高考物理一轮复习电场的力的性质教案(含解析)沪科版

届高考物理一轮复习 电场的力的性质教案（含解析）沪科版第1课时 电场的力的性质 [知 识 梳 理]知识点一、电荷及电荷守恒定律 1．元电荷、点电荷 (1)元电荷：e ＝1.6×10－19C ，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。

(2)点电荷：当带电体本身的大小和形状对研究的问题影响很小时，可以将带电体视为点电荷。

2．静电场(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。

3．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)起电方式：摩擦起电、接触起电、感应起电。

(3)带电实质：物体带电的实质是得失电子。

4．感应起电：感应起电的原因是电荷间的相互作用，或者说是电场对电荷的作用。

(1)同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

(2)当有外加电场时，电荷向导体两端移动，出现感应电荷，当无外加电场时，导体两端的电荷发生中和。

知识点二、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 ＝kq 1q 2r2，式中k ＝9.0×109 N·m 2/C 2，叫静电力常量。

3．适用条件：真空中的点电荷。

知识点三、电场强度、点电荷的场强1．定义：放入电场中某点的电荷受到的电场力F 与它的电荷量q 的比值。

2．定义式：E ＝F q。

单位：N/C 或V/m3．点电荷的电场强度：真空中点电荷形成的电场中某点的电场强度：E ＝k Q r2。

4．方向：规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点的电场强度方向。

5．电场强度的叠加：电场中某点的电场强度为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。

知识点四、电场线1．定义：为了形象地描述电场中各点电场强度的强弱及方向，在电场中画出一些曲线，曲线上每一点的切线方向都跟该点的电场强度方向一致，曲线的疏密表示电场的强弱。

3．几种典型电场的电场线(如图1所示)。

图1思维深化判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

(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)两个完全相同的带电金属球接触时，先发生正、负电荷的中和，然后再平分。

( )(3)E＝Fq是电场强度的定义式，对所有电场都适用；E＝kQr2仅适用于真空中点电荷的电场。

( )(4)电场强度是矢量，场强叠加的本质是矢量叠加，遵循平行四边形定则。

( )(5)电场中某点的场强方向即为试探电荷在该点所受的电场力的方向。

( )答案(1)√(2)√(3)√(4)√(5)×[题组自测]题组一库仑定律的理解及应用1.如图2所示，两个质量均为m的完全相同的金属球壳a与b，其壳层的厚度和质量分布均匀，将它们固定于绝缘支架上，两球心间的距离为l，l为球壳外半径r的3倍。

若使它们带上等量异种电荷，电荷量的绝对值均为Q，那么，a、b之间的万有引力F1与库仑力F2为( )图2A ．F 1＝G m 2l 2，F 2＝k Q 2l 2B ．F 1≠G m 2l 2，F 2≠k Q 2l 2C ．F 1≠G m 2l ，F 2＝k Q 2lD ．F 1＝G m 2l ，F 2≠k Q 2l解析 虽然两球心间的距离l 只有球壳外半径r 的3倍，但由于其壳层的厚度和质量分布均匀，两球壳可看做质量集中于球心的质点，因此，可以应用万有引力定律求F 1；而本题中由于a 、b 两球壳所带异种电荷相互吸引，使它们各自的电荷分布不均匀，即相互靠近的一侧电荷分布比较密集，又因两球心间的距离l 只有其外半径r 的3倍，不满足l 远大于r 的要求，故不能将两带电球壳看成点电荷，所以库仑定律不适用，D 正确。

答案 D2．A 、B 、C 三点在同一直线上，AB ∶BC ＝1∶2，B 点位于A 、C 之间，在B 处固定一电荷量为Q 的点电荷。

当在A 处放一电荷量为＋q 的点电荷时，它所受到的电场力为F ；移去A 处电荷，在C 处放一电荷量为－2q 的点电荷，其所受电场力为( ) A.－F 2 B.F2C ．－FD ．F 解析 设A 、B 间距离为r ，则B 、C 间距离为2r ，根据库仑定律有F ＝k Qqr2，在C 处放一电荷量为－2q 的点电荷，其所受电场力为F ′＝k 2Qq 2r 2＝F 2，考虑电场力方向易知B 正确。

答案 B题组二 对电场强度、电场线的理解及应用 3．关于电场强度的概念，下列说法正确的是( ) A ．由E ＝F q可知，某电场的场强E 与q 成反比，与F 成正比B ．正、负试探电荷在电场中同一点受到的电场力方向相反，所以某一点场强方向与放入试探电荷的正负有关C ．电场中某一点的场强与放入该点的试探电荷的正负无关D ．电场中某一点不放试探电荷时，该点场强等于零解析 电场中某点场强的大小和方向由电场本身决定，与试探电荷的受力情况及电荷性质无关，故A 、D 错误，C 正确；电场强度的方向与正电荷所受电场力方向相同，与负电荷所受电场力方向相反，但场强方向与试探电荷的正负无关，B 错误。

