2018-2019学年高中物理 第一章 静电场章末总结学案 新人教版必修2
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第一章静电场1.1电荷及其守恒定律学习目标:1.知道使物体起电的三种方式,并理解摩擦起电、感应起电的实质2.知道电荷守恒定律的内容并能用该定律解决相关的问题3.知道什么是元电荷,理解电荷量是不能连续变化的学习重点:知道使物体起电的三种方式,并理解摩擦起电、感应起电的实质学习难点:知道电荷守恒定律的内容并能用该定律解决相关的问题一.自主学习1.我们知道互相摩擦后的物体会带异种电荷,那么怎样定义自然界存在的两种电荷?2.你知道电荷读有那些性质吗?3.我们学习过质量守恒定律、能量守恒定律,那么自然界的电荷守恒吗?请写出电荷守恒定律的内容:二.合作探究1.我们知道摩擦可以起电,那么摩擦起电到底是怎样的一个过程?其实质又是什么?2.课本第3页的实验说明:当一个带电体靠近导体时,导体靠近带电体的一端会带上,远离带电体的一端会带上。
这种现象叫做静电感应,这种起电方式叫做感应起电,是起点的第二种方式(第三种方式是接触起电)。
那么感应起电的原因和实质是什么呢?例1.右图中A、B是两个不带电的相同的绝缘金属球,它们靠近带正电荷的金球C.在下列情况中,判断A、B两球的带电情况:(1)A、B接触后分开,再移去C,则A____ ___,B;(2)A、B接触,先移去C后,再把AB分开,则A,B.(3)A、B接触,用手指瞬间接触B后再移去C,则A,B;3.物体不带电,是不是说明物体内就没有电荷?那么物体带电的本质是什么?什么叫净电荷?什么又叫电荷的中和?例2.把两个完全相同的金属球A和B接触一下,再分开一段距离,发现两球之间相互排斥,则A、B两球原来的带电情况可能是()A.带有等量异种电荷B.带有等量同种电荷C.带有不等量异种电荷D.一个带电,另一个不带电4.电荷量是描述物体所带电荷多少的物理量,对这个物理量你了解多少?什么是元电荷?元电荷是不是最小的电荷?你是怎样理解元电荷的?例3.科学家在研究原子、原子核及基本粒子时,为了方便,常常用元电荷作为电荷量的单位,关于元电荷,下列论述正确的是()A.把质子或电子叫元电荷B.1.60×10-19C的电量叫元电荷C.电子带有最小的负电荷,其电量的绝对值叫元电荷D.质子带有最小的正电荷,其电量的绝对值叫元电荷三.当堂达标1.有A、B、C三个塑料小球,A和B,B和C,C和A间都是相互吸引的,如果A带正电,则()A.B、C球均带负电B.B球带负电,C球带正电C.B、C球中必有一个带负电,而另一个不带电D.B、C球都不带电2.如图所示,A、B是被绝缘支架分别架起的金属球,并相隔一定距离,其中A带正电,B不带电,则以下说法中正确的是()A.导体B带负电B.导体B左端出现负电荷,右端出现正电荷,并且电荷量大小相等C.若A不动,将B沿图中虚线分开,则左边的电荷量小于右边的电荷量D.若A、B接触一下,A、B金属体所带总电荷量保持不变3.导体A带5q的正电荷,另一完全相同的导体B带q的负电荷,将两导体接触后再分开,则导体B所带电荷量为多少?1.2库仑定律学习目标:1.通过实验探究影响电荷间相互作用力的因素,体验库仑定律的建立过程2.会用类比的方法(如库仑定律类比万有引力定律,点电荷类比质点)进行比较学习学习重点:理解库仑定律的内容、表达式,并能进行与力学知识相结合的有关计算学习难点:知道点电荷是一种理想化模型,了解点电荷的概念,通过点电荷概念的建立过程,体会建立理想化模型的方法一.自主学习1.我们知道电荷之间有相互作用,那么两个点电荷之间的相互作用力怎样计算?请写出库仑定律的内容和表达式:2.两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力怎么计算?二.合作探究思考1:在课本第5页的演示实验中,我们依据什么来判断小球所受作用力的大小情况?思考并回答实验中提出的问题。
