新人教版高中物理選修3－1《§X1.1電荷及其守恒定律、庫侖定律、電場強度》復(fù)習(xí)學(xué)案

1、新人教版高中物理選修31x1.1電荷及其守恒定律、庫侖定律、電場強度復(fù)習(xí)學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、了解元電荷的含義，理解電荷守恒定律的不同表述。2、掌握庫侖定律，能夠解決有關(guān)的問題。3、理解電場強度及其矢量性，掌握電場強度的疊加，并進行有關(guān)的計算。4、知道用電場線描述電場的方法。理解引入電場線的意義?！咀灾鲗W(xué)習(xí)】一、電荷及電荷守恒1、自然界中存在 電荷，正電荷和負電荷，同種電荷相互 ，異種電荷相互 。電荷的多少叫做 ，單位是庫侖，符號是c。所有帶電體的帶電量都是電荷量e= 的整數(shù)倍，電荷量e稱為 。2、（1）點電荷是一種 模型，當(dāng)帶電體本身 和 對研究的問題影響不大時，可以將帶電體視為點電荷。真正的

2、點電荷是不存在的，這個特點類似于力學(xué)中質(zhì)點的概念。3、使物體帶電有方法：摩擦起電、感應(yīng)起電、接觸起電，其實質(zhì)都是電子的轉(zhuǎn)移。4、電荷既不能 ，也不能 ，只能從一個物體 到另一個物體，或從物體的 轉(zhuǎn)移到 ，在轉(zhuǎn)移的過程中，電荷的總量 ，這就是電荷守恒定律。二、庫侖定律1、真空中兩個 之間的相互作用力f的大小，跟它們的電荷量q1、q2的乘積成 ，跟它們的距離r的 成反比，作用力的方向沿著它們的 。公式f= 其中靜電力常量k 適用范圍：真空中的 。4、庫侖定律與萬有引力定律的比較如下表：定律共同點區(qū)別影響大小的因素萬有引力定律（1）都與距離的二次方成反比（2）都有一個常量與兩個物體 、 有關(guān)，只有

3、力m1，m2，r庫侖定律與兩個物體 、 有關(guān)，有 力，也有 力q1，q2，r三、電場強度1、電場和電場強度電場電場是電荷之間發(fā)生相互作用的媒介物質(zhì)， 周圍存在電場，電場強度和定義式 放入電場中某點的電荷所受的 跟該電荷所帶 的比值叫做該點的電場強度公式： ，單位： ，或v/m物理意義是描述電場力的性質(zhì)的物理量，能夠反映電場的強弱相關(guān)因素e的大小和 的大小無關(guān)，是由電場 決定的，只與形成電場的電荷和該點 有關(guān)，與試探電荷無關(guān)矢標(biāo)性電場強度的方向與該點 所受電場力的方向相同，與 受電場力的方向相反，幾個場強疊加時，需按矢量的運算法則，即 定則。2、電場強度的幾個公式（1）是電場強度的定義式，適用于

4、 的靜電場。（2）是點電荷在真空中形成的電場中某點場強的計算式，只適用于 在真空中形成的電場。（3）是勻強電場中場強的計算式，只適用于 ，其中，d必須是沿 的距離。3、電場的疊加電場需按矢量的運算法則，即按平行四邊形定則進行運算。四、電場線（1）電場線：在電場中畫出一些曲線，使曲線上每一點的 方向都跟該點的 方向一致，這樣的曲線就叫做電場線。電場線是人們?yōu)榱嗣枋?而人為地畫出來的，電場中并非真正存在著這樣一些曲線。它可以形象直觀地反映電場的 和 。（2）電場線的性質(zhì)：電場線起始于 （或無窮遠處）；終止于 （或無窮遠處）。其上每一點的切線方向和該點的 方向一致。疏密程度反映了電場的 ，電場線密集

