高考物理二輪專題復(fù)習(xí)電場教案

河北2013年高考二輪專題復(fù)習(xí)教案電場一、庫侖定律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。即：其中k為靜電力常量，k=9.0×109Nm2/c21．成立條件①真空中（空氣中也近似成立），②點電荷。即帶電體的形狀和大小對相互作用力的影響可以忽略不計。（這一點與萬有引力很相似，不同的是：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(dǎo)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）。2．應(yīng)用舉例例1．在真空中同一條直線上的A、B兩點固定有電荷量分別為+9Q和-4Q的點電荷。將另一個點電荷放在該直線上的哪個位置，可以使它在電場力作用下保持靜止？+9Q-4QABC解：先判定第三個點電荷所在的區(qū)間：只能在B點的右側(cè)；再由，F(xiàn)、k、q相同時∴rA∶rB=3∶2，即C在AB+9Q-4QABC此類題必須“先定段、再定點”：兩個已知電荷把直線分成三段，先根據(jù)固定電荷的電性和電荷量確定第三個電荷應(yīng)該在這三段中的哪一段，在根據(jù)庫侖定律確定在該段上的哪一點。mBgdAOBFNL例2．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AmBgdAOBFNLA、B的質(zhì)量都增加到原來的2倍小球A、B的電荷量都減小到原來的一半小球A、B的電荷量都減小到原來的一半，同時將解：由B的共點力平衡圖知，而，可知，選B。例3．兩個相同的帶電金屬球（視為點電荷），相距一定距離放置，兩球間的庫侖力大小為F；用絕緣工具將兩球相碰后再放回原處，兩球間的庫侖力大小為F′。先有如下判斷：①若兩球原來帶同種電荷，一定有F′>F；②若兩球原來帶異種電荷，一定有F′<F；③若兩球原來帶不等量同種電荷，一定有F′>F；④若兩球原來帶不等量異種電荷可能出現(xiàn)F′=F。以上判斷正確的有A．①②B．③④C．①③D．②④解：要分情況討論：若為等量同種電荷，F(xiàn)′=F；若為不等量同種電荷F′>F；若為等量異種電荷，F(xiàn)′=0<F；若為不等量異種電荷F′>F、F′=F、F′<F都有可能，當(dāng)q1=（3±2）q2時F′=F。因此選B。二、電場的性質(zhì)電場的最基本的性質(zhì)是對放入其中的電荷有力的作用，電荷放入電場后就具有電勢能。1．電場強(qiáng)度場強(qiáng)E是描述電場的力的性質(zhì)的物理量。⑴定義：放入電場中某點的試探電荷所受的電場力F跟它的電荷量q的比值，叫做該點的電場強(qiáng)度，簡稱場強(qiáng)。單位是V/m，也可以用N/C。①這是電場強(qiáng)度的定義式，適用于任何電場。②其中的q為試探電荷，是電荷量很小的點電荷，可正可負(fù)，它的放入不影響被探測的電場。③電場強(qiáng)度是矢量，規(guī)定其方向與正電荷在該點受的電場力方向相同。⑵點電荷周圍的場強(qiáng)公式是：，其中Q是產(chǎn)生該電場的電荷，叫場電荷。⑶勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)公式是：，其中d是沿電場線方向上的距離。EBEAECABCO例4．圖中邊長為a的正三角形ABC的三點頂點分別固定三個點電荷+EBEAECABCO解：每個點電荷在O點處的場強(qiáng)大小都是由圖可得O點處的合場強(qiáng)為方向由O指向C。2．電勢差（電壓）和電勢電荷q在電場中由A點移到B點，電場力做功WAB與q的比，叫AB間的電勢差（又叫電壓），用UAB表示，即WAB=qUAB。