(新高考)高考物理一轮复习教案第7章第1讲《电场力的性质》(含详解)

考情分析 高考对本章的考查频率较高，考查的题型有选择题和计算题等，考查的难度中等。 重要考点 1.物质的电结构、电荷守恒(Ⅰ) 2．静电现象的解释(Ⅰ) 3．点电荷(Ⅰ) 4．库仑定律(Ⅱ) 5．静电场(Ⅰ) 6．电场强度、点电荷的场强(Ⅱ) 7．电场线(Ⅰ) 8．电势能、电势(Ⅰ) 9．电势差(Ⅱ) 10．匀强电场中电势差与电场强度的关系(Ⅱ) 11．带电粒子在匀强电场中的运动(Ⅱ) 12．示波管(Ⅰ) 13．常见电容器(Ⅰ) 14．电容器的电压、电荷量和电容的关系(Ⅰ) 考点解读 1.多个电荷间的库仑力的平衡和电场强度叠加问题。 2．利用电场线和等势面确定电场强度的大小和方向，判断电势高低、静电力变化、静电力做功和电势能的变化等。 3．带电体在匀强电场中的平衡问题及变速运动的动力学问题。 4．对平行板电容器电容决定因素的理解，解决两类动态变化的问题。 5．分析带电粒子在电场中的加速运动和偏转运动问题。 6．示波管、静电除尘等在日常生活和科学技术中的应用。 第1讲　电场力的性质 知识点　　电荷守恒　点电荷　Ⅰ 库仑定律　Ⅱ1.元电荷、点电荷 (1)元电荷：e＝1.6×10－19 C，最小的电荷量，所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍，其中质子、正电子的电荷量与元电荷相同。电子的电荷量q＝－1.6×10－19 C。 (2)点电荷：当带电体之间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体可以看作带电的点，叫作点电荷。点电荷是一种理想化模型。 (3)比荷：带电粒子的电荷量与其质量之比。 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)更普遍的表述：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。 (3)起电方法：摩擦起电、感应起电、接触起电。 (4)带电实质：物体带电的实质是得失电子。 (5)电荷的分配原则：两个形状、大小等完全相同的导体，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，则电荷先中和，余下的电荷再平分。 3．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：F＝k，式中k＝9.0×109 N·m2/C2，叫作静电力常量。 (3)库仑力的方向 由相互作用的两个带电体决定，且同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。 (4)适用条件：真空中静止的点电荷。 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当两个带电体的间距远大于本身的大小时，可以把带电体看成点电荷。 ③两个带电体间的距离r→0时，不能再视为点电荷，也不遵循库仑定律，它们之间的库仑力不能认为趋于无穷大。 知识点　　静电场　Ⅰ 电场强度、点电荷的电场　Ⅱ1.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：在电场的不同位置，试探电荷所受的静电力与它的电荷量之比一般不同，它反映了电场在各点的性质，叫作电场强度。 (2)定义式：E＝，该式适用于一切电场。 (3)单位：N/C或V/m。 (4)矢量性：物理学中规定，电场中某点的电场强度的方向与正电荷在该点所受的静电力的方向相同。 3．点电荷的电场 (1)公式：在场源点电荷Q形成的电场中，与Q相距r处的电场强度E＝k。 (2)适用条件：真空中静止的点电荷形成的电场。 4．电场强度的叠加 如果场源是多个点电荷，则电场中某点的电场强度等于各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和，遵从平行四边形定则。 5．匀强电场：如果电场中各点的电场强度的大小相等、方向相同，这个电场叫作匀强电场。 知识点　　电场线　Ⅰ 1．定义：为了形象地了解和描述电场中各点电场强度的大小和方向，而画在电场中的一条条有方向的曲线。电场线是假想的曲线，实际不存在。 2．电场线的特点 (1)电场线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向。 (2)电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷。 (3)电场线在电场中不相交、不闭合、不中断。 (4)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。 (5)沿电场线的方向电势逐渐降低。 (6)电场线和等势面在相交处垂直。 3．几种典型电场的电场线 如图所示是几种典型电场的电场线分布图。 一 堵点疏通 1．质子的电荷量为一个元电荷，但电子、质子是实实在在的粒子，不是元电荷。(　　) 2．相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相同，它们之间的库仑力大小一定相等。(　　) 3．根据F＝k，当r→0时，F→∞。(　　) 4．E＝是电场强度的定义式，可知电场强度与静电力成正比。(　　) 5．电场中某点的电场强度方向即为试探电荷在该点所受的静电力的方向。(　　) 6．在点电荷产生的电场中，以点电荷为球心的同一球面上各点的电场强度都相同。(　　) 7．电场线的方向即为带电粒子的运动方向。(　　) 答案　1.√　2.√　3.×　4.×　5.×　6.×　7.