《2016-2017学年河北高二物理学案：第一章+静电场+章末总结+学案（人教版选修3-1）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2016-2017学年河北高二物理学案：第一章+静电场+章末总结+学案（人教版选修3-1）（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章第一章 静电场静电场 章末总结章末总结 学案（人教版选修学案（人教版选修 3-1）答案 点电荷 k 正电荷 强弱 方向 A B qU EpA q1q2r2FqkQr2EpqUdEpB QU一、电场的几个物理量的求解思路 1确定电场强度的思路(1)定义式：E= .Fq(2)库仑定律：E=(真空中点电荷)kQr2 (3)电场强度的叠加原理，场强的矢量和(4)电场强度与电势差的关系：E= (限于匀强电场)Ud (5)导体静电平衡时，内部场强为零即感应电荷的场强与外电场的场强等大反向 E感=-E外(6)电场线(等势面)确定场强方向，定性确定场强 2确定电势的思路(1)定义式：=.Epq (2)电
2、势与电势差的关系：UAB=A-B. (3)电势与场源电荷的关系：越靠近正电荷，电势越高；越靠近负电荷，电势越低 (4)电势与电场线的关系：沿电场线方向，电势逐渐降低 (5)导体静电平衡时，整个导体为等势体，导体表面为等势面 3确定电势能的思路 (1)与静电力做功关系：WAB=EpA-EpB，静电力做正功，电势能减小；静电力做负功，电 势能增加 (2)与电势关系：Ep=qp，正电荷在电势越高处电势能越大，负电荷在电势越低处电势能 越大 (3)与动能关系：只有静电力做功时，电势能与动能之和为常数，动能越大，电势能越 小 4确定电场力的功的思路 (1)根据电场力的功与电势能的关系：电场力做的功等于电
3、势能的减少量，WAB=EpA-EpB. (2)应用公式 WAB=qUAB计算： 符号规定是：所移动的电荷若为正电荷，q 取正值；若为负电荷，q 取负值；若移动过 程的始点电势A高于终点电势B，UAB取正值；若始点电势A低于终点电势B，UAB 取负值 (3)应用功的定义式求解匀强电场中电场力做的功：W=qElcos . 注意：此法只适用于匀强电场中求电场力的功 (4)由动能定理求解电场力的功：W电+W其他=Ek. 即若已知动能的改变和其他力做功情况，就可由上述式子求出电场力做的功 【例 1】 电场中有 a、b 两点，已知a=-500 V，b=1 500 V，将带电荷量为 q=-410-9C 的点
4、电荷从 a 移到 b 时，电场力做了多少功？a、b 间的电势差为多少？ 解析 电场力做的功为：Wab=Epa-Epa=qa-qb=- 410-9C(-500-1 500)V=810-6 J a、b 间的电势差为：Uab=a-b=-500 V-1 500 V=-2 000 V. 答案 810-6 J -2 000 V 变式训练 1 如图 1 是一匀强电场，已知场强 E=2102 N/C.现让一个电荷量 q=-410- 8C 的电荷沿电场方向从 M 点移到 N 点，MN 间的距离 l=30 cm.试求：(1)电荷从 M 点移到 N 点电势能的变化； (2)M、N 两点间的电势差图 1 答案 (1)
5、2.410-6J (2)60 V 解析 (1)由电场力做的功等于电势能的变化量：Ep=-W=-qEl=410-821020.3 J=2.410-6 J(2)UMN= V=+60 V.WMNq- 2.410 - 6- 410 - 8二、电场力做功与能量转化 1带电的物体在电场中具有电势能，同时还可能具有动能和重力势能等机械能，用能 量观点处理问题是一种简捷的方法 2处理这类问题，首先要进行受力分析及各力做功情况分析，再根据做功情况选择合 适的规律列式求解 3常见的几种功能关系 (1)只要外力做功不为零，物体的动能就要改变(动能定理)(2)静电力只要做功，物体的电势能就要改变，且静电力做的功等于电
6、势能的减少量， W电=Ep1-Ep2.如果只有静电力做功，物体的动能和电势能之间相互转化，总量不变(类似 机械能守恒) (3)如果除了重力和静电力之外，无其他力做功，则物体的动能、重力势能和电势能三者 之和不变 【例 2】 一个带负电的质点，带电荷量为 2.010-9 C，在电场中将它由 a 移到 b，除电场 力之外，其他力做功 6.510-5 J，质点的动能增加了 8.510-5 J，则 a、b 两点间的电势 差a-b=_. 解析 要求两点的电势差，需先求出在两点移动电荷时电场力做的功，而质点动能的变化 对应合外力做的功 设电场力做的功为 Wab，由动能定理得：Wab+W=Ek Wab=Ek
7、-W=2.010-5 J则a-b=-1.0104 V.Wabq 答案 -1.0104 V 变式训练 2 如图 2 所示，边长为 L 的正方形区域 abcd 内存在着匀强电场质量为 m、 电荷量为 q 的带电粒子以速度 v0从 a 点进入电场，恰好从 c 点离开电场，离开时速度为 v，不计重力，求电场强度大小 图 2答案 mv2 - v2 02qL 解析 从 a 点到 c 点电场力做的功 W=qEL根据动能定理得 W= mv2- mv12122 0所以 qEL= mv2- mv12122 0场强大小 E=.mv2 - v2 02qL 三、处理带电粒子在电场中运动问题的两条主线 带电粒子在电场中的
