2026高考物理一轮复习第九章第1讲讲义 电场力的性质.docx
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课标要求】 1.通过实验,了解静电现象能用原子结构模型和电荷守恒的知识分析静电现象2.知道点电荷模型知道两个点电荷间相互作用的规律体会探究库仑定律过程中的科学思想和方法3.知道电场是一种物质了解电场强度,体会用物理量之比定义新物理量的方法会用电场线描述电场4.了解生产生活中关于静电的利用与防护5.知道静电场中的电荷具有电势能了解电势能、电势和电势差的含义知道匀强电场中电势差与电场强度的关系能分析带电粒子在电场中的运动情况,能解释相关的物理现象6.观察常见的电容器,了解电容器的电容,观察电容器的充、放电现象能举例说明电容器的应用考情分析】 电场力的性质2024·河北卷·T7、2024·江苏卷·T1、2024安徽卷·T8、2023·海南卷·T8、2023·山东卷·T11、2023·湖南卷·T5、2023·全国乙卷·T24电场能的性质2024·广东卷·T8、2024·山东卷·T10、2024·全国甲卷·T18、2024·浙江6月选考卷·T12、2024·广西卷·T7、2024·湖南卷·T5、2024·甘肃卷·T9、2024·北京卷·T11、2024·河北卷·T2、2023·广东卷·T9、2023·山东卷·T11、2023·湖北卷·T3、2023·辽宁卷·T9、2023·海南卷·T12、2023·全国乙卷·T19电容器及电容器的充、放电现象2024·浙江6月选考卷·T6、2024·黑吉辽卷·T5、2024·甘肃卷·T7、2024·广西卷·T12、2023·海南卷·T7、2023·山东卷·T14、2023·新课标卷·T22带电粒子在电场中的运动2024·广东卷·T15、2024·河北卷·T13、2023·北京卷·T8、T19、2023·湖北卷·T10、2023·浙江6月选考卷·T12、2023·全国甲卷·T18第1讲 电场力的性质情境导思两个均带正电荷的金属小球Q和q,将它们分别置于相距r=0.3 m的A、B两点,两带电小球均可视为点电荷,如图所示。
已知q=1.6×10-10 C,且q在B点受到的库仑力F=3.2×10-6 N,静电力常量k=9.0×109 N·m2/C21)如何计算A点处的带电小球电量Q?(2)A、B连线中点处的电场强度如何计算?(3)若金属小球Q、q置于光滑绝缘水平面内,平面内再放置一金属小球P,使三个小球均处于静止状态,如何判断P的电性、电荷量及所放位置?* 1.下列说法正确的是( )[A] 电场和电场线一样,是人为设想出来的,实际并不存在[B] 从公式E=Fq来看,电场强度大小E与F成正比,与q成反比[C] 当两个带电体的大小及形状对它们之间的相互作用力的影响可以忽略时,这两个带电体可以看成点电荷[D] 电子就是元电荷【答案】 C2.(多选)某静电场的部分电场线的分布如图所示,下列说法正确的是( )[A] 这个电场可能是负点电荷形成的[B] C点处的电场强度不为零[C] 点电荷q在A点受到的静电力比在B点受到的静电力大[D] 负电荷在B点受到的静电力的方向与电场强度的方向相同【答案】 BC【答案】 1.60×10-19 C 整数 转移 保持不变 摩擦 感应 电子形状 大小 真空 点电荷 正比 反比 kq1q2r2 9.0×109 真空点电荷 Fq N/C kQr2 切线 疏密考点一 库仑定律及其应用1.对库仑定律的理解(1)库仑定律适用于真空中静止点电荷间的相互作用。
2)若是两个均匀带电绝缘球:可将其视为电荷集中在球心的点电荷,r为球心间的距离3)若是两个带电导体球:要考虑表面电荷的重新分布,如图所示①同种电荷:F
[例2] 【库仑力作用下的静态平衡问题】 如图所示,三个带电小球A、B、C分别位于等边三角形的三个顶点且放在光滑绝缘的水平桌面上,空间存在水平且与BC连线垂直的匀强电场,三个小球可看成质点且均静止不动则三个带电小球所带电荷的电性及电荷量的关系是( )[A] A、B带正电,C带负电,A、B、C所带电荷量之比为1∶1∶1[B] A、B带正电,C带负电,A、B、C所带电荷量之比为2∶1∶1[C] A带正电,B、C带负电,A、B、C所带电荷量之比为1∶1∶1[D] A带正电,B、C带负电,A、B、C所带电荷量之比为2∶1∶1【答案】 D【解析】 三个带电小球两两之间存在库仑力,且库仑力的方向一定沿两小球的连线方向假设C球带负电,对C球进行受力分析,可知匀强电场对C球的电场力方向水平向左;要使C球受力平衡,则A球需带正电,B球需带负电,故A、B错误假设A球带正电,则匀强电场对A球的电场力方向水平向右,要使A球受力平衡,则B、C两球需均带负电且两者电荷量相等,分析B、C两球可知系统可处于平衡状态;对B球进行受力分析如图所示,可得kqAqBl2cos 60°=kqCqBl2,可得qA=2qC,因此有qA∶qB∶qC=2∶1∶1,故C错误,D正确。
