浙江省2021高考物理一轮复习 专题七 静电场课件

考点一电场力的性质考点清单考点基础一、电荷与电荷守恒定律1.元电荷:最小的电荷量叫做元电荷,用e表示,e=1.60×10-19C,最早由美国物理学家密立根测得。所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍。2.点电荷当带电体间的距离比它们自身的大小大得多,以至于带电体的形状、大小及电荷分布对它们之间相互作用力的影响可以忽略不计时,这样的带电体就可以看作带电的点,叫做点电荷。点电荷类似于力学中的质点,也是一种理想化的模型。3.电荷守恒定律(1)内容:电荷既不能创生,也不能消灭,它只能从一个物体转移到另一个物体或从物体的一部分转移到另一部分,在转移的过程中,电荷的总量保持不变。(2)当完全相同的带电金属球相接触时电荷的分配规律:同种电荷总量平均分配,异种电荷先中和后平分。摩擦起电感应起电接触起电产生条件两种不同的绝缘体摩擦导体靠近带电体导体与带电体接触现象两物体带上等量异种电荷导体两端出现等量异种电荷,且电性与原带电体“近异远同”导体带上与带电体相同电性的电荷原因不同物质的原子核对核外电子的束缚能力不同而发生电子得失导体中的自由电子受带正(负)电物体吸引(排斥)而靠近(远离)自由电荷在带电体与导体之间发生转移实质电荷在物体之间或物体内部的转移二、静电现象1.三种起电方式的比较2.静电平衡(1)导体中(包括表面)没电荷定向移动的状态叫做静电平衡状态。(2)处于静电平衡状态的导体的特点a.内部场强E=0,表面E的方向与该表面垂直。b.表面和内部各点电势相等,即整个导体是一个等势体,导体表面是一个等势面。c.导体内部没有未被抵消的净电荷,电荷只分布在导体的外表面。d.在导体外表面越尖锐的位置,电荷的密度越大,凹陷处几乎没有电荷。现象2:由于静电感应,接地导体壳内表面感应电荷的电场与壳内电场在导体壳外表面以外空间的场强叠加结果为零,从而使接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有影响,如图所示。3.静电屏蔽(1)两种现象现象1:由于静电感应,导体外表面感应电荷的电场与外电场在导体内部任一点的场强的叠加结果为零,从而外部电场影响不到导体内部,如图所示。(2)应用:有的电学仪器和电子设备外面套有金属罩,有的通信电缆的外面包有一层铅皮等,都是用来防止外电场的干扰,起屏蔽作用的。三、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,跟它们的电荷量的乘积成正比,跟它们之间距离的二次方成反比,作用力的方向在两点电荷的连线上。2.公式:F=k ,式中的k=9×109N·m2/C2,叫静电力常量。3.适用条件:点电荷;真空中。四、电场、电场强度1.电场:电荷周围存在的一种能用来传递电荷间相互作用的特殊物质。电场对放入其中的电荷有力的作用。静止电荷产生的电场称为静电场。122QQr2.电场强度(1)定义:放入电场中某点的电荷受的电场力F与它的电荷量q的比值。(2)公式:E= 。思考:根据表达式E= ,能说场强E与q成反比,与F成正比吗?为什么?答:不能。因电场的场强大小决定于电场本身,而与试探电荷的受力和所带电荷量无关。E=F/q为场强的定义式,非决定式。(3)单位:N/C或V/m。(4)矢量性:规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点电场强度的方向。(5)叠加性:如果有几个静止电荷在空间同时产生电场,那么空间某点的场强是各场源电荷单独存在时在该点所产生的场强的矢量和。FqFq3.点电荷场强的计算式(1)设在场源点电荷Q形成的电场中,有一点P与Q相距r,则P点的场强E=k 。(2)适用条件:真空中的点电荷形成的电场。2Qr电场线电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线,曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向,电场线不是实际存在的线,而是为了描述电场而假想的线电场线的特点(1)电场线从正电荷(或无限远处)出发,终止于负电荷(或无限远处)(2)电场线在电场中不相交,不相切(3)在同一电场里,电场线越密的地方场强越大(4)电场线不是电荷的运动轨迹,一般不与运动轨迹重合五、电场线1.