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2023届高考物理第一轮复习电场教案电场高中物理.docx
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2023 高考 物理 第一轮 复习 电场 教案 高中物理
翰林汇翰林汇翰林汇翰林汇课 题: 电场 类型:复习课 目的要求:理解和灵活运用电场的有关概念,掌握电场力做功与电势能的变化、带电粒子在电场中的运动等综合题的解题方法,培养空间想像能力与综合分析能力 重点难点: 教 具: 过程及内容: 第1课 电场力的性质 知识简析 一、电荷、电荷守恒定律 1、两种电荷:用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷,用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷。 2、元电荷:一个元电荷的电量为1.6×10-19C,是一个电子所带的电量。 说明:任何带电体的带电量皆为元电荷电量的整数倍。 3、起电:使物体带电叫起电,使物体带电的方式有三种①摩擦起电,②接触起电,③感应起电。 4、电荷守恒定律:电荷既不能创造,也不能被消灭,它们只能从一个物体转移到另一个物体,或者从物体的一局部转移到另一局部,系统的电荷总数是不变的. 注意:电荷的变化是电子的转移引起的;完全相同的带电金属球相接触,同种电荷总电荷量平均分配,异种电荷先中和后再平分。 二、库仑定律 1. 内容:真空中两个点电荷之间相互作用的电力,跟它们的电荷量的乘积成正比,跟它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上。 2. 公式:F=kQ1Q2/r2 k=9.0×109N·m2/C2 3.适用条件:〔1〕真空中; 〔2〕点电荷. 点电荷是一个理想化的模型,在实际中,当带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时,就可以把带电体视为点电荷.〔这一点与万有引力很相似,但又有不同:对质量均匀分布的球,无论两球相距多近,r都等于球心距;而对带电导体球,距离近了以后,电荷会重新分布,不能再用球心距代替r〕。点电荷很相似于我们力学中的质点. 注意:①两电荷之间的作用力是相互的,遵守牛顿第三定律 ②使用库仑定律计算时,电量用绝对值代入,作用力的方向根据“同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引〞的规律定性判定。 【例1】在光滑水平面上,有两个带相同电性的点电荷,质量m1=2m2,电量q1=2q2,当它们从静止开始运动,m1的速度为v时,m2的速度为 ;m1的加速度为a时,m2的加速度为 ,当q1、q2相距为r时,m1的加速度为a,那么当相距2r时,m1的加速度为多少? 解析:由动量守恒知,当m1的速度为v时,那么m2的速度为2v,由牛顿第二定律与第三定律知:当m1的加速度为 a时,m2的加速度为2a. 由库仑定律知:a=/m,a/=/m,由以上两式得a/=a/4 答案:2v,2a,a/4 点评:库仑定律中的静电力〔库仑力〕是两个电荷之间的作用力,是作用力与反作用力,大小相同,方向相反,在同一直线上,作用在两个物体上,二力属同种性质的力,而且同时产主同时消失。 三、电场: 1、存在于带电体周围的传递电荷之间相互作用的特殊媒介物质.电荷间的作用总是通过电场进行的。 2、电场的根本性质是对放入其中的电荷有力的作用。 3、电场可以由存在的电荷产生,也可以由变化的磁场产生。 四、电场强度 1.定义:放入电场中某一点的电荷受到的电场力F跟它的电量q的比值叫做该点的电场强度,表示该处电场的强弱 2.表达式:E=F/q 单位是:N/C或V/m; E=kQ/r2〔导出式,真空中的点电荷,其中Q是产生该电场的电荷〕 E=U/d〔导出式,仅适用于匀强电场,其中d是沿电场线方向上的距离〕 3.