(新高考)高三物理一轮复习讲义：第20讲《静电场》(含解析)

第20讲 静电场 知识图谱 电场力的性质 知识精讲 一．起电方式 1．三种起电方法：摩擦起电、接触起电和感应起电； 2．带电本质：各种起电方法都是把正、负电荷分开，使物体得到或者失去电子，而不是创造电荷； 3．中和：是等量异种电荷对外的作用互相抵消，而不是电荷被消灭。 二．电荷守恒定律 1．电荷既不能凭空产生，也不能凭空消失，它们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；在转移或转化的过程中，电荷的总量保持不变； 2．电荷的分配原则：两个形状、大小相同的导体，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，则电荷中和后，余下的电荷再二者平分。 三．库伦定律 1．真空中两个点电荷之间相互作用的电场力，跟它们电荷量的乘积成正比，跟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：；其中为静电力常量，。 四．电场 1．电荷的周围存在着一种特殊的物质，即电场的物质性； 2．基本性质：对放入其中的电荷有力的作用，这种力叫电场力； 3．电荷的相互作用是通过电场发生变化的。 五．电场强度 1．定义：放入电场中的某点的电荷所受的电场力跟该电荷所带电量的比值称为电场强度，简称场强，符号为E； 2．定义式：，单位是，适用于任何电场； 3．特点： （1）E的大小反映了电场中该点的电场强弱； （2）规定正电荷在电场中该点受到的电场力方向为该点场强的方向； （3）适用于任何电场，E与F、q无关，只取决于电场本身。 4．匀强电场：电场中场强大小处处相等，方向处处相同。 六．电场强度的合成 1．场强是矢量，合成与分解遵守平行四边形定则； 2．计算电场中某点场强的方法： （1）分别计算各个电荷单独在该点产生的场强，再用平行四边形定则合成； （2）先求出检验电荷在该点所受的电场力，由定义式求出合场强。 七．电场线 1．为了直观形象地描述电场中各点场强的强弱及方向，在电场中画出一系列曲线叫电场线； 2．特点： （1）电场线不是真实存在的，是一种假象的曲线； （2）电场线每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致； （3）电场线的疏密表示电场的强弱； （4）在静电场中，电场线起始于正电荷，终止于负电荷，不形成闭合曲线； （5）空间中两条电场线不相交。 三点剖析 课程目标： 1.理解电荷守恒定律和库仑定律的内容 2.理解电场强度的概念，掌握电场强度和电场线的分析 3.熟练电场强度的叠加及计算 电荷守恒定律和库仑定律 例题1、 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不带电的金属导体A和B，它们均放在绝缘支架上，若先将A、B分开，再移走C，则A带________电，B带________电；若先移走C，再把A、B分开，则A、B________。 例题2、 导体A带5q的正电荷，另一完全相同的导体B带q的负电荷，将两导体接触一会儿后再分开，则B导体的带电量为（ ） A.－q B.q C.2q D.4q 例题3、 真空中两个完全相同、带异种电荷的导体小球A和B（视为点电荷），A带电荷量为＋3Q，B带电荷量为－Q，彼此间的引力为F．把两导体小球互相接触后再移回原来各自的位置，这时A和B之间的作用力为F'，则F与F′之比为（ ） A.3︰1 B.9︰1 C.1︰3 D.1︰9 随练1、 在静电感应实验中，取一对用绝缘柱支持的不带电导体A和B，使它们彼此接触，把毛皮摩擦过的橡胶棒C移近导体A．