端運動到C端的過程中,摩擦力做的功．?題組1電場強度的概念及計算1．以下關于電場強度的兩個表達式E＝F/q和E＝kQ/r2的表達,正確的選項是()A．E＝F/q是電場強度的定義式,F是放入電場中的電荷所受的力,q是產(chǎn)生電場的電荷的電荷量B．E＝F/q是電場強度的定義式,F是放入電場中電荷所受的電場力,q是放入電場中電荷的電荷量,它適用于任何電場C．E＝kQ/r2是點電荷場強的計算式,Q是產(chǎn)生電場的電荷的電荷量,它不適用于勻強電場D．從點電荷場強計算式分析庫侖定律的表達式F＝keq\f(q1q2,r2),式eq\f(kq2,r2)是點電荷q2產(chǎn)生的電場在點電荷q1處的場強大小,而eq\f(kq1,r2)是點電荷q1產(chǎn)生的電場在q2處場強的大小2．如圖1所示,真空中O點有一點電荷,在它產(chǎn)生的電場中有a、b兩點,a點的場強大小為Ea,方向與ab連線成60°角,b點的場強大小為Eb,方向與ab連線成30°角．關于a、b兩點場強大小Ea、Eb的關系,以下結論正確的選項是()圖1A．Ea＝eq\f(\r(3),3)EbB．Ea＝eq\f(1,3)EbC．Ea＝eq\r(3)EbD．Ea＝3Eb3．如圖2甲所示,在x軸上有一個點電荷Q(圖中未畫出),O、A、B為軸上三點,放在A、B兩點的試探電荷受到的電場力跟試探電荷所帶電荷量的關系如圖乙所示,那么()圖2A．A點的電場強度大小為2×103N/CB．B點的電場強度大小為2×103N/CC．點電荷Q在A、B之間D．點電荷Q在A、O之間?題組2電場強度的矢量合成問題4．用電場線能很直觀、很方便地比擬電場中各點場強的強弱．如圖3甲是等量異種點電荷形成電場的電場線,圖乙是場中的一些點：O是電荷連線的中點,E、F是連線中垂線上相對O對稱的兩點,B、C和A、D也相對O對稱．那么()圖3A．B、C兩點場強大小和方向都相同B．A、D兩點場強大小相等,方向相反C．E、O、F三點比擬,O點場強最強D．B、O、C三點比擬,O點場強最弱5．如圖4所示,A、B、C、D、E是半徑為r的圓周上等間距的五個點,在這些點上各固定一個點電荷,除A點處的電荷量為－q外,其余各點處的電荷量均為＋q,那么圓心O處圖4A．場強大小為eq\f(kq,r2),方向沿OA方向B．場強大小為eq\f(kq,r2),方向沿AO方向C．場強大小為eq\f(2kq,r2),方向沿OA方向D．場強大小為eq\f(2kq,r2),方向沿AO方向7．在電場強度為E的勻強電場中,取O點