高中物理选修3-1同步学案(全套)-通用(精美教案)

第一章静电场§电荷及其守恒定律、库仑定律、电场强度【学习目标】、了解元电荷的含义，理解电荷守恒定律的不同表述。、掌握库仑定律，能够解决有关的问题。、理解电场强度及其矢量性，掌握电场强度的叠加，并进行有关的计算。、知道用电场线描述电场的方法。理解引入电场线的意义。【自主学习】一、电荷及电荷守恒、自然界中存在电荷，正电荷和负电荷，同种电荷相互，异种电荷相互。电荷的多少叫做，单位是库仑，符号是。所有带电体的带电量都是电荷量的整数倍，电荷量称为。、（）点电荷是一种模型，当带电体本身和对研究的问题影响不大时，可以将带电体视为点电荷。真正的点电荷是不存在的，这个特点类似于力学中质点的概念。、使物体带电有方法：摩擦起电、感应起电、接触起电，其实质都是电子的转移。、电荷既不能，也不能，只能从一个物体到另一个物体，或从物体的转移到，在转移的过程中，电荷的总量，这就是电荷守恒定律。二、库仑定律、真空中两个之间的相互作用力的大小，跟它们的电荷量、的乘积成，跟它们的距离的成反比，作用力的方向沿着它们的。公式其中静电力常量适用范围：真空中的。、库仑定律与万有引力定律的比较如下表：定律共同点区别影响大小的因素万有引力定律（）都与距离的二次方成反比（）都有一个常量与两个物体、有关，只有力，，库仑定律与两个物体、有关，有力，也有力，，三、电场强度、电场和电场强度电场电场是电荷之间发生相互作用的媒介物质，周围存在电场，电场强度和定义式放入电场中某点的电荷所受的跟该电荷所带的比值叫做该点的电场强度公式：，单位：，或物理意义是描述电场力的性质的物理量，能够反映电场的强弱相关因素的大小和的大小无关，是由电场决定的，只与形成电场的电荷和该点有关，与试探电荷无关矢标性电场强度的方向与该点所受电场力的方向相同，与受电场力的方向相反，几个场强叠加时，需按矢量的运算法则，即定则。、电场强度的几个公式（）FEq是电场强度的定义式，适用于的静电场。（）2QEkr是点电荷在真空中形成的电场中某点场强的计算式，只适用于在真空中形成的电场。（）UEd是匀强电场中场强的计算式，只适用于，其中，必须是沿的距离。、电场的叠加电场需按矢量的运算法则，即按平行四边形定则进行运算。四、电场线（）电场线：在电场中画出一些曲线，使曲线上每一点的方向都跟该点的方向一致，这样的曲线就叫做电场线。电场线是人们为了描述而人为地画出来的，电场中并非真正存在着这样一些曲线。它可以形象直观地反映电场的和。（）电场线的性质：电场线起始于（或无穷远处）；终止于（或无穷远处）。其上每一点的切线方向和该点的方向一致。疏密程度反映了电场的，电场线密集的地方场强；电场线稀疏的地方场强。在没有电荷的空间，电场线不能，两条电场线不能。（）与电势的关系：在静电场中，电场线和等势面且由电势较的等势面指向电势较低的等势面。顺着电场线的方向电势越来，但顺着电场线的方向场强越来越小。（）电场线和电荷在电场中的运动轨迹是的，它们只有在一定的条件下才能重合。即：①电场线是。②电荷的初速度为零或不为零，但速度方向和电场线。③电荷仅受电场力作用或受其他力的方向和电场线平行。只有同时满足这三个条件，轨迹才和电场线重合。【典型例题】例：如图所示，有两个带电小球，电量分别为和，在真空中相距0.4m。如果引进第三个带电小球，正好使三个小球都处于平衡状态，第三个小球带的是哪种电荷？应放在什么地方？电量是的几倍？（图）（）审题（写出或标明你认为的关键词、题中条件和所处状态及过程）（）分析（合理分段，画出示意图，并找出各段之间的连接点）（）解题过程例：（·广西模拟）如图所示，初速度为υ的带电粒子，从点射入电场，沿虚线运动到点，判断：（）粒子带什么电？（）粒子加速度如何变化？（）画出、两点的加速度方向。