如果在電場中選擇某一點為參考點，可以用電勢差來定義電場中各點的電勢：電場中某點的電勢，等于單位正電荷由該點移動到參考點（即零勢能點）時電場力所做的功。電勢用Φ表示。在理論研究中一般以無窮遠(yuǎn)為零勢能點，在實際電路中一般以大地為零勢能點。電壓和電勢的關(guān)系：UAB=ΦA(chǔ)-ΦB，顯然有UAB=-UBA。兩點間的電壓與零電勢點的選取無關(guān)。3．電場線和等勢面物理學(xué)中用電場線和等勢面來形象地描繪電場強(qiáng)度和電勢。+—+—孤立點電荷周圍的電場—+等量同種點電荷的電場++等量異種點電荷的電場等量異種點電荷的電場勻強(qiáng)電場勻強(qiáng)電場－－－－點電荷與帶電平板+電場線、等勢面的特點以及電場線、等勢面間的關(guān)系：①電場線的方向為該點的場強(qiáng)方向，電場線的疏密表示場強(qiáng)的大??；②電場線互不相交，等勢面也互不相交；③電場線和等勢面在相交處互相垂直；④電場線的方向是電勢降低的方向，而且是降低最快的方向；⑤電場線密的地方等差等勢面密，等差等勢面密的地方電場線也密；⑥沿勻強(qiáng)電場中任何一條直線（等勢面除外），電勢都是均勻變化的。+ABC例5．如圖所示，三個同心圓是同一個點電荷周圍的三個等勢面，這三個圓的半徑成等差數(shù)列。A、B、C分別是這三個等勢面上的點，且這三點在同一條電場線上。A、C兩點的電勢依次為φA=10V和φC+ABCA．一定等于6VB．一定低于6VC．一定高于6VD．無法確定解：由U=Ed，在d相同時，E越大，電壓U也越大。因此UAB>UBC，選B。+－caO例6．如圖所示，在等量異種點電荷的電場中，將一個正的試探電荷由a點沿直線移到o點，再沿直線由o點移到c+－caO解：根據(jù)電場線和等勢面的分布可知：電場力一直減小而方向不變；電勢能先減小后不變。三、電荷引入電場1．將電荷引入電場將電荷引入電場后，它一定受電場力F=Eq，且一定具有電勢能E=φq。2．在電場中移動電荷電場力做的功在電場中移動電荷電場力做的功W=qU，只與始末位置的電勢差有關(guān)。在只有電場力做功的情況下，電場力做功的過程是電勢能和動能相互轉(zhuǎn)化的過程。W=-ΔE=ΔEk。⑴⑵正電荷在電勢高處電勢能大；負(fù)電荷在電勢高處電勢能小。⑶利用公式W=qU進(jìn)行計算時，各量都取絕對值，功的正負(fù)由電荷的正負(fù)和移動的方向判定。⑷每道題都應(yīng)畫出示意圖，抓住電場線這個關(guān)鍵。（電場線能表示場強(qiáng)的大小、方向，又能表示電勢降低的方向。有了它，可以很方便地判定點電荷在電場中受力、做功、電勢能變化等情況。）ABCD例7．已知ΔABC處于勻強(qiáng)電場中。將一個帶電量q=-2×10-6C的點電荷從A移到B的過程中，電場力做功W1=-1.2×10-5J；再將該點電荷從B移到C，電場力做功W2=6×10-6J。已知A點的電勢φA=5V，則B、C兩點的電勢分別為____V和____ABCD解：先由W=qU求出AB、BC間的電壓分別為6V和3V，再根據(jù)負(fù)電荷A→B電場力做負(fù)功，電勢能增大，電勢降低；B→C電場力做正功，電勢能減小，電勢升高，知φB=-1VφC=2V。沿勻強(qiáng)電場中任意直線電勢都是均勻變化的，因此AB中點D的電勢與C點電勢相同，CD為等勢面，過A做CD的垂線必為電場線，方向從高電勢指向低電勢，斜向左下方。cbaPQ例8．cbaPQ例9一平行板電容器的兩個極板水平放置，兩極板間有一帶電量不變的小油滴，油滴在極板間運(yùn)動時所受空氣阻力的大小與其速率成正比。若兩極板間電壓為零，經(jīng)一段時間后，油滴以速率v勻速下降；若兩板間電壓為U，經(jīng)一段時間后，油滴以速率v勻速上升。