新高考一輪復(fù)習(xí)人教版專題八靜電場課件（39張）

考點一電場力及電場的描述1.庫侖力1)研究對象:點電荷。2)表達式:F=

。方向:同斥異吸。2.電場的描述1)電場的性質(zhì):對放入其中的電荷有力的作用。2)電場強度①描述電場的強弱與方向。②矢量(留意方向及矢量合成)。③E=

;E=

;E=

。3)電場的形象描述——電場線形象描述電場空間分布的方法→電場線

4)常見電場線分布

3.場強疊加原理:多場源場強疊加滿足平行四邊形定則。4.靜電感應(yīng)與靜電平衡把導(dǎo)體放到電場強度為E0的勻強電場中,由于電場力的作用,導(dǎo)體內(nèi)部的

電荷將重新分布。導(dǎo)體剛放入電場未達到靜電平衡時,電子在水平向右

的外電場作用下向左移動(如圖甲);導(dǎo)體達到靜電平衡后,導(dǎo)體內(nèi)部場強

處處為零,左側(cè)負電荷分布密集(如圖乙)。但要注意,在整個過程中金屬陽離子沒有定向移動。

達到靜電平衡時:凈電荷分布于導(dǎo)體外表面;導(dǎo)體內(nèi)部合場強為零;導(dǎo)體是

一個等勢體,表面為等勢面?？键c二電場能的屬性及其描述1.電場能的屬性1)電場力在空間上的積累效果體現(xiàn)為電場力做功,其特點是做功只與初

末位置有關(guān),與路徑無關(guān),故存在電勢能的概念。2)電勢差(電壓):在電荷(受力物體)由A點運動到B點過程中電場力所做的

功與該電荷(受力物體)所帶電荷量的比值定義為A、B兩點的電勢差。2.電場能的性質(zhì)的形象描述——等勢面1)電場線垂直于等勢面,沿同一等勢面移動電荷,電場力不做功。2)正電荷周圍電勢高,負電荷周圍電勢低;沿電場線方向電勢逐漸降低。【注意】電場力做正功電勢能減小,電場力做負功電勢能增大,即WAB=-ΔEp。3)等差等勢面越密,電場強度越大?？键c三電容器與電容1.電容器:兩個彼此絕緣又相互靠近的導(dǎo)體構(gòu)成了電容器。2.電容定義式:C=

。結(jié)合U-Q圖像和E=UQ,可知電容器儲存的電能E=

CU2。3.平行板電容器電容決定式:C=

。拓展一電場強度的確定1.分析思路:已知電荷量為q的試探電荷在某點所受電場力為F,則該點場

強E=

;勻強電場中E=

。2.一個有用結(jié)論:靜電平衡中導(dǎo)體內(nèi)部任意一點的合場強為零。3.利用對稱法結(jié)合場強疊加原理求場強?！纠?】如圖所示,在點電荷-q形成的電場中,放著一塊帶有一定電荷

量、電荷均勻分布的絕緣矩形薄板,MN為其對稱軸,O點為其幾何中心。

點電荷-q與a、O、b之間的距離分別為d、2d、3d。已知圖中a點的電場

強度為零,則帶電薄板在圖中b點產(chǎn)生的電場強度的大小和方向分別為

(

)A.

,水平向右

B.

,水平向左C.

,水平向右

D.

,水平向右解析點電荷-q產(chǎn)生的電場在a點的電場強度大小為Ea=

,方向水平向右,依題意可知薄板產(chǎn)生的電場在a點的場強大小為

,方向水平向左,結(jié)合對稱性可得其在b點的場強大小也為

,方向水平向右。故選A。拓展二帶電粒子運動軌跡與能量綜合問題的處理1.帶電粒子運動軌跡的分析1)在粒子的軌跡上選一點(一般選初始點),過該點作軌跡的切線,切線方

向即速度方向。2)過該點作電場線的切線,電場線的切線方向即場強方向,標出可能受電

場力的兩個方向。3)根據(jù)粒子偏轉(zhuǎn)的方向,利用曲線運動的條件,判定電場力的方向(受力方

向指向軌跡的凹側(cè))。4)利用判斷出的電場力方向與場強方向的關(guān)系,判定粒子的電性。5)利用電場力方向與速度方向的夾角θ,判斷電場力所做功的正負、電勢

