高考物理大二輪總復(fù)習(xí)與增分策略 專題十一 電場力和能的性質(zhì)
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專題十一 電場力和能的性質(zhì) 考綱解讀 章 內(nèi)容 考試要求 說明 必考 加試 靜電場 電荷及其守恒定律 b c 1.不要求識記電子的比荷 2.利用庫侖定律公式求解靜力學(xué)問題,只限于所受各力在同一直線上或可運(yùn)用直角三角形知識求解的情形 3.利用庫侖定律公式與其他動力學(xué)規(guī)律求解力學(xué)與電學(xué)綜合的問題,只限于所受各力在同一直線上的情形 4.兩個(gè)電場疊加的定量運(yùn)算,僅限于在同一直線或可用直角三角形知識解決的情形 5.不要求用等勢面去推斷電場的強(qiáng)弱和方向 6.不要求知道電場強(qiáng)度的方向就是電勢降低最快的方向 7.不要求計(jì)算感應(yīng)電荷的場強(qiáng)和靜電力 8.不要求應(yīng)用“處于靜電平衡的導(dǎo)體是等勢體”的知識解決有關(guān)問題 庫侖定律 c 電場強(qiáng)度 c c 電勢能和電勢 b c 電勢差 b c 電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系 c 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用 b 一、電荷及其守恒定律 1.兩種電荷 (1)用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電,用毛皮摩擦過的橡膠棒帶負(fù)電. (2)同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引. 2.三種起電方式 摩擦起電、感應(yīng)起電和接觸起電,它們的實(shí)質(zhì)都是電子的轉(zhuǎn)移. 3.元電荷 最小的電荷量,e=1.610-19 C. 4.電荷守恒定律 表述1:電荷既不會創(chuàng)生,也不會消滅,它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分;在轉(zhuǎn)移過程中,電荷的總量保持不變.這個(gè)結(jié)論叫做電荷守恒定律. 表述2:一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng),電荷的代數(shù)和保持不變. 二、庫侖定律 1.點(diǎn)電荷 當(dāng)帶電體的形狀、大小及電荷分布對它們之間的作用力的影響可以忽略時(shí),這樣的帶電體可以看成點(diǎn)電荷. 2.庫侖定律 (1)內(nèi)容:真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力,與它們的電荷量的乘積成正比,與它們的距離的二次方成 反比,作用力的方向在它們的連線上. (2)表達(dá)式:F=k,式中k=9.0109 Nm2/C2,叫做靜電力常量. (3)適用條件:真空中的點(diǎn)電荷. 三、電場強(qiáng)度 1.定義:放入電場中某點(diǎn)的電荷受到的電場力F與它的電荷量q的比值. 2.定義式:E=. 3.矢量性:規(guī)定正電荷在電場中某點(diǎn)所受電場力的方向?yàn)樵擖c(diǎn)電場強(qiáng)度的方向. 4.場強(qiáng)公式的比較 三個(gè)公式 5.電場的疊加 (1)電場疊加:多個(gè)電荷在空間某處產(chǎn)生的電場強(qiáng)度為各電荷單獨(dú)在該處所產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的矢量和. (2)運(yùn)算法則:平行四邊形定則. 四、電勢能和電勢 電勢差 1.靜電力做功 (1)特點(diǎn):靜電力做功與路徑無關(guān),只與初、末位置有關(guān). (2)計(jì)算方法 ①W=qEd,只適用于勻強(qiáng)電場,其中d為沿電場方向的距離. ②WAB=qUAB,適用于任何電場. 2.電勢能 (1)定義:電荷在某點(diǎn)的電勢能,等于把它從這點(diǎn)移動到零勢能位置時(shí)靜電力做的功. (2)電場力做功是電勢能變化的量度,用公式表示為WAB=EpA-EpB,即電場力做正功,電荷的電勢能減少,電場力做負(fù)功,電荷的電勢能增加. 3.電勢 (1)定義:電荷在電場中某一點(diǎn)的電勢能與它的電荷量的比值. (2)定義式:φ=. (3)矢標(biāo)性:電勢是標(biāo)量,有正負(fù)之分,其正(負(fù))表示該點(diǎn)電勢比零電勢高(低). (4)相對性:電勢具有相對性,同一點(diǎn)的電勢因選取零電勢點(diǎn)的不同而不同. (5)電勢是描述電場能的性質(zhì)的物理量,決定于電場本身,與試探電荷無關(guān). 4.