1、课标要求考情分析3.1.1通过实验，了解静电现象。能用原子结构模型和电荷守恒的知识分析静电现象。3.1.2 知道点电荷模型。知道两个点电荷间相互作用的规律。体会探究库仑定律过程中的科学思想和方法。3.1.3 知道电场是一种物质。了解电场强度，体会用物理量之比定义新物理量的方法。会用电场线描述电场。3.1.4 了解生产生活中关于静电的利用与防护。3.1.5 知道静电场中的电荷具有电势能。了解电势能、电势和电势差的含义。知道匀强电场中电势差与电场强度的关系。能分析带电粒子在电场中的运动情况，能解释相关的物理现象。3.1.6 观察常见的电容器，了解电容器的电容，观察电容器的充、放电现象。能举例说明电
2、容器的应用。1.新高考例证2020年山东高考卷第10题，考查同种电荷电场线的分布情况，比较圆周上各点电势高低及引入带负电的试探电荷后比较电势能的大小。2.新高考预测(1)以选择题的形式考查电场力的性质、电场能的性质及电容器的基本特点和规律。(2)在计算题中把电场力的性质和能的性质与牛顿运动定律、功能关系结合起来，以带电粒子在电场中运动为模型进行综合考查。知识体系第1讲库仑定律电场强度一、电荷及电荷守恒定律1元电荷、点电荷(1)元电荷：e1.601019 C，所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍。(2)点电荷：当带电体之间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之
3、间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体可以看作带电的点，叫作点电荷。点电荷是一种理想化模型。2电荷守恒定律(1)内容：电荷既不会创生，也不会消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，在转移的过程中，电荷的总量保持不变。(2)三种起电方式：摩擦起电、接触起电、感应起电。(3)带电实质：电子的转移。思考辨析1近代物理实验发现，在一定条件下，带电粒子可以产生和湮灭，故在一定条件下，电荷守恒定律不成立。()2元电荷实质上是指电子和质子本身。()3如图所示，在带电荷量为Q的带电体C右侧有两个相互接触的金属导体A和B，均放在绝缘支座上。若先将C移走，再把A、B分开，则A、
4、B分别带什么电？若先将A、B分开，再移走C，则A、B分别带什么电？这一过程中电荷总量如何变化？提示：若先将C移走，再把A、B分开，则A、B均不带电；若先将A、B分开，再移走C，则A带负电，B带正电。这一过程中电荷总量不变。二、库仑定律1内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。2表达式：Fk。式中的k9.0109 Nm2/C2，叫作静电力常量。3适用条件：真空中的点电荷。思考辨析1库仑力只存在于点电荷之间，非点电荷之间没有库仑力。()2库仑定律和万有引力定律的表达式相似，故库仑力和万有引力是同种性质的力。()
5、3库仑做实验用的装置叫库仑扭秤，如图所示，细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个带电的金属小球A，另一端有一不带电的球B，B与A所受的重力相等，当把另一个带电的金属球C插入容器并把它靠近A时，A和C之间的作用力使悬丝扭转。(1)库仑定律满足平方反比定律，类似于万有引力定律，不能错误地认为：当距离r接近于0时，F趋近于无限大，因为当r接近于0时，两个物体不能视为点电荷。(2)均匀带电的绝缘球可以视为点电荷，而距离较近的带电金属球不能视为点电荷，因为金属球相互靠近时，表面所带电荷要重新分布。三、电场、电场强度及电场线1电场的基本性质对放入其中的电荷有力的作用。2电场强度(1)定义式：E，单位：
6、N/C或 V/m。(2)方向：规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点的电场强度方向。(3)点电荷的电场强度：Ek，适用于真空中的点电荷产生的电场。(4)电场强度的叠加：电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。3电场线(1)定义：为了形象地描述电场中各点电场强度的大小及方向，在电场中画出一些有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向，电场线的疏密表示电场强度的大小。(2)(3)六种典型电场的电场线思考辨析1电场强度反映了电场力的性质，所以电场中某点的电场强度与试探电荷在该点所受电场力成正比。()2电场中某点的电场强度方向与负电荷在该点所受的电场力的方
