1、第六章静电场考纲下载1.物质的电结构、电荷守恒2.静电现象的解释3.点电荷4.库仑定律5.静电场6.电场强度、点电荷的场强7.电场线8.电势能、电势9.电势差10.匀强电场中电势差与电场强度的关系11.带电粒子在匀强电场中的运动12.示波管13.常用的电容器14.电容器的电压、电荷量和电容的关系选修3-1考情上线1.高考对库仑定律、电场强度、电场线、电势、等势面、电势能、电容器等知识的考查通常以选择题的形式出现，对理解能力要求较高。2.高考对本章的考查频率较高的是电场力做功与电势能的变化关系、带电粒子在电场中的运动这两个知识点，尤其是与力学知识(共点力的平衡条件、牛顿运动定律、动能定理、功能关
2、系等)相结合的综合题，难度较大，综合性较强，能力要求较高，常以计算题的形式出现。3.理论联系实际，与高科技密切联系，如电容式传感器、示波管等，都可以成为新情境综合问题的命题素材，是今后高考命题的方向，也是加强素质教育的需要。1.加深对基本概念的理解，利用类比法，把电场、电场强度、电势、电势差、电势能、点电荷等物理量与重力场、重力加速度、高度、高度差、重力势能、质点等进行类比，在类比中加深对知识的理解。对带电粒子在电场中的运动问题，可类比平抛运动的处理方法。2.复习本章内容应从三个方面将知识系统梳理。电场的力的性质，电场的能的性质以及带电粒子在电场中的运动，构建牢固的知识体系。3.注意电场与其他
3、物理知识相结合的综合问题本章易出综合性强、难度大的题目，如带电粒子在电磁场中的运动问题，既综合了力学知识，又有功能关系的灵活应用。应运用力学中的分析方法，从受力和运动的关系出发，构建物理情景，分析解决问题。电荷中和不是电荷消失，只是正、负电荷电荷量抵消对外不显电性，正、负电荷仍然存在。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。1.（1）自然界存在正、负两种电荷，使物体起电的方式有哪几种？（2）带电的实质是什么？2.等量正、负电荷相遇发生中和现象是电荷消失吗？电荷守恒定律的内容是什么？（1）摩擦起电、接触起
4、电、感应起电。（2）物体得失电子。学案1 电场力的性质（1）电场线从正电荷或无限远处出发，终止于负电荷或无限远处。（2）电场线在电场中不相交。（3）在同一电场里，电场线越密的地方场强越大。（4）电场线的切线方向表示场强的方向。4.电场是一种物质，对放入其中的电荷有力的作用，如何定量描述电场的力的性质的强弱？5.电场线如何描述电场？放入电场中某点的点电荷受到的电场力F与它的电荷量q的比值,电场强度是矢量，规定正电荷在电场中某点受力的方向为该点电场强度的方向。定义式：EF/q。3.库仑定律的内容、表达式、适用条件各是什么？把物体视为点电荷的条件是什么？库仑定律内容：真空中的两个静止点电荷之间的相互
5、作用力与它们电荷量的乘积成正比，与它们距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。库仑定律表达式：Fkq1q2/r2，式中k9.0109 Nm2/C2,叫静电力常量。库仑定律适用条件：真空中的点电荷。点电荷是指在所研究的问题中带电体的形状和大小可以忽略不计的一种理想化模型。考点 1 电荷守恒定律及库仑定律1.库仑定律的适用条件是：真空中静止的点电荷。2.对于两带电球体间库仑力的求解，需注意F=kq1q2/r2中r的含义：(1)若两均匀带电球体，r为两球心间的距离。(2)若两球体不能看成点电荷，则：带异种电荷时，r小于两球心间的距离。带同种电荷时，r大于两球心间的距离。例1两个分别带有电荷量-
6、Q和+3Q的相同金属小球(均可视为点电荷)，固定在相距为r的两处，它们间库仑力的大小为F。两小球相互接触后将其固定距离变为r/2，则两球间库仑力的大小为()A.(1/12)F B.(3/4)F C.(4/3)F D.12FC方法点拨：两个完全相同的小球接触后，电荷要重新分布，其所带电荷量要平分，设分别带Q1、Q2的正电荷，二者接触后每个小球带电荷量为(Q1+Q2)/2；如果带Q1、Q2的异种电荷，接触后每个小球带电荷量为|(|Q1|-|Q2|)/2|，电性与电荷量大的小球相同。本题考查电荷守恒定律和库仑定律的基本应用，熟练掌握两个定律和电荷分配的特点是解题的关键。据库仑定律知，F=kQ3Q/r
