全品复习方案2020届高考物理一轮复习第7单元静电场听课正文含解析.pdf
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1、静电场静电场 2015 年2016 年2017 年2018 年 高考热点统 计 要求 高考基础要 求及 冷点统计 库仑定律1516 电场强度、点 电荷 的场强 1515202521 电场线、电势 能、 电势 1520152021 电势差2421 匀强电场中 电势差 和电场强度 的关系 2121 带电粒子在 匀强 电场中的运 动 15242016252121 常见电容器、 电 容器的电压、 电 荷量和电容 的关系 14141721 物 质 的 电 结构、电荷 守恒、点电 荷() 静 电 现 象 的解释、静 电场() 示波管() 前 两 个 考 点 为 高 考 基础要求, 一 般 不 单 考情分析
2、 1.电场的性质及带电粒子在电场中的运动问题是历年高 考的重点.复习时应侧重对基本概念、规律进行认识和理 解.掌握描述电场性质的几个物理量,如电场强度、电场 线、电势、电势能等,理解平行板电容器的电容,会分析 带电粒子在电场中的运动问题. 2.选择题主要通过轨迹或图像考查电场的性质,电容器 综合问题出现频率较高;计算题主要考查带电粒子在电场 中的运动,常与牛顿运动定律、功能关系、动量观点综合. 独命题,要 求理解;示 波 管 是 带 电 粒 子 在 电 场 中 运 动 的 模 型 应用,属于 高 考 的 冷 点. 第 19 讲 电场的力的性质 一、电荷及其守恒定律 1.元电荷、点电荷 (1)元
3、电荷:e=1.6010-19C,所有带电体的电荷量都是元电荷的 . (2)点电荷:代表有一定电荷量的点,忽略带电体的大小和形状的 . 2.电荷守恒定律 (1)内容:电荷既不会创生,也不会消灭,它只能从一个物体转移到另一个物体,或者从物体的一部 分转移到另一部分;在转移过程中,电荷的总量 . (2)三种起电方式: 起电、 起电、 起电. 二、库仑定律 1.内容:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成 ,与它们的 距离的二次方成 ,作用力的方向在它们的连线上. 2.表达式:F=k,式中k= Nm2/C2,叫作静电力常量. 3.适用条件:真空中的 . 三、电场、电场强度 1.电
4、场基本性质:对放入其中的电荷有 . 2.电场强度 (1)定义:放入电场中某点的电荷受到的 与它的 的比值. (2)定义式: .单位:N/C 或 V/m. (3)矢量性:规定 在电场中某点所受电场力的方向为该点电场强度的方向. 四、电场线 1.电场线:在电场中画出的一些曲线,曲线上每一点的 方向都跟该点的场强方向一致,曲 线的疏密表示电场的 .电场线不是实际存在的线,而是为了描述电场而假想的线. 2.电场线的特点 (1)电场线从 或无限远处出发,终止于 或无限远处. (2)电场线不相交. (3)在同一电场里,电场线越密的地方场强 . 【辨别明理】 (1)物体起电的实质是电子的转移.( ) (2)
5、电场和电场线都是客观存在的.( ) (3)E=是电场强度的定义式,可知电场强度与电场力成正比.( ) (4)没有电场线的地方不存在电场.( ) (5)在点电荷产生的电场中,以点电荷为球心的同一球面上各点的电场强度都相同.( ) (6)电场线的方向即为带电粒子的运动方向.( ) (7) 人教选修 3-1 改编 如图 19-1 所示,有一带正电的验电器,当一个金属球A靠近验电器的小球 B(不接触)时,验电器的金箔张角减小,则金属球A的带电情况如何? 图 19-1 考点一 电荷守恒与库仑定律 (1)在用库仑定律公式进行计算时,无论是正电荷还是负电荷,均代入电荷量的绝对值计算库仑力 的大小. (2)两
6、个点电荷间相互作用的库仑力满足牛顿第三定律,大小相等、方向相反. (3)由公式F=k可以看出,在两带电体的间距及电荷量之和一定的条件下,当q1=q2时,F最大. 1.(电荷守恒) 人教版选修 3-1 改编 如图 19-2 所示,两个不带电的导体A和B,用一对绝缘柱支持 使它们彼此接触.把一带正电荷的物体C置于A附近,贴在A、B下部的金属箔都张开,则( ) 图 19-2 A.此时A带正电,B带负电 B.此时A电势低,B电势高 C.移去C,贴在A、B下部的金属箔都闭合 D.先把A和B分开,然后移去C,贴在A、B下部的金属箔都闭合 2.(电荷守恒和库仑定律) 2018浙江 4 月选考 真空中两个完全