若兩板間電壓為-U，油滴做勻速運(yùn)動時速度的大小、方向?qū)⑹茿．2v、向下B．2v、向上C．3v、向下D．3v、向上解：設(shè)阻力大小f=kv，無電場勻速下降時mg=kv；電壓為U以v勻速上升時，電場力必向上四、帶電粒子在電場中的運(yùn)動1．帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的加速一般情況下帶電粒子所受的電場力遠(yuǎn)大于重力，可以認(rèn)為只有電場力做功。由動能定理W=qU=ΔEk，此式與電場是否勻強(qiáng)無關(guān)，與帶電粒子的運(yùn)動性質(zhì)、軌跡形狀也無關(guān)。T/2TT/2T3T/22TU0tφ-U0O2．帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)v0m，qyvtθθv0vyUv0m，qyvtθθv0vyU，L，d⑴側(cè)移：。不要死記公式，要清楚物理過程。根據(jù)不同的已知條件，改用不同的表達(dá)形式（已知初速度、初動能、初動量或加速電壓等）。⑵偏角：。必然有，說明末速度的反向延長線與初速度延長線的交點恰好在水平位移的中點。這一點和平拋運(yùn)動的結(jié)論完全相同。⑶穿越電場過程的動能增量：ΔEk=Eqy（注意，一般來說不等于qU）—+—+YY′X′X電子槍熒光屏偏轉(zhuǎn)電極利用兩組正交的偏轉(zhuǎn)極板，可以控制電子打在熒光屏上的位置。如圖：兩組偏轉(zhuǎn)電極分別控制電子在水平、豎直方向的偏轉(zhuǎn)。一般在水平偏轉(zhuǎn)電極上加掃描電壓（從左向右周期性掃描），在豎直偏轉(zhuǎn)電極上加需要研究的信號。AO1O2O3P2P1LL′U1MN燈絲例11．如圖是示波管的示意圖。電子從燈絲發(fā)射出來經(jīng)，電壓為U1的電場加速后，從加速極板A上的小孔O1射出，沿中心線O1O2進(jìn)入MN間的偏轉(zhuǎn)電場。O1O2與偏轉(zhuǎn)電場方向垂直，偏轉(zhuǎn)電場的電壓為U2。經(jīng)過偏轉(zhuǎn)電場的右端P1點離開偏轉(zhuǎn)電場，然后打在垂直O(jiān)1O2放置的熒光屏上的P2點。已知平行金屬極板MN間的距離為d，極板長度為L，極板的右端與熒光屏之間的距離為L′。不計電子之間的相互作用力及其所受的重力，電子離開燈絲時的初速度忽略不計。⑴求電子通過P1點時偏離中心線O1O2的距離。⑵若O1AO1O2O3P2P1LL′U1MN燈絲解：⑴電子在偏轉(zhuǎn)電場中的側(cè)移；⑵P1P2的反向延長線與中心線的交點到極板邊緣的距離為L/2，由相似形得，。提高靈敏度的途徑有：增加極板長度L、增加極板到熒光屏的距離L′、減小極板間距d或減小加速電壓U1。（改變U2只能改變偏轉(zhuǎn)距離，但不能改變靈敏度y/U。）4．帶電物體在電場力和重力共同作用下的運(yùn)動。當(dāng)帶電體的重力和電場力大小可以相比時，不能再將重力忽略不計。這時研究對象經(jīng)常被稱為“帶電微?！?、“帶電塵?！?、“帶電小球”等。+OC例12．已知如圖，水平放置的平行金屬板間有勻強(qiáng)電場。一根長l的絕緣細(xì)繩一端固定在O點，另一端系有質(zhì)量為m并帶有一定電荷的小球（看作質(zhì)點）。小球原來靜止在C點。當(dāng)給小球一個水平?jīng)_量后，它可以在豎直面內(nèi)繞O點做勻速圓周運(yùn)動。若將兩板間的電壓增大為原來的3倍，要使小球從C點開始在豎直面內(nèi)繞+OC解：原來小球受的電場力和重力等大反向。增大電壓后電場力是重力的3倍，場力的合力向上。C點處有最小速度和最小向心力2mg，這時繩的拉力為零，由得v=，因此給小球的最小沖量為I=m。