高一物理必修二第一章知识点总结
第一章静电现象
一、基础概念
1、静电:指电荷的静态状态,即没有电流流动的电荷状态。
2、电荷:指物体表面带电量的能量,分为正电荷和负电荷。
3、电气势:由正和负电荷分布所形成的电场力。
二、静电的表现
1、电荷分布和电场力:正电荷往往分布在金属表面,负电荷则分布在
绝缘体表面;电场力可以通过荷电丝、移动滚轮和受电子等实验证实。
2、电容和电流:静电可以藉由电容的形式储藏,电流则可以通过静电
的形式来释放,例如用电极连接电容就可以产生瞬时的电流。
3、电电压:电荷分布在接触壁体不同侧,会产生电压差。
三、静电的形成
1、布朗原理:电荷可以通过摩擦、分裂和放置来形成,即摩擦电、分
裂电和触电。
2、电聚焦原理:细小的电荷粒子分布于大的电荷块表面的边缘,形成
一聚焦的电荷,从而产生较大的电电压。
四、静电的控制
1、使用接触电阻抵制电容:通过接触电阻的使用以抵制电荷的流动,
来抑制静电的产生。
2、使用电离膜抑制电电压:用电离膜作为中间材料,以抑制两表面电荷间的电势差。
3、使用导电体接地:导电体通过接地来排空电荷,从而释放电能。
1.4《电势能与电势》二学习目标1、知道等势面的概念。
2、了解等势面的意义及与电场线的关系。
3、能会出几种常见带电体的电场线和等势面。
学习疑问学习建议【知识点回顾】1、静电力做功的特点:2、静电力做功与电势能变化的关系:3.如何比较电场中两点电势的高低4.电势能大小的判断方法【预学能掌握的内容】(查阅教材p-页完成下列问题)等势面1.定义:电场中相等的各点构成的面。
2.等势面的特点(1)在同一等势面上移动电荷时静电力做功。
(2)等势面一定跟电场线垂直,即跟方向垂直。
(3)电场线总是由电势的等势面指向电势的等势面,两个不同的等势面永不。
(4)电势之差相等的等势面密的地方,电场强度,电势之差相等的等势面疏的地方,电场强度。
3.几种典型电场的等势面(1)点电荷电场中的等势面:以点电荷为球心的一簇球面。
如图甲所示。
(2)等量异种点电荷电场中的等势面:是两簇对称曲面。
如图乙所示。
(3)等量同种点电荷电场中的等势面:是两簇对称曲面。
如图甲所示。
(4)匀强电场中的等势面是垂直于电场线的一簇平行平面。
如图乙所示。
(5)形状不规则的带电导体附近的电场线及等势面。
如图所示。
.等量同种、异种点电荷的电势分布特点位置电势电荷连线上连线的中垂线上从中点沿中垂线向两侧连线上和中垂线上关于中点对称点两等量正电荷中点处与连线交点处两等量负电荷中点处与连线交点处两等量异种电荷从正电荷向负电荷中垂线为【典题探究】例1.在点电荷Q的电场中,一个α粒子(He42)通过时的轨迹如图实线所示,a、b为两个等势面,则下列判断中正确的是( )A. Q可能为正电荷,也可能为负电荷B. 运动中.粒子总是克服电场力做功C. α粒子经过两等势面的动能E ka>E kbD. α粒子在两等势面上的电势能E pa>E pb例2. (多选)关于等势面、电场力做功和电场的关系,下列说法正确的是()A、在等势面上移动电荷,电场力总是不做功B、电荷从A点移到B点,电场力做功为零,则电荷一定是沿等势面移动的C、在同一个等势面上的各点,场强的大小必然是相等的D、电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面【课堂检测】1、关于电场中的电场强度和电势,下列说法正确的是()A、电场强度大的地方,电势一定高B、等势面上各点的电场强度大小一定相等C、等势面不一定跟电场线垂直D、沿着电场线的方向,电势越来越低2、(多选)如图所示,在x轴上关于原点O对称的两点固定放置等量异种点电荷+Q和-Q,x轴上的P点位于-Q的右侧.