5、的地方場強 ；電場線稀疏的地方場強 。在沒有電荷的空間，電場線不能 ，兩條電場線不能 。（3）與電勢的關(guān)系：在靜電場中，電場線和等勢面 且由電勢較 的等勢面指向電勢較低的等勢面。順著電場線的方向電勢越來 ，但順著電場線的方向場強 越來越小。（4）電場線和電荷在電場中的運動軌跡是 的，它們只有在一定的條件下才能重合。即：電場線是 。電荷的初速度為零或不為零，但速度方向和電場線 。電荷僅受電場力作用或受其他力的方向和電場線平行。只有同時滿足這三個條件，軌跡才和電場線重合。【典型例題】例1：如圖1-1所示，有兩個帶電小球，電量分別為+q和+9q，在真空中相距0.4m。如果引進第三個帶電小球，正好使三

6、個小球都處于平衡狀態(tài)，第三個小球帶的是哪種電荷？應(yīng)放在什么地方？電量是q的幾倍？ q q 9q a c b （圖1-1）（1）審題（寫出或標(biāo)明你認為的關(guān)鍵詞、題中條件和所處狀態(tài)及過程）（2）分析（合理分段，畫出示意圖，并找出各段之間的連接點）（3）解題過程例2：（2004廣西模擬）如圖1-2所示，初速度為的帶電粒子，從a點射入電場，沿虛線運動到b點，判斷：（1）粒子帶什么電？（2）粒子加速度如何變化？（3）畫出a、b兩點的加速度方向。 圖1-2（1）審題（寫出或標(biāo)明你認為的關(guān)鍵詞、題中條件和所處狀態(tài)及過程）（2）分析（合理分段，畫出示意圖，并找出各段之間的連接點）（3）解題過程例3：如圖1-3

7、所示，a、b兩點放有電荷量+q和+2q的點電荷，a、b、c、d四點在同一直線上，且ac=cd=db，將一正電荷從c點沿直線移到d點，則（ ）a、電場力一直做正功+2q+qb、電場力先做正功再做負功a c d bc、電場力一直做負功 圖1-3d、電場力先做負功再做正功（1）審題（寫出或標(biāo)明你認為的關(guān)鍵詞、題中條件和所處狀態(tài)及過程）（2）分析（合理分段，畫出示意圖，并找出各段之間的連接點）（3）解題過程 【針對訓(xùn)練】1、真空中有兩個相同的金屬小球a和b，相距為r，帶電量分別是q和2q，但帶何種電荷未知，它們之間的相互作用力大小為f，有一個跟a、b相同的不帶電的金屬球c，當(dāng)c跟a、b依次各接觸一次后

8、移開，再將a、b間距離變?yōu)?r，那么a、b間的作用力大小可能是（ ）a、5f/64 b、5f/32 c、3f/64 d、3f/162、如圖1-4所示，絕緣的細線上端固定，下端懸掛一個輕質(zhì)小球a，a的表面鍍有鋁膜，在a的近旁有一絕緣金屬球b，開始時，a、b都不帶電，如圖所示，現(xiàn)使b帶電則（ ）a、a、b間不發(fā)生相互作用b、b將吸引a，吸住后不放開c、b立即把a排斥開d、b先吸引a，接觸后又把a排斥開3、有關(guān)電場強度的理解，下述正確的是（ ）a、由可知，電場強度e跟放入的電荷q所受的電場力成正比。b、當(dāng)電場中存在試探電荷時，電荷周圍才出現(xiàn)電場這種特殊的物質(zhì)，才存在電場強度c、由e=kq/r2可知，

9、在離點電荷很近，r接近于零，電場強度達無窮大d、電場強度是反映電場本身特性的物理量，與是否存在試探電荷無關(guān)。4、一半徑為r的絕緣球殼上均勻地帶有電荷量為q的正電荷，另一電荷量為q的帶正電的點電荷放在球心o上，由于對稱性，點電荷的受力為零，現(xiàn)在球殼上挖去半徑為r 的小圓孔，則此時置于球心的點電荷所受力的大小為 （已知靜電力常量為k），方向 【能力訓(xùn)練】1、如圖1-5所示為電場中的一根電場線，在該電場線上有a、b兩點，用ea、eb分別表示兩處場強的大小，則（ ）a ba、a、b兩點的場強方向相同b、因為電場線由a指向b，所以eaebc、因為電場線是直線，所以ea=eb 圖1-5d、因為不知道a、b