图（）审题（写出或标明你认为的关键词、题中条件和所处状态及过程）（）分析（合理分段，画出示意图，并找出各段之间的连接点）（）解题过程例：如图所示，、两点放有电荷量和的点电荷，、、、四点在同一直线上，且，将一正电荷从点沿直线移到点，则（）、电场力一直做正功、电场力先做正功再做负功、电场力一直做负功图、电场力先做负功再做正功（）审题（写出或标明你认为的关键词、题中条件和所处状态及过程）（）分析（合理分段，画出示意图，并找出各段之间的连接点）（）解题过程【针对训练】、真空中有两个相同的金属小球和，相距为，带电量分别是和，但带何种电荷未知，它们之间的相互作用力大小为，有一个跟、相同的不带电的金属球，当跟、依次各接触一次后移开，再将、间距离变为，那么、间的作用力大小可能是（）、5F、5F、3F、3F、如图所示，绝缘的细线上端固定，下端悬挂一个轻质小球，的表面镀有铝膜，在的近旁有一绝缘金属球，开始时，、都不带电，如图所示，现使带电则（）、、间不发生相互作用、将吸引，吸住后不放开、立即把排斥开、先吸引，接触后又把排斥开、有关电场强度的理解，下述正确的是（）、由FEq可知，电场强度跟放入的电荷所受的电场力成正比。、当电场中存在试探电荷时，电荷周围才出现电场这种特殊的物质，才存在电场强度、由可知，在离点电荷很近，接近于零，电场强度达无穷大、电场强度是反映电场本身特性的物理量，与是否存在试探电荷无关。、一半径为的绝缘球壳上均匀地带有电荷量为的正电荷，另一电荷量为的带正电的点电荷放在球心上，由于对称性，点电荷的受力为零，现在球壳上挖去半径为的小圆孔，则此时置于球心的点电荷所受力的大小为（已知静电力常量为），方向【能力训练】、如图所示为电场中的一根电场线，在该电场线上有、两点，用、分别表示两处场强的大小，则（）、、两点的场强方向相同、因为电场线由指向，所以＞、因为电场线是直线，所以图、因为不知道、附近的电场线分布情况，所以不能确定、的大小关系。、在轴上有两个点电荷，一个带正电，另一个带负电，且，用和分别表示两个点电荷所产生的场强大小，则在轴上（）、之点只有一个，该处的合场强为零、之点共有两处，一处合场强为零，另一处合场强为、之点共有三处，其中两处合场强为零，另一处合场强为、之点共有三处，其中一处合场强为零，另两处合场强为、如图所示，用两根细绳把两个带同种电荷的小球悬挂在一点，球质量大于球的质量，球所带的电荷量大于球所带的电荷量。两球静止时，、两球处在同一水平面上，悬线与竖直线的偏角分别为α和β，则（）、α＞β、α＜β、αβ、无法确定、如图所示，直线、是一条电场线，在其上某点处由静止开始释放一负试探电荷时，它沿直线向处运动，对此现象，下列判断正确的是（不计电荷重力）、电荷一定向做匀加速运动、电荷一定向做加速度越来越小的运动、电荷一定向做加速度越来越大的运动图、电荷向做加速运动，加速度的变化情况不能确定。、如图所示，、为带电量分别是和的两个等量异种点电荷，、为、连线上的两个点，且，则、两点电场强度、如图所示，半径为的圆与坐标轴的交点分别为、、、，空间有与轴正方向相同的匀强电场，同时，在点固定一个电荷量为的点电荷，如果把一个带电量为的试探电荷放在点，则恰好处于平衡，那么该匀强电场的场强大小为，、两点的合场强大小分别为、。、（·广东）已经证实，质子、中子都是由称为上夸克和下夸克的两种夸克组成的，上夸克带电为23e，下夸克带电为13e，为电子所带电荷量的大小，如果质子是由三个夸克组成的，且各个夸克之间的距离为，×-15m。试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力（）、两个质量都为的小球可视为质量，用长度都是的绝缘细线悬挂在同一点，使它们带上等量同种电荷，平衡时两悬线的夹角为，求每个小球所带的电量。、一粒子质量为，带电量为，以初速度，跟水平方向成°角斜向上进入匀强电场区域，粒子恰沿直线运动，求这匀强电场场强的最小值，并说明其方向。、用三根长均为的细丝线固定两个质量为、带电量分别为和的小球，如图所示，若加一个水平向左的匀强电场，使丝线都被拉紧且处于平衡状态，则所加电场的大小应满足什么条件？【学后反思】。