江苏省高考物理一轮复习 第七章 静电场 第1讲 电场力的性质教案-人教版高三全册物理教案.pdf

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1、第第 1 1 讲讲 电场力的性质电场力的性质目标要求内容1.电荷和电要求通过实验，了解静电现象 能用原子结构模型和电荷说明带 电粒 子在 匀强 电场 中知道电场是一种物质 了解电场强度，体会用物理量场强度电之比定义新物理量的方法会用电场线描述电场场线4.电势能电势电势差5.带电粒子能分析带电粒子在电场中的运动情况，能解释相关的在电场中的物理现象运动6.静电现象了解生产生活中关于静电的利用与防护7.电容器与电容观察常见电容器，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容器的应用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运 动的

2、计算 限于 带电 粒子 进入 电场 时速 度平 行或 垂直 于场 强实验九观察电容器的的充、放电现象的 情况.荷守恒定律守恒的知识分析静电现象2.点电荷和库仑定律3.电场和电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第第 1 1 讲讲电场力的性质电场力的性质一、电荷电荷守恒定律1元电荷、点电荷(1)元电荷：e1.601019C，所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍(2)点电荷：代表带电体的有一定电荷量的点，忽略带电体的大小、形状及电荷分布状况的理想化模型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

3、部分转移到另一部分，在转移过程中，电荷的总量保持不变(2)三种起电方式：摩擦起电、感应起电、接触起电(3)带电实质：物体得失电子(4)电荷的分配原则：两个形状、大小相同且带同种电荷的同种导体，接触后再分开，二者带等量同种电荷，若两导体原来带异种电荷，则电荷先中和，余下的电荷再平分自测 1如图 1 所示，两个不带电的导体A和B，用一对绝缘柱支撑使它们彼此接触把一带正电荷的物体C置于A附近，贴在A、B下部的金属箔都张开()图 1A此时A带正电，B带负电B此时A带正电，B带正电C移去C，贴在A、B下部的金属箔都闭合D先把A和B分开，然后移去C，贴在A、B下部的金属箔都闭合答案C解析由静电感应可知，A

4、左端带负电，B右端带正电，选项 A、B错误；若移去C，A、B两端电荷中和，则贴在A、B下部的金属箔都闭合，选项 C 正确；先把A和B分开，然后移去C，则A、B带的电荷不能中和，故贴在A、B下部的金属箔仍张开，选项D 错误二、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q1q2Fk2，式中k9.0109Nm2/C2，叫做静电力常量r3适用条件真空中的静止点电荷(1)在空气中，两个点电荷的作用力近似等于真空中的情况，可以直接应用公式(2)当两个带电体间的距离远大于其本身的大小时，可以把带电体看成点电荷

5、4库仑力的方向由相互作用的两个带电体决定，即同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引q1q2判断正误(1)由库仑定律公式Fk2可知，当r0 时，F为无r穷大()(2)两个带电体之间的库仑力是一对相互作用力，大小相等，方向相反()(3)库仑定律是通过实验总结出的规律()三、电场、电场强度1电场(1)定义：存在于电荷周围，能传递电荷间相互作用的一种特殊物质；(2)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：放入电场中某点的电荷受到的电场力F与它的电荷量q的比值F(2)定义式：E；单位：N/C 或 V/m.q(3)矢量性：规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点电场强度的方向3点电荷的电

6、场：真空中距场源电荷Q为r处的场强大小为EQk2.r自测 2如图 2 所示，电荷量为q1和q2的两个点电荷分别位于P点和Q点已知在P、Q连线上某点R处的电场强度为零，且PR2RQ.则()图 2Aq12q2Bq14q2Cq12q2答案BDq14q2q1解析由题意知q1、q2为同种电荷，设RQr，则PR2r，有k2rq2k2，q14q2.r四、电场线的特点1电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷2电场线在电场中不相交23在同一幅图中，电场强度较大的地方电场线较密，电场强度较小的地方电场线较疏自测 3两个带电荷量分别为Q1、Q2的质点周围的电场线如图 3 所示，由图可知()图 3A两质点带

7、异号电荷，且Q1Q2B两质点带异号电荷，且Q1Q2D两质点带同号电荷，且Q1Eb，B 正确；图中b、c两点的场强方向不同，C 错误；由于a点的电势大于d点的电势，所以一正点电荷从a点经b、c运动到d点的过程中电场力做正功，电荷的电势能减小，D 错误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图 143例如：如图14 所示，均匀带电的 球壳在O点产生的场强，等效为4弧BC产生的场强，弧BC产生的场强方向，又等效为弧的中点M在O点产生的场强方向例 6(2019四川成都市第二次诊断)如图 15 所示，边长为L的正六边形ABCDEF的 5 条边上分别放置