電勢差 (1)電勢差:電場中兩點(diǎn)間電勢的差值叫做電勢差,也叫電壓. (2)電場中兩點(diǎn)間的電勢差與零電勢點(diǎn)的選取無關(guān)(填“有關(guān)”或“無關(guān)”). (3)公式:電場中A點(diǎn)的電勢為φA,B點(diǎn)的電勢為φB,則UAB=φA-φB,UBA=φB-φA,可見UAB=-UBA. (4)電勢差是標(biāo)量,UAB是正值,A點(diǎn)的電勢比B點(diǎn)的電勢高;UAB為負(fù)值,A點(diǎn)的電勢比B點(diǎn)的電勢低. (5)電荷q從A點(diǎn)移到B點(diǎn),靜電力做功WAB與AB間電勢差UAB的關(guān)系為WAB=qUAB. 五、電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系(加試) (1)電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系式:E=,其中d為電場中兩點(diǎn)間沿電場方向的距離. (2)公式只適用于勻強(qiáng)電場. 六、靜電現(xiàn)象的應(yīng)用(加試) 1.處于靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特征 (1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,內(nèi)部場強(qiáng)處處為零. (2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,其外部表面附近任何一點(diǎn)的場強(qiáng)方向必定與這點(diǎn)的表面垂直. (3)處于靜電平衡狀態(tài)的整個(gè)導(dǎo)體是個(gè)等勢體,它的表面是個(gè)等勢面,地球是一個(gè)等勢體. 2.靜電平衡時(shí),導(dǎo)體上的電荷分布有以下兩個(gè)特點(diǎn) (1)導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷,電荷只分布在導(dǎo)體的表面. (2)在導(dǎo)體外表面,越尖銳的位置電荷的密度(單位面積的電荷量)越大,凹陷的位置幾乎沒有電荷. 3.尖端放電 所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號相反的粒子,由于被吸引而奔向尖端,與尖端上的電荷中和,這相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷的現(xiàn)象. 4.靜電屏蔽 金屬殼或金屬網(wǎng)的空腔內(nèi)不受外界電場的影響,殼(網(wǎng))內(nèi)電場強(qiáng)度保持為0,外電場對殼(網(wǎng))內(nèi)的儀器不會產(chǎn)生影響,金屬殼(網(wǎng))的這種作用叫做靜電屏蔽. 1.(2015浙江1月學(xué)考26)下列電場中,A、B兩點(diǎn)電場強(qiáng)度相同的是( ) 答案 C 2.兩個(gè)分別帶有電荷量-Q和+3Q的相同金屬小球(均可視為點(diǎn)電荷),固定在相距為r的兩處,它們之間的庫侖力大小為F.兩小球相互接觸后將其固定,距離變?yōu)?,則兩球間庫侖力的大小為( ) A.F B.F C.F D.12F 答案 C 解析 根據(jù)庫侖定律F=k可知,接觸前,兩者之間的庫侖力F=k,接觸后兩者之間的庫侖力F′=k,所以答案為C. 3.一個(gè)電荷只在靜電力作用下從電場中的A點(diǎn)移動到B點(diǎn)時(shí),靜電力做了510-6 J的功,那么( ) A.電荷在B點(diǎn)將具有510-6 J的電勢能 B.電荷在B點(diǎn)將具有510-6 J的動能 C.電荷的電勢能減少了510-6 J D.電荷的電勢能增加了510-6 J 答案 C 解析 電荷只在靜電力作用下從電場中的A點(diǎn)移動到B點(diǎn)時(shí),靜電力做正功,電勢能減少,靜電力做了多少正功,電荷的電勢能就減少多少.因電荷在A點(diǎn)的動能和電勢能不知道,所以不能確定電荷在B點(diǎn)的動能和電勢能.故選項(xiàng)C正確. 4.如圖1為某勻強(qiáng)電場的等勢面分布圖,每兩個(gè)相鄰等勢面相距2 cm,則該勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小和方向分別為( ) 圖1 A.E=100 V/m,豎直向下 B.E=100 V/m,豎直向上 C.E=100 V/m,水平向左 D.E=100 V/m,水平向右 答案 C 解析 電場方向與等勢面垂直且指向電勢降低的方向,故電場方向水平向左;由U=Ed可得:E== V/m=100 V/m,故C正確. 5.(2016諸暨市期末)如圖2甲所示,一塊有機(jī)玻璃板和一塊塑料板,手持有機(jī)玻璃棒用力快速摩擦兩板后分開;接著將塑料板插入箔片驗(yàn)電器上端的空心金屬球中,沒有接觸金屬球,發(fā)現(xiàn)金屬箔片張開,如圖乙所示;然后抽回塑料板,再將有機(jī)玻璃板和塑料板互相平行但不接觸, 同時(shí)插入空心金屬球,仍沒有接觸金屬球,發(fā)現(xiàn)金屬箔片沒有張開,如圖丙所示.