下列判断正确的是 ( )A.在x轴上还有一点与P点电场强度相同B.在x轴上还有两点与P点电场强度相同C.若将一试探电荷+q从P点移至O点,电势能增大D.若将一试探电荷+q从P点移至O点,电势能减小3、(多选)一带电粒子射入一固定在O点的点电荷的电场中,粒子运动轨迹如图中虚线abc所示,图中实线是同心圆圆弧,表示电场的等势面,不计重力,以下判断正确的是()A.粒子受到静电排斥力的作用;B.粒子在b点的电势能一定大于在a点的电势能;C.粒子在b点的速度大于在a点的速度;D.粒子在a点和c点的加速度大小一定相等。
第一章 静电场 章末总结 学案(人教版选修3-1)答案 点电荷 k q 1q 2r 2 F q kQ r 2 正电荷 强弱 方向 E pqABU d qU E p A E p B QU一、电场的几个物理量的求解思路1.确定电场强度的思路(1)定义式:E=Fq .(2)库仑定律:E=kQr2(真空中点电荷).(3)电场强度的叠加原理,场强的矢量和.(4)电场强度与电势差的关系:E=Ud(限于匀强电场).(5)导体静电平衡时,内部场强为零即感应电荷的场强与外电场的场强等大反向 E 感=-E 外.(6)电场线(等势面)确定场强方向,定性确定场强. 2.确定电势的思路(1)定义式:E p q. (2)电势与电势差的关系:U AB A -B .(3)电势与场源电荷的关系:越靠近正电荷,电势越高;越靠近负电荷,电势越低. (4)电势与电场线的关系:沿电场线方向,电势逐渐降低. (5)导体静电平衡时,整个导体为等势体,导体表面为等势面. 3.确定电势能的思路(1)与静电力做功关系:W AB =E p A -E p B ,静电力做正功,电势能减小;静电力做负功,电势能增加.(2)与电势关系:E p p ,正电荷在电势越高处电势能越大,负电荷在电势越低处电势能越大.(3)与动能关系:只有静电力做功时,电势能与动能之和为常数,动能越大,电势能越小. 4.确定电场力的功的思路(1)根据电场力的功与电势能的关系:电场力做的功等于电势能的减少量,W AB =E p A -E p B . (2)应用公式W AB =qU AB 计算:符号规定是:所移动的电荷若为正电荷,q 取正值;若为负电荷,q 取负值;若移动过程的始点电势A 高于终点电势B ,U AB 取正值;若始点电势A 低于终点电势B ,U AB 取负值. (3)应用功的定义式求解匀强电场中电场力做的功:W=qEl cos 注意:此法只适用于匀强电场中求电场力的功. (4)由动能定理求解电场力的功:W 电+W 其他=E k .即若已知动能的改变和其他力做功情况,就可由上述式子求出电场力做的功.【例1】 电场中有a 、b 两点,已知a =-500 V ,b =1 500 V ,将带电荷量为q=--9C 的点电荷从a 移到b 时,电场力做了多少功?a 、b 间的电势差为多少?解析 电场力做的功为:W ab =E p a -E p a a -b =--9C -500-1 500)V -6J a 、b 间的电势差为:U ab a -b =-500 V -1 500 V =-2 000 V .答案 -6J -2 000 V变式训练1 如图1是一匀强电场,已知场强18 N /C .现让一个电荷量q=--8C 的电荷沿电场方向从M 点移到N 点,MN 间的距离l=30 cm .试求: (1)电荷从M 点移到N 点电势能的变化; (2)M 、N 两点间的电势差.图1答案 -6J (2)60 V解析 (1)由电场力做的功等于电势能的变化量:E p =-W=--818J -6J .(2)U MN =W MN q =--6--8 V =+60 V .二、电场力做功与能量转化1.带电的物体在电场中具有电势能,同时还可能具有动能和重力势能等机械能,用能量观点处理问题是一种简捷的方法.2.