【步步高】2020年高考物理大一輪 第六章 第2課時 電場的力的性質 新人教版選修3-1

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1、第2課時　電場的力的性質 導學目標 1.理解電場強度的概念.2.會分析計算在電場力作用下電荷的平衡及運動.3.會利用電場中的電場線分布分析問題． 一、電場及電場強度 [基礎導引] 判斷下列說法是否正確： ①電場強度反映了電場的力的性質，因此電場中某點的場強與試探電荷在該點所受的電場力成正比 (　　) ②電場中某點的場強等于F/q，但與試探電荷的受力大小及電荷量無關 (　　) ③電場中某點的場強方向即試探電荷在該點的受力方向 (　　) ④公式E＝和E＝k對于任何靜電場都是適用的 (　　) [知識梳理] 1．靜電場 (

2、1)電場是存在于電荷周圍的一種________，靜電荷產生的電場叫靜電場． (2)電荷間的相互作用是通過________實現的．電場的基本性質是對放入其中的電荷有____________． 2．電場強度 (1)物理意義：表示電場的________和________． (2)定義：電場中某一點的電荷受到的電場力F跟它的____________的比值叫做該點的電場強度． (3)定義式：E＝. (4)單位：N/C或V/m. (5)矢量性：電場強度是矢量，正電荷在電場中某點受力的方向為該點電場強度的方向，電場強度的疊加遵從__________定則． 3．場強三個表達式的比較 　表達式

3、 比較　 E＝ E＝k E＝ 意義 電場強度定義式 真空中點電荷的電場強度決定式 勻強電場中E與U關系式 適用條件 一切電場 ①真空； ②點電荷 勻強電場 決定因素 由電場本身決定，與q無關 由場源電荷Q和場源電荷到該點的距離r共同決定 由電場本身決定 二、電場線 [基礎導引] 圖1是等量同種電荷、等量異種電荷的電場線分布圖，A與A′、B與B′關于連線上中點O對稱．試分析：連線上A與A′，中垂線上B與B′的場強關系． 　　 圖1 [知識梳理] 1．電場線的定義：為了直觀形象地描述電場中各點電場強度的________及________，在電場中

4、畫出一系列的曲線，使曲線上各點的__________方向表示該點的電場強度方向，曲線的________表示電場強度的大?。? 2．幾種典型電場的電場線分布 (1)正點電荷的電場如圖2甲所示：電場線由________出發(fā)，到________終止． (2)負點電荷的電場如圖乙所示：電場線由________出發(fā)，到________終止． (3)勻強電場的電場線分布如圖丙所示．特點：間隔相等的平行直線． (4)點電荷與帶電金屬板的電場線的分布如圖丁所示． 圖2 (5)等量同種點電荷和等量異種點電荷的電場 兩點電荷的連線及其中垂線上的電場分布及特點的比較如下： 比較項目 等量同

5、種點電荷 等量異種點電荷 電場線圖示 連線中點O處的場強 為____ 中垂線上最大 連線上最小 由O沿中垂線向外場強的變化 先______后______ 逐漸減小 關于O點對稱的兩點A與A′，B與B′場強的關系 等大、反向 ______、______ ：在點電荷電場中，以點電荷為球心的同一球面上各點的場強相同嗎？ 考點一　電場強度的計算與疊加 考點解讀 電場疊加原理：多個點電荷在電場中某點的電場強度為各個點電荷單獨在該點產生的電場強度的矢量和，這種關系叫電場強度的疊加，電場強度的疊加遵從平行四邊形定則． 典例剖析 圖3 例1　如圖3所示，位于正

6、方形四個頂點處分別固定有點電荷A、 B、C、D，四個點電荷的帶電量均為q，其中點電荷A、C帶正 電，點電荷B、D帶負電，試確定過正方形中心O并與正方形垂直 的直線上到O點距離為x的P點處的電場強度的大小和方向． 思維突破　電場強度是矢量，疊加時遵從平行四邊形定則，分析電場疊加問題的一般步驟是：(1)確定要分析計算的位置；(2)分析該處存在的幾個分電場，先計算出各個分電場電場強度的大小，判斷其方向；(3)利用平行四邊形定則作出矢量圖，根據矢量圖求解． 圖4 跟蹤訓練1　(2020·陜西西安市質檢)如圖4所示，一個絕緣圓環(huán)，當它的 1/4均勻帶電且電荷量為q時，圓心O 處的電場強度