8、运动，是一个综合电场力、电势能的力学问题，研究的方法与质点 动力学相同，它同样遵循运动的合成与分解、力的独立作用原理、牛顿运动定律、动能 定理、功能原理等力学规律，研究时，主要可以按以下两条线索展开 (1)力和运动的关系牛顿第二定律 做好受力分析，根据带电粒子受到的电场力，用牛顿第二定律找出加速度，结合运动学 公式确定带电粒子的速度、位移等这条线索通常适用于恒力作用下做匀变速运动的情 况 (2)功和能的关系动能定理 做好受力情况和运动情况的分析，根据电场力对带电粒子所做的功，引起带电粒子的能 量发生变化，利用动能定理或全过程中能量的转化，研究带电粒子的速度变化、经过的 位移等，这条线索同样也适
9、用于非匀强电场 【例 3】 如图 3 甲所示，在平行金属板 M、N 间加有如图乙所示的电压当 t=0 时，一 个电子从靠近 N 板处由静止开始运动，经 1.010-3s 到达两板正中间的 P 点，那么在 3.010-3s 这一时刻， 电子所在的位置和速度大小为( ) A到达 M 板，速度为零B到达 P 点，速度为零 C到达 N 板，速度为零 D到达 P 点，速度不为零 图 3解析 在 1.010-3s 的时间里，电子做初速度为零的匀加速直线运动，当 t=1.010-3s 时电 子达到 P 点，之后板间电压反向，两极板间的电场强度大小不变，方向和原来相反，电子 开始做匀减速直线运动，由于加速度的
10、大小不变，当 t=2.010-3s 时电子达到 M 板处，且速 度减为零随后电子将反向做加速运动，当 t=3.010-3s 时电子又回到 P 点，且速度大小与 第一次经过 P 点时相等，而方向相反故正确选项为 D. 答案 D 变式训练 3 如图 4 所示，水平地面上方分布着水平向右的匀强电场一“L”形的绝缘硬 质管竖直固定在匀强电场中管的水平部分长为 l1=0.2 m离水平地面的距离为 h=5.0 m竖直部分长为 l2=0.1 m一带正电的小球从管的上端口 A 由静止释放，小球与管间 摩擦不计且小球通过管的弯曲部分(长度极短可不计)时没有能量损失，小球在电场中受 到电场力大小为重力的一半求：
11、(1)小球运动到管口 B 时的速度大小； (2)小球着地点与管的下端口 B 的水平距离(g=10 m/s2)图 4 答案 (1)2.0 m/s (2)4.5 m 解析 (1)小球从 A 运动到 B 的过程中，对小球根据动能定理有：mv -0=mgl2+F电l1 122 BF电= G= mg. 1212解得：vB=gl1 + 2l2 代入数据可得：vB=2.0 m/s (2)小球离开 B 点后，设水平方向的加速度为 a，在空中运动的时间为 t.水平方向有：a= g2x=vBt+ at2 12竖直方向有：h= gt2 12 由式，并代入数据可得：x=4. 5 m. 【即学即练】 1使质量相同的一价
12、正离子和二价正离子分别从静止开始经相同电压 U 加速后，离子 速度较大的是( ) A一价正离子 B二价正离子 C两者速度相同 D无法判断 答案 B解析 由 qU= mv 可得选项 B 正确122 0 2. A、B 是一条电场线上的两个点，一带负电的微粒仅在电场力作用下以一定初速度从A 点沿电场线运动到 B 点，其速度时间图象如图 5 所示则这一电场可能是( )答案 A 图 5 解析 由 v-t 图可知，微粒的速度减小，加速度增大，可知微粒所受电场力方向由 B 指向 A，从 A 到 B 运动过程中电场力大小逐渐变大，结合粒子带负电，可以判断电场线方向由 A 指向 B，且越来越密，A 对，B、C、
13、D 错 3. 图 6 中 A、B 都是装在绝缘柄上的导体，A 带正电荷后靠近 B 发生静电感应，若取地 球电势为零，B 和地接触后( )图 6 A导体 B 上任意一点电势都为零来源:学#科#网 B导体 B 上任意一点电势都为正 C导体 B 上任意一点电势都为负 D导体 B 上右边电势为正，左边电势为负 答案 A 解析 导体 B 与大地相连，共同处于正电荷 A 的电场中，B 与大地为等势体，由于取地球 电势为零，故 B 的任一点电势都为零，A 项正确 4. 空间存在竖直向上的匀强电场，质量为 m 的带正电的微粒水平射入电场中，微粒的 运动轨迹如图 7 所示，在相等的时间间隔内( ) 图 7 A重
14、力做的功相等 B电场力做的功相等 C电场力做的功大于重力做的功 D电场力做的功小于重力做的功 答案 C 解析 由题意可知，微粒在竖直方向上做匀变速运动，在相等时间间隔内，位移不等， A、B 错；由轨迹可知，微粒所受合外力向上，电场力大于重力在同一时间间隔内电场力 做的功大于重力做的功，C 对，D 错 5. 已知四个点电荷 q、q、q、q 分别分布于边长为 a 的正方形的四个顶点 A、B、C、D 处，如图 8 所示，则正方形中心处的场强大小为( )图 8 A. B03kq2a2C4 D.kqa25kq2a2 答案 C 解析 几个点电荷同时存在时，电场中任一点的场强等于这几个点电荷各自在该点产生 的电场强度的矢量和，B、D 各自在正方形中心产生的场强等大反向，合场强为零，A、C两点的电荷在正方形中心的场强均为 E=，方向相同，合场强 E总=2E=4，故kq22a22kqa2kqa2 C 对，A、B、D 错 6在场强 E=1.0102 V/m 的匀强电场中，有相距 d=2.010-2 m 的 a、b 两点，则 a、b 两 点间的电势差可能为( )来源:高.考.资.源.网 A1.0 V B2.0 V C3.0 V D4.0 V 答案 AB