处理这类问题,首先要进行受力分析及各力做功情况分析,再根据做功情况选择合适的规律列式求解.3.常见的几种功能关系(1)只要外力做功不为零,物体的动能就要改变(动能定理).(2)静电力只要做功,物体的电势能就要改变,且静电力做的功等于电势能的减少量, W 电=E p 1-E p 2.如果只有静电力做功,物体的动能和电势能之间相互转化,总量不变(类似机械能守恒).(3)如果除了重力和静电力之外,无其他力做功,则物体的动能、重力势能和电势能三者之和不变.【例2】 一个带负电的质点,带电荷量为-9C ,在电场中将它由a 移到b ,除电场力之外,其他力做功-5 J ,质点的动能增加了-5J ,则a 、b 两点间的电势差a -b =____________.解析 要求两点的电势差,需先求出在两点移动电荷时电场力做的功,而质点动能的变化对应合外力做的功.设电场力做的功为W ab ,由动能定理得:W ab +W=E kW ab =E k --5J则a -b =W abq=-18 V .答案 -18 V变式训练2 如图2所示,边长为L 的正方形区域abcd 内存在着匀强电场.质量为m 、电荷量为q 的带电粒子以速度v 0从a 点进入电场,恰好从c 点离开电场,离开时速度为v ,不计重力,求电场强度大小.图2答案2-v22qL解析 从a 点到c 点电场力做的功W=qEL根据动能定理得W=12mv 2-12mv 2所以qEL=12mv 2-12mv 2场强大小E=2-v 202qL.三、处理带电粒子在电场中运动问题的两条主线带电粒子在电场中的运动,是一个综合电场力、电势能的力学问题,研究的方法与质点动力学相同,它同样遵循运动的合成与分解、力的独立作用原理、牛顿运动定律、动能定理、功能原理等力学规律,研究时,主要可以按以下两条线索展开. (1)力和运动的关系——牛顿第二定律做好受力分析,根据带电粒子受到的电场力,用牛顿第二定律找出加速度,结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等.这条线索通常适用于恒力作用下做匀变速运动的情况.(2)功和能的关系——动能定理做好受力情况和运动情况的分析,根据电场力对带电粒子所做的功,引起带电粒子的能量发生变化,利用动能定理或全过程中能量的转化,研究带电粒子的速度变化、经过的位移等,这条线索同样也适用于非匀强电场.【例3】 如图3甲所示,在平行金属板M 、N 间加有如图乙所示的电压.当t=0时,一个电子从靠近N 板处由静止开始运动,经-3s 到达两板正中间的P 点,那么在-3s 这一时刻,电子所在的位置和速度大小为( ) A .到达M 板,速度为零 B .到达P 点,速度为零 C .到达N 板,速度为零D .到达P 点,速度不为零 图3解析 在-3s 的时间里,电子做初速度为零的匀加速直线运动,当-3s时电子达到P 点,之后板间电压反向,两极板间的电场强度大小不变,方向和原来相反,电子开始做匀减速直线运动,由于加速度的大小不变,当-3s 时电子达到M 板处,且速度减为零.随后电子将反向做加速运动,当-3s 时电子又回到P 点,且速度大小与第一次经过P 点时相等,而方向相反.故正确选项为D . 答案 D变式训练3 如图4所示,水平地面上方分布着水平向右的匀强电场.一“L ”形的绝缘硬质管竖直固定在匀强电场中.管的水平部分长为l 1=0.2 m .离水平地面的距离为h=5.0 m .竖直部分长为l 2=0.1 m .一带正电的小球从管的上端口A 由静止释放,小球与管间摩擦不计且小球通过管的弯曲部分(长度极短可不计)时没有能量损失,小球在电场中受到电场力大小为重力的一半.求:(1)小球运动到管口B 时的速度大小;(2)小球着地点与管的下端口B 的水平距离.