答案 C4.A 、B 是一条电场线上的两个点，一带正电的粒子仅在电场力作用下以一定的初速度从A 点沿电场线运动到B 点，其v －t 图像如图3所示。

则电场的电场线分布可能是( )图3解析 从v －t 图像可知，粒子从A 运动到B 做减速运动，且加速度越来越大，所以电场强度方向向左，且电场强度从左到右越来越大，D 正确。

答案 D5.如图4所示，电荷量为q 1和q 2的两个点电荷分别位于P 点和Q 点。

已知在P 、Q 连线上某点R 处的电场强度为零，且PR ＝2RQ 。

则( )图4A ．q 1＝2q 2B ．q 1＝4q 2C ．q 1＝－2q 2D ．q 1＝－4q 2解析 由于R 处的合场强为0，故两点电荷的电性相同，结合点电荷的场强公式E ＝k q r2可知k q 1r 21－k q 2r 22＝0，又r 1＝2r 2，故q 1＝4q 2，本题选B 。

答案 B考点一 库仑力作用下的平衡 1．静电场中带电体平衡问题的解题思路(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”，确定研究对象。

(2)受力分析。

注意多了一个库仑力⎝⎛⎭⎪⎫F ＝kq 1q 2r 2。

(3)列平衡方程。

2．三个自由点电荷的平衡问题(1)条件：两个点电荷在第三个点电荷处的合场强为零，或每个点电荷受到的两个库仑力必须大小相等，方向相反。

(2)规律“三点共线”——三个点电荷分布在同一直线上； “两同夹异”——正负电荷相互间隔； “两大夹小”——中间电荷的电荷量最小； “近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷。

【例1】 (多选)(·浙江卷，19)如图5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θ。

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 、电荷量为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5A ．小球A 与B 之间库仑力的大小为kq 2d2B ．当q d ＝mg sin θk 时，细线上的拉力为0 C ．当q d ＝mg tan θk 时，细线上的拉力为0 D ．当q d＝mg k tan θ时，斜面对小球A 的支持力为0解析 根据库仑定律得A 、B 间的库仑力F 库＝k q 2d 2，则A 项正确。

当细线上的拉力为0时满足k q 2d 2＝mg tan θ，得到q d＝mg tan θk，则B 错误，C 正确。

斜面对小球A 的支持力始终不为零，则D 错误。

答案 AC 【变式训练】1.两个可自由移动的点电荷分别放在A 、B 两处，如图6所示。

A 处电荷带正电荷量Q 1，B 处电荷带负电荷量Q 2，且Q 2＝4Q 1，另取一个可以自由移动的点电荷Q 3，放在AB 直线上，欲使整个系统处于平衡状态，则( )图6A ．Q 3为负电荷，且放于A 左方B．Q3为负电荷，且放于B右方C．Q3为正电荷，且放于A、B之间D．Q3为正电荷，且放于B右方解析因为每个电荷都受到其余两个电荷的库仑力作用，且已知Q1和Q2是异种电荷，对Q3的作用力一为引力，一为斥力，所以Q3要平衡就不能放在A、B之间。

根据库仑定律知，由于B处的电荷Q2电荷量较大，Q3应放在离Q2较远而离Q1较近的地方才有可能处于平衡，故应放在Q1的左侧。

要使Q1和Q2也处于平衡状态，Q3必须带负电，故应选A。

答案 A考点二电场强度的计算【例2】(·江苏卷，4)如图7所示，一圆环上均匀分布着正电荷，x轴垂直于环面且过圆心O。

下列关于x轴上的电场强度和电势的说法中正确的是( )图7A．O点的电场强度为零，电势最低B．O点的电场强度为零，电势最高C．从O点沿x轴正方向，电场强度减小，电势升高D．从O点沿x轴正方向，电场强度增大，电势降低解析由微元法和对称的思想分析可知，均匀带电圆环内部O点的场强为零，电势为标量，且正电荷周围的电势为正，在x轴上O点离带电体最近，故O点电势最高，选项A错，B对；从O点沿x轴正方向电场强度先增大后减小，电势降低，选项C、D错误。

答案 B1．解决此类问题的关键就是要明确电场强度是矢量，其运算规则为平行四边形定则。

2．常用的思维方法——对称法。

【变式训练】2．(·石家庄市质量检测二)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8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 的轴线，在轴线上有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( )图8A.kq 4R 2B.kq 2R 2－EC.kq 4R 2－E D.kq 2R2＋E 解析 把半个带正电荷的球面等效为整个带正电荷的球面跟半个带负电荷球面叠加在一起。

整个带正电荷的球面在N 点的场强E 1＝k 2q 2R 2＝k q 2R 2，半个带负电荷球面在N 点的场强E 2＝E ，N 点的场强E N ＝E 1－E 2＝k q2R 2－E ，则B 项正确。

答案 B考点三 对电场线的理解及应用1．判断电场强度的方向——电场线上任意一点的切线方向即为该点电场强度的方向。