参考答案图自主学习一、电荷及电荷守恒、两种排斥吸引电荷量191.610eC元电荷、理想大小形状、摩擦起电、感应起电、接触起电电子的转移、创造消灭转移一部分另一部分保持不变二、库仑定律、点电荷正比二次方连线122QQkr9229.010/NmC、二次方质量、距离、引电荷量引斥力三、电场强度、电荷电场力电量力强弱本身的性质位置正电荷负电荷平行四边形、任何形式点电荷匀强电场电场线方向四、电场线（）切线场强电场强弱方向（）正电荷负电荷场强强弱弱中断相交（）垂直高低越低（）不同直线平行电场力平行典型例题例解析：此题考查同一直线上三个自由电荷的平衡问题。如图所示，第三个小球平衡位置应在和连线上，且靠近。如图中点。设，（），对有：229(0.4)kQqkQqxx解得：0.1m要使平衡须是负电荷,对有：2290.4kQQqQkx解得916qQ即第三个小球带负电荷，电荷量是的916倍，应放在和的连线上且距0.1m处。答案：负电荷例解析：此题考查电场线的特点及带电粒子在电场中运动受力和轨迹之间的关系。（）粒子受合力方向指向弯曲的一侧，由粒子运动轨迹可知，带正电。（）由电场线的疏密情况可知粒子加速度增大。（）、两点的加速度方向即为该点所在曲线的切线方向，如图所示。答案：（）正电（）增大（）见解析图例解析：由于、两点均放有带正电的点电荷，在连线上有一点合场强必为零，设该点距点的距离为，根据点电荷场强公式和场的叠加原理有：222QQkkxLx（2）。可见点在、之间。由此可知，正电荷从到的过程中，电场力先做正功再做负功，故正确。答案：选。针对训练、解析：选、，若为异种电荷，由于各小球相同，故接触时电量平分，则123,,24qqqq由122qqFkr计算，则正确。若为同种电荷，则125,,24qqqq再根据122qqFkr计算，可知正确。、解析：选带电后，使产生静电感应，感应的结果是靠近的一侧出现与异种的感应电荷，远离的一侧出现与同种的感应电荷，异种电荷离近，故对吸引，接触后、带同种电荷，它们间的斥力把排斥开，故正确。、解析：选由于电场强度与电场本身特性有关，与试探电荷无关故、错误；公式适用于真空的中点电荷，当接近于零时，电荷不可能是点电荷，故错误。因此正确。、解析：与挖孔处这一小圆面上相对于圆心对称的一侧的电荷量222244rrqQQRR，由于半径＜＜，可以把它看成点电荷，根据库仑定律它对中心作用力大小为：2'2222444rqQqqkqQrRFkkRRR其方向由球心指向小孔中心。答案：244kqQrR由球心指向小孔中心。能力训练、解析：选、由于电场线上每一点的切线方向跟该点场强方向一致，而该电场线是直线，故正确，电场线的疏密表示电场强弱，只有一条电场线无法判断其疏密，故正确。、解析：选由2QEkr可知的点应离较远，离较近，轴上这样的点有两个，一个是间，另一个点是与的连线上，且在的外侧。、解析：选、之间的静电力是作用力和反作用力关系，所以不论、哪个电荷量大，它们受到的静电力大小相等，方向相反，由平稳条件得，，tanFmg电可见质量越大，悬线与竖直线的偏角越小，即α＜β，故正确。、解析：选电场线是一条直线，但无法判断电场是否为匀强电场，由试探电荷的加速运动可知电场线方向向左，但不知强弱情况，由此可知，正确。、解析：由2kQFr和场的叠加原理，可知，、两点场强相等。答案：、解析：由于把放在点恰好平衡，则点合场强为，即2QEkr则点场强为22kQEar，点场强为22kQEdr答案：2kQEr22kQEar22kQEdr、解析：质子带电为，所以它是由个上夸克和个下夸克组成的。按题意，三个夸克必位于等边三角形的三个顶点处，这时上夸克与上夸克之间的静电力应为2122224339eeeFkkll代入数值得，为斥力，上夸克与下夸克之间的静电力为2222122339eeeFkkll代入数值得为引力。答案：上夸克间为斥力，上、下夸克间为的引力、解析：由题文做图，对小球受力分析，两球的距离为，由库仑定律得2224sinqFkL（）由平衡关系可得：