10、附近的電場線分布情況，所以不能確定ea、eb的大小關(guān)系。2、在x軸上有兩個點電荷，一個帶正電q1，另一個帶負電-q2，且q1=2q2，用e1和e2分別表示兩個點電荷所產(chǎn)生的場強大小，則在x軸上（ ）a、e1=e2之點只有一個，該處的合場強為零b、e1=e2之點共有兩處，一處合場強為零，另一處合場強為2e2c、e1=e2之點共有三處，其中兩處合場強為零，另一處合場強為2e2d、e1=e2之點共有三處，其中一處合場強為零，另兩處合場強為2e23、如圖1-6所示，用兩根細繩把兩個帶同種電荷的小球懸掛在一點，a球質(zhì)量大于b球的質(zhì)量，a球所帶的電荷量大于b球所帶的電荷量。兩球靜止時，a、b兩球處在同一水

11、平面上，懸線與豎直線的偏角分別為和，則（ ）a、 b、 c、= d、無法確定a p b4、如圖1-7所示，直線a、b是一條電場線，在其上某點p處由靜止開始釋放一負試探電荷時，它沿直線向b處運動，對此現(xiàn)象，下列判斷正確的是（不計電荷重力）a、電荷一定向b做勻加速運動b、電荷一定向b做加速度越來越小的運動c、電荷一定向b做加速度越來越大的運動 圖1-7a c d bd、電荷向b做加速運動，加速度的變化情況不能確定。 5、如圖所示，a、b為帶電量分別是q和-q的兩個等量異種點電荷，c、d為a、圖1-8b連線上的兩個點，且ac=bd，則c、d兩點電場強度 6、如圖1-9所示，半徑為r的圓與坐標(biāo)軸的交點

12、分別為a、b、c、d，空間有與x軸正方向相同的勻強電場，同時，在0點固定一個電荷量為+q的點電荷，如果把一個帶電量為-q的試探電荷放在c點，則恰好處于平衡，那么該勻強電場的場強大小為 ，a、d兩點的合場強大小分別為 、 。7、（2004廣東）已經(jīng)證實，質(zhì)子、中子都是由稱為上夸克和下夸克的兩種夸克組成的，上夸克帶電為，下夸克帶電為，e為電子所帶電荷量的大小，如果質(zhì)子是由三個夸克組成的，且各個夸克之間的距離為l，l=1.510-15m。試計算質(zhì)子內(nèi)相鄰兩個夸克之間的靜電力（ ）8、兩個質(zhì)量都為m的小球可視為質(zhì)量，用長度都是l的絕緣細線懸掛在同一點，使它們帶上等量同種電荷，平衡時兩懸線的夾角為2，求

13、每個小球所帶的電量。9、一粒子質(zhì)量為m，帶電量為+q，以初速度v，跟水平方向成45角斜向上進入勻強電場區(qū)域，粒子恰沿直線運動，求這勻強電場場強的最小值，并說明其方向。10、用三根長均為l的細絲線固定兩個質(zhì)量為m、帶電量分別為q和-q的小球，如圖1-10所示，若加一個水平向左的勻強電場，使絲線都被拉緊且處于平衡狀態(tài)，則所加電場e的大小應(yīng)滿足什么條件？【學(xué)后反思】_。參考答案自主學(xué)習(xí)一、電荷及電荷守恒1、兩種 排斥 吸引 電荷量 元電荷 2、理想 大小 形狀 3、摩擦起電、感應(yīng)起電、接觸起電 電子的轉(zhuǎn)移4、創(chuàng)造 消滅 轉(zhuǎn)移 一部分 另一部分 保持不變二、庫侖定律1、點電荷 正比 二次方 連線 2、

14、二次方 質(zhì)量、距離、引 電荷量 引 斥力三、電場強度1、電荷 電場力 電量 e=f/q n/c 力 強弱 本身的性質(zhì) 位置 正電荷 負電荷 平行四邊形2、任何形式 點電荷 勻強電場 電場線方向四、電場線（1）切線 場強 電場 強弱 方向（2）正電荷 負電荷 場強 強弱 弱 中斷 相交（3）垂直 高 低 越低（4）不同 直線 平行 電場力 平行典型例題例1 解析：此題考查同一直線上三個自由電荷的平衡問題。如圖所示，第三個小球平衡位置應(yīng)在+q和+9q連線上，且靠近+q。如圖中c點。設(shè)ac=xm，bc=（0.4-x）m，對q有：解得：x=0.1m要使+q平衡q須是負電荷,對+q有：解得即第三個小球帶

