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1、高考物理大一轮复习 第六章 电场的力的性质课件本讲稿第一页，共三十九页一、电荷电荷守恒定律一、电荷电荷守恒定律1.电荷:自然界中存在正、负电荷,用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷,用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电荷。知识梳理知识梳理2.电荷量:物体所带电荷的多少,国际单位是库仑。3.几种常见的电荷元电荷最小的电荷量叫做元电荷,元电荷的值为1.6010-19C点电荷形状和大小对研究问题的影响可忽略不计的带电体称为点电荷场源电荷电场是由电荷产生的,我们把产生电场的电荷叫做场源电荷试探电荷用来检验电场是否存在及其强弱分布的电荷称为试探电荷本讲稿第二页，共三十九页4.电荷守恒定律(1)三种起电方式:a.摩擦起电
2、。b.接触起电。c.感应起电。(2)带电实质:电子的转移。(3)内容:电荷既不能被创造,也不能被消灭,它只能从一个物体转移到另一物体,或者从物体的一部分转移到另一部分,在转移过程中,电荷总量保持不变。(4)意义:电荷守恒定律是自然界的普遍规律,既适用于宏观系统,也适用于微观系统。注意(1)任何带电体的电荷量皆为元电荷的整数倍。(2)不管是哪种起电方式,它们的实质都是电子的转移。本讲稿第三页，共三十九页二、库仑定律二、库仑定律1.内容:真空中两个点电荷间的作用力跟它们电荷量的乘积成正比,跟它们的距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上。2.公式:F=k,式中k=9.0109Nm2/C2,叫做
3、静电力常量。3.适用条件:真空中的点电荷。注意当两带电体离得较近时,它们不能视为点电荷,库仑定律不再适用,但它们之间仍存在库仑力。本讲稿第四页，共三十九页三、电场、电场强度、电场线三、电场、电场强度、电场线1.电场:带电体周围客观存在的一种物质,它是电荷间相互作用的媒介,具有力和能的性质。2.电场强度(1)意义:描述电场强弱和方向的物理量。(2)定义:放入电场中某点的电荷所受的电场力跟它的电荷量的比值。(3)公式:E=。(4)单位:N/C或V/m。(5)方向:正电荷在该点的受力方向。(6)决定因素:电场强度决定于电场本身,与q无关。本讲稿第五页，共三十九页3.电场线(1)电场线的特征a.电场线
4、是假想的,实际电场中不存在。b.电场线起始于正电荷(或来自无穷远),终止于负电荷(或无穷远)。静电场的电场线不闭合。c.电场线不相交,也不相切。d.电场线的疏密情况反映电场的强弱。e.电场线不表示电荷在电场中运动的轨迹。(2)几种典型电场的电场线分布本讲稿第六页，共三十九页(2)几种典型电场的电场线分布本讲稿第七页，共三十九页1.(1)只有体积足够小的带电体才能看成点电荷,大的带电体不能看成点电荷。()(2)任何带电体的带电荷量都是元电荷的整数倍。()(3)任意两个带电体间的库仑力都可以用库仑定律计算。()(4)电场中某点的电场强度与放在该点的电荷所受静电力成正比,与电荷的电荷量成反比。()(
5、5)当电场线是直线时,只受静电力的电荷的运动轨迹一定与电场线重合。()(6)当电场线是曲线时,初速度为零且只受静电力的电荷的运动轨迹一定与电场线重合。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)本讲稿第八页，共三十九页2.下列关于点电荷的说法中,正确的是()A.只有体积很小的带电体才能看做点电荷B.体积很大的带电体一定不是点电荷C.当两个带电体的形状对它们相互作用力的影响可忽略时,这两个带电体可看做点电荷D.任何带电球体,都可看做电荷全部集中于球心的点电荷答案C本题考查点电荷的理想化条件:只有当带电体间的距离比它们自身的大小大得多,以至于带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时