7、向相反。()3真空中点电荷的电场强度表达式Ek 中，Q就是产生该电场的点电荷的电荷量。()4电场线的方向即为带电粒子的运动方向。()考点1库仑定律的理解及应用(基础考点)1(2019全国卷)如图所示，空间存在一方向水平向右的匀强电场，两个带电小球P和Q用相同的绝缘细绳悬挂在水平天花板下，两细绳都恰好与天花板垂直，则()A. P和Q都带正电荷B. P和Q都带负电荷C. P带正电荷，Q带负电荷D. P带负电荷，Q带正电荷D解析：细绳均竖直，把P、Q看成一整体，在水平方向上不受力，对外不显电性，即两小球带异种电荷，A、B错误；如果P、Q带不同性质的电荷，受力如图所示，由图知，P带负电荷、Q带正电荷符
8、合题意，C错误，D正确。2如图所示，在一条直线上有两个相距0.4 m的点电荷A、B，A带电荷量为Q，B带电荷量为9Q。现引入第三个点电荷C，恰好使三个点电荷均在电场力的作用下处于平衡状态，则C的带电性质及位置应为()A. 正，B的右边0.4 m处B. 正，B的左边0.2 m处C. 负，A的左边0.2 m处D. 负，A的右边0.2 m处C解析：要使三个点电荷均处于平衡状态，必须满足“两同夹一异”“两大夹一小”“近小远大”的原则，所以C应在A左侧，带负电。设C带的电荷量为q，A、C间的距离为x，A、B间的距离用r表示，由于C处于平衡状态，所以有 k，解得x0.2 m(另一解不合题意舍去)，选项C正
9、确。3如图所示，真空中三个质量相等的小球A、B、C，带电荷量分别为QA6q、QB3q、QC8q。现用恰当大小的恒力F拉C，可使A、B、C沿光滑水平面做匀加速直线运动，运动过程中A、B、C保持相对静止，且A、B间距离与B、C间距离相等。不计电荷运动产生磁场的影响，小球可视为点电荷，则此过程中B、C之间的作用力大小为()A. F B. F C. F D. FA解析：先对三个小球组成的整体进行分析，根据牛顿第二定律得F3ma，再对A、B组成的整体进行分析，根据牛顿第二定律得F12ma，解得F1F，则A、B对C的库仑力的合力为F，根据库仑定律得 kk，分析库仑力的方向可知FBCFACF，解得FBCF，
10、故A正确，B、C、D错误。1对于两个距离较近的带电金属球，要考虑金属球表面电荷的重新分布，如图所示。(1)同种电荷：Fk。(2)异种电荷：Fk。2三个自由点电荷的平衡问题的速解技巧3涉及库仑力平衡的问题的具体解题步骤考点2电场强度的理解及计算(基础考点)1一边长为r的正三角形的三个顶点，固定有3个点电荷，电荷量分别为q、q和2q，如图所示，静电力常量为k，则三角形中心处O点的电场强度大小和方向是()A. ，指向电荷量为2q的点电荷B. ，指向电荷量为2q的点电荷C. ，背离电荷量为2q的点电荷D. ，背离电荷量为2q的点电荷B解析：O点是三角形的中心，到三个点电荷的距离均为lr，两个电荷量为q
11、的点电荷在O点处产生的电场强度大小均为E1E2k；根据对称性和几何知识知，两个电荷量为q的点电荷在O点处产生的合电场强度大小为E12E1k；再与电荷量为2q的点电荷在O点处产生的电场强度合成，得到O点的合电场强度大小为EE12E3kkk，方向指向电荷量为2q的点电荷，故选B。2(多选)如图所示，图甲、乙分别是等量负点电荷和等量异种点电荷组成的两个独立的带电系统，O为点电荷连线和中垂线的交点，M、N是连线上关于O点对称的两点，p、q是中垂线上关于O点对称的两点。现有一个正点电荷，仅受电场力作用，则()A. 该正点电荷在图甲和图乙中从p点运动到q点时一定是沿直线运动B. 该正点电荷在图甲和图乙中从
12、M点运动到N点时一定是沿直线运动C. 该正点电荷可以在图甲中做匀速圆周运动经过p、q两点D. 该正点电荷可以在图乙中做匀速圆周运动经过p、q两点BC解析：题图甲中，等量负点电荷连线的中垂线上电场强度的方向为沿中垂线指向中点O，给该正点电荷一适当的速度，可以使其在垂直于纸面的平面内以O点为圆心、以Op为半径做匀速圆周运动。题图乙中，等量异种点电荷连线的中垂线上电场强度的方向为垂直于中垂线指向负点电荷所在一侧，所以该正点电荷不可能沿直线运动经过p、q两点，也不可能做匀速圆周运动经过p、q两点，选项A、D错误，C正确。在两点电荷的连线上，题图甲中，电场强度的方向由中点O指向两负点电荷，题图乙中，电场
13、强度的方向由正点电荷指向负点电荷，所以该正点电荷在两图中从M点运动到N点，只能沿直线运动，初速度不沿连线方向时，不可能从M点运动到N点，选项B正确。1电场强度的三个计算公式2两种等量点电荷的电场对比比较等量异种点电荷等量同种点电荷电场线分布图电荷连线上的电场强度沿连线先变小后变大O点最小，但不为0O点为0中垂线上的电场强度O点最大，向外逐渐减小O点最小，向外先变大后变小关于O点对称位置的电场强度A与A，B与B，C与C等大同向等大反向考点3电场线的理解及应用(基础考点)1(2019全国卷)(多选)静电场中，一带电粒子仅在电场力的作用下自M点由静止开始运动，N为粒子运动轨迹上的另外一点，则()A.