在下列不同操作后判断导体A和B的电性（填“带正电”、“带负电”、“不带电”）． ①把A和B分开，然后移去C，此时A__________，B__________； ②先移去C，然后把A和B分开，此时A__________，B__________； ③用手摸一下A，把A和B分开，然后移去C，此时A__________，B__________． 随练2、 如图所示，被绝缘杆支撑的导体A带正电，当带负电的导体B靠近A时，A带的（ ） A.正电荷增加 B.负电荷增加 C.电荷数不变 D.正、负电荷均增加 随练3、 真空中两个静止点电荷间的静电力大小为F．若电荷电量不变，两点电荷间的距离减小到原来的，则两点电荷间的静电力大小为(　　) A. B. C.4F D.2F 库仑力作用下的平衡问题 例题1、 两个可自由移动的点电荷分别放在A、B两处，如图所示，A处的电荷带正电Q1，B处的电荷带负电Q2，且Q2＝4Q1，现另取一个可以自由移动的点电荷Q3，放在过AB的直线上，并使整个系统处于平衡状态，则(　　) A.Q3为负电荷，且位于A的左方 B.Q3为负电荷，且位于B的右方 C.Q3为正电荷，且位于AB之间 D.Q3为正电荷，且位于B的右方 例题2、 如图，质量为m的带电小球A用长L的绝缘细线悬挂于O点，带电小球B固定在O点正下方绝缘柱上。其中O点与小球B的间距为L，当小球A静止时，细线与竖直方向的夹角θ＝30°。A、B间库仑力大小为___________。其他条件不变，改变B球的电荷量，当小球A再次平衡且细线与竖直方向的夹角θ＝90°时，B球现在的电荷量与原电荷量之比为___________。（重力加速度为g） 随练1、 两条不等长的细丝线拴在同一点，另一端分别栓两个带同种电荷的小球，电荷量分别是q1和q2，质量分别是m1和m2，当两小球位于同一水平面上时恰好静止，细线与竖直方向的夹角分别为α和β．下列说法中正确的是（ ） A. B. C. D. 随练2、 (多选)如图所示，用两根长度相同的绝缘细线把一个质量为0.1 kg的小球A悬挂在水平板的M、N两点，A上带有Q＝3.0×10﹣6 C的正电荷，两线夹角为120°，两线上的拉力大小分别为F1和F2，A的正下方0.3m处放有一带等量异种电荷的小球B，B与绝缘支架的总质量为0.2 kg(重力加速度取g＝10 m/s2；静电力常量k＝9.0×109 N•m2/C2，A、B球可视为点电荷)，则(　　) A.支架对地面的压力大小为2.0 N B.两线上的拉力大小F1＝F2＝1.9 N C.将B水平右移，使M、A、B在同一直线上，此时两线上的拉力大小F1＝1.225 N，F2＝1.0 N D.将B移到无穷远处，两线上的拉力大小F1＝F2＝0.866 N 电场强度和电场线的理解及应用 例题1、 关于电场强度的概念，以下叙述正确的是(　　) A.电场强度的方向总跟电场力的方向一致 B.负电荷在电场中某点受到电场力的方向跟该点的电场强度的方向相反 C.电荷在电场中某点受到的电场力越大，该点的电场强度就越大 D.在电场中某点不放电荷，该点电场强度一定为零 例题2、 在同一电场中的A、B、C三点分别引入检验电荷时，测得的检验电荷的电荷量和它所受电场力的函数图象如图所示，则此三点的场强大小EA、EB、EC的关系是（ ） A.EA＞EB＞EC B.EB＞EA＞EC C.EC＞EA＞EB D.EA＞EC＞EB 例题3、 一负电荷从电场中A点由静止释放，只受电场力作用，沿电场线运动到B点，它运动的v﹣t图像如图所示，则A、B两点所在区域的电场线分布情况可能是（　　） A. B. C. D. 随练1、[多选题] 如图甲中的A B是一个点电荷电场中的电场线，图乙则是放在电场线上a、b处的试探电荷的电荷量与所受电场力数量间的函数图象，由此可判定（ ） A.若场源是正电荷，位于A侧 B.若场源是正电荷，位于B侧 C.若场源是负电荷，位于A侧 D.若场源是负电荷，位于B侧 随练2、 如图关于a、b两点的电场强度的大小及方向，下列表述正确的是（　　） A.Ea＞Eb方向相同 B.Ea＞Eb方向不同 C.Ea＜Eb方向相同 D.Ea＜Eb方向不同 随练3、 图甲中，MN为很大的薄金属板（可理解为无限大），金属板原来不带电.