7、大小為E.現使半 圓ABC均勻帶電2q；而另一半圓ADC均勻帶電－2q.則圓心O處的場 強的大小和方向為 (　　) 　A．2E，方向由O指向D B．4E，方向由O指向D C．2E，方向由O指向B D．0 考點二　電場線的分布特點及應用 考點解讀 1．特點 (1)不閉合：電場線起始于正電荷(或無窮遠處)，終止于無窮遠處(或負電荷)，即電場線不能形成閉合曲線． (2)不中斷、不相交：在沒有電荷的空間，電場線不中斷，兩條電場線也不能相交． (3)不是電荷在電場中的運動軌跡：只有當電場線為直線、電荷初速

8、度為零或初速度平行于電場線、電荷僅受電場力作用時，電荷的運動軌跡才與電場線重合． 2．應用 (1)表示場強的方向 電場線上每一點的切線方向和該點的場強方向一致． (2)比較場強的大小 電場線的疏密程度反映了場強的大小，即電場的強弱．同一電場中，電場線越密的地方場強越大，電場線越疏的地方場強越弱． (3)判斷電勢的高低 在靜電場中，順著電場線的方向電勢越來越低． 特別提醒　1.電場線是人為引入的，不是客觀存在的． 2．雖然電場線是用來描述電場的強弱和方向的，但只根據一條電場線無法判斷電場強弱和場源情況． 3．沿電場線的方向電勢雖然越來越低，但場強不一定越來越?。? 典例剖析

9、 例2　如圖5所示，實線表示電場線，虛線表示只受電場力作用的帶 電粒子的運動軌跡．粒子先經過M點，再經過N點．可以判定 (　　) 圖5 A．粒子在M點受到的電場力大于在N點受到的電場力 B．M點的電勢高于N點的電勢 C．粒子帶正電 D．粒子在M點的動能大于在N點的動能 思維突破　正確分析電場中的“拐彎現象” 當帶電粒子在電場中的運動軌跡是一條與電場線、等勢線都不重合的曲線時，這種現象簡稱為“拐彎現象”，其實質為“運動與力”的關系．通常只有電場力，有時也有重力等．一般要綜合性地運用“牛頓運動定律、功和能”的知識分析求解． (1)“運動與力兩線法”——畫出“速度線”(運動軌跡在

10、初始位置的切線)與“力線”(在初始位置電場線的切線方向)，從二者的夾角情況來分析曲線運動的情景． (2)“三不知時要假設”——電荷的正負、場強的方向或等勢面電勢的高低、電荷運動的方向，是題意中相互制約的三個方面．若已知其中的任一個，可順次向下分析判定各待求量；若三個都不知(三不知)，則要用“假設法”分別討論各種情況．有時各種情景的討論結果是歸一的． (3)一般為定性分析，有時涉及簡單計算． 圖6 跟蹤訓練2　(2020·新課標全國卷·17) 靜電除塵器是目前普遍采用的一種 高效除塵器．某除塵器模型的收塵板是很長的條形金屬板，圖6中直線 ab為該收塵板的橫截面．工作時收塵板帶正電，其

11、左側的電場線分布如 圖所示；粉塵帶負電，在電場力作用下向收塵板運動，最后落在收塵板 上．若用粗黑曲線表示原來靜止于P點的帶電粉塵顆粒的運動軌跡，下列4幅圖中可能正確的是(忽略重力和空氣阻力) (　　) 　　　　　　　　 5.帶電體的力電綜合問題的分 析方法 例3　如圖7所示，勻強電場方向與水平線間夾角θ＝30°， 方向斜向右上方，電場強度為E，質量為m的小球帶負 電，以初速度v0開始運動，初速度方向與電場方向一致． 圖7 (1)若小球的帶電荷量為q＝，為使小球能做勻速直線運 動，應對小球施加的恒力F1的大小和方向各如何？ (2)若小球

12、的帶電荷量為q＝，為使小球能做直線運動，應對小球施加的最小恒力F2的大小和方向各如何？ 方法提煉 1．解答思路 2．運動情況反映受力情況 (1)物體靜止(保持)：F合＝0. (2)做直線運動 ①勻變速直線運動，F合＝0. ②變速直線運動：F合≠0，且F合與速度方向總是一致． (3)曲線運動：F合≠0，F合與速度方向不在一條直線上，且總指向運動軌跡曲線凹的一 側．(4)F合與v的夾角為α，加速運動：0°≤α<90°；減速運動：90°<α≤180°. (5)勻變速運動：F合＝恒量． 圖8 跟蹤訓練3　質量為m、電荷量為＋q的小球在O點以初速度v0與水平 方向成θ角射出

