人教高中物理同步講義練習(xí)必修三9.5素養(yǎng)提升（二）靜電力的性質(zhì)（原卷版）

第九章靜電場及其應(yīng)用第5節(jié)素養(yǎng)提升（二）靜電力的性質(zhì)課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)會利用幾種特殊方法求解帶電體電場強(qiáng)度.1．會分析電場線與帶電粒子運(yùn)動軌跡相結(jié)合的問題..2．學(xué)會分析電場中的動力學(xué)問題．3．通過靜電力知識應(yīng)用的實(shí)例，感受物理中科學(xué)技術(shù)與社會的緊密聯(lián)系，體會科學(xué)知識的應(yīng)用價值，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和科學(xué)意識。課前閱讀：物理學(xué)中的對稱：空間對稱、運(yùn)動對稱、物理規(guī)律的數(shù)學(xué)對稱1.利用對稱法解題的思路:(1)領(lǐng)會物理情景，選取研究對象。在仔細(xì)審題的基礎(chǔ)上，通過題目的條件、背景、設(shè)問，深刻剖析物理現(xiàn)象及過程，建清晰的物理情景，選取恰當(dāng)?shù)难芯繉ο笕邕\(yùn)動的物體、運(yùn)動的某一過程或某一狀態(tài)。(2)透析研究對象的屬性、運(yùn)動特點(diǎn)及規(guī)律。(3)尋找研究對象的對稱性特點(diǎn)。已有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過直覺思維或借助對稱原理的啟發(fā)進(jìn)行聯(lián)想類比，來分析挖掘研耐象在某些屬性上的對稱性特點(diǎn)。(4)利用對稱性特點(diǎn).依物理規(guī)律，對題目求解2.曲線運(yùn)動合力與運(yùn)動軌跡的關(guān)系物體做曲線運(yùn)動時，合力指向運(yùn)動軌跡的凹側(cè)，軌跡在合力和速度方向之間。一、電場強(qiáng)度的計(jì)算重難詮釋】帶電體電場強(qiáng)度的三種計(jì)算方法對稱法對稱法實(shí)際上就是根據(jù)某些物理現(xiàn)象、物理規(guī)律、物理過程或幾何圖形的對稱性進(jìn)行解題的一種方法．在電場中，當(dāng)電荷的分布具有對稱性時，應(yīng)用對稱性解題可將復(fù)雜問題大大簡化微元法當(dāng)一個帶電體的體積較大，已不能視為點(diǎn)電荷時，求這個帶電體產(chǎn)生的電場在某處的電場強(qiáng)度時，可用微元法的思想把帶電體分成很多小塊，每塊都可以看成點(diǎn)電荷，用點(diǎn)電荷電場疊加的方法計(jì)算補(bǔ)償法有時由題給條件建立的模型不是一個完整的模型，這時需要給原來的問題補(bǔ)充一些條件，組成一個完整的新模型．這樣，求解原模型的問題就變?yōu)榍蠼庑履Ｐ团c補(bǔ)充條件的差值問題．如采用補(bǔ)償法將有缺口的帶電圓環(huán)補(bǔ)全為圓環(huán)，或?qū)肭蛎嫜a(bǔ)全為球面，從而將問題化難為易【典例精析】例1．均勻帶電的球殼在球外空間產(chǎn)生的電場等效于電荷集中于球心處產(chǎn)生的電場．如圖所示，在半球面AB上均勻分布著正電荷，總電荷量為q，球面半徑為R，CD為通過半球頂點(diǎn)與球心O的軸線，在軸線上有M、N兩點(diǎn)，OM＝ON＝2R.已知N點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小為E，靜電力常量為k，則M點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小為()A.eq\f(kq,2R2)－E B.eq\f(kq,4R2)C.eq\f(kq,4R2)－E D.eq\f(kq,4R2)＋E二、電場線與帶電粒子的運(yùn)動軌跡【重難詮釋】1．帶電粒子做曲線運(yùn)動時，合力指向軌跡曲線的內(nèi)側(cè)，速度方向沿軌跡的切線方向．2．分析思路：(1)由軌跡的彎曲情況結(jié)合電場線確定靜電力的方向；(2)由靜電力和電場線的方向可判斷帶電粒子所帶電荷的正負(fù)；(3)由電場線的疏密程度可確定靜電力的大小，再根據(jù)牛頓第二定律F＝ma可判斷帶電粒子加速度的大?。镜淅觥坷?．某電場的電場線分布如圖所示，虛線為某帶電粒子只在靜電力作用下的運(yùn)動軌跡，a、b、c是軌跡上的三個點(diǎn)，則()A．