[例3] 【库仑力作用下的动态平衡问题】 (2024·安徽合肥联考)如图所示,水平天花板下方固定一光滑小定滑轮O,在定滑轮的正下方C处固定一带正电的点电荷,不带电的小球A与带正电的小球B通过跨过定滑轮的绝缘轻绳相连开始时系统在图示位置静止,OB⊥BC若B球所带的电荷量缓慢减少(未减为零),在B球到达O点正下方之前,下列说法正确的是( )[A] A球的质量大于B球的质量[B] 此过程中A球保持静止状态[C] 此过程中点电荷对B球的库仑力逐渐增大[D] 此过程中滑轮受到轻绳的作用力逐渐减小【答案】 B【解析】 开始时对B球受力分析如图所示,由几何关系知mBg>FT,而FT=mAg,则mB>mA,故A错误;假设此过程中A球保持静止状态,由于B球所带的电荷量缓慢减少,B球缓慢下摆,B球受力平衡,根据三角形相似有FTOB=FBC=mBgOC,由于mBg、OB、OC均不变,BC逐渐减小,则轻绳拉力FT不变,假设成立,库仑力F逐渐减小,故B正确,C错误;由于轻绳拉力FT不变,∠AOB逐渐减小,轻绳OA、OB的拉力的合力逐渐增大,即滑轮受到轻绳的作用力逐渐增大,故D错误[例4] 【库仑力作用下的动力学问题】(2024·四川宜宾阶段练习)如图所示,带电小球A和B(可视为点电荷)放在倾角为30°的光滑固定绝缘斜面上,已知A球的质量为m,所带电荷量为+q,B球的质量为2m,所带电荷量为-q。
沿斜面向上的恒力F作用于A球,可使A、B保持间距r不变沿斜面向上做匀加速直线运动,已知重力加速度为g,静电力常量为k,求:(1)加速度a的大小;(2)F的大小答案】 (1)kq22mr2-g2 (2)3kq22r2【解析】 (1)根据库仑定律,两球相互吸引的库仑力F库=kq1q2r2=kq2r2,A球和B球的加速度相同,对B球受力分析,由牛顿第二定律有F库-2mgsin 30°=2ma,解得a=kq22mr2-g22)把A球和B球看成整体,A、B间的库仑力为系统内力,由牛顿第二定律有F-3mgsin 30°=3ma,联立解得F=3kq22r2考点二 对电场强度的理解和计算1.对电场强度的理解(1)电场中某点的电场强度E的大小和方向是唯一的,且只由电场本身决定,与F、q的大小及是否存在试探电荷无关,即不能认为E∝F或E∝1q2)电场强度是矢量,电场中某点的电场强度的方向与正试探电荷在该点所受电场力的方向相同,与负试探电荷在该点所受电场力的方向相反2.电场强度的三个公式的比较三个公式E=Fq(适用于任何电场)E=kQr2(适用于点电荷产生的电场)E=Ud(适用于匀强电场)3.电场强度的叠加(1)叠加原理:空间某点的电场强度等于各个场源电荷单独存在时所激发的电场在该点场强的矢量和,如图所示。
2)复杂带电体产生电场的电场强度的求解①等效法:在保证效果相同的前提下,将复杂的电场情境变换为简单的或熟悉的电场情境例如:一个点电荷+q与一个无限大薄金属板形成的电场,等效为两个等量异种点电荷形成的电场,如图甲、乙所示②对称法:利用空间上对称分布的电荷形成的电场具有对称性的特点,使复杂电场的叠加计算问题简化例如:如图所示,均匀带电的四分之三球壳在O点产生的电场,等效为弧BC产生的电场,弧BC产生的电场强度方向,又等效为弧的中点M在O点产生的电场强度方向③填补法:将有缺口的带电圆环或圆板补全为完整的圆环或圆板,将半球面补全为球面,从而化难为易、事半功倍[例5] 【对电场强度的理解和计算】 (2024·浙江杭州期末)(多选)如图甲所示,在x轴上有一个点电荷Q(图中未画出),O、A、B为轴上三点放在A、B两点的试探电荷受到的静电力与其所带电荷量的关系如图乙所示以x轴的正方向为静电力的正方向,则( )[A] 点电荷Q一定为正电荷[B] 点电荷Q在A、B之间[C] A点的电场强度大小为2×103 N/C[D] 同一电荷在A点受到的电场力比在B点的小【答案】 BC【解析】 由电场强度定义式E=Fq可知,图线斜率绝对值的大小为各点的场强大小,可得EA=2×103 N/C,EB=0.5×103 N/C,同一电荷在A点受到的电场力比在B点的大,C正确,D错误。
图线斜率的正负表示场强方向,可知A、B两点电场强度方向相反,则点电荷Q为负电荷且在A、B之间,B正确,A错误 [例6] 【电场强度的叠加】 如图所示,两个点电荷所带电荷量分别为+Q和-4Q,固定在直角三角形的A、B两点,其中∠ABC=30°若AC长度为d,则C点电场强度大小为( )[A] kQ2d2 [B] kQd2 [C] 3kQd2 [D] 2kQd2【答案】 B【解析】 两个点电荷在C点产生的电场强度方向如图所示,其中正点电荷在C点产生的场强大小为E1=kQd2,负点电荷在C点产生的场强大小为E2=k×4Q(2d)2=kQd2=E1,由于夹角为120°,由平行四边形定则可知C点合场强的大小为kQd2,故选B[例7] 【对称法求电场强度】(2025·贵州贵阳模拟)如图所示,以O点为圆。
