（江苏专用版）2020版高考物理总复习 第六章 第1讲 电场力的性质课件

第1讲电场力的性质基础过关知识梳理基础自测1.真空中有两个点电荷Q1、Q2相距r,若将Q2的电荷量增加为原来的3倍,并将两个点电荷间的距离减为原来的一半,则在前后两种情况下,两电荷之间的作用力之比为 (B)A.1∶16B.1∶12C.12∶1D.6∶1解析根据库仑定律,F1=k ,F2=k ,解得F1∶F2=1∶12,B正确。122QQr122312QQr2.关于电场强度的概念,下列说法正确的是 (C)A.由E= 可知,某电场的场强E与q成反比,与F成正比B.正、负试探电荷在电场中同一点受到的电场力方向相反,所以某一点场强方向与放入试探电荷的正、负有关C.电场中某一点的场强与放入该点的试探电荷的正、负无关D.电场中某一点不放试探电荷时,该点场强等于零Fq解析电场中某点场强的大小由电场本身决定,与试探电荷的有无、受力情况及电荷性质无关,故A、D项错误,C项正确;而电场强度的方向与正电荷所受电场力方向相同,与负电荷所受电场力方向相反,B项错误。考点一电荷守恒定律库仑定律考点二电场强度的理解考点突破考点三电场线的理解和应用考点一电荷守恒定律库仑定律1.对库仑定律的理解(1)F=k ,r指两点电荷间的距离。对于可视为点电荷的两个均匀带电球,r为两球的球心间距。(2)当两个电荷间的距离r→0时,电荷不能视为点电荷,它们之间的静电力不能认为趋于无限大。122qqr2.求解涉及库仑力的平衡问题的解题思路涉及库仑力的平衡问题与纯力学平衡问题分析方法一样,受力分析是基础,应用平衡条件是关键,都可以通过解析法、图示法或两种方法相结合解决问题,但要注意库仑力的大小随着电荷间距变化的特点。具体步骤如下:例1两个可自由移动的点电荷分别放在A、B两处,如图所示。A处电荷带正电荷量Q1,B处电荷带负电荷量Q2,且Q2=4Q1,另取一个可以自由移动的点电荷Q3,放在AB直线上,欲使整个系统处于平衡状态,则 (A)A.Q3为负电荷,且放于A左方B.Q3为负电荷,且放于B右方C.Q3为正电荷,且放于A、B之间D.Q3为正电荷,且放于B右方解析因为每个电荷都受到其余两个电荷的库仑力作用,且已知Q1和Q2是异种电荷,对Q3的作用力一个为引力,一个为斥力,所以Q3要平衡就不能放在A、B之间。根据库仑定律知,由于B处的电荷Q2电荷量较大,Q3应放在离Q2较远而离Q1较近的地方才有可能处于平衡,故应放在Q1的左侧。要使Q1和Q2也处于平衡状态,Q3必须带负电,故选项A正确。方法技巧(1)电荷的分配规律①两个带同种电荷的相同金属球接触,则其电荷量平分。②两个带异种电荷的相同金属球接触,则其电荷量先中和再平分。(2)“三个自由点电荷平衡”的问题①平衡的条件:每个点电荷受到另外两个点电荷的合力为零或每个点电荷处于另外两个点电荷产生的合电场强度为零的位置。②考点二电场强度的理解1.电场强度三个表达式的比较E= E=k E= 公式意义电场强度定义式真空中点电荷电场强度的决定式匀强电场中E与U的关系式适用条件一切电场(1)真空;(2)点电荷匀强电场决定因素由电场本身决定,与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为沿电场方向的距离相同点矢量,遵守平行四边形定则,单位:1N/C=1V/mFq2QrUd2.电场强度的叠加(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。例2(2018课标Ⅰ)如图所示,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(D)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解析当c所受a、b的库仑力的合力与a、b连线平行时,场强如图甲或乙所示。所以,a、b的电荷一定异号,Ea= 、Eb= ,由图可知 = ,解得 = ,D项正确。2()akQac2()bkQbcabEE43abQQ6427考点三电场线的理解和应用1.电场线的特点(1)电场线从正电荷或无限远处出发,终止于无限远处或负电荷。(2)电场线不相交。(3)在同一电场里,电场线越密的地方场强越大。(4)电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向。(5)沿电场线方向电势降低。(6)电场线和等势面在相交处互相垂直。2.几种典型电场的电场线(如图所示)例3(多选)如图所示,图中实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线,虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹,a、b是轨迹上的两点。