(g=10 m /s 2)图4答案 (1)2.0 m /s (2)4.5 m解析 (1)小球从A 运动到B 的过程中,对小球根据动能定理有:12mv 2B -0=mgl 2+F 电l 1 ① F 电=12G=12mg . ②解得:v B =1+2l 2代入数据可得:v B =2.0 m/s ③(2)小球离开B 点后,设水平方向的加速度为a ,在空中运动的时间为t. 水平方向有:a=g 2④x=v B t+12at 2 ⑤竖直方向有:h=12gt 2⑥由③~⑥式,并代入数据可得:x=4.5 m.【即学即练】1.使质量相同的一价正离子和二价正离子分别从静止开始经相同电压U 加速后,离子速度较大的是( )A .一价正离子B .二价正离子C .两者速度相同D .无法判断 答案 B解析 由qU=12mv 20 可得选项B 正确.2. A 、B 是一条电场线上的两个点,一带负电的微粒仅在电场力作用下以一定初速度从A 点沿电场线运动到B 点,其速度—时间图象如图5所示.则这一电场可能是( )答案 A 图5解析 由v-t 图可知,微粒的速度减小,加速度增大,可知微粒所受电场力方向由B 指向A ,从A 到B 运动过程中电场力大小逐渐变大,结合粒子带负电,可以判断电场线方向由A 指向B ,且越来越密,A 对,B 、C 、D 错.3. 图6中A 、B 都是装在绝缘柄上的导体,A 带正电荷后靠近B 发生静电感应,若取地球电势为零,B 和地接触后( )图6A .导体B 上任意一点电势都为零[来源:学#科#网] B .导体B 上任意一点电势都为正C .导体B 上任意一点电势都为负D .导体B 上右边电势为正,左边电势为负 答案 A解析 导体B 与大地相连,共同处于正电荷A 的电场中,B 与大地为等势体,由于取地球电势为零,故B 的任一点电势都为零,A 项正确.4. 空间存在竖直向上的匀强电场,质量为m 的带正电的微粒水平射入电场中,微粒的运动轨迹如图7所示,在相等的时间间隔内( )图7A .重力做的功相等B .电场力做的功相等C .电场力做的功大于重力做的功D .电场力做的功小于重力做的功 答案 C解析 由题意可知,微粒在竖直方向上做匀变速运动,在相等时间间隔内,位移不等, A 、B 错;由轨迹可知,微粒所受合外力向上,电场力大于重力.在同一时间间隔内电场力做的功大于重力做的功,C 对,D 错.5. 已知四个点电荷q 、q 、 q 、q 分别分布于边长为a 的正方形的四个顶点A 、B 、C 、D 处,如图8所示,则正方形中心处的场强大小为( )图8A .3kq2a 2 B .0 C .4kq a2 D .5kq 2a2答案 C解析 几个点电荷同时存在时,电场中任一点的场强等于这几个点电荷各自在该点产生的电场强度的矢量和,B 、D 各自在正方形中心产生的场强等大反向,合场强为零,A 、C两点的电荷在正方形中心的场强均为E=kq 222=2kq a 2,方向相同,合场强E 总=2E=4kqa 2,故C 对,A 、B 、D 错.6.在场强18 V /m 的匀强电场中,有相距-2m 的a 、b 两点,则a 、b 两点间的电势差可能为( )[来源:高.考.资.源.网]A .1.0 VB .2.0 VC .3.0 VD .4.0 V 答案 AB解析 a 、b 两点所在的直线可能平行于电场线,也可能垂直于电场线,还可能与电场线成任一角度,故U ab 最大值为2.0 V ,最小值为0,0~2 V 之间任一值均正确.7.带电粒子以初速度v 0垂直电场方向进入平行金属板形成的匀强电场中,它离开时偏转距离为y ,位移偏角为,下列说法正确的是( ) A .粒子在电场中做类平抛运动B .偏角与粒子的电荷量和质量无关C .粒子飞过电场的时间,取决于极板长和粒子进入电场时的初速度D .粒子的偏移距离y ,可用加在两极板上的电压控制 答案 ACD解析 粒子受恒定电场力且与初速度垂直,做类平抛运动,A 对;由t=lv 0可知C 对;由y=12qUl 2mdv 20可知,可以通过改变U 的大小来改变y 的大小,D 对;tan qUl 2mdv 20,可知偏角大小与q 及m 都有关,B 错.8. 