第十章電場(楊國興)高考物理一輪復習教案全集

第十章電場大綱要求：1．兩種電荷、電荷守恒Ⅰ2．真空中的庫侖定律、電荷量Ⅱ3．電場、電場強度，電場線、點電荷的場強，勻強電場，電場強度的疊加Ⅱ4．電勢能，電勢差，電勢，等勢面Ⅱ5．勻強電場中電勢差跟電場強度的關(guān)系Ⅱ6．靜電屏蔽Ⅰ7．帶電粒子在勻強電場中的運動Ⅱ8．示波管，示波器及其應用Ⅰ9．電容器的電容，平行板電容器的電容Ⅱ10．常用的電容器Ⅰ按照考綱的要求，本章內(nèi)容可以分成三部分，即：電場的力的性質(zhì)；電場的能的性質(zhì)；帶電粒子在電場中的運動。其中重點是對電場基本性質(zhì)的理解、熟練運用電場的基本概念和基本規(guī)律分析解決實際問題。難點是帶電粒子在電場中的運動。第一單元：電場力的性質(zhì)知識目標一、電荷、電荷守恒定律1、兩種電荷：用毛皮摩擦過的橡膠棒帶負電荷，用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電荷。2、元電荷：一個元電荷的電量為1．6×10－19C說明：任何帶電體的帶電量皆為元電荷電量的整數(shù)倍。3、起電：使物體帶電叫起電，使物體帶電的方式有三種①摩擦起電，②接觸起電，③感應起電。4、電荷守恒定律：電荷既不能創(chuàng)造，也不能被消滅，它們只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，系統(tǒng)的電荷總數(shù)是不變的．注意：電荷的變化是電子的轉(zhuǎn)移引起的；完全相同的帶電金屬球相接觸，同種電荷總電荷量平均分配，異種電荷先中和后再平分。二、庫侖定律內(nèi)容：真空中兩個點電荷之間相互作用的電力，跟它們的電荷量的乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上。公式：F=kQ1Q2／r2k＝9．0×109N·m2／C23．適用條件：（1）真空中；（2）點電荷．點電荷是一個理想化的模型，在實際中，當帶電體的形狀和大小對相互作用力的影響可以忽略不計時，就可以把帶電體視為點電荷．（這一點與萬有引力很相似，但又有不同：對質(zhì)量均勻分布的球，無論兩球相距多近，r都等于球心距；而對帶電導體球，距離近了以后，電荷會重新分布，不能再用球心距代替r）。點電荷很相似于我們力學中的質(zhì)點．注意：①兩電荷之間的作用力是相互的，遵守牛頓第三定律②使用庫侖定律計算時，電量用絕對值代入，作用力的方向根據(jù)“同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引”的規(guī)律定性判定。三、電場：1、存在于帶電體周圍的傳遞電荷之間相互作用的特殊媒介物質(zhì)．電荷間的作用總是通過電場進行的。2、電場的基本性質(zhì)是對放入其中的電荷有力的作用。3、電場可以由存在的電荷產(chǎn)生，也可以由變化的磁場產(chǎn)生。四、電場強度1．定義：放入電場中某一點的電荷受到的電場力F跟它的電量q的比值叫做該點的電場強度，表示該處電場的強弱2．表達式：E＝F/q單位是：N/C或V/m；E=kQ/r2（導出式，真空中的點電荷，其中Q是產(chǎn)生該電場的電荷）E＝U/d（導出式，僅適用于勻強電場，其中d是沿電場線方向上的距離）3．