在最高點D小球受到的拉力最大。從C到D對小球用動能定理：，在D點，解得F=12mg例13．已知勻強(qiáng)電場方向水平向右，場強(qiáng)E=1.5×106V/m，絲線長l=40cm，上端系于O點，下端系質(zhì)量m=1.0×10-4kg，帶電量q=+5.0×10-10C的小球，將小球從最低點A由靜止釋放，求：⑴小球擺到最高點時絲線與豎直方向的夾角多大？⑵擺動過程中小球的最大速度是多大？θθOABCE解：⑴此裝置可稱為“歪擺”。其擺動的平衡位置由重力和電場力合力的方向確定（懸點與平衡位置的連線就是重力和電場力合力的方向）。由題意得得電場力Fe=0.75G，電場力和重力的合力F=1.25GθθOABCE⑵小球通過平衡位置時速度最大。由動能定理，重力和電場力合力做功等于動能增加：，解得vm=1.4m/s。五、電容器1．電容器兩個彼此絕緣又相隔很近的導(dǎo)體組成一個電容器。2．電容器的電容電容是表示電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量，由電容器本身的性質(zhì)（導(dǎo)體大小、形狀、相對位置及電介質(zhì)）決定。國際單位法拉F、微法μF、皮法pF3．電容器的分類固定電容器、可變電容器、電解電容器。4．平行板電容器的電容平行板電容器的電容的決定式是：利用靜電計研究平行板電容器的電容與哪些因素有關(guān)。靜電計是測量電勢差的儀器。指針偏轉(zhuǎn)角度越大，表示金屬外殼和上方金屬小球間的電勢差越大。在本實驗中，靜電計指針和A板等電勢，靜電計金屬殼和B板等電勢，因此指針偏轉(zhuǎn)角越大表示A、B兩極板間的電壓越高。AABABAB本實驗中極板的帶電量保持不變。三個圖依次表示：正對面積減小時、板間距離增大時、插入電介質(zhì)時兩板間電壓的變化情況（實線表示變化前指針的位置，虛線表示變化后指針的位置）。由知，這三種情況下電容分別減小、減小、增大。因此C和S、d、ε的關(guān)系應(yīng)該是。+Q-Q+q-q例14．平行板電容器的電容為C，兩板間的距離為d，上板帶正電，電量為Q，下板帶負(fù)電，電量也為Q，它們產(chǎn)生的電場在很遠(yuǎn)處的電勢為零。兩個帶異號電荷的小球用一絕緣剛性桿相連，小球的電量都為q，桿長為l，且l+Q-Q+q-qA．B．0C．D．把該過程分成三個階段：先將系統(tǒng)由無窮遠(yuǎn)處沿平行板中軸線水平移到電容器內(nèi)，由于+Q-Q+q-q是沿著等勢面移動的，因此電場力不做功；再將系統(tǒng)轉(zhuǎn)動90o，克服電場力W=Eql，其中，，因此W=；再將系統(tǒng)沿豎直方向移到圖示位置，電場力做功為零。選A。+Q-Q+q-q5．平行板電容器內(nèi)電場的變化電容器和電源連接如圖，改變板間距離、改變正對面積或改變板間電解質(zhì)材料，都會改變其電容，從而可能引起電容器兩板間電場的變化。分兩種常見的類型：K⑴充電后電鍵K保持閉合，則電容器兩端的電壓U恒定（等于電源電動勢），電容器帶K⑵充電后斷開電鍵K，電容器帶電量Q保持恒定，，，。KMNA．上移上極板MKMNC．左移上極板MD．把下極板N接地解：由上面的分析可知①選B，②選C。第②種情況也可以這樣分析：對平行板電容器，可認(rèn)為每單位電荷對應(yīng)一根電場線，6．電容器作為傳感器的應(yīng)用A例16．計算機(jī)鍵盤上的每一個按鍵下面都有一個電容傳感器。電容的計算公式是，其中常量ε=9.0×10-12Fm-1，S表示兩金屬片的正對面積，d表示兩金屬片間的距離。當(dāng)某一鍵被按下時，d發(fā)生改變，引起電容器的電容發(fā)生改變，從而給電子線路發(fā)出相應(yīng)的信號。已知兩金屬片