电场线及其特点2.几种典型电场的电场线考向突破考向一库仑定律库仑定律成立的条件及应用1.库仑定律适用于真空中、点电荷间的相互作用。(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)库仑力的公式只在一定的范围内有效,不能根据公式错误地推论:当r→0时,F→∞。其实,在这样的条件下,两个带电体已经不能再看作点电荷了。2.库仑定律的应用对库仑定律与力学的综合应用问题,解决此类问题的思路与解决力学问题的思路相同,即选取研究对象,受力分析,利用平衡条件或牛顿运动定律列方程求解。但需要注意库仑力的特点,特别是在动态平衡问题、变速运动问题中,带电体间距离发生变化时,库仑力也要发生变化,要分析力与运动的相互影响。例1(2018浙江4月选考,6,3分)真空中两个完全相同、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的金属球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. 8F4F38F2F解析设A、B两金属小球开始时带电荷量均为Q,距离为r,则F=k ;用一个不带电的同样的金属球C先后与A、B接触,与A接触完后,A、C的带电荷量均为 ,再与B接触后,B、C的带电荷量均为 Q,则此时A、B间静电力F'=k = F。因此选C。22Qr2Q342324QQr38答案C考向二电场强度1.电场强度三个计算公式的比较公式物理含义引入过程适用范围E= 场强大小的定义式F∝q,E与F、q无关,反映某点电场的性质一切电场E=k 真空中点电荷场强的决定式由E= 和库仑定律导出在真空中,场源电荷是点电荷E= 匀强电场的电场强度与电势差的关系由电场力做功导出匀强电场Fq2QrFqUd2.电场强度的叠加问题(1)等量同种电荷(以正电荷为例,如图所示) ①在A、B点连线上:中点O场强为零,从点O分别向点A或B,场强逐渐增大。②在中垂线MN上:O点场强为零,无穷远处场强也为零,其他各点不为零,在MN上从O到无穷远处场强先变大后变小。(2)等量异种电荷(如图所示) ①在A、B点的连线上:中点O的场强最小,越靠近A或B场强越大。②在中垂线MN上:中点O的场强最大,由O点到无穷远处场强逐渐变小。(3)分析电场叠加问题的一般步骤①确定要分析计算的位置;②分析该处存在的几个分电场,先计算出各个分电场强度的大小并判断其方向;③利用平行四边形定则作出矢量图,根据矢量图求解。例2(2019浙江浙大附中模拟,12)带电荷量分别为+4q和-q的两点电荷组成了电荷系统,其电场线分布如图所示,图中实线为电场线,未标注方向,虚线上A、B、C、D等间距,根据图像可判断下列说法正确的是 ()A.B、C间的电场方向为C指向BB.A点附近没有电场线,A点的电场强度为零C.D点电场强度为零,试探电荷不受电场力作用D.若把一个带正电的试探电荷从A移到B,电场力做正功,电势能减小解析电场线的疏密表示电场的强弱,结合库仑定律可知,B处的点电荷所带电荷量为+4q,C处的点电荷所带电荷量为-q。电场线的方向总是从正电荷出发终止于负电荷,即B、C间的电场方向大体为B指向C,故A错误;由点电荷电场强度的公式:E=k 和电场的叠加,易得A点的电场强度并不等于零,故B错误;由点电荷电场强度的公式:E=k 和电场的叠加可得,D点的电场强度为零,试探电荷在D点不受电场力,故C正确;A、B间电场方向为B指向A,带正电的试探电荷从A移到B,电场力做负功,电势能增加,故D错误。2Qr2Qr答案C考点二电场能的性质考点基础一、静电力做功与电势能的变化1.静电力做功的特点(1)在电场中移动电荷时静电力做功与路径无关,只与初末位置有关,可见静电力做功与重力做功相似。(2)在匀强电场中,静电力做的功W=Eqd,其中d为沿电场线方向的距离。2.