能變化及動能變化情況。2.電勢能大小的判斷方法1)做功角度判斷:電場力做正功,電勢能減小;電場力做負功,電勢能增大。2)電荷電性角度判斷:正電荷周圍電勢高,越接近正電荷電勢越大;負電荷

周圍電勢低,越接近負電荷電勢越小。正電荷在電勢高的地方電勢能大,

負電荷在電勢低的地方電勢能大。3)能量守恒角度判斷:在電場中,若只有電場力做功,電荷的動能和電勢能

相互轉(zhuǎn)化,動能增大時,電勢能減小,反之,電勢能增大。【例2】如圖,一帶電粒子q在電場中運動的軌跡為MN。不考慮重力作

用,求:(1)q的電性;(2)從M到N電勢能怎樣變化?動能怎樣變化?解析(1)過M點作電場線的切線得場強方向,粒子受到的電場力方向向左

或向右。由MN向右彎曲及曲線運動條件可知粒子所受電場力方向向右,

與電場方向一致?？傻胵帶正電。(2)過M點作軌跡的切線,得粒子在該點的速度方向。由v與F的夾角小于9

0°,可知電場力做正功,電勢能減小。由動能定理有W電=W合=ΔEk,可知帶電

粒子從M到N動能增加。拓展三電容器的綜合分析1.平行板電容器的動態(tài)分析與能量分析核心公式:C=

,Q=CU,E=

=

。1)電壓U不變(始終與電源相連接)2)電荷量Q不變(充電后與電源斷開)【例3】一水平放置的平行板電容器的兩極板間距為d,極板分別與電池

兩極相連,上極板中心有一小孔(小孔對電場的影響可忽略不計)。小孔正

上方

處的P點有一帶電粒子,該粒子從靜止開始下落,經(jīng)過小孔進入電容器,并在下極板處(未與極板接觸)返回。若將下極板向上平移

,則從P點開始下落的相同粒子將

(

)A.打到下極板上B.在下極板處返回C.在距上極板

處返回D.在距上極板

d處返回解析設(shè)板間電壓為U,場強為E,則E=

,由動能定理得mg·

d-qEd=0,將下極板向上平移

后,U不變,d'=

d,則E'=

=

E,設(shè)粒子在距上極板x處返回,則mg(

+x)-qE‘x=0,聯(lián)立解得x=

d,故D正確。2.電容器的充電與放電過程1)充電過程2)放電過程電壓電荷量電流逐漸增大U-t圖線斜率逐漸減小逐漸增大q-t圖線斜率逐漸減小逐漸減小I-t圖線斜率逐漸減小I軸截距反映電阻大小電壓電荷量電流逐漸減小U-t圖線斜率逐漸減小逐漸減小q-t圖線斜率逐漸減小逐漸減小I-t圖線斜率逐漸減小I軸負半軸最大值反映電阻大小【注意】I-t圖線與橫軸圍成的面積表示電荷量,q-t圖線的斜率表示瞬時

電流?！纠?】用傳感器觀察電容器放電過程的實驗電路如圖甲所示,電源電

動勢為8V、內(nèi)阻忽略不計。先使開關(guān)S與1端相連,稍后擲向2端,電流傳

感器將電流信息傳入計算機,屏幕上顯示的電流隨時間變化的i-t圖像如

圖乙所示。下列說法正確的是

(

)

A.圖乙中畫出的靠近i軸的豎直狹長矩形面積表示電容器所帶的總電荷

量B.電容器在全部放電過程中釋放的電荷量約為20CC.電容器在全部放電過程中釋放的電荷量約為4.0×10-4CD.電容器的電容約為400μF解析根據(jù)q=it可知,圖線與橫軸圍成的面積表示電容器所帶的總電荷量,