8、 5 根长度也为L的相同绝缘细棒每根细棒均匀带上正电现将电荷量为Q的点电荷置于BC中点，此时正六边形几何中心O点的场强为零若移走Q及AB边上的细棒，则O点电场强度大小为(k为静电力常量，不考虑绝缘棒及Q之间的相互影响)()图 15kQ4kQ2 3kQ4 3kQA.2B.2C.2D.2L3L3L3L答案D解析由题意，Q的点电荷在O点的电场强度大小为Ef(r(3kQ,2)L2)4kQ2；那么每根细棒在O点的电场强度大3L4kQ小也为E2；因此Q及AB边上的细棒在O点的合电场强度大3L4 3kQ小E合2，其方向如图所示：3L若移走Q及AB边上的细棒，那么其余棒在O点的电场强度大小4 3kQ为E合2，

9、故 A、B、C 错误，D 正确3L3填补法将有缺口的带电圆环或圆板补全为完整的圆环或圆板，或将半球面补全为球面，从而化难为易、事半功倍例 7(多选)(2019云南大姚县一中一模)已知均匀带电球壳内部电场强度处处为零，电势处处相等如图 16 所示，正电荷均匀分布在半球面上，Ox为通过半球顶点与球心O的轴线，A、B为轴上的点，且AOOB，则下列判断正确的是()图 16AA、B两点的电势相等BA、B两点的电场强度相同C点电荷从A点移动到B点，电场力一定做正功D同一个负电荷放在B点比放在A点的电势能大答案BD解析根据电场的叠加原理可知，x轴上电场线方向向右，则A点的电势高于B点的电势，故 A 错误；将

10、半球壳补成一个完整的球壳，且带电均匀，设左、右半球在A点产生的场强大小分别为E1和E2.由题知，均匀带电球壳内部电场强度处处为零，则知E1E2.根据对称性可知，左、右半球在B点产生的场强大小分别为E2和E1，且E1E2.则在图示电场中，A的场强大小为E1，方向向右，B的场强大小为E2，方向向右，所以A点的电场强度与B点的电场强度相同，故 B 正确点电荷从A点移到B点，电势降低，由于点电荷的电性未知，则电场力不一定做正功，故C 错误A点的电势高于B点的电势，根据负电荷在电势高处电势能小，在电势低处电势能大，知同一个负电荷放在B点比放在A点的电势能大，故 D 正确1(静电的利用与防护)(2019江

11、苏南通、连云港等七市三模联考)西汉著作淮南子中记有“阴阳相薄为雷，激扬为电”，人们对雷电的认识已从雷公神话提升到朴素的阴阳作用 下列关于雷电的说法中错误的是()A发生雷电的过程是放电过程B发生雷电的过程是电能转化为光能、内能等的过程C发生雷电的过程中，电荷的总量增加D避雷针利用尖端放电，避免建筑物遭受雷击答案C解析发生雷电的过程，就是带有正、负电荷的云朵相遇时，正、负电荷中和，是激烈的放电过程，也就是电能转化为光能、内能等的过程，电荷的总量是守恒的，故 A、B 项正确，C 项错误；当带电的云朵靠近避雷针时，云层与避雷针尖端之间的空气被击穿，成为导体，避雷针把云层中的电荷导入大地，从而避免建筑物

12、遭受雷击，D 项正确2(库仑定律的理解和应用)(多选)两个相同的金属小球(视为点电荷)，带电荷量之比为 17，相距为r，两者相互接触后再放回到原位置上，则相互作用力可能是原来的()43916A.B.C.D.7777答案CD解析设两小球所带的电荷量分别为q和 7q，则原来相距r时的q7qq2相互作用力Fk27k2，由于电性未知，需分两种情况讨论：rr(1)两球电性相同，相互接触后电荷量均分，每个小球所带电荷量7qq为4q，放回到原处后的相互作用力为24q4qq16F1k16k2，故F1F.r2r7(2)两球电性不同，相互接触后先中和再均分，每个小球所带电荷7qq3q3qq量为3q，放回原处后的相

13、互作用力为F2k9k2，2r2r9故F2F.73(库仑力作用下的平衡问题)(2019安徽宣城市第二次模拟)如图 17，光滑绝缘圆环竖直放置，a、b、c为三个套在圆环上可自由滑动的空心带电小球，已知小球c位于圆环最高点，ac连线与竖直方向成 60角，bc连线与竖直方向成 30角，三个小球均处于静止状态下列说法正确的是()图 17A小球a、b、c带同种电荷B小球a、b带异种电荷223C小球a、b带电荷量之比为63D小球a、b带电荷量之比为9答案D解析对c小球受力分析可得，a、b小球必须带同种电荷，c小球才能平衡；对b小球受力分析可得，b、c小球带异种电荷，b小球才能平衡，故A、B 错误；设环的半径