7、2=3kQ2/r2，两小球接触后电荷量先中和再平分，使得两小球带电荷量均为Q，此时的库仑力F=kQ2/(r/2)2=4kQ2/r2=(4/3)F。思路点拨：写出接触前两球间库仑力的表达式，接触后两球的电荷量及库仑力表达式。变化前后进行对比。例22012年高考上海物理卷如图6-1-1所示，质量分别为mA和mB的两小球带有同种电荷，电荷量分别为qA和qB，用绝缘细线悬挂在天花板上。平衡时，两小球恰处于同一水平位置，细线与竖直方向间夹角分别为1与2（12）。两小球突然失去各自所带的电荷后开始摆动，最大速度分别为vA和vB，最大动能分别为EkA和EkB。则（）A.mA一定小于mB B.qA一定大于qB
8、C.vA一定大于vB D.EkA一定大于EkBACD方法点拨：解决带电体在电场中的平衡问题的方法与解决力学中平衡问题的方法是一样的，都是依据共点力平衡条件求解，所不同的只是在受力分析列平衡方程时，一定要注意考虑电场力。图6-1-1思路点拨：平衡问题中首先是确定研究对象，分析受力。1.如图6-1-3所示，两个质量均为m、完全相同的金属球壳a和b，其壳层的厚度和质量分布均匀。将它们固定于绝缘支座上，两球心间的距离l,是球半径的3倍。若使它们带上等量异种电荷，使其电荷量的绝对值均为Q，那么关于a、b两球之间的万有引力F引、库仑力F库的表达式正确的是()A.F引=Gm2/l2，F库=kQ2/l2 B.
9、F引=Gm2/l2，F库kQ2/l2 C.F引Gm2/l2，F库kQ2/l2 D.F引Gm2/l2，F库kQ2/l2 B图6-1-3万有引力定律适用条件是两质点间万有引力计算，但两均匀球体间也可以适用。此时r为两球心间距。故F引=Gm2/l2。库仑定律适用于真空中点电荷，因l=3R，故不能视为点电荷，因两球壳带异种电荷，带电中心间距lkQ2/l2，B正确。2.如图6-1-4所示，q1、q2、q3分别表示在一条直线上的三个点电荷，已知q1与q2之间的距离为l1，q2与q3之间的距离为l2，且每个电荷都处于平衡状态。(1)若q2为正电荷，则q1带什么电荷？q3带什么电荷？(2)q1、q2、q3三者
10、电荷量大小之比为多大？图6-1-4考点 2 电场强度1.电场强度与电场力的区别和联系电场强度(E)电场力(F)区别反映电场力的性质其大小仅由电场本身决定其方向仅由电场本身决定，规定其方向与正电荷在电场中所受电场力方向相同仅指电荷在电场中的受力其大小由放在电场中的电荷和电场共同决定正电荷的受力方向与场强方向相同，负电荷的受力方向与场强方向相反联系F=qE2.叠加原理：多个点电荷在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，这种关系叫电场强度的叠加，电场强度的叠加遵循平行四边形定则。3.场强三个表达式的比较表达式比较E=F/qE=kQ/r2E=U/d公式意义电场强度定义式真空
11、中点电荷决定式匀强电场中E与U关系式适用条件一切电场真空；点电荷匀强电场比较决定因素电场本身决定，与q无关场源电荷Q和场源电荷到该点的距离r共同决定电场本身决定相同点矢量，单位：1 N/C=1 V/m(1)本题所研究的电场是点电荷Q1和Q2所形成的电场的合电场。Q1在C处产生的场强E1CkQ1/r12=9.0109210-14/(610-2)2N/C=0.05 N/C，方向如图6-1-6所示。同理求得：E2CkQ2/r22=0.05 N/C，方向如图所示。根据平行四边形定则作出E1C和E2C的合成图如图所示，ABC是等边三角形，故EC0.05 N/C，方向与AB平行指向右。例3 如图6-1-5
12、所示，分别在A、B两点放置点电荷Q1=+210-14C和Q2=-210-14C，在AB的垂直平分线上有一点C，且AB=AC=BC=610-2 m。试求：(1)C点的场强。(2)如果有一个电子静止在C点，它所受的库仑力的大小和方向如何？图6-1-5思路点拨：图6-1-6方法点拨：根据电场的叠加原理掌握等量异种电荷(或同种电荷)场强的分布规律是处理此类问题的关键所在。(1)0.05 N/C 方向与AB平行指向右(2)8.010-21 N 方向与AB平行指向左(2)电子在C点所受的力大小为:FeEC=1.610-190.05 N=8.010-21 N因为电子带负电，所以受力方向与AB平行指向左。3.
