2020版高考物理总复习 第七章 第1节 库仑定律 电场力的性质课件

第七章静电场高考导航(教师备用)考点内容要求高考(全国卷)三年命题情况对照分析201620172018物质的电结构、电荷守恒ⅠⅠ卷T14:电容器、匀强电场T20:电场力作用下的曲线运动Ⅱ卷T15:带电粒子在电场中运动轨迹的分析Ⅲ卷T15:等势面电场力做功Ⅰ卷T20:φ-r图像、电场强度及电场力做功T25:带电粒子在电场中的运动、牛顿第二定律Ⅱ卷:T25:带电粒子在电场中的运动、动能定理Ⅲ卷:T21:电场线与等势面的关系、电场强度与电势差的关系Ⅰ卷T16:库仑定律、平行四边形定则T21:等势面、电势、电势能Ⅱ卷T21:电势差、电势能及电场力做功Ⅲ卷T21:电容器、电势能、动能定理静电现象的解释Ⅰ点电荷Ⅰ库仑定律Ⅱ静电场Ⅰ电场强度、点电荷的场强Ⅱ电场线Ⅰ电势差Ⅱ匀强电场中电势差与电场强度的关系Ⅱ带电粒子在匀强电场中的运动Ⅱ示波管Ⅰ常见电容器Ⅰ电容器的电压、电荷量和电容的关系Ⅰ1.考查方式:本章内容在高考中单独命题较多,有选择题也有计算题.选择题主要考查对基本概念和物理模型的理解,如电场的分布特点、电势、电势能的理解;计算题主要考查带电粒子在电场中的运动,常与牛顿运动定律、功能关系、能量守恒综合考查.2.命题趋势:常与实际生活、科学研究密切联系,通过新的情景或新的素材如喷墨打印机、静电除尘、示波管、加速器等进行命题考查.第1节库仑定律电场力的性质基础过关考点研析素养提升基础过关紧扣教材·自主落实一、电荷及电荷守恒定律1.元电荷、点电荷(1)元电荷:e=1.6×10-19C,所有带电体的电荷量都是元电荷的.(2)当带电体本身的对研究的问题影响可以忽略不计时,可以将带电体视为点电荷.点电荷是一种理想化模型.2.电荷守恒定律(1)内容:电荷既不会创生,也不会消灭,它只能从一个物体到另一个物体,或者从物体的一部分到另一部分,在转移的过程中,电荷的总量.(2)三种起电方式:、、.(3)带电实质:物体带电的实质是.基础知识整数倍大小和形状转移转移保持不变摩擦起电接触起电感应起电电子的转移自主探究如图所示,在带电荷量为+Q的带电体C右侧有两个相互接触的金属导体A和B,均放在绝缘支座上.若先将C移走,再把A,B分开,则A,B分别带什么电?若先将A,B分开,再移走C,则A,B分别带什么电?这一过程中电荷总量如何变化?答案:不带电,不带电,带负电,带正电,不变.二、库仑定律1.内容:中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的成正比,与它们的成反比,作用力的方向在它们的连线上.2.表达式:F=,式中k=N·m2/C2,叫静电力常量.3.适用条件:真空中的.真空电荷量的乘积距离的二次方122qqkr9.0×109点电荷教材解读O是一个带正电的物体.把系在丝线上的带正电的小球先后挂在图中P1,P2,P3等位置,比较小球在不同位置所受带电体的作用力的大小.使小球处于同一位置,增大或减少小球所带的电荷量,比较小球所受作用力的大小.实验表明:电荷之间的作用力随着电荷量的增大而,随着距离的增大而,这种探究方法是.增大减小控制变量法三、电场线电场强度1.静电场:静电场是客观存在于电荷周围的一种物质,其基本性质是对放入其中的电荷有力的作用.2.电场线的特点(1)电场线从正电荷出发,终止于,或来自于无限远处,终止于.(2)电场线在电场中不相交.(3)在同一电场中,电场线越密的地方越大.(4)电场线上某点的切线方向表示该点的.(5)沿电场线方向电势逐渐.(6)电场线和等势面在相交处.(7)电场线不是电荷在电场中的运动轨迹.负电荷或无限远处负电荷电场强度电场强度方向降低互相垂直(8)几种典型电场的电场线分布(3)方向:规定在电场中某点受力的方向为该点的电场强度方向.正电荷3.电场强度(1)定义式:E=,是矢量,单位:N/C或V/m.Fq(2)点电荷的电场强度:E=.