14、为R，a、b、c球的带电荷量分别为q1、q2和q3，由几何关系可得lacR，lbc 3R，a与b对c的作用力都是吸引力，它们对c的作用力在水平方向的分力大小相kq1q3kq2q3q13等，则有2sin602sin30，所以，故选项Claclbcq29错误，D 正确4(电场强度理解与计算)如图 18 所示，四个点电荷所带电荷量的绝对值均为Q，分别固定在正方形的四个顶点上，正方形边长为a，则正方形两条对角线交点处的电场强度()图 184 2kQA大小为，方向竖直向上2aaa2 2kQB大小为，方向竖直向上24 2kQC大小为，方向竖直向下22 2kQD大小为，方向竖直向下2a答案C解析一个点电荷在

15、两条对角线交点O产生的场强大小为Ef(r(2kQ,2)a2)2kQ2，对角线上的两异种点电荷在O处的a4kQ合场强为E合2E2，故两等大的场强互相垂直，合场强为EOa4 2kQEE，方向竖直向下，故选 C.22合2合a5.(带电粒子在电场中的曲线运动)(多选)如图 19 所示，直线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线，曲线是某一带电粒子通过电场区域时的运动轨迹，a、b是轨迹上两点若带电粒子在运动过程中只受电场力作用，根据此图可以作出的判断是()图 19A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两点的加速度何处大D带电粒子在a、b两点的加速度方向答案BCD解析如

16、图所示，由于带电粒子在电场力作用下做曲线运动，所以电场力应指向轨迹的凹侧，且沿电场线，即沿电场线向左，B 正确；由于电场线方向未知，故不能确定带电粒子的电性，A 错误；加速度由电场力产生，由于a处电场线比b处密，所以a处电场强度大，由FqE知，带电粒子在a处受到的电场力大，故加速度大，且方向与电场力方向相同，C、D 正确1(2015江苏卷2)静电现象在自然界中普遍存在，我国早在西汉末年已有对静电现象的记载，春秋纬考异邮中有“玳瑁吸衣若”之说，但下列不属于静电现象的是()A梳过头发的塑料梳子吸起纸屑B带电小球移至不带电金属球附近，两者相互吸引C小线圈接近通电线圈过程中，小线圈中产生电流D从干燥的

17、地毯上走过，手碰到金属把手时有被电击的感觉答案C解析用塑料梳子梳头发时相互摩擦，塑料梳子会带上电荷吸引纸屑，选项A 属于静电现象；带电小球移至不带电金属球附近，由于静电感应，金属小球在靠近带电小球一端时会感应出与带电小球异号的电荷，两者相互吸引，选项B 属于静电现象；小线圈接近通电线圈过程中，由于电磁感应现象，小线圈中产生感应电流，选项C不属于静电现象；从干燥的地毯上走过，由于摩擦生电，当手碰到金属把手时瞬时产生较大电流，人有被电击的感觉，选项 D 属于静电现象2(多选)(2020山西大同市模拟)在电场中的某点A放一电荷量为q的试探电荷，它所受到的电场力大小为F，方向水平向右，F则A点的场强大

18、小EA，方向水平向右 下列说法正确的是()qA在A点放置一个电荷量为q的试探电荷，A点的场强方向变为水平向左B在A点放置一个电荷量为2q的试探电荷，则A点的场强变为2EAC在A点放置一个电荷量为q的试探电荷，它所受的电场力方向水平向左D在A点放置一个电荷量为2q的试探电荷，它所受的电场力为2F答案CDF解析E 是电场强度的定义式，某点的场强大小和方向与场源电q荷有关，与放入的试探电荷无关，故选项 A、B 错误；因负电荷受到的电场力的方向与场强方向相反，故选项 C 正确；A点场强EA一定，放入的试探电荷所受电场力大小为FqEA，当放入电荷量为2q的试探电荷时，试探电荷所受电场力应为 2F，故选项