如图9所示,绝缘光滑半圆轨道放在竖直向下的匀强电场中,场强为E ,在与环心等高处放有一质量为m 、电荷量为+q 的小球,由静止开始沿轨道运动,下列说法正确的是( )图9A .小球在运动过程中机械能守恒B .小球经过最低点时速度最大C .小球经过环的最低点时对轨道压力为3(mg+qE)D .小球经过环的最低点时对轨道压力为3(mg-qE) 答案 BC解析 小球由静止释放运动到轨道最低点的过程中,重力和电场力对球做正功,机械能增加,A 错;由动能定理(mg+qE)R=12mv 2可知,小球过最低点时速度最大,B 正确;球在最低点由牛顿第二定律F N -(qE+mg)=m v2R得F N =3(mg+qE).故球在最低点对轨道压力为3(mg+qE),C 正确,D 错误.9. 如图10所示,光滑绝缘细杆竖直放置,它与以正电荷Q 为圆心的某圆交于B 、C 两点,质量为m 、电荷量为-q 的有孔小球从杆上A 点无初速度下滑,已知q ≪Q ,AB=h ,小球滑到B 点时的速度大小为3gh.求:(1)小球由A 点到B 点的过程中电场力做的功; (2)A 、C 两点的电势差.图10答案 (1)12mgh (2) - mgh2q解析 因为Q 是点电荷,所以以Q 为圆心的圆面是一个等势面,这是一个重要的隐含条件.由A 到B 过程中电场力是变力,所以不能直接用W=Fl 来求解,只能考虑应用功能关系.(1)因为杆是光滑的,所以小球从A 到B 过程中只有两个力做功:电场力做的功W AB 和重力做的功mgh.由动能定理得W AB +mgh=12mv 2B ,代入已知条件v B =3gh 得电场力做功W AB =12 -mgh=12mgh.(2)因为B 、C 在同一个等势面上,所以B C ,即U AB =U AC .[来源:学§科§网][来源:学+科+网]由W AB =qU AB ,得U AB =U AC =W AB -q = - mgh 2q .故A 、C 两点电势差为-mgh2q.。
授课课目第一章静电场(章末总结)课型习题课时安排第 1 课时(共 1 课时)授课时间2013年 10 月 14 日授课教师授课班级高二教学目标知识与技能目标1.总结第一章知识点2.总结解题方法过程与方法目标1.培养学生总结归纳的方法2.培养学生在具体问题中解答问题的方法和技巧。
情感态度与价值观培养学生解答问题的良好习惯和方法教学重点具体问题的分析和应用教学难点具体问题的分析和应用教学方法讲练结合使用教具多媒体教学过程教学内容及教师活动学生活动新课导入复习:本章知识总结思考并回答讲授新课说明:A班全讲B班讲1——12题C班讲1——10题D班讲1——6题1.2021·江苏淮阴高二检测最早提出用电场线描述电场的物理学家是A.牛顿 B.伽利略C.法拉第 D.阿基米德2.如图所示,静电计垫放在绝缘物上,开关S1一端与金属球A连接,另一端与金属外壳B相接.开关S2一端与金属球连接,另一端与大地相接.当S1与S2都断开时,使A球带电,看到静电计指针张开一个角度.然后合上S1后再断开,再合上S2,可看到指针张角A.先减小,之后不变B.先减为零,之后又张开C.先减为零,之后不再张开D.先不变,之后变为零3.如图所示,在A板附近有一电子由静止开始向B板运动,则关于电子到达了B板时的速率,下列解释正确的是A.两板间距越大,加速的时间就越长,则获得的速率越大B.两板间距越小,加速度就越大,则获得的速率越大C.与两板间的距离无关,仅与加速电压U有关D.以上解释都不正确4.如图所示,图中K、L、M为静电场中的3个相距较近的等势面.一带电粒子射入此静电场中后,沿abcde轨迹运动.已知φK<φL<φM,且教学过程讲授新课粒子在ab段做减速运动.