13、，如圖8所示，如果在某方向加上一定大小的勻強電 場后，能保證小球仍沿v0方向做直線運動，試求所加勻強電場的最小 值，加了這個電場后，經多少時間速度變?yōu)榱悖? A組　電場強度和電場的疊加 1．關于電場強度的概念，下列說法正確的是 (　　) A．由E＝可知，某電場的場強E與q成反比，與F成正比 B．正負試探電荷在電場中同一點受到的電場力方向相反，所以某一點場強方向與放入試探電荷的正負有關 C．電場中某一點的場強與放入該點的試探電荷正負無關 D．電場中某一點不放試探電荷時，該點場強等于零 2．在如圖

14、所示的四個電場中，均有相互對稱分布的a、b兩點，其中a、b兩點電勢和場強都相同的是 (　　) B組　帶電粒子在電場中的運動 3．(2020·課標全國理綜·20)一帶負電荷的質點，在電場力作用下沿曲線abc從a運動到c，已知質點的速率是遞減的．關于b點電場強度E的方向，下列圖所示中可能正確的是(虛線是曲線在b點的切線) (　　) 圖9 4．如圖9所示，虛線a、b、c

15、代表電場中的三個等勢面，相鄰等勢面之間的電勢差相等，即Uab＝Ubc，實線為一帶正電的質點僅在電場力作用下通過該區(qū)域時的運動軌跡，P、Q是這條軌跡上的兩點，據此可知 (　　) A．三個等勢面中，a的電勢最高 B．帶電質點通過P點時電勢能較大 C．帶電質點通過P點時的動能較大 D．帶電質點通過P點時的加速度較大 C組　力電綜合問題 圖10 5．如圖10所示，兩個帶等量正電荷的小球A、B(可視為點電荷)，被 固定在光滑的絕緣水平面上．P、N是小球連線的中垂線上的兩 點，且PO＝ON.現將一個電

16、荷量很小的帶負電的小球C(可視為質 點)，由P點靜止釋放，在小球C向N點運動的過程中，下列關于小 球C的速度、加速度的圖象中，可能正確的是 (　　) 圖11 6．如圖11所示，A、B、C三個小球(可視為質點)的質量分別為m、2m、 3m，B小球帶負電，電荷量為q，A、C兩小球不帶電，(不考慮小球間 的電荷感應)，不可伸長的絕緣細線將三個小球連接起來懸掛在O點， 三個小球均處于豎直向上的勻強電場中，電場強度大小為E.則以下說 法正確的是 (　　) A．靜止時，A、B

17、兩小球間細線的拉力為5mg＋qE B．靜止時，A、B兩小球間細線的拉力為5mg－qE C．剪斷O點與A小球間細線瞬間，A、B兩小球間細線的拉力為qE D．剪斷O點與A小球間細線瞬間，A、B兩小球間細線的拉力為qE 課時規(guī)范訓練 (限時：45分鐘) 一、選擇題 1．如圖1所示為兩個點電荷在真空中所產生電場的電場線(方向未標 出)．圖中C點為兩點電荷連線的中點，MN為兩點電荷連線的中 垂線，D為中垂線上的一點，電場線的分布關于MN左右對稱．則 下列說法中正確的是 (　　) 圖1 A．這兩點電荷一定是等量異種電荷

18、 B．這兩點電荷一定是等量同種電荷 C．D、C兩點的電場強度一定相等 D．C點的電場強度比D點的電場強度小 2．(2020·上海單科·1)電場線分布如圖2所示，電場中a，b兩點的電 場強度大小分別為Ea和Eb，電勢分別為φa和φb，則 (　　) 圖2 A．Ea>Eb，φa>φb B．Ea>Eb，φa<φb C．Eaφb D．Ea

19、 (　　) A．EC與ED相同，φC與φD不相等 圖3 B．EC與ED不相同，φC與φD相等 C．EC與ED相同，φC與φD相等 D．EC與ED不相同，φC與φD不相等 圖4 4．如圖4所示，圖中實線是一簇未標明方向的由點電荷產生的電場 線，虛線是某帶電粒子通過該電場區(qū)域時的運動軌跡，a、b是軌跡 上的兩點，若帶電粒子在運動過程中只受到電場力作用，根據此圖 可以作出的正確判斷是 (　　) A．帶電粒子所帶電荷的正、負 B．帶電粒子在a、b兩點的受力方向 C．帶電粒子