19、 D正确3(多选)如图 1 甲所示，在x轴上有一个点电荷Q(图中未画出)，O、A、B为轴上三点，放在A、B两点的试探电荷受到的电场力跟试探电荷所带电荷量的关系如图乙所示，则()图 1AA点的电场强度大小为 210 N/CBB点的电场强度大小为 210 N/CC点电荷Q在A、B之间D点电荷Q在A、O之间33答案AC解析对于电场中任意一点而言，放在该处的试探电荷的电荷量qF不同，其受到的电场力F的大小也不同，但比值 是相同的，即该q处的电场强度不变所以Fq图象是一条过原点的直线，斜率越大则电 场强 度越大 由 题图 可知A点的 电场 强度大 小EA210 N/C，B点的电场强度大小EB0.510

20、N/C，A 正确，B 错误；33A、B两点分别放正、负电荷，受力方向均为正方向，说明A、B的场强方向相反，点电荷Q只能在A、B之间，C 正确，D 错误4.如图 2 所示，一电子沿等量异种点电荷连线的中垂线由AOB匀速飞过，电子重力不计，则电子所受另一个力的大小和方向变化情况是()图 2A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，方向水平向右答案B解析根据等量异种点电荷周围的电场线分布知，从AOB，电场强度的方向不变，水平向右，电场强度的大小先增大后减小，则电子所受电场力的大小先变大后变小，方向水平向左，则外力的大小先变大后变小，方向水平向

21、右，故 B 正确，A、C、D 错误5.(2019四川攀枝花市第二次统考)如图 3 所示，真空中三个质量相等的小球A、B、C，带电荷量大小分别为QA6q，QB3q，QC8q.现用适当大小的恒力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()图 3421A.FBFC.FD.F333答案A解析设小球的质量为m，以三个球为整体：F3ma；2以A、B为整体：F12ma，解得F1F；由牛顿第三定律知A、B32对C的库仑力的合力大小为F.3根据库仑定律得F

22、BC3q8q6q8q2kk，A、B所受C的库仑力22FACL4L12方向不可能相同，结合牛顿第三定律可知：FBCFACF，解得FBC34F.36.如图 4，xOy平面直角坐标系所在空间有沿x轴负方向的匀强电场(图中未画出)，电场强度大小为E.坐标系上的A、B、C三点构成边长为L的等边三角形 若将两电荷量相等的正点电荷分别固定在A、B两点，C点处的电场强度恰好为零则A处的点电荷在C点产生的电场强度大小为()图 4AE3B.E33D.E2C.3E答案B解析C点三个电场方向如图所示，根据题意可知E1cos303E2cos30E，又E1E2，解得E2E，3B 正确17.如图 5 所示，一个绝缘圆环，当

23、它的 段均匀带电且电荷量为q4时，圆心O处的电场强度大小为E，现使半圆ABC均匀带电2q，而另一半圆ADC均匀带电2q，则圆心O处电场强度的大小和方向为()图 5A2 2E，方向由O指向DB4E，方向由O指向DC2 2E，方向由O指向BD0答案A1解析当圆环的 段均匀带电且电荷量为q时，圆心O处的电场4强度大小为E，当半圆ABC均匀带电2q时，由如图所示的矢量合成可得，在圆心O处的电场强度大小为 2E，方向由O指向D；当另一半圆ADC均匀带电2q时，同理，在圆心O处的电场强度大小为 2E，方向由O指向D；根据矢量的合成法则，圆心O处的电场强度的大小为 2 2E，方向由O指向D.8(2019广东

24、广州市 4 月综合测试)如图 6，在光滑绝缘水平桌面上，三个带电小球a、b和c分别固定于正三角形顶点上已知a、b带电荷量均为q，c带电荷量为q，则()图 6Aab连线中点场强为零B三角形中心处场强为零Ca所受库仑力方向垂直于ab连线Da、b、c所受库仑力大小之比为 11 3答案D解析在ab连线的中点处，a、b两电荷在该点的合场强为零，则该点的场强等于c在该点的场强，大小不为零，选项A 错误在三角形的中心处，a、b两电荷在该点的场强大小相等，场强方向夹角为 120，则合场强竖直向下，电荷c在该点的场强也是竖直向下，则三角形中心处场强不为零，选项B 错误a受到b的斥力沿ba方向，受到c的引力沿ac

25、方向，则其合力方向斜向左下方与ab连线成 60角，选项 C 错误设三角形的边长为l，a、b所受库kq2kq2kq2仑力大小相等，FaFb22cos602；c所受库仑力：Fc22lllcos303kq2l2，则a、b、c所受库仑力大小之比为 11 3，选项 D 正确9(多选)如图 7 所示，光滑绝缘的水平面上有一带电荷量为q的点电荷，在距水平面高h处的空间内存在一场源点电荷Q，两电荷连线与水平面间的夹角30，现给q一水平初速度，使其恰好能在水平面上做匀速圆周运动(恰好不受支持力)，已知重力加速度为g，静电力常量为k，则()图 73kQqA点电荷q做匀速圆周运动的向心力为24h3kQqB点电荷q做

