《靜電場 整合與評價》

1、 課時課時1.101.10靜電場靜電場整合與整合與評價評價課時課時1.10靜電場靜電場整合與評價整合與評價1.1.以電場線為主線展開復習以電場線為主線展開復習, ,理解靜電力、電場強度、電勢能、電勢、電勢理解靜電力、電場強度、電勢能、電勢、電勢差等概念。差等概念。2.2.熟練掌握判斷靜電力性質、電場強度的大小和方向、電勢高低、電勢能大熟練掌握判斷靜電力性質、電場強度的大小和方向、電勢高低、電勢能大小的方法小的方法, ,并會運用這些概念和規(guī)律解決相關的物理問題。并會運用這些概念和規(guī)律解決相關的物理問題。3.3.掌握帶電粒子在電場中運動問題的分析方法和思維過程掌握帶電粒子在電場中運動問題的分析方法

2、和思維過程, ,提高解決綜合問提高解決綜合問題的能力。題的能力。 主題主題2:2:電勢與電勢能電勢與電勢能情景情景: :如圖甲所示如圖甲所示, ,為了描述地理位置的高低變化為了描述地理位置的高低變化, ,人們設計出了人們設計出了“等高線等高線”, ,通常在同一幅圖通常在同一幅圖中兩條相鄰的等高線之間的高度差是相等的中兩條相鄰的等高線之間的高度差是相等的, ,從圖中可以看出等高線越密集的地方從圖中可以看出等高線越密集的地方, ,表示高度下表示高度下降得越快降得越快, ,也就是也就是“坡度坡度”越大。越大。 問題問題:(1):(1)我們常把電場中各點的電勢與重力場中的高度類比我們常把電場中各點的電

3、勢與重力場中的高度類比, ,把等勢面與等高線類比把等勢面與等高線類比, ,參照圖參照圖乙乙, ,你認為可把電場強度與什么量類比呢你認為可把電場強度與什么量類比呢? ?等勢面越密集的地方電場強度越大嗎等勢面越密集的地方電場強度越大嗎? ?從這個角度來從這個角度來講講, ,電場強度反映了什么意義電場強度反映了什么意義? ?電場強度的大小跟電勢的高低有聯系嗎電場強度的大小跟電勢的高低有聯系嗎? ?(2)(2)質點在地勢越高的位置重力勢能越大質點在地勢越高的位置重力勢能越大, ,電荷也是在電勢越高的位置電勢能越大嗎電荷也是在電勢越高的位置電勢能越大嗎? ?(3)(3)重力做正功和負功過程中重力做正功和

4、負功過程中, ,物體的重力勢能分別如何變化物體的重力勢能分別如何變化? ?靜電力做正功和負功過程中靜電力做正功和負功過程中, ,電電荷的電勢能分別如何變化荷的電勢能分別如何變化? ?解答解答:(1):(1)電場強度可與電場強度可與“坡度坡度”類比類比, ,從圖乙可以看出等勢面越密集的地方電從圖乙可以看出等勢面越密集的地方電場強度越大場強度越大, ,從這個角度來看從這個角度來看, ,電場強度的大小反映了電勢降落的快慢電場強度的大小反映了電勢降落的快慢, ,但電勢但電勢低的地方電場強度可能大低的地方電場強度可能大, ,電勢高的地方電場強度可能小電勢高的地方電場強度可能小, ,電場強度的大小與電場強

5、度的大小與電勢的高低沒有聯系。電勢的高低沒有聯系。(2)(2)由于正電荷受力的方向與電場方向一致由于正電荷受力的方向與電場方向一致, ,而負電荷受力方向則相反而負電荷受力方向則相反, ,所以只所以只有正電荷在電勢越高的位置電勢能越大有正電荷在電勢越高的位置電勢能越大, ,而負電荷在電勢越高的位置電勢能越而負電荷在電勢越高的位置電勢能越小。小。(3)(3)重力做正功過程中重力做正功過程中, ,物體的重力勢能減少物體的重力勢能減少, ,做負功則物體重力勢能增加做負功則物體重力勢能增加; ;同同樣靜電力做正功過程中樣靜電力做正功過程中, ,電荷的電勢能也減少電荷的電勢能也減少, ,做負功則電勢能增加