若粒子在运动中只受电场力作用。根据此图能作出的正确判断是 (BCD)A.带电粒子所带电荷的符号B.粒子在a、b两点的受力方向C.粒子在a、b两点何处速度大D.a、b两点电场的强弱解析由题图中粒子的运动轨迹可知粒子在a、b两点受到的电场力沿电场线向左,由于电场线方向不明,无法确定粒子的电性,故A项错误,B项正确;由轨迹弯曲方向与粒子速度方向的关系分析可知,电场力对粒子做负功,粒子动能减小,则粒子在a点的速度较大,故C项正确;根据电场线的疏密程度可判断a、b两点电场的强弱,故D项正确。求解场强的几种特殊方法(1)对称法:利用空间上对称分布的电荷形成的电场具有对称性的特点,可以使复杂电场的叠加计算大为简化。(2)补偿法:将有缺口的带电圆环补全为圆环,或将半球面补全为球面。(3)等效法:在保证效果相同的条件下,将复杂的电场情景变换为简单的或熟悉的电场情景。加油小站(4)微元法:可将带电圆环、带电平面等分成许多微元电荷,每个微元电荷可看成点电荷,再利用公式和场强叠加原理求出合场强。(5)极值法:物理学中的极值问题可分为物理型和数学型两类。物理型主要依据物理概念、定理、定律求解。数学型则是根据物理规律列出方程后,依据数学中求极值的知识求解。例4下列选项中的各 圆环大小相同,所带电荷量已在图中标出,且电荷均匀分布,各 圆环间彼此绝缘。坐标原点O处电场强度最大的是 (B) 1414解析将圆环分割成微元,根据对称性和矢量叠加分析知,D项O点的场强为零,C项等效为第二象限内圆环在O点产生的电场,大小与A项的相等,B项正、负电荷在O点产生的场强大小相等,方向互相垂直,合场强是其中一个的 倍,也就是A、C项场强的 倍,因此B项正确。22例5(2018连云港质检)均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的电场。如图所示,在半球面AB上均匀分布正电荷,总电荷量为q,球面半径为R,CD为通过半球面顶点与球心O的轴线,在轴线上有M、N两点,OM=ON=2R。已知M点的场强大小为E,则N点的场强大小为 (A) A. -EB. C. -ED. +E22kqR24kqR24kqR24kqR解析左半球面AB上的正电荷产生的电场等效为带正电荷为2q的整个球面的电场和带电荷-q的右半球面的电场的合电场,则E= -E',E'为带电荷-q的右半球面在M点产生的场强大小。带电荷-q的右半球面在M点的场强大小与带正电荷为q的左半球面AB在N点的场强大小相等,则EN=E'= -E= -E,则A项正确。22(2)kqR22(2)kqR22kqR随堂巩固1.如图所示为两个点电荷在真空中所产生电场的电场线(方向未标出)。图中C点为两点电荷连线的中点,MN为两点电荷连线的中垂线,D为中垂线上的一点,电场线的分布关于MN左右对称,则下列说法中正确的是 (A)A.这两点电荷一定是等量异种电荷B.这两点电荷一定是等量同种电荷C.D、C两点的电场强度一定相等D.C点的电场强度比D点的电场强度小解析由电场线分布的特征可知,产生电场的两点电荷一定是等量异种电荷,A正确,B错误;C点电场线的密度比D点大,所以C点的电场强度大,C、D错误。2.(2019运河中学月考)如图所示为电场中的一条电场线,在该电场线上有a、b两点,用Ea、Eb分别表示这两处的电场强度的大小,则 (D)A.a、b两点的电场强度方向相反B.因为电场线由a指向b,所以EaEbC.因为电场线是直线,所以Ea=EbD.因不清楚a、b两点附近的电场线分布情况,所以不能确定Ea、Eb的大小关系解析由电场线方向可知a、b两点的电场强度方向都向右,A项错;仅一条电场线无法比较电场线的疏密程度和电场强度大小关系,B、C项错,D项对。3.(2018苏州模拟)如图所示,半径相同的两个金属球A、B带有相等的电荷量,相隔一定距离,两球之间相互吸引力的大小是F。今让第三个半径相同的不带电的金属小球先后与A、B两球接触后移开。这时,A、B两球之间的相互作用力的大小是 (A)A. B. C. D. 8F4F38F34F解析A、B两球互相吸引,说明它们必带异种电荷,设它们带的电荷量分别为+q、-q。当第三个不带电的C球与A球接触后,A、C两球带电荷量平分,每个球带电荷量为q1=+ ,当再把C球与B球接触后,两球的电荷先中和再平分,每个球带电荷量q2=- 。由库仑定律F=k 知,当移开C球后,A、B两球之间的相互作用力的大小变为F'= ,A项正确。2q4q122qqr8F4.如图所示,电荷量为q1和q2的两个点电荷分别位于P点和Q点。已知在P、Q连线上某点R处的电场强度为零,且PR=2RQ。则 (B)A.q1=2q2B.q1=4q2C.q1=-2q2D.q1=-4q2解析两点电荷带同种电荷,设RQ=r,则PR=2r,R处场强为零,则有k =k ,解得:q1=4q2,故B项正确。12(2)qr22qr