其中Q为场源电荷的电荷量.2kQr过关巧练1.思考判断(1)任何带电体所带的电荷量都是元电荷的整数倍.()√(3)电场强度反映了电场力的性质,所以电场中某点的电场强度与试探电荷在该点所受电场力成正比.()(4)电场中某点的电场强度的方向即为正电荷在该点所受电场力的方向.()(5)在点电荷产生的电场中,以点电荷为球心的同一球面上各点的电场强度都相同.()(6)电场线是客观真实存在的线.()(2)根据F=k122qqr,当r→0时,F→∞.()××√××2.(多选)如图是某静电场的一部分电场线分布情况,下列说法中正确的是()A.这个电场可能是孤立负点电荷的电场B.A点的电场强度大于B点的电场强度C.A,B两点的电场强度方向不相同D.C处电场强度为零BC解析:电场线呈汇聚状,不是直线,因此不可能是孤立的负电荷形成的电场,故A错;电场线的疏密代表电场强度的大小,电场线切线方向代表电场强度的方向,故B,C正确;C点处仍属于电场区域,虽然没有画电场线,但电场强度并不为零,故D错误.3.[人教版选修3-1·P15·T7]如图所示,真空中有两个点电荷Q1=+4.0×10-8C和Q2=-1.0×10-8C,分别固定在x坐标轴的x=0和x=6cm的位置上.(1)x坐标轴上哪个位置的电场强度为零?解析:因为|Q1||Q2|,所以在Q1左侧的x轴上,Q1产生的电场的电场强度总是大于Q2产生的电场的电场强度,且方向总是指向x轴负半轴,在x=0和x=6cm之间,电场强度总是指向x轴的正方向.所以只有在Q2右侧的x轴上,才有可能出现电场强度为0的点.(1)设该点距离原点的距离为x,则k12Qx-k226Qx=0,即4(x-6)2-x2=0,解得x1=4cm(不合题意,舍去)和x2=12cm.所以,在x2=12cm处电场强度等于0.答案:(1)x=12cm处(2)x坐标轴上哪些地方的电场强度方向是沿x轴正方向的?答案:(2)0x6cm和x12cm的地方解析:(2)在x坐标轴上0x6cm和x12cm的地方,电场强度的方向总是沿x轴正方向的.考点研析核心探究·重难突破考点一库仑定律的理解与应用(2)当两个电荷间的距离r→0时,电荷不能视为点电荷,它们之间的库仑力不能认为趋于无限大.(3)应用时注意相同小球接触后电荷均分或中和后重新分布的问题.1.对库仑定律的理解(1)F=k122qqr,r指两点电荷间的距离.对可视为点电荷的两个均匀带电球,r为两球的球心间距.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场强为零的位置.(2)【典例1】(2016·浙江卷,19)(多选)如图所示,把A,B两个相同的导电小球分别用长为0.10m的绝缘细线悬挂于OA和OB两点.用丝绸摩擦过的玻璃棒与A球接触,棒移开后将悬点OB移到OA点固定.两球接触后分开,平衡时距离为0.12m.已测得每个小球质量是8.0×10-4kg,带电小球可视为点电荷,重力加速度g=10m/s2,静电力常量k=9.0×109N·m2/C2,则()A.两球所带电荷量相等B.A球所受的静电力为1.0×10-2NC.B球所带的电荷量为4×10-8CD.A,B两球连线中点处的电场强度为0ACD解析:两相同的小球接触后电荷量均分,故两球所带电荷量相等,选项A正确;对A球受力分析,由几何关系,两球分开后,悬线与竖直方向的夹角为37°,根据平行四边形定则可得F=mgtan37°=8.0×10-4×10×0.75N=6.0×10-3N,选项B错误;根据库仑定律F=k2ABqql=k22Bql,解得qB=2Flk=3296.0100.129.010C=46×10-8C,选项C正确;A,B带等量的同种电荷,故在A,B两球连线中点处的电场强度为0,选项D正确.