方向：與該點正電荷受力方向相同，與負電荷的受力方向相反；電場線的切線方向是該點場強的方向；場強的方向與該處等勢面的方向垂直．4．在電場中某一點確定了，則該點場強的大小與方向就是一個定值，與放入的檢驗電荷無關(guān)，即使不放入檢驗電荷，該處的場強大小方向仍不變，這一點很相似于重力場中的重力加速度，點定則重力加速度定，與放入該處物體的質(zhì)量無關(guān)，即使不放入物體，該處的重力加速度仍為一個定值．5、電場強度是矢量，電場強度的合成按照矢量的合成法則．（平行四邊形法則和三角形法則）6、電場強度和電場力是兩個概念，電場強度的大小與方向跟放入的檢驗電荷無關(guān)，而電場力的大小與方向則跟放入的檢驗電荷有關(guān)，五、電場線：是人們?yōu)榱诵蜗蟮拿枥L電場而想象出一些線，客觀并不存在．1．切線方向表示該點場強的方向，也是正電荷的受力方向．2．從正電荷出發(fā)到負電荷終止，或從正電荷出發(fā)到無窮遠處終止，或者從無窮遠處出發(fā)到負電荷終止．3．疏密表示該處電場的強弱，也表示該處場強的大?。?．勻強電場的電場線平行且距離相等．5．沒有畫出電場線的地方不一定沒有電場．6．順著電場線方向，電勢越來越低．7．電場線的方向是電勢降落陡度最大的方向，電場線跟等勢面垂直．8．電場線永不相交也不閉合，9．電場線不是電荷運動的軌跡．【例2】在勻強電場中，將質(zhì)量為m，帶電量為q的小球由靜止釋放，帶電小球的運動軌跡為一直線，該直線與豎直方向的夾角為θ，如圖所示，則電場強度的大小為（B）A．有唯一值mgtanθ／q；B．最小值是mgsinθ／q；C·最大值mgtanθ／q；D·mg/q規(guī)律方法1、庫侖定律的理解和應用【例3】如圖所示，三個完全相同的金屬小球a、b、c位于等邊三角形的三個頂點上．a(chǎn)和c帶正電，b帶負電，a所帶電量的大小比b的小．已知c受到a和b的靜電力的合力可用圖中四條有向線段中的一條來表示，它應是A．F1 B．F2C．F3 D．【例4】兩端開口，橫截面積為S，水平放置的細玻璃管中，有兩個小水銀滴，封住一段長為L0的空氣柱，當給小水銀滴帶上等量的異種電荷時，空氣柱的長度為L，設(shè)當時大氣壓強為P0，小水銀滴在移動過程中溫度不變，小水銀滴大小可忽略不計，試求：①穩(wěn)定后，它們之間的相互作用力。②小水銀滴所帶電量的大小？ABCFCB【例5】已知如圖，在光滑絕緣水平面上有三個質(zhì)量都是m的相同小球，兩兩間的距離都是l，A、B電荷量都是+q。給C一個外力F，使三個小球保持相對靜止共同加速運動。求：CABCFCB【例6】.如圖所示，質(zhì)量均為m的三個帶電小球A,B,C,放在光滑的絕緣水平面上，彼此相隔的距離為L(L比球半徑r大許多）,B球帶電量為QB=－3q.A球帶電量為QA=＋6q，若對C球加一個水平向右的恒力F,要使A,B,C三球始終保持L的間距運動，求：(1）F的大小為多少？OAOABmBgFNLd【例7】已知如圖，帶電小球A、B的電荷分別為QA、QB，OA=OB，都用長L的絲線懸掛在O點。靜止時A、B相距為d。為使平衡時AB間距離減為d/2，可采用以下哪些方法A.將小球A、B的質(zhì)量都增加到原來的2倍B.將小球B的質(zhì)量增加到原來的8倍C.將小球A、B的電荷量都減小到原來的一半D.