6、。做負功則電勢能增加。 主題主題3:3:電容器與帶電粒子在電場中的運動電容器與帶電粒子在電場中的運動問題問題:(1):(1)電容器的電容跟哪些因素有關電容器的電容跟哪些因素有關? ?如何保持電容器所帶電荷不變如何保持電容器所帶電荷不變? ?如如何使電容器極板間電勢差保持不變何使電容器極板間電勢差保持不變? ?(2)(2)什么情形下帶電粒子在電場中的運動軌跡才能沿著電場線什么情形下帶電粒子在電場中的運動軌跡才能沿著電場線? ?(3)(3)處理帶電粒子在勻強電場中的偏轉運動的方法與處理平拋運動方法類似處理帶電粒子在勻強電場中的偏轉運動的方法與處理平拋運動方法類似, ,但這兩者又有哪些重要的不同之處

7、呢但這兩者又有哪些重要的不同之處呢? ?解答解答:(1):(1)電容器的電容跟它自身兩極板間距、兩極板正對面積以及兩極板間電容器的電容跟它自身兩極板間距、兩極板正對面積以及兩極板間的電介質有關。電容器充電后切斷其與電源的連接的電介質有關。電容器充電后切斷其與電源的連接, ,不讓它再放電或充電不讓它再放電或充電, ,就就可保持其電荷不變。如果保持電容器與電源的連接不變可保持其電荷不變。如果保持電容器與電源的連接不變, ,就能保持其兩極板就能保持其兩極板間的電勢差不變。間的電勢差不變。(2)(2)根據力與運動的關系根據力與運動的關系, ,只有在電場線是直線只有在電場線是直線, ,且粒子的初速度且粒

8、子的初速度方向與電場線共線或初速度為零的情形下粒子的運動軌跡才能沿方向與電場線共線或初速度為零的情形下粒子的運動軌跡才能沿著電場線。著電場線。(3)(3)帶電粒子在勻強電場中的偏轉運動與平拋運動之間的不同之帶電粒子在勻強電場中的偏轉運動與平拋運動之間的不同之處主要有處主要有: :第一第一, ,不同粒子在同一電場中加速度往往不同不同粒子在同一電場中加速度往往不同, ,而平拋而平拋運動的加速度都是重力加速度運動的加速度都是重力加速度; ;第二第二, ,電場的方向可能向各個方向電場的方向可能向各個方向, ,而重力的方向只有豎直向下而重力的方向只有豎直向下; ;第三第三, ,研究平拋運動時研究平拋運動

9、時, ,物體自始至物體自始至終都受到重力作用終都受到重力作用, ,而電場往往是有界的而電場往往是有界的, ,帶電粒子飛出勻強電場帶電粒子飛出勻強電場后的運動形式將會發(fā)生變化。后的運動形式將會發(fā)生變化。拓展一拓展一: :庫侖定律與力學的綜合應用庫侖定律與力學的綜合應用1.1.如圖甲所示如圖甲所示, ,真空中真空中 A A、B B 兩個點電荷的電荷量分別為兩個點電荷的電荷量分別為+Q +Q 和和+q,+q,放在光滑絕緣水平面上放在光滑絕緣水平面上,A,A、B B 之間用絕緣的輕彈簧連接。當系統(tǒng)平之間用絕緣的輕彈簧連接。當系統(tǒng)平衡時衡時, ,彈簧的伸長量為彈簧的伸長量為 x0 x0。若彈簧發(fā)生的均是

10、彈性形變。若彈簧發(fā)生的均是彈性形變, ,則則( () )。A.A.保持保持Q Q不變不變, ,將將q q變?yōu)樽優(yōu)?q,2q,平衡時彈簧的伸長量等于平衡時彈簧的伸長量等于2x02x0B.B.保持保持q q不變不變, ,將將Q Q變?yōu)樽優(yōu)?Q,2Q,平衡時彈簧的伸長量小于平衡時彈簧的伸長量小于2x02x0C.C.保持保持Q Q不變不變, ,將將q q變?yōu)樽優(yōu)?q,-q,平衡時彈簧的縮短量等于平衡時彈簧的縮短量等于x0 x0D.D.保持保持q q不變不變, ,將將Q Q變?yōu)樽優(yōu)?Q,-Q,平衡時彈簧的縮短量小于平衡時彈簧的縮短量小于x0 x0甲甲B B問問1:1:電荷量變化后電荷量變化后, ,庫侖力