關(guān)于這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,下列的說法正確的是( ) 圖2 A.兩板摩擦后帶電說明創(chuàng)造了新的電荷 B.圖乙驗(yàn)電器箔片張開是因?yàn)榘l(fā)生了電磁感應(yīng) C.圖乙驗(yàn)電器箔片張開是因?yàn)榘迳想姾赊D(zhuǎn)移到箔片上 D.圖丙驗(yàn)電器箔片沒有張開是因?yàn)閮砂鍘У攘慨惙N電荷 答案 D 庫侖定律與電場強(qiáng)度 等量同種和異種點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度的比較 比較項(xiàng)目 等量異種點(diǎn)電荷 等量同種點(diǎn)電荷 電場線分布圖 連線中點(diǎn)O處的場強(qiáng) 連線上O點(diǎn)場強(qiáng)最小,指向負(fù)電荷一方 為零 連線上的場強(qiáng)大小(從左到右) 沿連線先變小,再變大 沿連線先變小,再變大 沿中垂線由O點(diǎn)向外場強(qiáng)大小 O點(diǎn)最大,向外逐漸減小 O點(diǎn)最小,向外先變大后變小 關(guān)于O點(diǎn)對稱的A與A′、B與B′的場強(qiáng) 等大同向 等大反向 例1 (2016浙江10月學(xué)考13)如圖3所示,質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電小球A用絕緣細(xì)線懸掛于O點(diǎn),帶有電荷量也為q的小球B固定在O點(diǎn)正下方絕緣柱上.其中O點(diǎn)與小球A的間距為l,O點(diǎn)與小球B的間距為l.當(dāng)小球A平衡時(shí),懸線與豎直方向夾角θ=30.帶電小球A、B均可視為點(diǎn)電荷,靜電力常量為k.則( ) 圖3 A.A、B間庫侖力大小為F= B.A、B間庫侖力大小為F= C.細(xì)線拉力大小為FT= D.細(xì)線拉力大小FT=mg 答案 B 解析 小球A的受力分析如圖.由于對稱性,細(xì)線拉力等于庫侖力,且根據(jù)平衡條件得F庫cos30=mg ,化簡得F庫= ,即細(xì)線拉力FT= ,因此正確選項(xiàng)為B. 解決平衡問題的方法技巧 分析帶電體的平衡問題的關(guān)鍵是受力分析,正確畫出受力圖,不共線力作用下的平衡問題的分析方法有正交分解法和合成法(只分析含有直角的情況).兩種方法都是利用直角三角形的知識求解. 變式題組 1.(2015浙江學(xué)考模擬)如圖所示的四種電場中,分別標(biāo)記有a、b兩點(diǎn),其中a、b兩點(diǎn)電場強(qiáng)度相同的是( ) 答案 D 解析 電場強(qiáng)度是矢量,a、b兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度相同,則要求場強(qiáng)的大小和方向都相同,故D對. 圖4 2.如圖4所示,B為線段AC的中點(diǎn),如果在A處放一個(gè)+Q的點(diǎn)電荷,測得B處的場強(qiáng)EB=48 N/C,則( ) A.EC=24 N/C B.EC=12 N/C C.若要使EB=0,可在C處放一個(gè)-Q的點(diǎn)電荷 D.把q=10-9 C的點(diǎn)電荷放在C點(diǎn),則其所受電場力的大小為610-9 N 答案 B 解析 由真空中點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式E=知A錯(cuò)誤,B正確;根據(jù)場的疊加及點(diǎn)電荷產(chǎn)生的場強(qiáng)方向知,應(yīng)在C處放一等量同種電荷,C錯(cuò)誤;F=qEC=1.210-8 N,D錯(cuò)誤. 3.如圖5所示,水平勻強(qiáng)電場中,一帶電荷量為-q、質(zhì)量為m的小球靜止在傾角為θ的光滑斜面上,則關(guān)于場強(qiáng)方向及大小的判斷正確的是( ) 圖5 A.向右,tan θ B.向左,tan θ C.向右,sin θ D.向左,sin θ 答案 B 解析 小球靜止,所受合力為零.重力和水平方向的電場力不能使其平衡,因此一定會受到斜面支持力的作用.由三力平衡情況可知,小球所受電場力應(yīng)水平向右,即Eq=mgtan θ,由此得勻強(qiáng)電場場強(qiáng)大小為tan θ.因小球帶負(fù)電,所以勻強(qiáng)電場方向與小球受力方向相反,即電場方向向左.故選B. 電勢能和電勢 電勢差 1.電勢和電場強(qiáng)度的區(qū)別 (1)電勢是標(biāo)量,是描述電場能的性質(zhì)的物理量;電場強(qiáng)度是矢量,是描述電場力的性質(zhì)的物理量. (2)電勢高的地方場強(qiáng)不一定大,二者在大小上無必然聯(lián)系. (3)沿電場強(qiáng)度方向電勢降低. 