2012高二物理人教版选修3-1第一章《章末整合》

负电荷正电荷创生消灭保持不变真空中静止的点电荷正电荷切线较小较大降低电荷的始末位置φA－φBWABqEpq电势垂直高低密00外10－610－12εS4πkd0匀速直线运动匀加速直线运动专题一静电力作用下物体的平衡问题1．同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．库仑力与重力、弹力一样，它也是一种基本力，因此一般的力学规律对它也适用，在对物体进行受力分析时应一起分析在内．2．明确带电粒子在电场中的平衡问题，实际上属于力学平衡问题，其中仅多了一个静电力而已．3．求解这类问题时，需应用有关力的平衡知识，在正确的受力分析基础上，运用平行四边形定则、三角形定则或建立平面直角坐标系，应用共点力作用下物体的平衡条件去解决．【例1】用一条绝缘轻绳悬挂一个带电小球，小球质量为1.0×10－2kg，所带电荷量为＋2.0×10－8C．现加一水平方向的匀强电场，平衡时绝缘绳与竖直方向成30°角，如图1－1所示．求这个匀强电场的电场强度．(取g＝10m/s2)图1－1图1－2解：小球在三个共点力的作用下处于平衡状态，受力分析如图1－2所示．小球在重力mg，电场力F及绳的拉力T作用下处于平衡状态，则有F＝mgtan30°而F＝qE所以，电场强度E＝mgtan30°q＝1.0×10－2×10×332×10－8N/C＝2.89×106N/C.【针对训练】C图1－31．如图1－3所示，悬挂在O点的一根不可伸长的绝缘细线下端有一个带电荷量不变的小球A.在两次实验中，均缓慢移动另一带同种电荷的小球B，当B到达悬点O的正下方并与A在同一水平线上，A处于受力平衡时，悬线偏离竖直方向的角度为θ.若两次实验中B的电荷量分别为q1和q2，θ分别为30°和45°，则q2q1为()A．2B．3C．23D．33专题二用能量观点处理带电体在电场中的运动带电的物体在电场中具有电势能，同时还可能具有动能和重力势能其他能量，用能量观点处理问题是一种简捷的方法，而且比动力学的观点解决更方便些．处理这类问题，首先要进行受力分析，及各力做功情况分析，再根据做功情况选择合适的规律列式求解．下面介绍常见的几种功能关系：(1)只要合外力做功不为零，物体的动能就要改变，合外力做正功，动能增加；合外力做负功，动能减少．此类问题可以使用动能定理求解．(2)静电力做正功，物体的电势能就要改变，且静电力的功等于电势能的减少量，W电＝Ep1－Ep2.静电力做正功，电势能减少；静电力做负功，电势能增加．如果只有静电力做功，物体的动能和电势能之间相互转化，总量保持不变．(3)如果除了重力和静电力之外，无其他力做功，则物体的动能、重力势能和电势能三者之和不变．【例2】(双选)图1－4为一匀强电场，某带电粒子从A点运动到B点．在这一运动过程中克服重力做的功为2.0J，电场)力做的功为1.5J．则下列说法正确的是(A．粒子带负电B．粒子在A点的电势能比在B点少1.5JC．粒子在A点的动能比在B点多0.5J图1－4D．粒子在A点的机械能比在B点少1.5J解析：粒子从A点运动到B点，电场力做正功，且沿着电场线，故粒子带正电，所以选项A错；粒子从A点运动到B点，电场力做正功，电势能减少，故粒子在A点的电势能比在B点多1.5J，故选项B错；由动能定理，WG＋W电＝ΔEk，－2.0J＋1.5J＝EkB－EkA，所以选项C对；除重力以外的其他力(在这里指电场力)所做的总功等于机械能的增加，所以选项D对．答案：CD题后反思：在解决电场中的能量问题时常用到的基本规律有动能定理、能量守恒定律，有时也会用到功能关系．