自主招生同步课程最高三物理第8讲 静电场(教案) ---精校解析Word版
16页1、第8讲 静电场适用学科物理适用年级高三适用区域全国课时时长(分钟)120知识点1:均匀带点球壳内外的电场2:场强叠加和电势叠加3:电场中的能量守恒教学目标1:了解静电场的考查特点2:掌握基本知识和解题方法。3:学会场强叠加和电势叠加教学重点1:均匀带点球壳内外的电场2:场强叠加和电势叠加教学难点1:均匀带点球壳内外的电场2:电场中的能量守恒【重点知识精讲和知识拓展】1均匀带电球壳内外的电场(1)均匀带电球壳内部的场强处处为零。(2)均匀带电球壳外任意一点的场强公式为: 。式中r是壳外任意一点到球心距离,Q为球壳带的总电量。2计算电势的公式(1)点电荷电场的电势若取无穷远处(r =)的电势为零,则:=k。式中Q为场源电荷的电量,r为场点到场源点电荷的距离。(2)半径为R、电量为Q的均匀带电球面的在距球心r处的电势 =k, (rR), =k(rR)3场强叠加和电势叠加(1)电场强度是电场中空间位置的矢量函数。电场强度是矢量,场强叠加需要按照矢量运算的平行四边形定则进行。在进行场强叠加时要充分利用对称性,可减小计算量。(2)电势是电场中空间位置的标量函数。电势是标量,电势叠加按照标量运算的代
2、数法进行。若场源是由若干个点电荷所组成的电荷体系,则它们的合电势为各个点电荷单独存在时电势的代数和。4.电势随空间分布图象所谓-x图象是指静电场中电势随x变化情况图象。由E=U/d可知,-x图象斜率大小表示电场强度沿x轴方向分量的大小。根据-x图象斜率大小表示电场强度沿x轴方向分量的大小判断电场强度(或电场强度分量)的大小。若图象某段平行x轴,表明电势在该段不随x变化,电场强度沿x轴方向分量为零,空间各点场强与x轴垂直。5、电场中的能量守恒。力学中,在只有重力做功的情形下,物体的动能和重力势能相互转化,动能和重力势能之和保持不变,称为机械能守恒定律。在电学中,类似有:在只有电场力做功的情形下,物体的动能和电势能相互转化,动能和电势能之和保持不变;在只有电场力和重力做功的情形下,物体的动能、重力势能和电势能相互转化,动能、重力势能和电势能之和保持不变。我们可以称为电场中的能量守恒定律。6电容器(1)电容器的电容充满均匀电介质的平行板电容器的电容 或。推论:。平行板电容器中中插入厚度为d1的金属板 。(2)电容器的联接串联:;并联:。(3)电容器的能量 。典例精析:例1:静电学理论指出,对
3、于真空区域,只要不改变该区域内的电荷分布及区域边界的电势分布,此区域内的电场分布就不会发生改变。试证明:如图所示,在一接地的无限大导体平板上方,与导体板相距h处放置一电荷量Q的点电荷,则导体板对该点电荷Q作用力的大小为F=k。(k为静电力常数)【答案】:见解析【解析】:画出题术电场中的电场线,可以看出,该电场与两个等量异种电荷电场类似,因此可以设想用一点电荷q等量异种电荷-Q放在无限大导体平板下面,且距离无限大导体平板h,然后去掉无限大导体平板。也就是说,用放在无限大导体平板下方,且距离无限大导体平板h的-Q等效替代无限大导体平板,有库仑定律可知,-Q和Q的作用力为F=kQ24h2,即导体板对该点电荷Q作用力的大小为F=kQ24h2例2:在如图所示的竖直平面内,物体A和带正电的物体B用跨过定滑轮的绝缘轻绳连接,分别静止于倾角37的光滑斜面上的M点和粗糙绝缘水平面上,轻绳与对应平面平行。劲度系数k=5N/m的轻弹簧一端固定在O点,一端用另一轻绳穿过固定的光滑小环D与A相连,弹簧处于原长,轻绳恰好拉直,DM垂直于斜面。水平面处于场强E5104N/C、方向水平向右的匀强电场中。已知A、B的质
4、量分别为mA=0.1kg,mB=0.2kg,B所带电荷量q=+410-6C。设两物体均视为质点,不计滑轮质量和摩擦,绳不可伸长,弹簧始终在弹性限度内,B电量不变。取g10m/s2,sin37=0.6,cos37=0.8.(1) 求B所受摩擦力的大小;(2) 现对A施加沿斜面向下的拉力F使A以加速度a=0.6m/s2开始做匀加速直线运动。A从M到N的过程中,B的电势能增加了EP=0.06J。已知DN沿竖直方向,B与水平面间的动摩擦因数为=0.4.求A到达N点时拉力F的瞬时功率 BAEODNM【答案】:见解析【解析】:(1)拉力F作用之前,AB处于静止状态,设绳子张力为FT, B所受摩擦力的大小为f0,由平衡条件得:对A有:mAgsin=FT, 对B有:qE+ f0 = FT 代入数据得 f0 =0.4N (2)物体A由M点到N点的过程中,A、B两物体的位移均为s,A、B间绳子张力为T,有:qEs=Ep, T-mbg-qE=mba, 设A在N点的速度为v受弹簧拉力为F弹,弹簧伸长量为x,有V2=2ax, F弹=Kx F+mAgsin-F弹sin-T=mAa 由几何关系可知x=ssin(1-
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