× 二 对点激活 1. (人教版必修第三册·P3·实验改编)(多选)如图所示，A、B为相互接触并用绝缘支柱支持的金属导体，起初都不带电，在它们的下部贴有金属箔片，C是带正电的小球，下列说法正确的是(　　) A．把C移近导体A时，A、B上的金属箔片都张开 B．把C移近导体A，再把A、B分开，然后移去C，A、B上的金属箔片仍张开 C．把C移近导体A，先把C移走，再把A、B分开，A、B上的金属箔片仍张开 D．把C移近导体A，先把A、B分开，再把C移走，然后重新让A、B接触，A上的金属箔片张开，而B上的金属箔片闭合 答案　AB 解析　虽然A、B起初都不带电，但带正电的小球C对A、B内的电荷有力的作用，使A、B中的自由电子向左移动，使得A端积累了负电荷，B端积累了正电荷，其下部的金属箔片因为接触带电，也分别带上了与A、B相同的电荷，所以金属箔片都张开，A正确；带正电的小球C只要一直在A、B附近，A、B上的电荷就因受C的作用力而使A、B带等量的异种感应电荷，把A、B分开，因A、B已经绝缘，此时即使再移走C，A、B所带电荷量也不变，金属箔片仍张开，B正确；但如果先移走C，A、B上的感应电荷会马上中和，不再带电，所以金属箔片都不会张开，C错误；先把A、B分开，再移走C，A、B仍然带电，但重新让A、B接触后，A、B上的感应电荷完全中和，金属箔片都不会张开，D错误。 2．(人教版必修第三册·P10·T3改编)真空中两个相同的带等量异种电荷的金属小球A和B(均可看作点电荷)，分别固定在两处，两球间静电力大小为F。现用一个不带电的同样的金属小球C先与A接触，再与B接触，然后移开C，再将A、B间距离增大为原来的2倍，则A、B间的静电力大小为(　　) A．. B． C． D． 答案　B 解析　设A、B原来所带电荷量分别为＋Q、－Q，A、B间静电力大小F＝，将不带电的同样的金属球C先与A接触，再与B接触后，A所带电荷量变为＋，B所带电荷量变为－，再将A、B间距离增大为原来的2倍，A、B间静电力大小F′＝＝，故F′＝F，故B正确。 3. (人教版必修第三册·P17·T5改编)如图所示为某区域的电场线分布，下列说法正确的是(　　) A．这个电场可能是正点电荷形成的 B．D处的电场强度为零，因为那里没有电场线 C．点电荷q在A点所受的静电力比在B点所受静电力小 D．负电荷在C点受到的静电力方向沿C点切线方向 答案　C 解析　正点电荷的电场线是从正点电荷出发的直线，故A错误；电场线是为了更形象地描述电场而人为画出的，没有电场线的地方，电场强度不一定为零，故B错误；由图知B点处电场线比A点处电场线密集，故EB>EA，所以点电荷q在A处所受的静电力小于在B处所受的静电力，C正确；负电荷在C点所受静电力方向与C点切线方向相反，故D错误。 4. (人教版必修第三册·P17·T6)用一条绝缘轻绳悬挂一个带电小球，小球质量为1.0×10－2 kg，所带电荷量为＋2.0×10－8 C。现加水平方向的匀强电场，平衡时绝缘绳与竖直方向夹角为30°(如图所示)。求匀强电场的电场强度(g＝10 m/s2)。 答案　2.9×106 N/C 解析　小球受到重力mg、静电力F、轻绳拉力FT的作用处于平衡状态，它的受力情况如图所示，则 ＝＝tan30° E＝tan30°＝× N/C ≈2.9×106 N/C。 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 考点1　　库仑定律的理解与应用 1.对库仑定律的理解 (1)F＝k，r指两点电荷间的距离。对可视为点电荷的两个均匀带电球，r为两球的球心间距。 (2)当两个电荷间的距离r→0时，电荷不能再视为点电荷，它们之间的静电力不能认为趋于无穷大。 2．库仑力具有力的共性 (1)两个点电荷之间相互作用的库仑力遵从牛顿第三定律。 (2)库仑力可使带电体产生加速度。 (3)库仑力可以和其他力平衡。 (4)某个点电荷同时受几个点电荷的作用时，要用平行四边形定则求合力。 例1　两个半径均为r的相同金属球，球心相距3r，分别带有电荷量－2Q和＋4Q，它们之间库仑力的大小为F，现将两球接触后再放回原处，两小球间距离保持不变，则两小球间库仑力的大小(　　) A．等于F B．小于F C．大于F D．无法确定 (1)这两个球能不能看成点电荷？ 提示：不能。 (2)接触以后电荷如何分布？ 提示：接触以后两球均带正电，电荷因排斥力分布在两球的远端。 尝试解答　选B。 两金属球相距较近且开始时带异种电荷，电荷因吸引靠近，则原来两球间库仑力F>k；两球接触后，两球均带正电，电荷量均为Q，电荷因排斥远离，所以接触后两球间的库仑力F′k。 (4)不能根据公式错误地认为r→0时，库仑力F→∞，因为当r→0时，两个带电体已不能看作点电荷了。 [变式1]　 (2020·湖南省永州市高三下高考培优信息卷)如图所示，在边长为l的正方形的每个顶点都放置一个点电荷，其中a和b的电荷量为＋q，c和d的电荷量为－q，则a电荷受到的其他三个电荷的静电力的合力大小是(　　) A．0 B． C． D． 答案　D 解析　根据库仑定律，c电荷对a的库仑引力大小为：Fc＝，b、d电荷对a的库仑力大小均为：Fb＝Fd＝k，且b对a的库仑力是斥力，d对a的库仑力是引力；根据平行四边形定则，a电荷所受的静电力的合力大小为：F＝＝，故A、B、C错误，D正确。 考点2　　库仑力作用下的平衡问题 1.四步解决库仑力作用的平衡问题 2．三个自由点电荷的平衡条件及规律 (1)平衡条件：每个点电荷受另外两个点电荷的合力为零，或每个点电荷处于另外两个点电荷产生的电场中合场强为零的位置。 (2)平衡规律。 例2　(2020·天津市南开中学高三下5月模拟)如图所示，用两根长度均为l的绝缘轻绳将带正电的小球悬挂在水平的天花板下，小球的质量为m，轻绳与天花板的夹角均为θ，小球正下方距离也为l的A处一绝缘支架上同样有一个带电小球，此时轻绳的张力均为0，现在将支架水平向右移动