粒子一定帶負(fù)電B．粒子一定是從a點(diǎn)運(yùn)動到b點(diǎn)C．粒子在c點(diǎn)的加速度一定大于在b點(diǎn)的加速度D．粒子在電場中c點(diǎn)的速度一定大于在a點(diǎn)的速度三、電場中的動力學(xué)問題【重難詮釋】1．帶電體在多個力作用下處于平衡狀態(tài)，帶電體所受合外力為零，因此可用共點(diǎn)力平衡的知識分析，常用的方法有正交分解法、合成法等．2．帶電體在電場中的加速問題與力學(xué)問題分析方法完全相同，帶電體的受力仍然滿足牛頓第二定律，在進(jìn)行受力分析時不要漏掉靜電力．例3．如圖所示，光滑固定斜面(足夠長)傾角為37°，一帶正電的小物塊質(zhì)量為m，電荷量為q，置于斜面上，當(dāng)沿水平方向加如圖所示的勻強(qiáng)電場時，帶電小物塊恰好靜止在斜面上，從某時刻開始，電場強(qiáng)度變化為原來的eq\f(1,2)，(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g＝10m/s2)求：(1)原來的電場強(qiáng)度大小(用字母表示)；(2)小物塊運(yùn)動的加速度；(3)小物塊2s末的速度大小和2s內(nèi)的位移大?。?．帶電粒子做曲線運(yùn)動時，合力指向軌跡曲線的凹側(cè)，速度方向沿軌跡的切線方向。2．分析方法(1)由軌跡的彎曲情況結(jié)合電場線確定電場力的方向。(2)由電場力和電場線的方向可判斷帶電粒子所帶電荷的正負(fù)。(3)由電場線的疏密程度可比較電場力的大小，再根據(jù)牛頓第二定律F＝ma可判斷帶電粒子加速度的大小。一、單選題1．半徑為R的絕緣細(xì)圓環(huán)固定在圖示位置，圓心位于O點(diǎn)，環(huán)上均勻分布著電量為Q的正電荷。點(diǎn)A、B、C將圓環(huán)三等分，取走A、B處兩段弧長均為ΔL的小圓弧上的電荷。將一點(diǎn)電荷q置于OC延長線上距C點(diǎn)為2R的D點(diǎn)，O點(diǎn)的電場強(qiáng)度剛好為零。圓環(huán)上剩余電荷分布不變，則q為（）A．正電荷， B．正電荷，C．負(fù)電荷， D．負(fù)電荷，2．均勻帶電球體在球的外部產(chǎn)生的電場與一個位于球心的、電荷量相等的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場相同。如圖所示，半徑為的球體上均勻分布著正電荷，在過球心的直線上有、、三個點(diǎn)，，。若以為直徑在球內(nèi)挖一球形空腔，球的體積公式為，則、兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小之比為（）A． B．C． D．3．如圖所示，A、B、C是等邊三角形的三個頂點(diǎn)，O為該三角形中心，在A點(diǎn)和B點(diǎn)分別固定一個電荷量均為q的正電荷，在O點(diǎn)固定某未知電荷后，C點(diǎn)的電場強(qiáng)度恰好為零。則O點(diǎn)處的電荷為（

）A．負(fù)電荷，電荷量為qB．負(fù)電荷，電荷量為C．正電荷，電荷量為qD．正電荷，電荷量為4．關(guān)于電荷與靜電場，下列說法正確的是（）A．空間電場由試探電荷和場源電荷共同激發(fā)產(chǎn)生，試探電荷在此電場中受到靜電力的作用B．即使是電荷量不同的試探電荷，在電場中的同一位置受到的靜電力也相同C．為不影響場源電荷的電場分布，試探電荷應(yīng)該是電荷量和體積都很小的點(diǎn)電荷D．物理學(xué)中規(guī)定，試探電荷受到靜電力的方向?yàn)殡妶鰪?qiáng)度的方向5．如圖所示，在等量異種點(diǎn)電荷形成的電場中，O為連線中點(diǎn)，A、B為兩點(diǎn)電荷連線的中垂面上兩點(diǎn)，且OA=OB.則（）A．A、B兩點(diǎn)場強(qiáng)大小相等，方向相反B．A、B兩點(diǎn)場強(qiáng)大小相等，方向相同C．A、B兩點(diǎn)場強(qiáng)大小、方向均不同D．A、B兩點(diǎn)場強(qiáng)大小和方向無法判斷6．如圖所示，豎直平面內(nèi)分布有水平向右的勻強(qiáng)電場，一帶電小球沿直線從位置b斜向下運(yùn)動到位置a。在這個過程中，帶電小球（）A．只受到電場力作用 B．帶正電C．做勻加速直線運(yùn)動 D．機(jī)械能守恒7．