故A錯誤;縱坐標的每個小格為0.2mA,橫坐標的每個小格為0.4s,則每個

小正方形所代表的電荷量數(shù)值為q=0.2×10-3×0.4C=8×10-5C,曲線下包含

的小正方形的個數(shù)約為40,則電容器所帶的電荷量Q=40×8×10-5C=3.2×10

-3C,故B、C錯誤;電容器的電容C=

=400μF,故D正確。拓展四電場中的圖像問題1.v-t圖像:根據(jù)v-t圖像中速度的變化、斜率絕對值的變化(即加速度大小

的變化),確定電荷所受電場力的方向與電場力的大小變化情況,進而確定

電場的方向、電勢的高低及電勢能的變化。2.φ-x圖像:電場強度的大小等于φ-x圖線斜率的絕對值,電場強度為零處,φ

-x圖線切線的斜率為零。在φ-x圖像中可以直接判斷各點電勢的大小,并

可根據(jù)電勢大小關(guān)系大致確定電場強度的方向。在φ-x圖像中分析電荷

移動時做功的正負,可用WAB=qUAB分析WAB的正負。3.E-x圖像:根據(jù)給出的E-x圖像,確定E的方向,再在草紙上畫出對應(yīng)電場線

的大致方向,根據(jù)E-x的大小變化,確定電場的強弱分布,E-x圖線與橫軸圍

成的面積表示電勢差。4.Ep-x圖像:根據(jù)給出的Ep-x圖像,確定電場力的大小與方向,亦可以變換為

E-x圖像確定電場的強弱分布。【例5】(多選)如圖甲所示,在某電場中建立x坐標軸,A、B為x軸上的兩

點,xA、xB分別為A、B兩點在x軸上的坐標值。一電子僅在電場力作用下

沿x軸運動,該電子的電勢能Ep隨其坐標x變化的關(guān)系如圖乙所示,則下列

說法中正確的是

(

)

A.該電場一定不是孤立點電荷形成的電場B.A點的電場強度小于B點的電場強度C.電子由A點運動到B點的過程中電場力對其所做的功W=EpA-EpBD.電子在A點的動能小于在B點的動能解析由圖乙可知,電子在A、B兩點的電勢能分別為EpA和EpB,且EpB>EpA,說

明電子由A運動到B時電勢能增大,電場力做負功,電場力對其所做的功為

W=EpA-EpB,C正確;電場力做負功,故動能減小,則電子在A點的動能大于在

B點的動能,D錯誤;如圖乙所示,電子的電勢能是均勻增大的,說明電勢是

均勻減小的,故這一定是勻強電場,不是孤立點電荷形成的電場,A正

確;A、B兩點的電場強度相等,B錯誤?！纠?】(多選)兩電荷量分別為q1和q2的點電荷固定在x軸上的A、B兩點,

兩點電荷連線上各點電勢φ隨坐標x變化的關(guān)系圖像如圖所示,其中P點電

勢最高,且xAP<xPB,則

(

)A.q1和q2都是負電荷B.q1的電荷量大于q2的電荷量C.在A、B之間將一負點電荷沿x軸從P點左側(cè)移到右側(cè),電勢能先減小后

增大D.一點電荷只在電場力作用下沿x軸從P點運動到B點,加速度逐漸變小解析由題圖知,越靠近兩點電荷,電勢越低,則q1和q2都是負電荷,故A項正

確;φ-x圖像的斜率表示電場強度,則P點場強為零,據(jù)場強的疊加知兩點電

荷在P處產(chǎn)生的場強等大反向,即k

=k

,又xAP<xPB,所以q1的電荷量小于q2的電荷量,故B項錯誤;由題圖知,在A、B之間沿x軸從P點左側(cè)到右側(cè),

電勢先增加后減小,則負點電荷的電勢能先減小后增大,故C項正確;φ-x圖

像的斜率表示電場強度,則沿x軸從P點到B點,場強逐漸增大,據(jù)a=

可知,點電荷只在電場力作用下沿x軸從P點運動到B點,加速度逐漸增大,故

D項錯誤。應(yīng)用一示波器中的物理學(xué)應(yīng)用——探究帶電粒子在電場中的運動1.電子從電子槍燈絲表面逸出,進入陰極與陽極所處空間區(qū)域Ⅰ的加速