下列判断中正确的是A.粒子带负电B.粒子在a点的加速度大于在b点的加速度C.粒子在a点与e点的速度大小相等D.粒子在a点的电势能小于在d点的电势能5.如图所示,O点置一个正点电荷,在过O点的竖直平面内的A点,自由释放一个带正电的小球,小球的质量为m,带电量为q,小球落下的轨迹如图中的实线所示,它与以O点为圆心、R为半径的圆图中虚线表示相交于B、C两点,O、C在同一水平线上,∠BOC=30°,A距OC的高度为h,若小球通过B点的速度为v,则下列叙述正确的是①小球通过C点的速度大小是错误!;②小球通过C点的速度大小是错误!;③小球由A到C电场力做功是mgh-错误!mv2;④小球由A到C电场力做功是错误!mv2+mg错误!A.①③ B.①④C.②④ D.②③6.带电粒子以速度v0沿竖直方向垂直进入匀强电场E中,如图所示,经过一段时间后,其速度变为水平方向,大小仍为v0,则一定有A.电场力与重力大小相等B.粒子运动的水平位移大小等于竖直位移大小C.电场力所做的功一定等于重力做的功的负值D.电势能的减小一定等于重力势能的增大7.2021·海门模拟一个质量为m,电荷量为+q的小球以初速度v0水平抛出,在小球经过的竖直平面内,存在着若干个如图所示的无电场区和有理想上下边界的匀强电场区,两区域相互间隔,竖直高度相等,电场区水平方向无限长.已知每一电场区的场强大小相等,方向均竖直向上,不计空气阻力,下列说法正确的是A.小球在水平方向一直做匀速直线运动B.若场强大小等于错误!,则小球经过每一电场区的时间均相同C.若场强大小等于错误!,则小球经过每一无电场区的时间均相同D.无论场强大小如何,小球通过所有无电场区的时间均相同8.静电透镜是利用电场使电子束会聚或发散的一种装置,其中某部分有静电场的分布如图所示,虚线表示这个静电场在O平面内的一簇等势线,等势线形状相对于O轴、O轴对称.等势线的电势沿轴正向增加,且相邻两等势线的电势差相等.一个电子经过的带正电小球A悬挂在绝缘细线上,且处在场强为E的匀强电场中,当小球A静止时细线与竖直方向成30°角,已知电场方向恰使小球受的电场力最小,则小球所带电量为________.10.如图所示,匀强电场水平向左,带正电物块A沿绝缘水平板向右运动,经P点时动能为2021,到Q点时动能减少了160J,电势能增加了96J,则它再回到P点时的动能为________J11.密立根油滴实验首先测出了元电荷的数值,其实验装置如图所示,油滴从喷雾器喷出,以某一速度进入水平放置的平行板之间.今有一带负电的油滴,不加电场时,油滴由于受到重力作用加速下落,速率变大,受到的空气阻力也变大,因此油滴很快会以一恒定速率v1匀速下落.若两板间加一电压,使板间形成向下的电场E,=6πηrv计算其中r为油滴半径,η为空气粘滞系数.实验时测出r、v1、v2,E、η为已知,则1油滴的带电量________.2经多次测量得到许多油滴的Q测量值如下表单位10-19C 641801965112312831448 分析这些数据可知____________.12.7分如图所示,A、B是两个带等量同种电荷的小球,A固定在竖直放置的10cm长的绝缘支杆上,B静止于光滑绝缘的倾角为30°的斜面上且恰与A等高,若B的质量为30错误!g,则B带电量是多少?取g=10m/213.8分如图所示,BC是半径为R的1/4圆弧形的光滑且绝缘的轨道,位于竖直平面内,其下端与水平绝缘轨道平滑连接,整个轨道处在水平向左的匀强电场中,、带正电q的小滑块体积很小可视为质点,从C点由静止释放,滑到水平轨道上的A点时速度减为零.若已知滑块与水平轨道间的动摩擦因数为μ,求:1滑块通过B点时的速度大小.2水平轨道上A、B两点之间的距离.。
1.10 《静电场》【学习目标】1.以电场线为主线展开复习,理解静电力、电场强度、电势能、电势、电势差等概念。