13、2012年高考安徽理综卷如图6-1-7所示，半径为R的均匀带电圆形平板，单位面积带电荷量为，其轴线上任意一点P(坐标为x)的电场强度可以由库仑定律和电场强度的叠加原理求出：E2k1-x/(R2+x2)1/2，方向沿x轴。现考虑单位面积带电荷量为0的无限大均匀带电平板，从其中间挖去一半径为r的圆板，如图6-1-8所示。则圆孔轴线上任意一点Q(坐标为x)的电场强度为()A.2k0 x/(r2+x2)1/2 B.2k0r/(r2+x2)1/2C.2k0 x/rD.2k0r/xA图6-1-8由公式E2k1x(R2+x2)1/2可知，当R时，x(R2+x2)1/20，则E2k，即单位面积带电荷量为0的无
14、限大均匀带电平板在Q处产生的电场强度E02k0，而挖去的一个半径为r的圆板在Q处产生的电场强度E2k01x(r2+x2)1/2，所以此时的电场强度EE0E2k0 x/(r2+x2)1/2，故A正确。图6-1-7考点 3 电场线1.电场线的性质(1)起点和终点：电场线起始于正电荷(或无穷远处)，终止于负电荷(或无穷远处)，即电场线不是闭合曲线。(2)切线方向：电场线上每一点的切线方向和该点的场强方向一致。(3)疏密程度：电场线的疏密程度反映了场强的大小即电场的强弱。电场线密集的地方场强大、电场强；电场线稀疏的地方场强小、电场弱。(4)不中断、不相交：在没有电荷的空间，电场线不能中断，两条电场线不
15、能相交。(5)与等势面的关系：在静电场中，电场线和等势面垂直，且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面。(6)与电势的关系：在静电场中，顺着电场线的方向电势越来越低，但要注意：顺着电场线的方向场强不一定越来越小。点电荷的电场线分布：正电荷的电场线从正电荷出发延伸到无限远，负电荷的电场线从无穷远处发出，终止于负电荷2.几种常见电场的电场线分布两个等量点电荷的电场线分布：电场线从正电荷(或者从无限远)出发到负电荷终止(或者延伸到无限远)点电荷与带电平板的电场线分布匀强电场图6-1-9图6-1-10图6-1-11由运动轨迹可知电场力方向与运动方向夹角小于90，电场力做正功，动能增加，故M点的速度小于
16、它在N点的速度。故A正确；电场线越密，场强越大，同一粒子受到的电场力越大，D正确。例4 某静电场中的电场线方向不确定，分布如图6-1-12所示，带电粒子在电场中仅受静电力作用，其运动轨迹如图中虚线所示，由M运动到N，以下说法正确的是()A.粒子必定带正电荷B.该静电场一定是孤立正电荷产生的C.粒子在M点的加速度小于它在N点的加速度D.粒子在M点的速度小于它在N点的速度图6-1-12AD方法点拨：运动轨迹的切线方向为速度方向，电场线切线方向为场强方向。根据轨迹弯曲方向确定受到的电场力方向及做功等问题。思路点拨：根据电场线疏密判断场强大小。根据力与速度夹角判断做功情况。4.静电除尘器是目前普遍采用
17、的一种高效除尘器。某除尘器模型的收尘板是很长的条形金属板，图6-1-13中直线ab为该收尘板的横截面。工作时收尘板带正电，其左侧的电场线分布如图所示；粉尘带负电，在电场力作用下向收尘板运动，最后落在收尘板上。若用粗黑曲线表示原来静止于P点的带电粉尘颗粒的运动轨迹，下列4幅图中可能正确的是(忽略重力和空气阻力)()A图6-1-13粉尘带负电，在电场中某点的受力的方向为电场切线方向的反向延长线，粉尘做曲线运动，轨迹应该夹在速度与力之间，并且弯向力的方向，A正确。1.用金属箔做成一个不带电的圆环，放在干燥的绝缘桌面上。小明同学用绝缘材料做的笔套与头发摩擦后，将笔套自上向下慢慢靠近圆环，当距离约为0.