將小球A、B的電荷量都減小到原來的一半，同時將小球B的質(zhì)量增加到原來的2倍電場強度的理解和應用12【例9】如圖在場強為E的勻強電場中固定放置兩個帶電小球1和2,它們的質(zhì)量相等，電荷分別為q1和－q2．（q1≠q2）．球1和球2的連線平行于電場線，如圖．現(xiàn)同時放開1球和2球，于是它們開始在電場力的作用下運動，如果球1和球2之間的距離可以取任意有限值，則兩球剛被放開時，它們的加速度可能是（12A、大小不等，方向相同；B、大小不等，方向相反；C、大小相等，方向相同；D、大小相等，方向相反；【例10】半徑為r的絕緣光滑圓環(huán)固定在豎直平面內(nèi)，環(huán)上套有一質(zhì)量為m，帶正電的珠子，空間存在水平向右的勻強電場，如圖所示，珠子所受靜電力是其重力的3/4,將珠子從環(huán)上最低位置A點由靜止釋放，則珠子所能獲得的最大動能Ek為多少？思考：①珠子動能最大時對圓環(huán)的壓力多大？②若要珠子完成一個完整的圓周運動，在A點釋放時，是否要給珠子一個初速度？電場線的理解和應用【例11】如圖所示，一電子沿等量異種電荷的中垂線由A—O—B勻速飛過，電子重力不計，則電子所受另一個力的大小和方向變化情況是A．先變大后變小，方向水平向左B．先變大后變小，方向水平向右C．先變小后變大，方向水平向左D．先變小后變大，方向水平向右試題展示1．在靜電場中a、b、c、d四點分別放一檢驗電荷，其電量可變，但很小，結(jié)果測出檢驗電荷所受電場力與電荷電量的關(guān)系如圖所示，由圖線可知A．a(chǎn)、b、c、d四點不可能在同一電場線上B．四點場強關(guān)系是Ec＞Ea＞Eb＞EdC．四點場強方向可能不相同D．以上答案都不對2．電場強度E的定義式為E＝F/q，根據(jù)此式，下列說法中正確的是①該式說明電場中某點的場強E與F成正比，與q成反比，拿走q，則E＝0．②式中q是放入電場中的點電荷的電量，F(xiàn)是該點電荷在電場中某點受到的電場力，E是該點的電場強度．③式中q是產(chǎn)生電場的點電荷的電量，F(xiàn)是放在電場中的點電荷受到的電場力，E是電場強度．④在庫侖定律的表達式F＝kq1q2/r2中，可以把kq2/r2看作是點電荷q2產(chǎn)生的電場在點電荷q1處的場強大小，也可以把kq1/r2看作是點電荷q1產(chǎn)生的電場在點電荷q2處的場強大?。瓵．只有①② B．只有①③C．只有②④ D．只有③④3．三個完全相同的金屬小球A、B和C，A、B帶電后位于相距為r的兩處，A、B之間有吸引力，大小為F．若將A球先跟很遠處的不帶電的C球相接觸后，再放回原處，然后使B球跟很遠處的C球接觸后，再放回原處．這時兩球的作用力的大小變?yōu)镕/2．由此可知A、B原來所帶電荷是______（填“同種”或“異種”）電荷；A、B所帶電量的大小之比是______．6．有一水平方向的勻強電場，場強大小為9×103N/C，在電場內(nèi)作一半徑為10cm的圓，圓周上取A、B兩點，如圖9—1—8所示，連線AO沿E方向，BO⊥AO，另在圓心O處放一電量為10－8C的正點電荷，則A處的場強大小為______；B處的場強大小和方向為______．7．如圖9—1—9所示，三個可視為質(zhì)點的金屬小球A、B、C，質(zhì)量分別為m、2m和3m，B球帶負電，電量為q，A、C不帶電，用不可伸長的絕緣細線將三球連接，將它們懸掛在O點．三球均處于豎直方向的勻強電場中（場強為E）．