7、相同、带等量同种电荷的金属小 球A和B(可视为点电荷)分别固定在两处,它们之间的静电力为F.用一个不带电的同样金属球C 先后与A、B球接触,然后移开球C,此时A、B球间的静电力为( ) A.B.C.D. 3.(库仑力作用下的平衡问题) 2018杭州二中期末 如图 19-3 所示,质量分别是m1和m2、 电荷量 分别是q1和q2的小球用长度不等的绝缘轻丝线悬挂起来,两丝线与竖直方向的夹角分别是和 (),两小球恰在同一水平线上,则( ) 图 19-3 A.q1一定大于q2 B.两球一定带同种电荷 C.m1一定小于m2 D.质量为m1的小球所受的库仑力一定大于质量为m2的小球所受的库仑力 4.(库仑
8、力作用下的动力学问题)如图 19-4 所示,足够大的光滑绝缘水平面上有三个带电质点,A 和C围绕B做角速度大小相同的匀速圆周运动,B恰能保持静止,其中A、C和B的距离分别是L1 和L2.不计三个质点间的万有引力, 图 19-4 则A和C的比荷(电荷量与质量之比)为( ) A.B.C.D. 要点总结 (1)对于两个均匀带电绝缘球体,可以将其视为电荷集中于球心的点电荷,r为两球心之间的距离. (2)对于两个带电金属球,要考虑金属球表面电荷的重新分布. (3)不能根据公式错误地推出:当r0 时,F.其实,在这样的条件下,两个带电体已经不能再看 成点电荷了. 考点二 电场的叠加 1.电场强度三个表达式
9、的比较 表达式 E= E=kE= 公式意义 电场强度定义 式 真空中点电荷的电场强 度决定式 匀强电场中E与U的关系式 适用条件一切电场 真空 点电荷 匀强电场 决定因素 由电场本身决 定,与检验电荷 q无关 由场源电荷Q和场源电荷 到该点的距离r共同决定 由电场本身决定,d为两点沿电场方向 的距离 2.电场的叠加 (1)叠加原理:多个电荷在空间某处产生的电场为各电荷在该处所产生的电场强度的矢量和. (2)运算法则:平行四边形定则. 图 19-5 例 1 如图 19-5 所示,在光滑绝缘水平面上,三个带电小球a、b和c分别位于边长为l的正三角形 的三个顶点上;a、b带正电,电荷量均为q,c带负
10、电.整个系统置于方向水平的匀强电场中.已知静 电力常量为k.若三个小球均处于静止状态,则匀强电场场强的大小为 ( ) A.B.C.D. 题根分析 求解电场强度的叠加问题的思路:确定分析计算的空间位置;分析该处有几个分电场,先计算 出各个分电场在该点的电场强度的大小和方向;依次利用平行四边形定则求出矢量和. 变式网络 图 19-6 变式题 1(对称法)如图 19-6 所示,一半径为R的圆盘上均匀分布着电荷量为Q的电荷,在垂直于圆 盘且过圆心c的轴线上有a、b、d三个点,a和b、b和c、c和d间的距离均为R,在a点处有一 电荷量为q(q0)的固定点电荷.已知b点处的场强为零,则d点处场强的大小为(
11、静电力常量为k) ( ) A.kB.kC.kD.k 变式题 2(补偿法)已知均匀带电球体在球的外部产生的 图 19-7 电场与一个位于球心、所带电荷量与之相等的点电荷产生的电场相同.如图 19-7 所示,半径为R 的球体上均匀分布着总电荷量为Q的电荷,在过球心O的直线上有A、B两个点,O和B间、B和A 间的距离均为R.现以OB为直径在球内挖出一个球形空腔,若静电力常量为k,球的体积公式为V= r3,则A点处电场强度的大小为 ( ) A.B.C.D. 变式题 3(等效法) 2018济南期中 MN为足够大的不带电的金属板,在其右侧距离为d的位置放 一个电荷量为+q的点电荷O,金属板右侧空间的电场分
12、布如图19-8甲所示,P是金属板表面上与点 电荷O距离为r的一点.几位同学想求出P点的电场强度大小,但发现问题很难,经过研究,他们发 现图甲的电场分布与图乙中虚线右侧的电场分布是一样的.图乙是两等量异号点电荷的电场线分 布图,两点电荷的电荷量的大小均为q,它们之间的距离为2d,虚线是两点电荷连线的中垂线.由此 他们分别对甲图中P点的电场强度方向和大小做出以下判断,其中正确的是( ) 图 19-8 A.方向沿P点和点电荷的连线向左,大小为 B.方向沿P点和点电荷的连线向左,大小为 C.方向垂直于金属板向左,大小为 D.方向垂直于金属板向左,大小为 变式题4(微元法)一半径为R的圆环上均匀地带有电