(1)应用动能定理解决问题需研究合外力的功(或总功)．(2)应用能量守恒解决问题需注意电势能和其他形式能之间的转化．(3)应用功能关系解决该类问题需明确电场力做功与电势能改变之间的对应关系．【针对训练】2．(双选)如图1－5所示，在绝缘的斜面上方，存在着匀强电场，电场方向平行于斜面向上，斜面上的带电金属块在平行于斜面的力F作用下沿斜面移动．已知金属块在移动的过程中，力F做功32J，金属块克服电场力做功8J，金属块克服摩擦力做功16J，重力势能增加18J，则在此过程中金属块的()A．动能减少10JB．电势能增加24JC．机械能减少24JD．内能增加16J图1－5解析：由动能定理可知ΔEk＝32J－8J－16J－18J＝－10J，A正确；克服电场力做功为8J，则电势能增加8J，B错误；机械能的改变量等于除重力以外的其他力所做的总功，故ΔE＝32J－8J－16J＝8J，C错误；物体内能的增加量等于克服摩擦力所做的功，D正确．答案：AD专题三用动力学观点处理带电体在电场中的运动带电物体在电场中的运动综合了静电场和力学的知识，分析方法和力学的基本相同．带电的物体在电场中除受到电场力作用，还可能受到其他力的作用，如重力、弹力、摩擦力等，在诸多力的作用下物体可能所受合力不为零，做匀变速运动或变加速运动．处理这类问题，就像处理力学问题一样，首先对物体进行受力分析(包括电场力)，再明确其运动状态，最后根据所受的合力和所处的状态选择相应的规律解题．相关规律：牛顿第二定律F合＝ma.运动学公式(如匀变速直线运动速度公式、位移公式等)．平抛运动知识、圆周运动知识等．【例3】两平行金属板A、B水平放置，一个质量m＝5×10kg的带电微粒以v0＝2m/s的水平初速度从两板正中央位置射入电场，如图1－6所示，A、B两板间的距离d＝4cm，板长L＝10cm.(取g＝10m/s2)(1)当A、B间的电压UAB＝1000V时，微粒恰好不偏转，沿图中直线射出电场，求该粒子的电荷量．(2)令B板接地，欲使该微粒射出偏转电场，求A板所加电势的范围．－6图1－6思路点拨：本题中平行极板水平放置，研究对象是带电微粒，根据这两点需要考虑带电粒子的重力．解：(1)当UAB＝1000V时，重力跟电场力平衡，微粒沿初速度方向做匀速直线运动，由qUABd＝mg得q＝mgdUAB＝2×10－9C因重力方向竖直向下，故电场力方向必须竖直向上．又场强方向竖直向下(UAB0)，所以微粒带负电．(2)当微粒恰好从上极板右端飞出时，运动时间为t＝Lv0竖直位移为12d＝12a1t2解得加速度a1＝16m/s2微粒所受电场力方向向上，A板电势高于B板电势，设A板电势为φ1，则UAB＝φ10.由牛顿第二定律，有qφ1d－mg＝ma1则φ1＝a1＋gmdq＝2600V当微粒恰好从下极板右端飞出时，同理可得微粒的加速度a2＝16m/s2可知微粒所受电场力方向向下，A板电势低于B板电势，设A板电势为φ2，则UAB＝φ20.由牛顿第二定律，有mg－qφ2d＝ma2则φ2＝g－a2mdq＝－600V所以，要使微粒射出偏转电场，A板电势φA应满足－600VφA2600V.【针对训练】3．(双选)如图1－7，A、B两点各放一电荷量均为Q的等量异种电荷，有一竖直放置的光滑绝缘细杆在两电荷连线的垂直平分线上，a、b、c是杆上的三点，且ab＝bc＝l，b、c关于两电荷连线对称．质量为m、带正电荷q的小环套在细杆上，自a点由静止释放，则()C．小环从b到c速度可能先减小后增大D．小环做匀加速直线运动图1－7A．小环通过b点时速度为2glB．小环通过c点时速度为3gl解析：中垂线上各点的合场强均为水平向右，与环的运动方向垂直不做功，故小环做自由落体运动．答案：AD