靜止時，A、B球間的細線的拉力等于______；將OA線剪斷后的瞬間，A、B球間的細線拉力的大小為______．9．水平方向的勻強電場中，一個質(zhì)量為m帶電量為+q的質(zhì)點，從A點射入電場并沿直線運動到B點，運動軌跡跟電場線（虛線表示）夾角為α，如圖9—1—11所示．該勻強電場的方向是________，場強大小E＝__________．圖9—1—1116、下列關(guān)于帶電粒子在電場中的運動軌跡與電場線的關(guān)系說法中正確的是A．帶電粒子在電場中運動，如只受電場力作用，其加速度方向一定與電場線方向相同B．帶電粒子在電場中的運動軌跡一定與電場線重合C．帶電粒子只受電場力作用，由靜止開始運動，其運動軌跡一定與電場線重合D．帶電粒子在電場中運動軌跡可能與電場線重合第二單元電場能的性質(zhì)知識目標一、電勢差電荷從電場中的一點移到另一點，電場力做的功跟其電量的比值叫做這兩點的電勢差，UAB=WAB/q，是標量．點評：電勢差很類似于重力場中的高度差．物體從重力場中的一點移到另一點，重力做的功跟其重力的比值叫做這兩點的高度差h＝W/G．二、電勢某點相對零電勢的電勢差叫做該點的電勢，是標量．在數(shù)值上等于單位正電荷由該點移到零電勢點時電場力所做的功.由電場本身因素決定，與檢驗電荷無關(guān)。點評：類似于重力場中的高度．某點相對參考面的高度差為該點的高度．注意：（1）高度是相對的．與參考面的選取有關(guān)，而高度差是絕對的與參考面的選取無關(guān)．同樣電勢是相對的與零電勢的選取有關(guān)，而電勢差是絕對的，與零電勢的選取無關(guān)．（2）一般選取無限遠處或大地的電勢為零．當零電勢選定以后，電場中各點的電勢為定值．（3）電場中A、B兩點的電勢差等于A、B的電勢之差,即UAB=φA－φB,沿電場線方向電勢降低.三、電場力做功與電勢能1．電勢能：電場中電荷具有的勢能稱為該電荷的電勢能．電勢能是電荷與所在電場所共有的。2．電勢能的變化：電場力做正功電勢能減少；電場力做負功電勢能增加．重力勢能變化：重力做正功重力勢能減少；重力做負功重力勢能增加．3．電場力做功：W=qU，U為電勢差，q為電量．重力做功：W＝Gh，h為高度差，G為重力．電場力做功跟路徑無關(guān)，是由初末位置的電勢差與電量決定重力做功跟路徑無關(guān)，是由初末位置的高度差與重力決定．【例1】關(guān)于電勢與電勢能的說法正確的是（）A．電荷在電場中電勢高的地方電勢能大B．在電場中的某點，電量大的電荷具有的電勢能比電量小的電荷具有的電勢能大C．正電荷形成的電場中，正電荷具有的電勢能比負電荷具有的電勢能大D．負電荷形成的電場中，正電荷具有的電勢能比負電荷具有的電勢能小【例2】將一電量為一2×10－8C的點電荷，從零電勢S點移到電場中的M點，反抗電場力做功4×10－8J，則UM=；若將該電荷從M點移到N點，電場力做功14×10－8J，則N點電勢UN＝；M、N兩點電勢差為四、等勢面1．電場中電勢相等的點所組成的面為等勢面．2．特點（1）各點電勢相等．（2）等勢面上任意兩點間的電勢差為零．（3）電荷沿著等勢面運動，電場力不做功．（4）處于靜電平衡狀態(tài)的導體是一個等勢體，其面為等勢面．（5）勻強電場，電勢差相等的等勢面間距離相等，點電荷形成的電場，電勢差相等的等勢面間距不相等，越向外距離越大．（6）等勢面上各點的電勢相等但電場強度不一定相等．