13、荷量为Q的电荷,在垂直于圆环平面的对称轴 上有一点P,它与环心O的距离OP=L.已知静电力常量为k.关于P点的场强E,下列四个表达式中 只有一个是正确的,请你根据所学的物理知识,通过一定的分析,判断正确的表达式是( ) A.B. C.D. 考点三 电场线的理解和应用 1.电场线的应用 (1)在同一电场里,电场线越密的地方场强越大. (2)电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向. (3)沿电场线方向电势逐渐降低. (4)电场线和等势面在相交处互相垂直. 2.两种等量点电荷的电场线 比较等量异种点电荷等量同种点电荷 电场线分 布 中垂线上 的 电场强度 O点 最 大 ,向 外逐渐减小 O点为零,
14、向外先变大后变小 连线上的 电场强度 沿连线先变小 后变大,中点 O处的电场强 度最小 沿连线先变小后变大,中点O处的电场强度为零 例 2(多选) 2018三明模拟 如图 19-9 所示,实线为不知方向的三条电场线,从电场中M点以相同 速度垂直于电场线方向飞出a、b两个带电粒子,仅在电场力作用下的运动轨迹如图中虚线所示, 则( ) 图 19-9 A.a一定带正电,b一定带负电 B.a的速度将减小,b的速度将增大 C.a的加速度将减小,b的加速度将增大 D.两个粒子的动能均增大 变式题 1 2018茂名模拟 如图 19-10 所示为两个等量点电荷的电场线,图中A点和B点、C点和D 点分别关于两电
15、荷连线的中点O对称.若将一电荷放在此电场中,则以下说法正确的是( ) 图 19-10 A.电荷在O点时受力最大 B.电荷沿直线由A到B的过程中,电场力先增大后减小 C.电荷沿直线由A到B的过程中,电势能先增大后减小 D.电荷沿直线由C到D的过程中,电场力先增大后减小 变式题 2 2018潍坊二中月考 如图 19-11 所示,A、B为两个等量的正点电荷,在其连线中垂线上 的P点放一个负点电荷q(不计重力),由静止释放后,下列说法中正确的是 ( ) 图 19-11 A.点电荷在从P点运动到O点的过程中,加速度越来越大,速度越来越大 B.点电荷在从P点运动到O点的过程中,加速度越来越小,速度越来越大
16、 C.点电荷运动到O点时加速度为零,速度达最大值 D.点电荷越过O点后,速度越来越小,加速度越来越大,直到点电荷速度为零 要点总结 电场线与轨迹问题的判断方法 (1)“运动与力两线法”画出“速度线”(运动轨迹在初始位置的切线)与“力线”(电场线在 初始位置的切线),从两者的夹角情况来分析曲线运动的情况. (2)“三不知时要用假设法”电荷的正负、 场强的方向或等势面电势的高低、 电荷运动的方向, 若已知其中的任意一个,可顺次向下分析判定各待求量;若三个都不知,则要用假设法分别讨论各 种情况. 完成课时作业(十九) 第 20 讲 电场的能的性质 一、电势能和电势、等势面 1.电势能:电荷在电场中某
17、点具有的势能,等于将电荷从该点移到 位置时电场力所做的 功. 2.电场力做功与电势能变化的关系:电场力做的功等于 ,即WAB=EpA- EpB=-Ep. 3.电势:电荷在电场中某点具有的 与它的 的比值,即= . 4.等势面 (1)定义:电场中 相同的各点构成的面. (2)特点: 等势面一定与 垂直,即跟场强的方向垂直. 在同一等势面上移动电荷时电场力 做功. 电场线总是从电势高的等势面指向 的等势面. 在空间中两等势面 相交. 等差等势面越密的地方电场强度 ,越疏的地方电场强度 . 二、电势差 匀强电场中电势差与场强的关系 1.电势差 (1)定义:电荷在电场中由一点A移到另一点B时, 与移动
18、的电荷 的比 值. (2)定义式:UAB= ;电势差与电势的关系:UAB= ,UAB=-UBA. 2.匀强电场中电势差与电场强度的关系 (1)电势差与场强的关系式:UAB= ,其中d为电场中两点间沿 的距离. (2)在匀强电场中,场强在数值上等于沿 方向每单位距离上降低的电势. 三、静电平衡 导体处于静电平衡状态的两大特点:(1)导体内部的场强 ;(2)导体是一个等势体,导体表 面电势 . 【辨别明理】 (1)电场力做功与重力做功相似,均与路径无关.( ) (2)电场中电场强度为零的地方电势一定为零.( ) (3)电场强度处处相同的区域内,电势一定也处处相同.( ) (4)沿电场线方向电场强度