如圖所示，將一質(zhì)量為m、帶電荷量為+q（q>0）的小球放置于一半徑為R、固定在豎直平面中的光滑絕緣圓環(huán)軌道最低點(diǎn)，圓環(huán)處于水平向左的勻強(qiáng)電場中，電場強(qiáng)度大小。現(xiàn)給小球一水平向左的初速度，小球恰能在圓環(huán)內(nèi)做完整的圓周運(yùn)動，則小球的初速度大小為（）A． B． C． D．8．如圖所示，實(shí)線為某點(diǎn)電荷電場中的電場線（方向未畫出），曲線MN為一帶電粒子僅在靜電力作用下的運(yùn)動軌跡。則下列說法正確的是（）A．若粒子帶負(fù)電，則場源電荷一定是正電荷B．粒子在M點(diǎn)的加速度一定小于它在N點(diǎn)的加速度C．粒子在M點(diǎn)的動能一定大于它在N點(diǎn)的動能D．粒子在M點(diǎn)的速率一定小于它在N點(diǎn)的速率二、多選題9．電荷量為+Q的點(diǎn)電荷與半徑為R的均勻帶電圓形薄板相距2R，點(diǎn)電荷與圓心O連線垂直薄板，A點(diǎn)位于點(diǎn)電荷與圓心O連線的中點(diǎn)，B與A關(guān)于O對稱，若A點(diǎn)的電場強(qiáng)度為0，則（）A．圓形薄板所帶電荷量為+QB．圓形薄板所帶電荷在A點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小為，方向水平向左C．B點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小為，方向水平向右D．B點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小為，方向水平向右10．如圖所示，紙面內(nèi)a、b、c三點(diǎn)構(gòu)成直角三角形，ab與ac互相垂直，ab=4L，。帶電量分別為-9q、+25q的點(diǎn)電荷分別固定放置在a、b兩點(diǎn)，d點(diǎn)在a、b兩點(diǎn)的連線上，且兩個點(diǎn)電荷分別在d點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大小相等，靜電力常量為k，sin53°=0.8，cos53°=0.6，下列說法正確的是（）A．d點(diǎn)的電場強(qiáng)度為0B．b點(diǎn)的點(diǎn)電荷在c點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大小為C．a(chǎn)、d兩點(diǎn)的間距為D．c點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小為11．如圖所示為某靜電場的一部分電場線的分布圖，下列說法正確的是（）A．這個電場可能是負(fù)點(diǎn)電荷形成的B．C點(diǎn)處的場強(qiáng)為零，因?yàn)槟抢餂]有電場線C．點(diǎn)電荷q在A點(diǎn)所受到的電場力比在B點(diǎn)所受電場力大D．負(fù)電荷在B點(diǎn)時受到的電場力的方向與B點(diǎn)沿著電場線的切線方向相反12．如圖所示是某電場的電場線分布情況，下列說法中正確的是（不計(jì)重力）（）A．該電場可能是點(diǎn)電荷的電場B．試探電荷在A點(diǎn)處受到的電場力比在B點(diǎn)處受到的電場力大C．試探電荷在B點(diǎn)處受到的電場力的方向沿電場線的切線方向D．點(diǎn)電荷在A點(diǎn)處的瞬時加速度比在B點(diǎn)處的瞬時加速度大三、解答題13．如圖所示，在E=103V/m的水平向左勻強(qiáng)電場中，有一光滑半圓形絕緣軌道豎直放置，軌道與一水平絕緣軌道MN連接，半圓軌道所在豎直平面與電場線平行，其半徑R=0.4m。一帶正電荷q=10-4C的小滑塊，質(zhì)量為m=0.04kg，與水平軌道間的動摩擦因數(shù)，g取10m/s2，求：（1）要使小滑塊能運(yùn)動到半圓軌道的最高點(diǎn)Q，滑塊應(yīng)在水平軌道上離N點(diǎn)多遠(yuǎn)處釋放？（2）這樣釋放的滑塊通過P點(diǎn)時對軌道壓力是多大？（P為半圓軌道中點(diǎn)）14．一根長為L的絲線吊著一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小球靜止在水平向右的勻強(qiáng)電場中，如圖所示，絲線與豎直方向成37°角。現(xiàn)突然將該電場方向變?yōu)樨Q直向下且大小不變，不考慮因電場的改變而帶來的其他影響（重力加速度為g，sin37°=0.6，c