高考物理一轮复习 第六章 静电场-人教版高三物理试题

第六章 静电场必须掌握的概念、规律或公式必须了解的4个关键点必须明确的4个易错易误点1.7个重要概念：电场强度、电势、电势差、电势能、电场线、等势面、电容2.1个重要规律：库仑定律1.电场线与电势降落关系2.电场力做功与电势能变化关系3.几种典型的电场线与等势面分布：点电荷、等量同种、异种点电荷、匀强电场1.有关电场的一些基本概念及其相互关系的理解2.电场线、运动轨迹与电势、电势能变化的综合问题3.6个重要公式：EEkUABEC4.力电综合问题的分析思路.3.平行板电容器及其动态变化问题4.电场中的平衡、加速等综合问题.第1节电场力的性质 真题回放1(多选)(2014·新课标全国卷)关于静电场的电场强度和电势，下列说法正确的是()A电场强度的方向处处与等电势面垂直B电场强度为零的地方，电势也为零C随着电场强度的大小逐渐减小，电势也逐渐降低D任一点的电场强度总是指向该点电势降落最快的方向【解析】根据电场强度与电势的关系解题电场线(电场强度)的方向总是与等电势面垂直，选项A正确电场强度和电势是两个不同的物理量，电场强度等于零的地方，电势不一定等于零，选项B错误沿着电场线方向，电势不断降落，电势的高低与电场强度的大小无必然关系，选项C错误电场线(电场强度)的方向总是从高的等电势面指向低的等电势面，而且是电势降落最快的方向，选项D正确【答案】AD2(2013·新课标全国卷)如图6­1­1，在光滑绝缘水平面上，三个带电小球a、b和c分别位于边长为l的正三角形的三个顶点上；a、b带正电，电荷量均为q，c带负电整个系统置于方向水平的匀强电场中已知静电力常量为k.若三个小球均处于静止状态，则匀强电场场强的大小为()图6­1­1A.B.C.D.【解析】各小球都在力的作用下处于静止状态，分别对各小球受力分析，列平衡方程可求解以c球为研究对象，除受另外a、b两个小球的库仑力外还受匀强电场的静电力，如图所示，c球处于平衡状态，据共点力平衡条件可知F静2kcos 30°，F静Eqc，解得E，选项B正确【答案】B3(2013·新课标全国)如图6­1­2，一半径为R的圆盘上均匀分布着电荷量为Q的电荷，在垂直于圆盘且过圆心c的轴线上有a、b、d三个点，a和b、b和c、c和d间的距离均为R，在a点处有一电荷量为q(q>0)的固定点电荷已知b点处的场强为零，则d点处场强的大小为(k为静电力常量)()图6­1­2AkB.kCkD.k【解析】本题应从点电荷产生的电场和电场的叠加角度解决问题已知a处点电荷和带电圆盘均在b处产生电场，且b处场强为零，所以带电圆盘在b处产生的电场场强E1与q在b处产生的电场场强Eab等大反向，即E1Eab，带电圆盘在d处产生的电场场强E2E1且方向与E1相反，q在d处产生的电场场强Ead，则d处场强EdE2Eadk，选项B正确【答案】B考向分析1.考纲展示(1)物质的电结构、电荷守恒、点电荷(2)静电现象的解释(3)库仑定律(4)静电场(5)电场强度、点电荷的场强(6)电场线2.命题趋势该节考点是高中物理重要内容，是高考热点涉及库仑定律的应用，静电现象的解释、静电场、场强，电场线，出题形式可以是选择题，单独考查也可能是计算题，综合考查3.选材特点考查相关知识点的理解应用为主，有时会结合生活中的静电现象为背景，考查综合应用能力.考点一 对库仑定律的理解和应用1.适用条件：仅适用于真空中的两个点电荷间的相互作用虽然从数学角度讲由r0能得出F的结论，但从物理学的角度分析，这一结论是错误的，因为r0时，两电荷已不能再看作点电荷了2库仑力的大小计算：计算库仑力可以直接运用公式，将电荷量的绝对值代入公式，根据同种电荷相斥，异种电荷相吸来判断作用力F是引力还是斥力；也可将电荷量带正、负号一起运算，根据结果的正负，来判断作用力是引力还是斥力3综合应用：库仑力参与的受力分析与我们在前面学习的受力分析思路和方法相同，应用时要注意结合库仑力的特点进行受力分析两个电荷间的平衡问题可以应用共点力平衡的所有规律进行分析和讨论库仑力作用下的动力学问题类型特征与牛顿运动定律中的题型相同【例1】(多选)(2014·浙江高考)如图6­1­3所示，水平地面上固定一个光滑绝缘斜面，斜面与水平面的夹角为.一根轻质绝缘细线的一端固定在斜面顶端，另一端系有一个带电小球A，细线与斜面平行小球A的质量为m、电量为q.小球A的右侧固定放置带等量同种电荷的小球B，两球心的高度相同、间距为d.静电力常量为k，重力加速度为g，两带电小球可视为点电荷小球A静止在斜面上，则()图6­1­3A小球A与B之间库仑力的大小为B当时，细线上的拉力为0C当时，细线上的拉力为0D当时，斜面对小球A的支持力为0【思维模板】问1：A球受几个力？提示：4个问2：绳力为零的条件是什么？提示：其余3个力平衡问3：斜面对球的支持力可能为零吗？