14、 运动过程中，粒子的速度大小可能先增大后减小B. 在M、N两点间，粒子的轨迹一定与某条电场线重合C. 粒子在M点的电势能不低于其在N点的电势能D. 粒子在N点所受电场力的方向一定与粒子轨迹在该点的切线平行AC解析：如图所示，在两正点电荷形成的电场中，一带正电的粒子在两点电荷的连线上运动时，粒子有可能经过先加速再减速的过程，A正确；粒子的运动轨迹与电场线重合须同时具备初速度为0、电场线为直线、只受电场力这三个条件，B错误；带电粒子在电场中仅受电场力作用运动时，其动能与电势能的总量不变，EkM0，而EkN0，故EpMEpN，C正确；粒子运动轨迹的切线方向为速度方向，由于粒子的运动轨迹不一定是直线，
15、故粒子在N点所受电场力的方向与轨迹切线方向不一定平行，D错误。2(多选)如图所示，实线为方向未知的三条电场线，从电场中M点以相同速度飞出a、b两个带电粒子，仅在电场力作用下的运动轨迹如图中虚线所示，则()A. a一定带正电，b一定带负电B. a的速度将减小，b的速度将增大C. a的加速度将减小，b的加速度将增大D. 两个粒子的电势能都减少CD解析：因为电场线方向未知，不能确定a、b的电性，所以选项A错误；由于电场力对a、b都做正功，所以a、b的速度都增大，电势能都减少，所以选项B错误，D正确；粒子的加速度大小取决于电场力的大小，a向电场线稀疏的方向运动，b向电场线密集的方向运动，所以选项C正确
16、。1电场线的妙用判断电场强度的大小电场线密处的电场强度大，电场线疏处的电场强度小，进而可判断电荷所受电场力大小和加速度的大小判断电场力的方向正电荷的受力方向和电场线在该点的切线方向相同，负电荷的受力方向和电场线在该点的切线方向相反判断电势的高低与电势降低的快慢沿电场线的方向电势降低最快，且电场线密的地方比疏的地方降低更快判断等势面的疏密电场线越密的地方，等差等势面越密集；电场线越疏的地方，等差等势面越稀疏2.分析电场中运动轨迹问题的方法(1)“运动与力两线法”在运动轨迹与电场线的交点处画出运动轨迹的切线(“速度线”)与电场线的切线(“力线”)方向，从二者的夹角情况来分析曲线运动的情况。(2)“
17、三不知时要假设”电荷的正负、电场强度的方向或等势面电势的高低与电荷运动的方向，是相互制约的三个方面。若已知其中任意一个，可顺次向下分析判定各待求量；若三个都不知，则要用“假设法”分别讨论各种情况。一非点电荷电场强度的叠加及计算如图所示，在点电荷q的电场中，放着一块带有一定电荷量、电荷均匀分布的绝缘矩形薄板，MN为其对称轴，O点为几何中心。点电荷q与a、O、b之间的距离分别为d、2d、3d。已知图中a点的电场强度大小为0，则带电薄板在图中b点产生的电场强度大小和方向分别为()A. ，水平向右 B. ，水平向左C. ，水平向右 D. ，水平向右【自主解答】A解析：由题意知，薄板在a点的电场强度与点
18、电荷q在a点的电场强度等大反向，故薄板在a点的电场强度大小为EaE点，方向水平向左，由对称性可知，薄板在b点的电场强度大小为 EbEa，方向水平向右，选项A正确。【技法总结】1等效法在保证效果相同的前提下，将复杂的电场情景变换为简单的或熟悉的电场情景。例如：一个点电荷q与一个无限大薄金属板形成的电场，可等效为两个异种点电荷形成的电场，如图甲、乙所示。2对称法利用空间上对称分布的电荷形成的电场具有对称性的特点，使复杂电场的叠加计算问题大为简化。例如：如图所示，均匀带电的 球壳在O点产生的电场，等效为弧BC在O点产生的电场，弧BC产生的电场方向，又等效为弧BC的中点M在O点产生的电场方向。3填补法