18、5 cm时圆环被吸引到笔套上，如图6-1-14所示。对上述现象的判断与分析，下列说法正确的是()A.摩擦使笔套带电B.笔套靠近圆环时，圆环上、下部感应出异号电荷C.圆环被吸引到笔套的过程中，圆环所受静电力的合力大于圆环的重力D.笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷立刻被全部中和ABC图6-1-14笔套与头发摩擦，笔套带电，故A正确；带电的笔套靠近金属箔做成的圆环，由于静电感应，在圆环的上、下部感应出异种电荷，故B正确；圆环被吸引到笔套上的过程中，圆环有向上的加速度，静电力大于圆环的重力，故C正确；笔套碰到圆环后，笔套上的电荷有一部分转移到圆环，不会立刻被全部中和，故D错误。2.宇航员在探测某星球时，
19、发现该星球均匀带电，且电性为负，电量为Q，表面无大气，在一次实验中，宇航员将一带电-q(qQ)的粉尘置于离该星球表面h高处，该粉尘恰处于悬浮状态；宇航员又将此粉尘带到距离该星球表面2h处，无初速释放，则此带电粉尘将()A.仍处于悬浮状态B.背离该星球球心飞向太空C.向该星球球心方向下落D.沿该星球自转的线速度方向飞向太空A因q Q，Q可视为点电荷，其在离星球表面高h处产生的场强E=kQ/(R+h)2，因粉尘恰好处于悬浮状态，故粉尘所受万有引力恰好等于所受电场力，有kQq/(R+h)2=GMm/(R+h)2，可知高度变为2h时,电荷仍平衡。3.如图6-1-15所示，一电子在外力作用下沿等量异种电
20、荷的中垂线由AOB匀速运动，电子重力不计，则电子所受的外力的大小和方向变化情况是()A.先变大后变小，方向水平向左B.先变大后变小，方向水平向右C.先变小后变大，方向水平向左D.先变小后变大，方向水平向右B图6-1-15等量异种电荷电场线的分布如图所示，由图(a)中电场线的分布可以看出，从A到O，电场线由疏到密；从O到B，电场线由密到疏，所以从AOB，电场强度由小变大，再由大变小。而电场强度的方向沿电场线切线方向，为水平向右，如图(b)所示。因电子处于平衡状态，其所受合力必为零，故外力应与电子所受的电场力大小相等、方向相反。电子受的电场力与场强方向相反，即水平向左，电子从AOB的过程中，电场力
21、由小变大，再由大变小，所以外力方向应水平向右，其大小应先变大后变小。4.如图6-1-5所示，中子内有一个电荷量为+2e/3的上夸克和两个电荷量为-e/3的下夸克，3个夸克都分布在半径为r的同一圆周上，则3个夸克在其圆心处产生的电场强度大小为()A.ke/r2 B.ke/3r2 C.ke/9r2 D.2ke/3r2A图6-1-5上夸克和两个下夸克分别在O点产生场强，上夸克产生沿AO的场强E1=k(2/3)e/r2,下夸克在O点产生场强大小为E2=k(e/3)/r2，方向分别沿OB和OC，则O点场强E=E1+2E2cos60=ke/r2，方向沿AO方向。5.一根放在水平面内的光滑玻璃管的绝缘性能很好，管内部有两个完全一样的弹性金属小球A和B，如图6-1-17所示，分别带电荷量9Q和-Q。两球从图中位置由静止释放，问两球再次经过图中位置时，A球的瞬时加速度为释放时的几倍？图6-1-17复习至此，请做练案16 电场力的性质
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