2.電勢高低的判斷 判斷角度 判斷方法 依據(jù)電場線方向 沿電場線方向電勢逐漸降低 依據(jù)電場 力做功 根據(jù)UAB=,將WAB、q的正負(fù)號代入,由UAB的正負(fù)判斷φA、φB的高低 依據(jù)場源 電荷的正負(fù) 取無窮遠(yuǎn)處電勢為零,正電荷周圍電勢為正值,負(fù)電荷周圍電勢為負(fù)值;靠近正電荷處電勢高,靠近負(fù)電荷處電勢低 依據(jù)電勢 能的高低 正電荷在電勢較高處電勢能大,負(fù)電荷在電勢較低處電勢能大 3.電勢能大小的判斷 判斷角度 判斷方法 做功判斷法 電場力做正功,電勢能減小;電場力做負(fù)功,電勢能增大 電荷電勢法 正電荷在電勢高的地方電勢能大,負(fù)電荷在電勢低的地方電勢能大 公式法 由Ep=qφ將q、φ的大小、正負(fù)號一起代入公式,Ep的正值越大,電勢能越大;Ep的負(fù)值越小,電勢能越大 能量守恒法 在電場中,若只有電場力做功,電荷的動能和電勢能相互轉(zhuǎn)化,動能增大,電勢能減小,反之,動能減小,電勢能增大 例2 如圖6,直線上有O、a、b、c四點(diǎn),a、b間的距離與b、c間的距離相等.在O點(diǎn)處有固定點(diǎn)電荷.已知b點(diǎn)電勢高于c點(diǎn)電勢.若一帶負(fù)電荷的粒子僅在電場力作用下先從c點(diǎn)運(yùn)動到b點(diǎn),再從b點(diǎn)運(yùn)動到a點(diǎn),則( ) 圖6 A.兩過程中電場力做的功相等 B.前一過程中電場力做的功大于后一過程中電場力做的功 C.前一過程中,粒子電勢能不斷減小 D.后一過程中,粒子動能不斷減小 答案 C 解析 由題意知O點(diǎn)處點(diǎn)電荷帶正電,其周圍部分電場線分布如圖所示,帶負(fù)電荷的粒子由c到b再到a過程中,電場強(qiáng)度不斷變大,又=,故Wab>Wbc,故A、B項(xiàng)均錯(cuò)誤;粒子由c→b→a過程中,電場力做正功,電勢能不斷減小,動能不斷增加,故C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤. 電場力做功的計(jì)算方法 (1)由公式W=Flcos α計(jì)算,此公式只適用于勻強(qiáng)電場,可變形為:W=qElcos α. (2)由W=qU來計(jì)算,此公式適用于任何形式的靜電場. (3)由動能定理來計(jì)算:W電場力+W其他力=ΔEk. (4)由電勢能的變化來計(jì)算:WAB=EpA-EpB. 變式題組 4.如圖7所示,一圓環(huán)上均勻分布著正電荷,x軸垂直于環(huán)面且過圓心O.下列關(guān)于x軸上的電場強(qiáng)度和電勢的說法中正確的是( ) 圖7 A.O點(diǎn)的電場強(qiáng)度為零,電勢最低 B.O點(diǎn)的電場強(qiáng)度為零,電勢最高 C.從O點(diǎn)沿x軸正方向,電場強(qiáng)度減小,電勢升高 D.從O點(diǎn)沿x軸正方向,電場強(qiáng)度增大,電勢降低 答案 B 解析 圓環(huán)上均勻分布著正電荷,可以將圓環(huán)等效為很多正點(diǎn)電荷的組成,同一條直徑的兩端點(diǎn)的點(diǎn)電荷的合場強(qiáng)類似于等量同種電荷的場強(qiáng),故圓環(huán)的中心的合場強(qiáng)一定為零,x軸上的合場強(qiáng),在圓環(huán)的右側(cè)方向沿軸向右,左側(cè)方向沿軸向左,電場強(qiáng)度都呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,因沿電場線的方向電勢逐漸降低,所以可得O點(diǎn)的電勢最高,選項(xiàng)B正確. 5.如圖8所示,一帶負(fù)電的粒子,沿著電場線從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)的過程中,以下說中正確的是( ) 圖8 A.帶電粒子的電勢能越來越小 B.帶電粒子的電勢能越來越大 C.帶電粒子受到的靜電力一定越來越小 D.帶電粒子受到的靜電力做正功 答案 B 解析 帶負(fù)電的粒子所受靜電力方向與電場線方向相反,所以當(dāng)帶負(fù)電的粒子沿著電場線從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)的過程中,靜電力做負(fù)功,電勢能越來越大,選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤,B正確;電場線的疏密表示場強(qiáng)的大小,所以EA- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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