11、要發(fā)生怎樣的變化庫侖力要發(fā)生怎樣的變化? ?答答1:1:在距離不變的情況下在距離不變的情況下, ,電荷量增大電荷量增大, ,庫侖力增大庫侖力增大, ,電荷量電荷量減小減小, ,庫侖力減小。庫侖力減小。問問2:2:電荷量變化后電荷量變化后, ,兩球要重新達到平衡狀態(tài)兩球要重新達到平衡狀態(tài), ,彈簧的長度應彈簧的長度應怎么發(fā)生變化怎么發(fā)生變化? ?答答2:2:電荷量變化后電荷量變化后, ,庫侖力要發(fā)生變化庫侖力要發(fā)生變化, ,為了讓兩球重新達到為了讓兩球重新達到平衡狀態(tài)平衡狀態(tài), ,彈簧的長度也要發(fā)生變化。如果電荷量增大彈簧的長度也要發(fā)生變化。如果電荷量增大, ,則彈則彈簧形變量要增大簧形變量要增

12、大; ;如果電荷量減小如果電荷量減小, ,則彈簧形變量也減小。則彈簧形變量也減小。問問3:3:彈簧長度的變化對庫侖力有影響嗎彈簧長度的變化對庫侖力有影響嗎? ?答答3:3:彈簧長度增大彈簧長度增大, ,兩點電荷的距離增大兩點電荷的距離增大, ,庫侖力減小庫侖力減小; ;彈簧彈簧長度減小長度減小, ,兩點電荷間的距離減小兩點電荷間的距離減小, ,庫侖力增大。庫侖力增大。乙乙丙丙丁丁戊戊2.2.拓展二拓展二: :對有關軌跡類問題的分析對有關軌跡類問題的分析圖中虛線為勻強電場中與電場強度方向垂直的等間距平行直圖中虛線為勻強電場中與電場強度方向垂直的等間距平行直線。兩粒子線。兩粒子M M、N N的質量

13、相等的質量相等, ,所帶電荷量的絕對值也相等。現所帶電荷量的絕對值也相等?，F將將M M、N N從虛線上的從虛線上的O O點以相同速率射出點以相同速率射出, ,兩粒子在電場中運動的兩粒子在電場中運動的軌跡分別如圖中兩條實線所示。點軌跡分別如圖中兩條實線所示。點a a、b b、c c為實線與虛線的交為實線與虛線的交點。已知點。已知O O點電勢高于點電勢高于c c點。若不計重力點。若不計重力, ,則則( () )。A.MA.M帶負電荷帶負電荷,N,N帶正電荷帶正電荷B.NB.N在在a a點的速度與點的速度與M M在在c c點的速度大小相同點的速度大小相同C.NC.N在從在從O O點運動至點運動至a

14、a點的過程中克服靜電力做功點的過程中克服靜電力做功D.MD.M在從在從O O點運動至點運動至b b點的過程中點的過程中, ,靜電力對它做的功等于零靜電力對它做的功等于零BDBD問問1:1:圖中的三條虛線是電場線還是等勢線圖中的三條虛線是電場線還是等勢線? ?答答1:1:等勢線。等勢線。問問2:2:題意中可以確定電場方向的描述是什么題意中可以確定電場方向的描述是什么? ?答答2:O2:O點電勢高于點電勢高于c c點。點。問問3:3:靜電力做功與電勢能的變化是什么關系靜電力做功與電勢能的變化是什么關系? ?答答3:W3:W電電=-E=-E電。電。問問4:4:靜電力做功與粒子動能的變化是什么關系靜電

15、力做功與粒子動能的變化是什么關系? ? 答答4:W4:W電電=Ek=Ek?！窘馕觥恳颉窘馕觥恳騉 O點電勢高于點電勢高于c c點點, ,故電場強度方向向下故電場強度方向向下, ,由軌跡彎曲方向知由軌跡彎曲方向知M M帶正電、帶正電、N N帶負電帶負電,A,A選項錯誤選項錯誤; ;因因Ua O=UO c,Ua O=UO c,利用動能定理得利用動能定理得:N:N粒子粒子與與M M粒子分別在粒子分別在a a、c c兩點的速度大小相同兩點的速度大小相同,B,B選項正確選項正確;N;N從從O O到到a a過程靜過程靜電力做正功電力做正功,C,C選項錯誤選項錯誤;O;O、b b在同一等勢面上在同一等勢面上