20、在a、b兩點的加速度何處較大 D．帶電粒子在a、b兩點的速度何處較大 5．有一負電荷自電場中的A點自由釋放，只受電場力作用，沿電場 線運動到B點，它運動的速度圖象如圖5所示，則A、B所在電 場區(qū)域的電場線分布可能是下圖中的 (　　) 圖5 圖6 6．如圖6所示，AC、BD為圓的兩條互相垂直的直徑，圓心為O，將 帶有等量電荷q的正、負點電荷放在圓周上，它們的位置關于AC 對稱．要使圓心O處的電場強度為零，可在圓周上再放置一個帶適 當電荷量的正點電荷＋Q，則該點電荷＋Q應放在 (　　) A．A點

21、 B．B點 C．C點 D．D點 7．某靜電場的電場線分布如圖7所示，圖中P、Q兩點的電場強度 的大小分別為EP和EQ，電勢分別為φP和φQ，則 (　　) A．EP>EQ，φP>φQ 圖7 B．EP>EQ，φP<φQ C．EPφQ D．EP

22、C向N點的運動的過程 中，關于小球C的說法可能正確的是 (　　) A．速度先增大，再減小 B．電勢能先增大，再減小 C．加速度先增大再減小，過O點后，加速度先減小再增大 D．加速度先減小，再增大 9．(2020·重慶理綜·19)如圖9所示，電量為＋q和－q的點電荷分別 位于正方體的頂點，正方體范圍內電場強度為零的點有 (　　) A．體中心、各面中心和各邊中點 圖9 B．體中心和各邊中點 C．各面中心和各邊中點 D．體中心和各面中心 圖10 10.如圖10所示，電荷均勻分布在半球面上，在這半球的中心O處 電場強度等于E0.兩個

23、平面通過同一條直徑，夾角為α(α<)，從 半球中分出這一部分球面，則剩余部分球面上(在“大瓣”上)的 電荷(電荷分布不變)在O處的電場強度 (　　) A．E＝E0sin cos B．E＝E0sin αcos α C．E＝E0sin D．E＝E0cos 二、非選擇題 圖11 11．一根長為l的絲線吊著一質量為m，帶電荷量為q的小球靜止在水平 向右的勻強電場中，如圖11所示，絲線與豎直方向成37°角，現突 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

24、他影響(重力加速度為g，cos 37°＝0.8，sin 37°＝0.6)，求： (1)勻強電場的電場強度的大小； (2)小球經過最低點時絲線的拉力． 圖12 12．如圖12所示，一帶電荷量為＋q、質量為m的小物塊處于一 傾角為37°的光滑斜面上，當整個裝置置于一水平向右的勻 強電場中，小物塊恰好靜止．重力加速度取g，sin 37°＝ 0.6，cos 37°＝0.8.求： (1)水平向右的電場的電場強度； (2)若將電場強度減小為原來的，小物塊的加速度是多大； (3)電場強度變化后小物塊下滑距離L時的動能． 復習講義 基礎再現 一、 基礎導引?、佟痢、凇獭、邸痢、堋?

25、 知識梳理　1.(1)物質　(2)電場　力的作用 2．(1)強弱　方向　(2)電荷量q　(5)平行四邊形 二、 基礎導引　甲：EA＝EA′，方向相反；EB＝EB′，方向相反 乙：EA＝EA′，方向相反；EB＝EB′，方向相反 丙：EA＝EA′，方向相同；EB＝EB′，方向相同 知識梳理　1.強弱　方向　切線　疏密　2.(1)正電荷　無窮遠　(2)無窮遠　負電荷　(5)零　變大　變小　等大　同向 思考：大小相等，方向不同． 課堂探究 例1　場強為零 例2　BC　 跟蹤訓練2　A 例3　(1)mg　方向與水平線夾角60°斜向右上方 (2)mg　方向與水平線夾角60°斜向左上方 跟蹤訓練3　　 分組訓練 1．C　2.C　3.D　4.BD　5.BC 6．AC　 課時規(guī)范訓練 1．A　 2．C　 3．A　 4．BCD　 5．B　 6．D　 7．A　 8．AD　 9．D　 10．D　 11．(1)　(2)mg 12．(1)　(2)0.3g　(3)0.3mgL