【针对训练】(2019·江苏海门模拟)如图所示,a,b,c为真空中三个带电小球,b球带电荷量为+Q,用绝缘支架固定,a,c两小球用绝缘细线悬挂,处于平衡状态时三小球球心等高,且a,b和b,c间距离相等,悬挂a小球的细线向左倾斜,悬挂c小球的细线竖直,则下列判断正确的是()A.a,b,c三小球带同种电荷B.a,c两小球带异种电荷C.a小球带电荷量为-4QD.c小球带电荷量为+4QC解析:根据受力平衡条件可知,由于b球带正电,要使a,c两球平衡,则a,c两球一定带负电,故A,B,D错误;对c小球进行分析,a,c间的距离是b,c间的两倍,由库仑定律,则有k2cQQr=k22acQQr,解得Qa=4Q,又a小球带负电,所以a小球带电荷量为-4Q,故C正确.考点二电场强度的理解与计算1.电场强度三个表达式的比较Fq2QrUdE=E=kE=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/m2.电场的叠加(1)叠加原理:多个电荷在空间某处的电场为各电场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.3.两种等量点电荷的电场对比比较等量异种点电荷等量同种点电荷电场线分布图电荷连线上的电场强度沿连线先变小后变大O点最小,但不为零O点为零中垂线上的电场强度O点最大,向外逐渐减小O点最小,向外先变大后变小关于O点对称位置的电场强度A与A′,B与B′,C与C′等大同向等大反向【典例2】如图,真空中xOy平面直角坐标系上的A,B,C三点构成等边三角形,边长L=2.0m.若将电荷量均为q=+2.0×10-6C的两点电荷分别固定在A,B点,已知静电力常量k=9.0×109N·m2/C2,求:(1)两点电荷间的库仑力大小;解析:(1)根据库仑定律,A,B两点电荷间的库仑力大小为F=k22qL,①代入数据得F=9.0×10-3N.②答案:(1)9.0×10-3N解析:(2)A,B点电荷在C点产生的电场强度大小相等,均为E1=k2qL,③A,B两点电荷形成的电场在C点的合场强大小为E=2E1cos30°,④由③④式并代入数据得E≈7.8×103N/C,电场强度E的方向沿y轴正方向.(2)C点的电场强度的大小和方向.答案:(2)7.8×103N/C方向沿y轴正方向【针对训练】如图所示,在水平向右、大小为E的匀强电场中,在O点固定一电荷量为Q的正电荷,A,B,C,D为以O为圆心、半径为r的同一圆周上的四点,B,D连线与电场线平行,A,C连线与电场线垂直.则()AA.A点的电场强度大小为2242kEQrB.B点的电场强度大小为E-2QkrC.D点的电场强度大小不可能为0D.A,C两点的电场强度相同解析:正点电荷Q在A点(和C点)的电场强度大小E′=2kQr,匀强电场与其方向相互垂直,根据矢量的合成法则,A点(和C点)的电场强度大小为2242kEQr,A正确;但方向不同,D错误;点电荷Q在B点的电场强度的方与匀强电场方向相同,因此B点的电场强度大小为E+k2Qr,B错误;当点电荷Q在D点的电场强度的方向与匀强电场方向相反且大小相等时,D点的电场强度大小可以为零,C错误.考点三电场中的平衡与加速问题解题思路1.恰当选取研究对象,用“整体法”或“隔离法”进行分析,注意:受力分析时物体所受电场力方向与电性有关.2.(1)平衡问题利用平衡条件列式求解.(2)非平衡问题利用牛顿第二定律求解.【典例3】(2018·安徽安庆二模)如图所示,水平地面上方存在水平向左的匀强电场,一质量为m的带电小球(大小可忽略)用轻质绝缘细线悬挂于O点,小球带电荷量为+q,静止时距地面的高度为h,细线与竖直方向的夹角为α=37°,重力加速度为g.(sin37°=0.6,cos37°=0.8)求:(1)匀强电场的电场强度E;(2)现将细线剪断,小球落地过程中小球水平位移的大小;(3)现将细线剪断,带电小球落地前瞬间的动能.〚思路探究〛(1)细线剪断后,小球做什么运动?答案:初速度为零的匀加速直线运动.(2)可采用哪些方法或观点求解落地前瞬间动能?哪种方法更简单?答案:可