電場。

動力學(xué)分析a0=

;

-0=2a0d0能量分析qU0=

m

2.電子進入YY'、XX'所處空間區(qū)域Ⅱ的偏轉(zhuǎn)電場后做類平拋運動,在垂直

于場強方向上做勻速直線運動,沿場強方向做初速度為零的勻加速直線

運動。水平方向:x=v0t。豎直方向:y=

at2加速度:a=

場內(nèi):tanθv=

=2

=2tanθx【注意】速度的反向延長線通過水平位移的中點。3.電子進入無電場的區(qū)域Ⅲ做勻速直線運動。tanθv=

【例1】如圖為真空示波管的示意圖,電子從燈絲K發(fā)出(初速度可忽略不

計),經(jīng)燈絲與A板間的電場加速后,從A板中心孔沿中心線KO射出,然后進

入兩塊平行金屬板M、N間的偏轉(zhuǎn)電場(電子進入時的速度方向與該電場

方向垂直),離開偏轉(zhuǎn)電場后打在熒光屏上的P點。已知K、A間的加速電

壓為U1,M、N兩板間的偏轉(zhuǎn)電壓為U2,兩板間的距離為d,板長為L,電子的

質(zhì)量為m,電荷量為e,不計電子所受的重力及它們之間的相互作用力。

(1)求電子穿過A板時速度的大小v0;(2)求電子從偏轉(zhuǎn)電場射出時的側(cè)移距離y;(3)如果僅使偏轉(zhuǎn)電壓減半,即

=

,為使電子仍打在熒光屏上的P點,則加速電壓應(yīng)當調(diào)整為U1',求

。解析(1)在加速電場中有:eU1=

m

可得:v0=

(2)在偏轉(zhuǎn)電場中,設(shè)飛行時間為t,加速度為a,則水平方向有:L=v0t豎直方向有:y=

at2又F=Ee=ma,其中E=

,則a=

可得:y=

(3)設(shè)PO的長度為y',電子飛出偏轉(zhuǎn)電場時的速度偏轉(zhuǎn)角為θ,豎直分速度為vy,偏轉(zhuǎn)電場右端到熒光屏的水平距離為s,則y'=y+stanθ,tanθ=

,vy=at可得:y'=

(L+2s)可見,要使y'不變,

應(yīng)保持不變,所以

=

應(yīng)用二靜電除塵器的工作原理分析——帶電微粒在電場中的運動靜電除塵是氣體除塵方法的一種。含塵氣體經(jīng)過高壓靜電場時被

電解分離,塵粒與負離子(電子)結(jié)合帶上負電后,趨向陽極表面放電而沉

積。在冶金、化學(xué)等工業(yè)中常用靜電除塵凈化氣體或回收有用塵粒。帶電微粒在電場中的運動與帶電粒子在電場中的運動規(guī)律相同,但在對

帶電微粒進行受力分析時,不能忽略微粒所受重力。【例2】(多選)如圖為靜電除塵器除塵機理的示意圖。塵埃在電場中通

過某種機制帶電,在電場力的作用下向集塵極遷移并沉積,以達到除塵的

目的。下列表述正確的是

(

)A.到達集塵極的塵埃帶負電B.電場方向由集塵極指向放電極C.帶電塵埃所受電場力的方向與電場方向相同D.同一位置帶電荷量越多的塵埃所受電場力越小解析由圖示