16、, ,靜電力做功為零靜電力做功為零,D,D選項選項正確。正確。拓展三拓展三: :帶電粒子在電場中的直線運動帶電粒子在電場中的直線運動3.3.如圖甲所示如圖甲所示, ,兩個平行金屬板兩個平行金屬板P P、Q Q豎直放置豎直放置, ,兩板間加上如圖乙所示的兩板間加上如圖乙所示的電壓。電壓。t=0t=0時時,Q,Q板比板比P P板電勢高板電勢高5 V,5 V,此時在兩板的正中央此時在兩板的正中央M M點放一個電子點放一個電子, ,速速度為零度為零, ,電子在靜電力作用下運動電子在靜電力作用下運動, ,使得電子的位置和速度隨時間變化。假使得電子的位置和速度隨時間變化。假設電子始終未與兩板相碰。在設電子

17、始終未與兩板相碰。在0t80t810-10 s10-10 s的時間內的時間內, ,這個電子處于這個電子處于M M點點的右側的右側, ,則速度方向向左且大小逐漸減小的時間段是則速度方向向左且大小逐漸減小的時間段是( () )。A.0t2A.0t210-10 s10-10 sB.2B.210-10 st410-10 st410-10 s10-10 sC.4C.410-10 st610-10 st610-10 s10-10 sD.6D.610-10 st810-10 st810-10 s10-10 sD D問問1:t=01:t=0時時, ,電子向哪個極板運動電子向哪個極板運動? ?答答1:t=01:

18、t=0時時,Q,Q板比板比P P板電勢高板電勢高, ,因此電子向因此電子向Q Q板運動。板運動。問問2:2:接下來的時間內電子做什么性質的運動接下來的時間內電子做什么性質的運動? ?答答2:2:電子以電子以M M點右側的某點為中心做往復運動。點右側的某點為中心做往復運動。問問3:3:運動過程和電場的周期性有什么關系運動過程和電場的周期性有什么關系? ?答答3:3:電子往復運動的周期與電場的周期同步。電子往復運動的周期與電場的周期同步。問問4:4:速度向左且減小時滿足的條件是什么速度向左且減小時滿足的條件是什么? ?答答4:4:所受靜電力方向向右。所受靜電力方向向右?！窘馕觥俊窘馕觥?20210

19、-10 s10-10 s內內, ,電子向右做勻加速直線運動電子向右做勻加速直線運動;2;210-10 10-10 s4s410-10 s10-10 s內內, ,電子向右做勻減速直線運動電子向右做勻減速直線運動;4;410-10 s610-10 s610-10 s10-10 s內內, ,電子向左做勻加速直線運動電子向左做勻加速直線運動,6,610-10 s810-10 s810-10 s10-10 s內內, ,電子向左做電子向左做勻減速直線運動勻減速直線運動, ,所以選項所以選項D D符合題意。符合題意。拓展四拓展四: :利用運動的分解與合成的觀點處理復合場中的問題利用運動的分解與合成的觀點處理

20、復合場中的問題4.4.一個帶負電的小球一個帶負電的小球, ,質量為質量為m,m,帶電荷量為帶電荷量為q,q,在一個如圖甲所示的平行板電在一個如圖甲所示的平行板電容器的右側板邊被豎直上拋容器的右側板邊被豎直上拋, ,最后落在電容器左邊緣同一高度處。已知電容器最后落在電容器左邊緣同一高度處。已知電容器極板是豎直放置的極板是豎直放置的, ,兩板間距為兩板間距為d,d,板間電壓為板間電壓為U U。求小球能到達的最大高度。求小球能到達的最大高度h h及及拋出時的初速度拋出時的初速度v0v0。問問1:1:小球受到哪些力的作用小球受到哪些力的作用? ?是恒力還是變力是恒力還是變力? ?答答1:1:小球受重力和靜電力兩個恒力的作用。小球受重力和靜電力兩個恒力的作用。問問2:2:如何處理勻變速曲線運動問題如何處理勻變速曲線運動問題? ?答答2:2:可將小球的運動分解為沿電場方向和垂直于電場方向的兩個運動。利用可將小球的運動分解為沿電場方向和垂直于電場方向的兩個運動。利用兩個分