课标版2021高考物理一轮复习 专题八 电场课件

考点清单考向基础考点一电场力的性质一、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做带电的点,叫做点电荷。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)以前的表述: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)现在的表述:一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和保持不变。(3)当完全相同的两带电金属球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)没有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.内部场强处处为0,其实质是感应电荷的电场的场强E感=(填“=”或“≠”)外电场在导体内的场强E外。表面场强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。3.静电屏蔽(1)两种现象内屏蔽: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。 外屏蔽: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。 (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,与它们的电荷量的乘积成正比,与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:电场是电荷周围存在的一种物质,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。122QQr(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?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。Fq2.电场强度Fq(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。2Qr3.点电荷场强的计算式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)电场线从正电荷出发,终止于负电荷(或无限远处);或从无限远处出发,终止于负电荷(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 3.电场线的用法(1)利用电场线可以判断场强的大小电场线的疏密程度表示场强的大小。同一电场中,电场线越密集处场强越大。(2)利用电场线可以判定场强的方向电场线的切线方向表示场强的方向。(3)利用电场线可以判定场源电荷的电性及电荷量多少电场线起始于带正电的电荷或无限远,终止于无限远或带负电的电荷。场源电荷所带电荷量越多,发出或终止的电场线条数越多。(4)利用电场线可以判定电势的高低沿电场线方向电势是逐渐降低的。(5)利用电场线可以判定自由电荷在电场中受力情况、移动方向等先由电场线大致判定场强的大小与方向,再结合自由电荷的电性确定其所受电场力方向,再分析自由电荷移动方向、形成电流的方向等。考向突破考向一库仑定律的应用1.三个点电荷在相互间作用力作用下处于平衡时的规律规律一:三个点电荷的位置关系是“同号在两边,异号在中间”。如果三个点电荷只在库仑力的作用下能够处于平衡状态,则这三个点电荷一定处于同一直线上,且有两个是同号电荷,一个是异号电荷,两个同号电荷在异号电荷的两边。规律二:中间的电荷所带电荷量是三个点电荷中电荷量最小的;两边同号电荷谁的电荷量小,中间异号电荷就距谁近一些。q1∶q2∶q3= ∶ ∶ 221r2121()rr211r三个自由电荷都处于平衡状态时,则口诀概括为“三点共线,两同夹异(同号在两边,异号在中间),两大夹小,近小远大”。由此可以迅速、准确地确定三个电荷的相对位置及电性。2.静电力作用下的“力学问题”库仑定律与力学的综合应用问题解决的思路与解决力学问题的思路相同,即:选择研究对象,受力分析,利用平衡条件或牛顿运动定律列方程求解,但需注意库仑力的特点,特别是在动态平衡问题、匀速运动问题中,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课标Ⅰ,16,6分)如图,三个固定的带电小球a、b和c,相互间的距离分别为ab=5cm,bc=3cm,ca=4cm。小球c所受库仑力的合力的方向平行于a、b的连线。设小球a、b所带电荷量的比值的绝对值为k,则 ()A.a、b的电荷同号,k= B.a、b的电荷异号,k= C.a、b的电荷同号,k= D.a、b的电荷异号,k= 16916964276427答案D解析本题考查库仑定律及矢量合成。若a、b的电荷同号,则c所受库仑力的合力指向2或4区域;若a、b的电荷异号,则c所受库仑力的合力指向1或3区域;故只有a、b的电荷异号,合力方向才能与a、b连线平行。