6、,带电体才可以视为点电荷,所以选C。本讲稿第九页，共三十九页3.大小相同、带电荷量也相同的金属球A和B,分别固定在两处,相互作用力为F。现用另一个不带电的同样大小的C球先与A球接触,再与B球接触,然后移去C球,则后来A、B两球间的作用力变为()A.F/2B.F/4C.3F/8D.F/10答案C移走C球后A、B两球所带电荷量分别为、,则它们之间的相互作用力变为:F=k=F。本讲稿第十页，共三十九页4.一负电荷从电场中A点由静止释放,只受电场力作用,沿电场线运动到B点,它运动的v-t图象如图甲所示,则A、B两点所在区域的电场线分布情况可能是图乙中的()本讲稿第十一页，共三十九页答案C由v-t图象可
7、知,负电荷做加速度逐渐增大的加速运动,再由电场线分布特点可知C选项正确。本讲稿第十二页，共三十九页1.库仑定律的表达式为F=k,其适用条件是真空中两静止点电荷之间相互作用的静电力。库仑定律与平衡问题联系比较密切,因此关于静电力的平衡问题是高考的热点内容,题型多以选择题为主。对于这部分内容,需要注意以下几点:一是明确库仑定律的适用条件;二是知道完全相同的带电小球接触时电荷量的分配规律;三是进行受力分析,灵活应用平衡条件。重难一库仑力作用下的平衡问题重难一库仑力作用下的平衡问题重难突破重难突破本讲稿第十三页，共三十九页2.三个自由点电荷的平衡问题(1)条件:两个点电荷在第三个点电荷处的合场强为零,
8、或每个点电荷受到的两个库仑力必须大小相等,方向相反。(2)规律:“三点共线”三个点电荷分布在同一条直线上;“两同夹异”正负电荷相互间隔;“两大夹小”中间电荷的电荷量最小;“近小远大”中间电荷靠近电荷量较小的电荷。本讲稿第十四页，共三十九页典例1如图所示的三个点电荷q1、q2、q3固定在一条直线上,q2和q3的距离是q1和q2的距离的2倍,每个点电荷所受库仑力的合力为零。由此可以判定,三个点电荷的电荷量之比q1q2q3可能为()A.(-9)4(-36)B.9436C.(-3)2(-6)D.326解析由三电荷平衡模型的特点“两同夹异”可知,q1和q3为同种电荷,它们与q2互为异种电荷,设q1和q2
9、的距离为r,则q2和q3的距离为2r,对q1有-=,则有=-,对q3有=-,所以=-,考虑到各电荷的电性,故A正确。答案A本讲稿第十五页，共三十九页1-1真空中有两个完全相同的金属小球,A球带qA=6.410-16C的正电荷,B球带qB=-3.210-16C的负电荷,均可视为点电荷,求:(1)当它们相距为0.5m时,A、B间的库仑力为多大?(2)若将两球接触后再分别放回原处,A、B间的库仑力又为多大?答案(1)7.3710-21N(2)9.2210-22N解析(1)A、B两球带异种电荷,因此,A、B间的库仑力是引力,由库仑定律可得它们间的库仑引力大小为F=k=9109N=7.3710-21N。
10、(2)两球接触后,它们的带电情况为:本讲稿第十六页，共三十九页QA=QB=10-16C=1.610-16C所以分别放回原处后,两球间的库仑力大小为F=k=9109N=9.2210-22N。本讲稿第十七页，共三十九页1.电场强度的性质重难二对电场强度的理解和计算重难二对电场强度的理解和计算矢量性电场强度E是表示电场力的性质的一个物理量。规定正电荷受力方向为该点场强的方向唯一性电场中某一点的电场强度E是唯一的,它的大小和方向与放入该点的电荷q无关,它决定于形成电场的电荷(场源电荷)及空间位置叠加性如果有几个静止电荷在空间同时产生电场,那么空间某点的场强是各场源电荷单独存在时在该点所产生的场强的矢量
11、和本讲稿第十八页，共三十九页2.电场强度的三个计算公式公式适用条件特点定义式E=任何电场某点的场强为确定值,大小及方向与q无关决定式E=k真空中点电荷的电场E由场源电荷Q和场源电荷到某点的距离r决定关系式E=匀强电场d是沿电场方向的距离本讲稿第十九页，共三十九页典例典例2在场强为E的匀强电场中,取O点为圆心、r为半径作一圆周,在O点固定一电荷量为+Q的点电荷,a、b、c、d为相互垂直的两条直线(其中一条沿竖直方向)和圆周的交点。当把一试探电荷+q放在d点时恰好平衡(如图所示)。(1)匀强电场场强E的大小、方向如何?(2)试探电荷+q放在c点时,受力Fc的大小、方向如何?(3)试探电荷+q放在b