在金属板的右侧，距离金属板为d的位置上放入一个电荷量为＋q的点电荷，由于静电感应产生了如图甲所示的电场分布。P是点电荷右侧、与点电荷之间的距离也为d的一个点，几位同学想求出P点的电场强度大小，但发现问题很难.几位同学经过仔细研究，从图乙所示的电场得到了一些启示，经过查阅资料他们知道：图甲所示的电场分布与图乙中虚线右侧的电场分布是一样的。图乙中两异号点电荷的电荷量的大小均为q，它们之间的距离为2d，虚线是两点电荷连线的中垂线，由此他们求出了P点的电场强度大小一共有以下四个不同的答案（答案中k为静电力常量），其中正确的是（ ） A. B. C. D. 电场强度的叠加与计算 例题1、 如图所示，M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三点，O点为半圆弧的圆心，∠MOP＝60°．电荷量相等、符号相反的两个点电荷分别置于M、N两点，这时O点电场强度的大小为E1；若将N点处的点电荷移至P点，则O点的场强大小变为E2，E1与E2之比为（ ） A.2︰1 B.1︰2 C.2︰ D.4︰ 例题2、 理论上已经证明：电荷均匀分布的球壳在壳内产生的电场为零．现有一半径为R、电荷均匀分布的实心球体，O为球心，以O为原点建立坐标轴Ox，如图所示．关于该带电小球产生的电场E随x的变化关系，下图中正确的是(　　) A. B. C. D. 例题3、 如图所示，一半圆形球壳，上面均匀地分布着电量为Q的正电荷，球壳的半径为R，O为球壳的圆心，MN为半球壳的对称轴，球壳上电荷在对称轴上距O点2R处A点产生的场强大小为E，则将半球壳绕过O点的竖直轴转动180°后A点的场强大小为（ ） A. B. C. D. 随练1、 如图所示，＋Q1、－Q2是两个点电荷，P是这两个点电荷连线中垂线上的一点。图中所画P点的电场强度方向可能正确的是(　　) A. B. C. D. 随练2、 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上均匀分布正电荷，总电荷量为q，球面半径为R，CD为通过半球顶点与球心O的直线，在直线上有M、N两点，OM＝ON＝2R，已知M点的场强大小为E，则N点的场强大小为（ ） A. B. C. D. 电场能的性质 知识精讲 一．静电力做功的特点 1．特点：静电力做的功，只与始末两点的位置有关，而与电荷的运动路径无关； 2．计算方法： （1）W=qEd，只适用于匀强电场，其中d为沿电场方向的距离； （2）WAB=qUAB，适用于任何电场。 二．电势能 1．由于移动电荷时静电力做功与电荷运动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能我们叫做电势能，电势能用表示； 2．严格来说，电势能是蕴含在场点电荷与场源电荷之间的电场中，是为两者所共有的．当电场力做正功时，电场释放能量，电势能减少，转变为其它形式的能量；当电场力做负功时，电场储存能量，电势能增加，消耗了其它形式的能量．这里，功是能量转化的量度：，在电场力做功与路径无关的前提下，电势能就从能量的转化与守恒角度被抽象出来了； 3．正负电荷电势能的变化情况 （1）正电荷从A运动到B做正功，即有，则>，电势能减少．结论：正电荷顺着电场线的方向其电势能逐渐减少． （2）负电荷从A运动到B做负功，即有，则<，电势能增加．结论：负电荷顺着电场线的方向其电势能逐渐增加． 4．势能零点的选择 通常把电荷离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上的电势能规定为零；求电荷在电场中A、B两点具有的电势能高低：将电荷由A点移动到B点，根据静电力做功情况判断．若静电力做功为正功，电势能减少，电荷在A点电势能大于在B点的电势能。