设a带正电荷,b、c带负电荷,c受力如图,tanβ=tanα= , =tanβ,由库仑定律得 = ,联立得k= = 。故A、B、C三项均错误,D项正确。 34baFFbaFF22||||acbbcarQrQabQQ6427一题多解电场强度叠加法球c所受的库仑力的合力方向平行于a、b连线,表明球c处的合电场强度方向平行于a、b连线。若a、b的电荷同号,球c处的合电场强度指向2或4区域;若a、b的电荷异号,球c处的合电场强度指向1或3区域;故a、b的电荷必须异号。设a、c带正电荷,b带负电荷,球c处的电场强度方向如图,tanβ=tanα= ,由电场强度叠加原理得,tanβ= ,结合点电荷电场强度公式得 = ,联立得k= = 。故A、B、C三项均错误,D项正确。34baEEabEE22||||bcaacbrQrQabQQ6427考向二电场强度的计算1.电场强度的三个计算公式的比较公式适用条件说明定义式E= 任何电场某点的场强为确定值,大小及方向与q无关决定式E=k 真空中点电荷E由场源电荷Q和场源电荷到某点的距离r决定关系式E= 匀强电场d是沿电场线方向的距离Fq2QrUd2.叠加法求几个电场的电场强度当空间的电场由几个点电荷共同激发的时候,空间某点的电场强度等于每个点电荷单独存在时所激发的电场在该点的场强的矢量和,其合成遵循矢量合成的平行四边形定则。例2如图所示,在点电荷-q的电场中,放着一块带有一定电荷量、电荷均匀分布的绝缘矩形薄板,MN为其对称轴,O点为几何中心。点电荷-q与a、O、b之间的距离分别为d、2d、3d。已知图中a点的电场强度为零,则带电薄板在图中b点产生的电场强度的大小和方向分别为 () A. ,水平向右B. ,水平向左C. + ,水平向右D. ,水平向右2kqd2kqd2kqd29kqd29kqd解析薄板在a点的场强与点电荷-q在a点的场强等大反向,故大小为Ea=E点= ,水平向左,由对称性可知,薄板在b点的场强大小Eb=Ea= ,方向水平向右,选项A正确。2kqd答案A2kqd3.计算特殊带电体产生的电场强度(1)补偿法对于某些物理问题,当直接去解待求的A很困难或没有条件求解时,可设法补上一个B,补偿的原则是使A+B成为一个完整的模型,从而使A+B变得易于求解,而且,补上去的B也必须容易求解。这样,待求的A便可从两者的差值中获得,问题就迎刃而解了,这就是解物理题时常用的补偿法。用这个方法可算出一些特殊的带电体所产生的电场强度。例3如图所示,半径为R的圆环,均匀带有电荷量为Q的正电荷。先从环上截取Δs的一小段,若Δs≪R,且圆环剩余部分的电荷分布不变,则圆环剩余部分的电荷在环心O处产生的场强大小是多少?方向如何?答案k 方向沿Δs与O的连线指向Δs3Δ2πsQR解析本题采用补偿法,假设将这个圆环缺口补上,并且所补部分的电荷密度与原有缺口的环体上的电荷密度一样,这样就形成一个电荷均匀分布的完整带电圆环,完整的带电圆环在环心O处产生的合场强为零。环心O处的合场强E可以看做长Δs这一小段上的电荷在环心O处产生的场强E1与圆环其余部分的电荷在环心O处产生的场强E2的矢量和,即E=E1-E2=0。因Δs≪R,故Δs上带有的电荷可视为点电荷,其电荷量q= ,在环心O处产生的场强为E1=k =k ,方向沿Δs与O的连线指向O,圆环剩余部分的电荷在环心O处产生的场强则为E2=E1=k ,方向沿Δs与O的连线指向Δs。Δ2πsQR2qR3Δ2πsQR3Δ2πsQR(2)微元法在某些问题中,场源带电体的形状特殊,不能直接求解场源带电体在空间某点所产生的总电场,此时可将场源带电体分割,在高中阶段,这类问题中通常分割后的微元关于某点对称,这就可以利用场的叠加及对称性来解题。例4如图所示,均匀带电圆环所带电荷量为Q,半径为R,圆心为O,P为垂直于圆环平面中心轴上的一点,OP=L,试求P点的场强。 解析设想将圆环看成由n个小段组成,当n相当大时,每一小段都可以看做点电荷,其所带电荷量Q'=Q/n,由点电荷场强公式可求得每一小段带电体在P处产生的场强为E= = 。 由对称性知,各小段带电体在P处产生的场强大小均为E,且它们垂直于轴的分量Ey相互抵消,而沿轴方向的分量Ex之和即为带电圆环在P处的场强EP,2kQnr22()kQnRLEP=nEx=nk cosθ=k 。22()QnRL答案k 3222()QLRL3222()QLRL4.公式U=Ed的应用技巧(1)两个推论①如图甲所示,C点为线段AB的中点,则有φC= 。②如图乙所示,AB∥CD,且AB=CD,则UAB=UCD。 (2)三种巧用①解释等差等势面的疏密与电场强度大小的关系,当电势差U一定时,电场2ABφφ强度E越大,则沿电场强度方向的距离d越小,即电场强度越大,等差等势面越密。②定性判断非匀强电场电势差的大小关系,如距离相等的两点间的电势差,E越大,U越大;E越小,U越小。③利用φ-x图像的斜率判断沿x轴方向电场强度Ex随位置的变化规律。在φ-x图像中斜率k= = =Ex,斜率的大小表示电场强度的大小,正负表示电场强度的方向。ΔΔφxUd例5(2018课标Ⅱ,21,6分)如图,同一平面内的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