15、負電荷，電荷量是q的倍，應(yīng)放在+q和+9q的連線上且距+q0.1m處。答案：負電荷例2 解析：此題考查電場線的特點及帶電粒子在電場中運動受力和軌跡之間的關(guān)系。（1）粒子受合力方向指向彎曲的一側(cè)，由粒子運動軌跡可知，帶正電。（2）由電場線的疏密情況可知粒子加速度增大。（3）a、b兩點的加速度方向即為該點所在曲線的切線方向，如圖所示。答案：（1）正電 （2）增大 （3）見解析圖例3 解析：由于a、b兩點均放有帶正電的點電荷，在ab連線上有一點合場強必為零，設(shè)該點距a點的距離為x，根據(jù)點電荷場強公式和場的疊加原理有： x=（-1）l?？梢奺=0點在c、d之間。由此可知，正電荷從c到d的過程中，電場力

16、先做正功再做負功，故b正確。答案：選b。針對訓(xùn)練1、解析：選a、c ，若為異種電荷，由于各小球相同，故接觸時電量平分，則由計算，則c正確。若為同種電荷，則再根據(jù)計算，可知a正確。2、解析：選d b帶電后，使a產(chǎn)生靜電感應(yīng)，感應(yīng)的結(jié)果是a靠近b的一側(cè)出現(xiàn)與b異種的感應(yīng)電荷，遠離b的一側(cè)出現(xiàn)與b同種的感應(yīng)電荷，異種電荷離b近，故b對a吸引，接觸后b、a帶同種電荷，它們間的斥力把a排斥開，故d正確。3、解析：選d 由于電場強度與電場本身特性有關(guān)，與試探電荷無關(guān)故a、b錯誤；公式e=kq/r2適用于真空的中點電荷，當(dāng)r接近于零時，電荷不可能是點電荷，故c錯誤。因此d正確。4、解析：與挖孔處這一小圓面上

17、相對于圓心對稱的一側(cè)的電荷量，由于半徑rr，可以把它看成點電荷，根據(jù)庫侖定律它對中心+q作用力大小為： 其方向由球心指向小孔中心。答案： 由球心指向小孔中心。能力訓(xùn)練1、解析：選a、d 由于電場線上每一點的切線方向跟該點場強方向一致，而該電場線是直線，故a正確，電場線的疏密表示電場強弱，只有一條電場線無法判斷其疏密，故d正確。2、解析：選b 由 q1=2q2可知e1=e2的點應(yīng)離q1較遠，離q2較近，x軸上這樣的點有兩個，一個是q1q2間，另一個點是q1與q2的連線上，且在q2的外側(cè)。3、解析：選b a、b之間的靜電力是作用力和反作用力關(guān)系，所以不論a、b哪個電荷量大，它們受到的靜電力大小相等

18、，方向相反，由平穩(wěn)條件得，可見質(zhì)量越大，懸線與豎直線的偏角越小，即，故b正確。4、解析：選d 電場線ab是一條直線，但無法判斷電場是否為勻強電場，由試探電荷的加速運動可知電場線方向向左，但不知強弱情況，由此可知，d正確。5、解析：由和場的疊加原理，可知，c、d兩點場強相等。答案：ec=ed6、解析：由于把-q放在c點恰好平衡，則c點合場強為0，即則a點場強為，d點場強為答案： 7、解析：質(zhì)子帶電為+e，所以它是由2個上夸克和1個下夸克組成的。按題意，三個夸克必位于等邊三角形的三個頂點處，這時上夸克與上夸克之間的靜電力應(yīng)為代入數(shù)值得f1=46n，為斥力，上夸克與下夸克之間的靜電力為 代入數(shù)值得f2=23n為引力。答案：上夸克間為46n斥力，上、下夸克間為23n的引力8、解析：由題文做圖，對小