12、点时,受力Fb的大小、方向如何?本讲稿第二十页，共三十九页解析(1)如图所示,由题意可知F1=kF2=qEF1=F2所以qE=k,E=k,场强方向沿db方向。(2)试探电荷放在c点(如图所示):Ec=E=k,所以Fc=qEc=k,方向与ac方向成45角斜向左下方。(3)试探电荷放在b点(如图所示):Eb=E2+E=2E=2k,所以Fb=qEb=2k,方向沿db方向。答案见解析本讲稿第二十一页，共三十九页2-1如图所示,A、B、C、D、E是半径为r的圆周上等间距的五个点,在这些点上各固定一个点电荷,除A点处的电荷量为-q外,其余各点处的电荷量均为+q,则圆心O处()A.场强大小为,方向沿OA方向
13、B.场强大小为,方向沿AO方向C.场强大小为,方向沿OA方向D.场强大小为,方向沿AO方向本讲稿第二十二页，共三十九页答案C解析根据对称性,先假定在A点放上+q的点电荷,则O点的场强为零,即B、C、D、E四个点电荷在O点的合场强方向沿OA方向,大小为。故O点的合场强为A点-q在O点产生的场强与B、C、D、E四个+q在O点产生的合场强的矢量和,即EO=,方向沿OA方向,所以答案为C。本讲稿第二十三页，共三十九页2-2如图所示,以O为圆心的圆周上有六个等分点a、b、c、d、e、f。带等量电荷的正、负点电荷分别放置在a、d两处时,在圆心O处产生的电场强度大小为E。现改变a处点电荷的位置,使O点的电场
14、强度改变,下列叙述正确的是()A.移至c处,O处的电场强度大小不变,方向沿OeB.移至b处,O处的电场强度大小减半,方向沿OdC.移至e处,O处的电场强度大小减半,方向沿OcD.移至f处,O处的电场强度大小不变,方向沿Oe本讲稿第二十四页，共三十九页答案C解析放置在a、d两处的带等量电荷的正、负点电荷在圆心O处产生的电场强度方向相同,每个点电荷在圆心O处产生的电场强度大小为。根据场强叠加原理,a处正电荷移至c处,O处的电场强度大小为,方向沿Oe,选项A错误;a处正电荷移至b处,O处的电场强度大小为2cos30=E,方向沿eOd的角平分线,选项B错误;a处正电荷移至e处,O处的电场强度大小为,方
15、向沿Oc,选项C正确;a处正电荷移至f处,O处的电场强度大小为2cos30=E,方向沿cOd的角平分线,选项D错误。本讲稿第二十五页，共三十九页1.孤立点电荷的电场(1)正(负)点电荷的电场线呈空间球对称分布指向外(内)。(2)离点电荷越近,电场线越密(场强越大);(3)以点电荷为球心作一球面,则电场线处处与球面垂直,在此球面上场强大小相等,但方向不同。2.两种等量点电荷的电场比较重难三对电场线的理解及应用重难三对电场线的理解及应用等量异种点电荷等量同种点电荷连线中点O处的场强大小最小,指向负电荷一方为零连线上的场强大小沿连线先变小,再变大沿连线先变小,再变大沿中垂线由O点向外场强大小O点最大
16、,向外逐渐减小O点最小,向外先变大后变小本讲稿第二十六页，共三十九页3.电场线与带电粒子在电场中运动轨迹的关系(1)一般情况下带电粒子在电场中的运动轨迹不会与电场线重合,只有同时满足以下三个条件时,两者才会重合。电场线为直线;电荷初速度为零,或速度方向与电场线平行;电荷仅受电场力或所受其他力合力的方向与电场线平行。(2)当带电粒子在电场中做曲线运动时,其所受电场力总是指向其运动轨迹的凹侧。本讲稿第二十七页，共三十九页典例典例3如图所示,实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线,虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹,a、b是轨迹上的两点。若带电粒子在运动中只受电场力作用,根据此图可作出
17、正确判断的是()A.带电粒子所带电荷的符号B.带电粒子在a、b两点的受力方向C.带电粒子在a、b点的速度何处较大D.带电粒子在a、b两点的电势能何处较大本讲稿第二十八页，共三十九页解析由轨迹弯曲情况,可知电场力应沿电场线向左,但因不知电场线方向,故带电粒子所带电荷符号不能确定。设粒子从a运动到b(也可分析从b运动到a的情形)速度方向与电场力方向夹角大于90,故速度减小,即a点速度大于b点速度,电场力做负功,电势能增加,即b点电势能较大。答案BCD本讲稿第二十九页，共三十九页解决此类问题要首先由轨迹弯曲方向判断电场力的方向,电场力一定与电场线共线且指向曲线的凹侧,再由电场力方向与速度方向的夹角,