19、越来越小,电势逐渐降低.( ) (5)A、B两点间的电势差等于将正电荷从A移到B点时静电力所做的功.( ) (6)电场中,场强方向是指电势降落的方向.( ) (7)电势有正负之分,因此电势是矢量.( ) (8)电势的大小由电场的性质决定,与零电势点的选取无关.( ) (9)电势差UAB由电场本身的性质决定,与零电势点的选取无关.( ) (10)处于静电平衡的导体是等势体,导体表面是等势面,但导体表面的场强可能不同.( ) 考点一 描述电场的能的性质的物理量 1.电势高低常用的两种判断方法 (1)沿电场线方向电势逐渐降低. (2)若UAB0,则AB;若UABQ B.直线c位于某一等势面内,MN
20、C.若电子由M点运动到Q点,电场力做正功 D.若电子由P点运动到Q点,电场力做负功 要点总结 根据电势的定义式=计算时,、Ep、q要注意带符号运算. 考点二 电势差与电场强度的关系 在匀强电场中由公式U=Ed得出的“一式、二结论” (1)“一式” E=,其中d是沿电场线方向上的距离. (2)“二结论” 结论 1:匀强电场中的任一线段AB的中点C的电势C=,如图 20-3 所示. 结论 2:匀强电场中若两线段ABCD,且AB=CD,则UAB=UCD(或A-B=C-D),如图 20-4 所示. 图 20-3 图 20-4 图 20-5 例 2(多选) 2018全国卷 如图 20-5 所示,同一平面
21、内的a、b、c、d四点处于匀强电场中,电 场方向与此平面平行,M为a、c连线的中点,N为b、d连线的中点.一电荷量为q(q0)的粒子从a 点移动到b点,其电势能减小W1;若该粒子从c点移动到d点,其电势能减小W2.下列说法正确的是 ( ) A.此匀强电场的场强方向一定与a、b两点连线平行 B.若该粒子从M点移动到N点,则电场力做功一定为 C.若c、d之间的距离为L,则该电场的场强大小一定为 D.若W1=W2,则a、M两点之间的电势差一定等于b、N两点之间的电势差 图 20-6 变式题 2018山东潍坊中学一模 如图 20-6 所示,匀强电场的方向平行于xOy坐标系平面,其中 坐标原点O处的电势
22、为 2V,a点的坐标为(0,4cm),电势为 8V,b点的坐标为(3cm,0),电势为 8V,则 电场强度的大小为( ) A.250V/mB.200V/m C.150V/mD.120V/m 要点总结 知道由几个点的电势确定电场线的方法:将电势最高的点和电势最低的点相连,根据在匀强电场中 经过相等的距离电势差相等,确定连线上与第三个点的电势相等的点,电势相等的两点连线为等 势线,根据电场线与等势线垂直即可画出电场线. 考点三 电场线、等势面和带电粒子轨迹问题 1.带电粒子在电场中运动轨迹问题的分析方法 (1)从轨迹的弯曲方向判断受力方向(轨迹向合外力方向弯曲),从而分析电场方向或电荷的正负. (
23、2)结合轨迹、速度方向与静电力的方向,确定静电力做功的正负,从而确定电势能、电势和电势 差的变化等. (3)根据动能定理或能量守恒定律判断动能的变化情况. 2.求电场力做功的四种方法 (1)定义式:WAB=Flcos=qElcos(适用于匀强电场). (2)电势的变化:WAB=qUAB=q(A-B). (3)动能定理:W电+W其他=Ek. (4)电势能的变化:WAB=-Ep=EpA-EpB. 3.电场中的功能关系 (1)若只有电场力做功,则电势能与动能之和保持不变. (2)若只有电场力和重力做功,则电势能、重力势能、动能之和保持不变. (3)除重力、弹力外,其他各力对物体做的功等于物体机械能的
24、增量. (4)所有外力对物体所做的总功等于物体动能的变化. 图 20-7 例3 2018天津卷 如图20-7所示,实线表示某电场的电场线(方向未标出),虚线是一带负电的粒 子只在电场力作用下的运动轨迹,设M点和N点的电势分别为M、N,粒子在M和N时加速度大 小分别为aM、aN,速度大小分别为vM、vN,电势能分别为EpM、EpN.下列判断正确的是( ) A.vM0)的带电小 球M、N先后以相同的初速度沿平行于电场的方向射出.小球在重力作用下进入电场区域,并从该 区域的下边界离开.已知N离开电场时的速度方向竖直向下;M在电场中做直线运动,刚离开电场时 的动能为N刚离开电场时的动能的 1.5 倍.
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