19、将有缺口的带电圆环或圆板补全为圆环或圆板，或将半球面补全为球面，从而化难为易、事半功倍。4微元法将带电体分成许多电荷元，每个电荷元看成点电荷，先根据点电荷的电场强度公式求出每个电荷元的电场强度，再结合场强叠加原理求出合电场强度。均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的电场。如图所示，在半球面AB上均匀分布着正电荷，总电荷量为q，球面半径为R，CD为通过半球面顶点与球心O的轴线，在轴线上有M、N两点，OMON2R。已知M点的电场强度大小为E，则N点的电场强度大小为()A. E B. C. E D. EA解析：左半球面AB上的正电荷在M点产生的电场等效为带正电荷量为2q的整个
20、球面的电场和带电荷量为q的右半球面的电场的合电场，则EkE，E为带电荷量为q的右半球面在M点产生的电场强度大小。带电荷量为q的右半球面在M点的电场强度大小与带电荷量为q的左半球面AB在N点的电场强度大小相等，则ENEkEE，故A项正确。如图所示，均匀带电圆环所带电荷量为Q，半径为R，圆心为O，P为垂直于圆环平面中心轴上的一点，OPL，试求P点的电场强度大小。解析：设想将圆环看成由n个小段组成，当n相当大时，每一小段都可以看成点电荷，其所带电荷量 Q，由点电荷的电场强度公式可求得每一小段带电体在P点处产生的电场强度为E。由对称性知，各小段带电体在P点处的电场强度E垂直于中心轴的分量Ey相互抵消，
21、而其轴向分量Ex之和即为带电圆环在P点处的电场强度EP，EPnExnkcos k。答案：k二“等效法”的应用如图所示，空间中存在电场强度大小为E2.50104 N/C、方向水平向右的匀强电场，匀强电场中有一半径为r0.1 m的光滑绝缘圆轨道，圆心为O，轨道平面竖直且与电场方向平行。a、b为轨道直径的两端，该直径与电场方向平行。一电荷量为q4.0105 C、质量为m0.1 kg的小球(可视为质点)沿轨道内侧从a点以某一初速度va向下运动，恰好能通过最高点c。取重力加速度 g10 m/s2，求：(1)小球从a点运动到b点过程中电势能的变化量；(2)小球在a点对轨道的压力FN的大小；(3)找出小球在
22、轨道上运动过程中速度最大的位置。【自主解答】解析：(1)小球从a点运动到b点的过程中电势能的变化量EpqE2r0.2 J。(2)小球从a点运动到c点的过程中，根据动能定理有qErmgrmvmv小球恰好通过c点，有mgm联立解得vcva1 m/s在a点有FNqEm解得FN0。(3)等效最低点在重力与电场力合力反向延长线过圆心的位置，tan 1得45速度最大的位置在d点右侧，该点与圆心连线与水平方向成45角。答案：(1)0.2 J(2)0(3)在d点右侧，该点与圆心连线与水平方向成45角【技法总结】1等效重力法把电场力和重力合成为一个等效力，称为等效重力。如图所示，则F合为等效重力场中的“重力”，
23、g 为等效重力场中的“等效重力加速度”；F合的方向等效为“重力”的方向，即为等效重力场中的“竖直向下”方向。2等效最高点在叠加电场和重力场中，经常遇到小球在竖直平面内做圆周运动的临界速度问题。小球能维持圆周运动的条件是能过最高点，而这里的最高点就是等效最高点。(多选)如图所示，可视为质点的质量为m、电荷量为q的带电小球，用一绝缘轻质细绳悬挂于O点，绳长为L，现加一水平向右的足够大的匀强电场，电场强度大小为E，小球初始位置在最低点，若给小球一个水平向右的初速度，使小球能够在竖直平面内做圆周运动，忽略空气阻力，重力加速度为g，则下列说法正确的是()A. 小球在运动过程中机械能守恒B. 小球在运动过程中机械能不守恒C. 小球在运动过程中的最小速度至少为 D. 小球在运动过程中的最大速度至少为 BD解析：小球在运动过程中，电场力做功，机械能不守恒，故A错误，B正确；如图所示，小球在电场中运动的等效最高点和最低点分别为A点和B点，等效重力Gmg，小球在最高点的最小速度v1满足Gm，得v1，故C错误；小球由最高点运动到最低点，由动能定理有 G2Lmvmv，解得v2，故D正确。