静电力做功与电势能变化的关系电场力对电荷做正功,电荷的电势能减少(电势能转化为其他形式的能),即电场力做的功在数值上等于电势能的减少,即WAB=EpA-EpB;电荷克服电场力做功,电荷的电势能增加。二、等势面1.定义:电场中电势相等的各点组成的面。2.特点(1)等势面一定与电场线垂直,即跟场强的方向垂直。(2)在同一等势面上移动电荷时电场力不做功。(3)电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面。(4)等差等势面越密的地方电场强度越大;反之,电场强度越小。电场等势面(实线)图样重要描述匀强电场 垂直于电场线的一簇平面点电荷的电场 以点电荷为球心的一簇球面3.几种常见的典型电场的等势面比较等量异种点电荷的电场 连线中垂面上的电势为零等量同种正点电荷的电场 两点电荷连线上,中点电势最低,而在中垂线上,中点电势最高考向突破考向一电场强度、电势、电势差1.电场强度、电势、电势差、电势能的比较电场强度电势电势差电势能意义描述电场的力的性质描述电场的能的性质描述电场做功的本领描述电荷在电场中的能量,电荷做功的本领定义式E= φ= (Ep为电荷的电势能)UAB= Ep=φq矢标性矢量,方向为放在电场中的正电荷所受电场力的方向标量,但有正负,正负只表示大小标量,但有正负,正负只表示电势的高低正电荷在正电势位置有正电势能,简化为:正正得正;同理负正得负、负负得正FqEqpABWq 场强由电场本身决定,与试探电荷无关电势由电场本身决定,与试探电荷无关,其大小与参考点的选取有关,有相对性由电场本身的两点间差异决定,与试探电荷无关,与参考点选取无关由电荷量和该点电势二者决定,与参考点选取有关关系1.场强为零的地方电势不一定为零2.电势为零的地方场强不一定为零3.零场强区域两点间电势差一定为零,电势差为零的区域场强不一定为零4.场强为零,电势能不一定为零,电势为零,电势能一定为零联系匀强电场中UAB=Ed(d为A、B间沿场强方向上的距离);电势沿着场强方向降低最快;UAB=φA-φB;φ= ;UAB= ;WAB=ΔEpAB=EpA-EpBEqpABWq注意电势、电势差、电势能、电场力的功、电荷量等物理量均为标量,它们的正负意义不全相同,要注意比较区别,而矢量的正负一定表示方向。2.电场线、等势面、运动轨迹等综合问题分析要点(1)带电粒子所受合力(往往仅为电场力)指向轨迹曲线的凹侧。(2)某点速度方向为轨迹上该点的切线方向。(3)电场线或等差等势面密集的地方场强大。(4)电场线垂直于等势面。(5)电场力做正功,电势能减小;电场力做负功,电势能增大。(6)有时还要用到牛顿第二定律、动能定理等知识。3.电场中的功能关系(1)静电力做功量度电势能的减少量:静电力做正功,电势能减少;静电力做负功,电势能增加。(2)只有静电力做功,电势能和动能之和保持不变。(3)只有静电力和重力做功,电势能、重力势能、动能三者之和保持不变,即电势能和机械能之和保持不变。(4)除静电力以外的力对带电体做的功等于带电体电势能、动能之和的变化,此时一般用动能定理来进行计算。例3如图所示,空间有一水平匀强电场,在竖直平面内有初速度为v0的带电微粒,沿图中虚线由A运动到B,其能量变化情况是 ()A.动能减少,重力势能增加,电势能减少B.动能减少,重力势能增加,电势能增加C.动能不变,重力势能增加,电势能减少D.动能增加,重力势能增加,电势能减少解析由于带电微粒做直线运动,其受力如图所示 其所受合外力的方向应为速度的反方向,故微粒做减速运动,动能减少,重力做负功,重力势能增加,电场力做负功,电势能增加,故选项B正确。答案B考向二电势差与电场强度的关系1.电场强度与电势差的对比(1)匀强电场中的电场强度E与电场中两点间的电势差U、两点沿电场方向的距离d均无关。(2)匀强电场的电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上的电势差。(3)对于非匀强电场,公式U=Ed不成立,但是可以根据此公式进行定性分析。2.电场强度与电势的对比(1)电场强度反映电场的力的性质,电势反映电场的能的性质,都由电场本身的性质决定,与试探电