（7）電場線跟等勢面垂直，且由電勢高的面指向電勢低的面（8）兩個等勢面永不相交．【例3】如圖所示，勻強電場中的一組等勢面，A、B、C、D相鄰間距離為2cm，則場強E＝；離A點1．5cm的P點電勢為V．【例4】如圖所示，實線為勻強電場中的電場線，虛線為等勢面，且相鄰等勢面間的電勢差相等。一正點電荷在等勢面A處的動能為20J，運動到等勢面C處的動能為零?，F(xiàn)取B等勢面為零電勢能面，則當此電荷的電勢能為20J時的動能是J。（不計重力和空氣阻力）【例5】如圖所示，直角三角形的斜邊傾角為300，底邊BC長為2L，處在水平位置，斜邊AC是光滑絕緣的，在底邊中點O處放置一正電荷Q，一個質(zhì)量為m、電量為q的帶負電的質(zhì)點從斜面頂端A沿斜邊滑下，滑到斜邊上的垂足D時速度為v。（將（1），（2）題正確選項前的標號填在題后括號內(nèi)）（1）在質(zhì)點的運動中不發(fā)生變化的是①動能；②電勢能與重力勢能之和；③動能與重力勢能之和；④動能、電勢能。重力勢能三者之和。A、①②B、②③C、④D、②（2）質(zhì)點的運動是A．勻加速運動；B．勻減速運動；C．先加速后勻減速的運動；D．加速度隨時間變化的運動（3）該質(zhì)點滑到非常接近斜邊底端C點時速率vc為多少？沿斜面向下的加速度ac為多少？規(guī)律方法１、電勢和電場強度⑴電勢是反映電場能的性質(zhì)的物理量，而電場強度反映電場力的性質(zhì)的物理量⑵電勢是標量，具有相對性，而電場強度是矢量。電勢的正負有大小的含義，而電場強度的正負表示方向，并不表示大小。⑶電勢與電場強度的大小沒有必然的聯(lián)系，某點的電勢為零，電場強度可不為零，反之亦然。⑷電勢和電場強度都是由電場本身的因素決定的，與檢驗電荷無關(guān)【例6】在靜電場中（）Ａ電場處處為零的區(qū)域內(nèi)，電勢也一定處處為零Ｂ電場強度處處相同的區(qū)域內(nèi)，電勢也一定處處相同Ｃ電場強度的方向總是跟等勢面垂直的Ｄ沿著電場強度的方向，電勢總是不斷降落解析:電勢具有相對性，零電勢的選取是任意的，所以電場強度為零的區(qū)域電勢不一定為零，故Ａ錯誤；在勻強電場中，電場強度處處相同，但電勢不相同，故Ｂ錯。根據(jù)電場性質(zhì)，答案為Ｃ和Ｄ【例7】如圖所示，兩個等量正的點電荷Ｑ、Ｐ，連線中點為Ｏ，在垂線上有兩點Ａ、Ｂ，ＯＡ＜ＯＢ，Ａ、Ｂ兩點的電場強度及電勢分別為ＥＡ、ＥＢ、φＡ、φＢ，則:()ＡＥＡ一定大于ＥＢ，φＡ一定大于φＢＢＥＡ不一定大于ＥＢ，φＡ一定大于φＢＣＥＡ一定大于ＥＢ，φＡ不一定大于φＢＤＥＡ不一定大于ＥＢ，φＡ不一定大于φＢ解析:根據(jù)等量同種電荷電場線得分布規(guī)律，答案為B２、電場力做功特性及計算方法電場力做功與路徑無關(guān)，只與初、末位置有關(guān)計算方法有：⑴由公式Ｗ＝ＦＳcosθ計算，此公式只適合于勻強電場中，可變形為Ｗ＝ＥqＳ，式中Ｓ為電荷初末位置在電場強度方向上的位移⑵由電場力做功與電勢能改變關(guān)系計算，Ｗ＝Δε＝qＵ，對任何電場都適用⑶由動能定理計算Ｗ電場力＋Ｗ其它＝ΔＥＫ【例8】如圖所示，光滑絕緣細桿豎直放置，它與以正電荷為圓心的某一圓周交于B、C兩點，質(zhì)量為m，帶電量為-q的有孔小球從桿上A點無初速度下滑,AB=BC=h,到B點時的速度大小為。求（1）小球由A到B過程中電場力做的功，（2）AC兩點的電勢