26、匀速圆周运动的向心力为28hC点电荷q做匀速圆周运动的线速度为 3gh3ghD点电荷q做匀速圆周运动的线速度为2答案BC解析点电荷q恰好能在水平面上做匀速圆周运动，点电荷q受到竖直向下的重力以及点电荷Q的引力，如图所示，电荷之间的引力在水平方向上的分力充当向心力，两点电荷间距离RQq3kQq，Fnk2cos，联立解得Fn2，A 错误，B 正确；sinR8hhmg点电荷q做匀速圆周运动的半径r，因为Fn，根tantanv2据Fnm，可得v 3gh，C 正确，D 错误r10.(2019广东“六校”第三次联考)如图 8，通过绝缘轻绳将质量均为m的三个小球A、B、C连接在一起并悬于O点，其中A、B球带

27、电，且带电荷量均为q，C球不带电整个空间存在方向竖hmg直向下的匀强电场，场强大小为E.当把OA段细线剪断的瞬间q()图 8AA球的加速度小于 2gBB球的加速度大于 2gCA球和B球之间的绳子拉力为 0DB球和C球之间的绳子拉力为 0答案D解析剪断绳子OA的瞬间，假设AB和BC段的绳子均无作用力，q2q2对A受力分析有：mgqEkmaA，对B：mgqEkmaB，LABLAB对C：mgmaC，则有aA2g，aCg，结合轻绳的受力特点可知，AB段绳子绷紧，AB成为一个整体，BC段绳子松弛，故有对AB整体：mgmg2qE2maAB，则aAB2g，故 A、B 错误；对A分析q2q2有：mgqEFkm

28、aAB，故Fk，故 C 错误；结合以上分析LABLAB可知，BC段绳子松弛，故BC段绳子拉力为 0，故 D 正确11.(多选)如图 9 所示，为某一点电荷所形成电场中的一簇电场线，a、b、c三条虚线为三个带电粒子以相同的速度从O点射入电场后的运动轨迹，其中b虚线为一圆弧，AB的长度等于BC的长度，且三个粒子的电荷量大小相等，不计粒子重力则以下说法正确的是()图 9Aa一定是正粒子的运动轨迹，b和c一定是负粒子的运动轨迹Ba虚线对应的粒子速度越来越小，c虚线对应的粒子速度越来越大Ca虚线对应的粒子的加速度越来越小，c虚线对应的粒子的加速度越来越大，b虚线对应的粒子的加速度大小不变Db虚线对应的粒

29、子的质量大于c虚线对应的粒子的质量答案CD12.如图 10 所示，一电荷量为Q的均匀带电细棒，在过中点c垂直于细棒的直线上有a、b、d三点，且abbccdL，在a点处有一电荷量为 的固定点电荷已知b点处的场强为零，则d点2处场强的大小为(k为静电力常量)()图 105Q3Q3Q9QAk2Bk2Ck2Dk29LL2L2L答案AQ解析a点处的电荷量为 的点电荷在b处产生的电场强度为E2QkQ2，方向向右，b点处的场强为零，根据电场的叠加原理可知细2L棒与a点处的点电荷在b处产生的电场强度大小相等，方向相反，kQ则知细棒在b处产生的电场强度大小为E2，方向向左根据2LkQ对称性可知细棒在d处产生的电

30、场强度大小为2，方向向右；而2LkQ电荷量为 的点电荷在d处产生的电场强度为E223LQ2kQ5kQ2，方向向右，所以d点处场强的大小为Ed2，方向向右，18L9L故选项 A 正确13如图 11 所示，质量为m的小球A穿在光滑绝缘细杆上，杆的倾角为，小球A带正电(可视为点电荷)，电荷量为q.在杆上B点处固定一个电荷量为Q的正点电荷 将A由距B竖直高度为H处无初速度释放，小球A下滑过程中电荷量不变整个装置处在真空中，已知静电力常量k和重力加速度g.求：图 11(1)A球刚释放时的加速度是多大；(2)当A球的动能最大时，A球与B点间的距离kQqsin2答案(1)gsin(2)mH2解析(1)小球A刚释放时，kQqmgsin由牛顿第二定律有mgsinFma，qQH根据库仑定律有Fk2，又rrsinkQqsin2联立解得agsinmH2(2)当A球受到的合力为零，即加速度为零时，动能最大设此时A球与B点间的距离为d.则mgsinkQqkQqd2，解得dmgsin.