提示：不可能因为其余力不能平衡【解析】根据库仑定律、物体的平衡条件解决问题根据库仑定律，A、B球间的库仑力F库k，选项A正确小球A受竖直向下的重力mg，水平向左的库仑力F库，由平衡条件知，当斜面对小球的支持力FN的大小等于重力与库仑力的合力大小时，细线上的拉力等于零，如图所示，则tan ，所以，选项C正确，选项B错误；斜面对小球的支持力FN始终不会等于零，选项D错误【答案】AC【反思总结】处理点电荷的平衡问题及动力学问题的方法(1)确定研究对象如果有几个物体相互作用时，要依据题意，适当选取“整体法”或“隔离法”(2)对研究对象进行受力分析，多了库仑力(F)(3)列平衡方程(F合0或Fx0，Fy0)突破训练1如图6­1­4所示，悬挂在O点的一根不可伸长的绝缘细线下端有一个带电荷量不变的小球A.在两次实验中，均缓慢移动另一带同种电荷的小球B.当B到达悬点O的正下方并与A在同一水平线上，A处于受力平衡时，悬线偏离竖直方向的角度为，若两次实验中B的电荷量分别为q1和q2，分别为30°和45°，则为()图6­1­4A2B3C2D.3【解析】对A受力分析如图所示，由库仑定律得Fk；又rlsin ，FGtan 由以上各式可解得qB，因G、l、qA、k不变，则2，故C正确【答案】C考点二 电场强度的计算与叠加1.场强公式三个公式2电场的叠加(1)电场叠加：多个电荷在空间某处产生的电场为各电荷在该处所产生的电场场强的矢量和(2)分析步骤确定分析计算的空间位置分析该处有几个分电场，先计算出各个分电场在该点的电场强度的大小和方向依次利用平行四边形定则求出矢量和【例2】(2014·福建高考)如图6­1­5，真空中xOy平面直角坐标系上的ABC三点构成等边三角形，边长L2.0 m若将电荷量均为q2.0×106 C的两点电荷分别固定在A、B点，已知静电力常量k9.0×109 N·m2/C2，求：图6­1­5(1)两点电荷间的库仑力大小；(2)C点的电场强度的大小和方向【解析】根据库仑定律、点电荷的场强公式结合平行四边形定则求解(1)根据库仑定律，A、B两点电荷间的库仑力大小为Fk代入数据得F9.0×103N(2)A、B点电荷在C点产生的场强大小相等，均为E1kA、B两点电荷形成的电场在C点的合场强大小为E2E1 cos 30°由式并代入数据得E7.8×103 N/C场强E的方向沿y轴正向【答案】(1)9.0×103N(2)7.8×103 N/C方向沿y轴正向突破训练2如图6­1­6所示，A、B、C、D、E是半径为r的圆周上等间距的五个点，在这些点上各固定一个点电荷，除A点处的电荷量为q外，其余各点处的电荷量均为q，则圆心O处()图6­1­6A场强大小为，方向沿OA方向B场强大小为，方向沿AO方向C场强大小为，方向沿OA方向D场强大小为，方向沿AO方向【解析】根据对称性，先假定在A点放上q的点电荷，则O点的场强为零，即B、C、D、E四个点电荷在O点的场强方向沿OA向上，大小为.故O点的合场强为A点q在O点产生的场强与B、C、D、E四个q在O点产生的合场强的矢量和，即EOEAE，所以答案为C项【答案】C考点三 对电场线的理解和应用1.电场线的作用(1)表示场强的方向电场线上每一点的切线方向和该点的场强方向一致(2)比较场强的大小电场线的疏密程度反映了场强的大小即电场的强弱同一幅图中，电场线越密的地方场强越强，电场线越疏的地方场强越弱(3)判断电势的高低在静电场中，顺着电场线的方向电势越来越低2等量点电荷的电场线比较比较等量异种点电荷等量同种点电荷电场线分布图连线中点O点的场强最小，指向负电荷一方为零连线上的场强大小沿连线先变小，再变大沿连线先变小，再变大沿中垂线由O点向外场强大小O点最大，向外逐渐减小O点最小，向外先变大后变小关于O点对称的A与A、B与B的场强等大同向等大反向【例3】(多选)考向：场强分布特点如图6­1­7所示，在两等量异种点电荷的电场中，MN为两电荷连线的中垂线，a、b、c三点所在直线平行于两电荷的连线，且a和c关于MN对称、b点位于MN上，d点位于两电荷的连线上以下判断正确的是()图6­1­7Ab点场强大于d点场强Bb点场强小于d点场强Ca、b两点间的电势差等于b、c两点间的电势差D试探电荷q在a点的电势能小于在c点的电势能【解析】利用等量异种电荷的电场线分布特点，知两点电荷连线上的中点O是连线上场强最小的点，即Ed>EO，同时，对中垂线MN而言，中点O又是中垂线上场强最大的点，即EO>Eb，综上可知，Ed>Eb，A错误；B正确等量导种点电荷的电场线、等势面均关于中垂线MN对称由题意“a和c关于MN对称”可知，UabUbc，C正确根据电场线的方向可知，a点的电势高于c点的电势，即a>c.结合电势能公式Epq可知，试探电荷q在a点的电势能大于在c点的电势能，D错误【答案】BC【例4】考向：轨迹判断静电除尘器是目前普遍采用的一种高效除尘器，某除尘器模型的收尘板是很长的条形金属板，图6­1­8中直线ab为该收尘板的横截面工作时收尘板带正电，其左侧的电场线分布如图所示；粉尘带负电，在电场力作用下向收尘板运动，最后落在收尘板上若用粗黑曲线表示原来静止于P点的带电粉尘颗粒的运动轨迹，图6­1­8下列四幅图中可能正确的是(忽略重力和空气阻力)()【解析】因粉尘带负电，故带电粉尘所受电场力的方向与电场线的切线方向相反，轨迹上任何一点的切线方向为运动方向，若粒子做曲线运动，轨迹应出现在速度方向和力的方向所夹的区域内从轨迹找几个点判断一下，只有A项符合，故A项正确【答案】A