方向:与该点正电荷受力方向相同,与负电荷的受力方向相反;电场线的切线方向是该点场强的方向;场强的方向与该处等势面的方向垂直. 4.在电场中某一点确定了,那么该点场强的大小与方向就是一个定值,与放入的检验电荷无关,即使不放入检验电荷,该处的场强大小方向仍不变,这一点很相似于重力场中的重力加速度,点定那么重力加速度定,与放入该处物体的质量无关,即使不放入物体,该处的重力加速度仍为一个定值. 5、电场强度是矢量,电场强度的合成按照矢量的合成法那么.〔平行四边形法那么和三角形法那么〕 6、电场强度和电场力是两个概念,电场强度的大小与方向跟放入的检验电荷无关,而电场力的大小与方向那么跟放入的检验电荷有关, 五、电场线: 是人们为了形象的描绘电场而想象出一些线,客观并不存在. 1.切线方向表示该点场强的方向,也是正电荷的受力方向. 2.从正电荷出发到负电荷终止,或从正电荷出发到无穷远处终止,或者从无穷远处出发到负电荷终止. 3.疏密表示该处电场的强弱,也表示该处场强的大小. 4.匀强电场的电场线平行且距离相等. 5.没有画出电场线的地方不一定没有电场. 6.顺着电场线方向,电势越来越低. 7.电场线的方向是电势降落陡度最大的方向,电场线跟等势面垂直. 8.电场线永不相交也不闭合, 9.电场线不是电荷运动的轨迹. 匀强电场 - - - -  点电荷与带电平板 + 等量异种点电荷的电场 等量同种点电荷的电场 孤立点电荷周围的电场 【例2】在匀强电场中,将质量为m,带电量为q的小球由静止释放,带电小球的运动轨迹为一直线,该直线与竖直方向的夹角为θ,如以下图,那么电场强度的大小为〔 B 〕 A.有唯一值mgtanθ/q ; B.最小值是mgsinθ/q; C·最大值mgtanθ/q; D·mg/q 提示:如附图所示,利用三角形法那么,很容易判断出AB跟速度方向垂直. 规律方法 1、库仑定律的理解和应用 【例3】如以下图,三个完全相同的金属小球a、b、c位于等边三角形的三个顶点上.a和c带正电,b带负电,a所带电量的大小比b的小.c受到a和b的静电力的合力可用图中四条有向线段中的一条来表示,它应是 A.F1 B.F2 C.F3 D.F4 【解析】 a对c为斥力,方向沿ac连线背离a;b对c为引力,方向沿bc连线指向b.由此可知,二力的合力可能为F1或F2.又b的电量比a的大,由此又排除掉F1,只有F2是可能的.【答案】 B 【例4】两端开口,横截面积为S,水平放置的细玻璃管中,有两个小水银滴,封住一段长为L0的空气柱,当给小水银滴带上等量的异种电荷时,空气柱的长度为L,设当时大气压强为P0,小水银滴在移动过程中温度不变,小水银滴大小可忽略不计,试求: ①稳定后,它们之间的相互作用力。②小水银滴所带电量的大小? 解析:小水银滴所受的库仑力为内外气体压力之差。设外界大气压强为P0,小水银滴带上等量异种电荷时,被封闭气体的压强为P,那么由玻意耳定律得:P0L0S=PLS即P/ P0= L0/L ΔP/ P0=〔L0-L〕/L,又ΔP=P-P 0=F电/S,即F电= P0S〔L0-L〕/L 再由库仑定律得:F电=KQ2/L2 可得Q=·L= A B C FAB FB FCB F 【例5】 如图,在光滑绝缘水平面上有三个质量都是m的相同小球,两两间的距离都是l,A、B电荷量都是+q。给C一个外力F,使三个小球保持相对静止共同加速运动。求:C球的带电电性和电荷量;外力F的大小。 解:先分析A、B两球的加速度:它们相互间的库仑力为斥力,因此C对它们只能是引力,且两个库仑力的合力应沿垂直与AB连线的方向。这样就把B受的库仑力和合力的平行四边形确定了。于是可得QC= -2q,F=3FB=3FAB=。 【例6】.如以下图,质量均为m的三个带电小球A,B,C,放在光滑的绝缘水平面上,彼此相隔的距离为L(L比球半径r大许多〕,B球带电量为QB =-3q.A球带电量为QA=+6q,假设对C球加一个水平向右的恒力F,要使A,B,C三球始终保持L的间距运动,求: (1〕F的大小为多少? (2)C球所带的电量为多少?