18、判断电场力做功的正负,进而判断动能、电势能的变化情况及初末速度的大小关系。本讲稿第三十页，共三十九页3-1如图所示,在真空中一条竖直向下的电场线上有a、b两点。一带电质点在a处由静止释放后沿电场线向上运动,到达b点时速度恰好为零。则下列说法正确的是()A.该带电质点一定带正电荷B.该带电质点一定带负电荷C.a点的电场强度小于b点的电场强度D.质点在b点所受的合力一定为零答案B解析带电质点由a点释放后向上运动,可知此时所受合力方向竖直向上,而质点所受重力方向竖直向下,故电场力方向一定竖直向上,与电场线方向相反,可知该质点一定带负电荷,B项正确,A项错;带电质点到达b点时速度又减为零,可知向上运动
19、过程中,合力先向上再向下,因重力不变,可知电场力减小,则a处电场强度大于b处电场强度,C、D项均错。本讲稿第三十一页，共三十九页3-2如图所示为两个点电荷在真空中所产生电场的电场线(方向未标出)。图中C点为两点电荷连线的中点,MN为两点电荷连线的中垂线,D为中垂线上的一点,电场线的分布关于MN左右对称。则下列说法中正确的是()A.这两点电荷一定是等量异种电荷B.这两点电荷一定是等量同种电荷C.D、C两点的电场强度一定相等D.C点的电场强度比D点的电场强度小本讲稿第三十二页，共三十九页答案A解析由电场线分布的特征可知,产生电场的两点电荷一定是等量异种电荷,A正确,B不正确;D、C两点电场线的疏密
20、不同,D、C两点的电场强度不同,C不正确;C点电场线较密,电场强度较大,D不正确。本讲稿第三十三页，共三十九页带电体的力电综合问题带电体的力电综合问题1.解答思路思想方法思想方法本讲稿第三十四页，共三十九页2.运动情况反映受力情况(1)物体静止:F合=0。(2)做直线运动匀速直线运动,F合=0。变速直线运动:F合0,且F合与速度方向在一条直线上。(3)做曲线运动:F合0,F合与速度方向不在一条直线上,且总指向曲线凹的一侧。(4)加速运动:F合与v的夹角为,090;减速运动:90180。(5)匀变速运动:F合=恒量。本讲稿第三十五页，共三十九页典例典例如图所示,一根长L=1.5m的光滑绝缘细直杆
21、MN,竖直固定在场强为E=1.0105N/C、与水平方向成=30角的倾斜向上的匀强电场中。杆的下端M固定一个带电小球A,电荷量Q=+4.510-6C;另一带电小球B穿在杆上可自由滑动,电荷量q=+1.010-6C,质量m=1.010-2kg。现将小球B从杆的上端N静止释放,小球B开始运动。(静电力常量k=9.0109Nm2/C2,取g=10m/s2)求:(1)小球B开始运动时的加速度为多大?(2)小球B的速度最大时,与M端的距离r为多大?本讲稿第三十六页，共三十九页解析(1)开始运动时小球B受重力、库仑力、杆的弹力和电场力,沿杆方向运动,由牛顿第二定律得mg-qEsin=ma解得a=g-代入数
22、据解得a=3.2m/s2。(2)小球B速度最大时合力为零,即+qEsin=mg解得r=代入数据解得r=0.9m。答案(1)3.2m/s2(2)0.9m本讲稿第三十七页，共三十九页针对训练针对训练如图所示,在匀强电场中,一个带正电的物体沿绝缘天棚平面在水平方向做匀速直线运动。从某时刻(设为t=0)起,电场强度从E0均匀增大。若物体与天棚平面间的动摩擦因数为,电场线与水平方向的夹角为,物体所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,且电场空间和天棚平面均足够大,下列判断正确的是()A.在t=0之前,物体可能向左匀速直线运动,也可能向右匀速直线运动B.在t=0之前,物体受到的摩擦力大小可能为零C.在t=0之后,物体做减速运动,最后要掉下来D.在t=0之后,物体做减速运动,且加速度越来越大,直到停止本讲稿第三十八页，共三十九页的滑动摩擦力只能向左且不为0,因此物体只能向右匀速直线运动,A、B错;t=0时,E0qcos-(E0qsin-mg)=0,在t=0时刻之后,E=E0+kt,根据牛顿第二定律有Eqcos-(Eqsin-mg)=ma,分析知电场强度增大,滑动摩擦力增大,合力向左,加速度增大,物体做减速运动,最后静止,C错,D对。答案D解析在t=0时刻之前,物体做匀速直线运动,所受合力一定为0,物体所受本讲稿第三十九页，共三十九页