带何种电荷?: 解析:由于A,B,C三球始终保特L的间距,说明它们具有相同的加速度,设为a,那么 对A、B、C球受力分析可知,C球带正电,对A球:FAB-FAC=ma,即 1200 r r r 对B球:-FAB+FBC=ma,即,联立以上各式得QC=8q. F3 F1 F2 A F1 F3 F2 B F1 F3 F2 C F3 F1 F2 D 【例7】中子内有一电荷量为上夸克和两个电荷量为下夸克,一简单模型是三个夸克都在半径为r的同一圆周上,如以下图,下面给出的四幅图中能正确表示出各夸克所受静电作用力的是( ) 1200 r r r F/ F// F2 600 解析:上夸克与下夸克为异种电荷,相互作用力为引力,(l为任意两个夸克间的距离),由力的合成可知上夸克所受的合力F1向下,下夸克为同种电荷,所受的作用力为斥力,,∴F/=2F//,由力的合成知下夸克受力F2向上,B正确. 2、 电场强度的理解和应用 【例8】长木板AB放在水平面上如以下图,它的下外表光滑而上外表粗糙,一个质量为m、电量为q的小物块C从A端以某一初速起动向右滑行。当存在向下的匀强电场时,C恰能滑到B端,当此电场改为向上时,C只能滑到AB的中点,求此电场的场强。 【解析】当电场方向向上时,物块c只能滑到AB中点,说明此时电场力方向向下,可知物块C所带电荷的电性为负。 电场方向向下时有:μ〔mg-qE〕L=½mv02一〔m+M〕v2 mv0=〔 m十M〕v 电场方向向上时有:μ〔mg+qE〕L/2=½mv02一〔m+M〕v2, mv0=〔 m十M〕v 那么mg-qE =〔mg+qE〕,得E=mg/3q 1 2 【例9】如图在场强为E的匀强电场中固定放置两个带电小球1和2,它们的质量相等,电荷分别为q1和-q2.〔q1≠q2〕.球1和球2的连线平行于电场线,如图.现同时放开1球和2球,于是它们开始在电场力的作用下运动,如果球1和球2之间的距离可以取任意有限值,那么两球刚被放开时,它们的加速度可能是〔 ABC 〕 A、大小不等,方向相同; B、大小不等,方向相反; C、大小相等,方向相同; D、大小相等,方向相反; 解析:球1和球2皆受电场力与库仑力的作用,取向右方向为正方向,那么有由于两球间距不确定,故F库不确定 假设q1E-F库>0, F库-q2E>0,且q1E-F库≠F库-q2E,那么A正确; 假设q1E-F库>0, F库-q2E <0,且q1E-F库≠F库-q2E ,那么B正确; 假设q1E-F库=F库-q2E ,那么C正确; 假设q1E-F库≠F库-q2E ,那么q1= q2与题意不符,D错误; 【例10】半径为r的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内,环上套有一质量为m,带正电的珠子,空间存在水平向右的匀强电场,如以下图,珠子所受静电力是其重力的3/4,将珠子从环上最低位置A点由静止释放,那么珠子所能获得的最大动能Ek为多少? FE F mg θ 解析:设该珠子的带电量为q,电场强度为E.珠子在运动过程中受到三个力的作用,其中只有电场力和重力对珠子做功,其合力大小为: 设F与竖直方向的夹角为θ,如以下图,那么 把这个合力等效为复合场,此复合场为强度此复合场与竖直方向夹角为θ,珠予沿园环运动,可以类比于单摆的运动,运动中的动能最大位置是“最低点〞,由能的转化及守恒可求出最大的动能为:Ekm=mg/r(1-cosθ) 思考:①珠子动能最大时对圆环的压力多大? ②假设要珠子完成一个完整的圆周运动,在A点释放时,是否要给珠子一个初速度? 3、 电场线的理解和应用 【例11】如以下图,一电子沿等量异种电荷的中垂线由

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