2.熟练掌握判断静电力性质、电场强度的大小和方向、电势高低、电势能大小的方法,并会运用这些概念和规律解决相关的物理问题。
3.掌握带电粒子在电场中运动问题的分析方法和思维过程,提高解决综合问题的能力。
4.培养整理和应用知识的能力。
在深化知识的同时,注重归纳科学研究的思想方法,提高自身的思维能力和创造能力。
【知识导学】【三“点”探究】主题1:关于电场强度的公式问题:(1)本章有关电场强度的三个公式,分别是E=F/q、E=Kq/r2以及E=U/d,请说说三个公式中各字母表示的意义。
(2)从公式的适用条件谈谈你对三个公式的理解。
(3)三个公式都只能计算电场强度的大小,那么三种情形下电场强度的方向分别用什么方法来确定呢?主题2:电势与电势能情景:如图甲所示,为了描述地理位置的高低变化,人们设计出了“等高线”,通常在同一幅图中两条相邻的等高线之间的高度差是相等的,从图中可以看出等高线越密集的地方,表示高度下降得越快,也就是“坡度”越大。
问题:(1)我们常把电场中各点的电势与重力场中的高度类比,把等势面与等高线类比,参照图乙,你认为可把电场强度与什么量类比呢?等势面越密集的地方电场强度越大吗?从这个角度来讲,电场强度反映了什么意义?电场强度的大小跟电势的高低有联系吗?(2)质点在地势越高的位置重力势能越大,电荷也是在电势越高的位置电势能越大吗?(3)重力做正功和负功过程中,物体的重力势能分别如何变化?静电力做正功和负功过程中,电荷的电势能分别如何变化?主题3:电容器与带电粒子在电场中的运动问题:(1)电容器的电容跟哪些因素有关?如何保持电容器所带电荷不变?如何使电容器极板间电势差保持不变?(2)什么情形下带电粒子在电场中的运动轨迹才能沿着电场线?(3)处理带电粒子在匀强电场中的偏转运动的方法与处理平抛运动方法类似,但这两者又有哪些重要的不同之处呢?【拓展提升】拓展一、库仑定律与力学的综合应用1.如图所示,真空中 A、B 两个点电荷的电荷量分别为+Q 和+q,放在光滑绝缘水平面上,A、B 之间用绝缘的轻弹簧连接。
------------------------- 天才是百分之一的灵感加百分之九十九的勤劳------------------------------第 1 课时电容器的电容[ 学科修养与目标要求]物理观点:1. 知道电容器的观点和平行板电容器的主要结构.2. 理解电容的观点及其定义式,掌握平行板电容器电容的决定式.科学研究:会正确连结电路,仔细察看电容器的充放电过程,会剖析解说有关现象.科学思想: 1. 经过类比成立电容的观点;经过电容的定义进一步领会比值定义法.2. 联合具体问题建立电容器动向剖析模型.一、电容器1.电容器:储藏电荷和电能的装置 . 任何两个相互绝缘又相距很近的导体,都能够当作一个电容器 .2.电容器的充放电(1)充电:把电容器的两极板分别与电池组的两极相连,两个极板分别带上等量的异号电荷的过程,充电过程中,由电源获取的电能储藏在电容器中.(2)放电:用导线把充电后的电容器的两极板接通,两极板上的电荷中和的过程,放电过程中,电场能转变成其余形式的能量 .二、电容1.定义:电容器所带电荷量 Q与电容器两极板间的电势差 U的比值.Q2.定义式: C=U.3.单位:电容的国际单位是法拉,符号为 F,常用的单位还有微法和皮法, 1F= 106μ F= 1012pF.4. 物理意义:电容器的电容是表示电容器容纳电荷本事的物理量,在数值上等于使两极板间的电势差为1V 时电容器需要带的电荷量.三、平行板电容器1. 结构:由两个平行且相互绝缘的金属板构成.2. 电容的决定要素:电容C与两极板间的相对介电常数εr成正比,跟极板的正对面积S 成正比,跟极板间的距离 d 成反比.εr S3.电容的决定式: C=4πkd,式中 k 为静电力常量,εr为电介质的相对介电常数,真空中εr=1.四、常用电容器-------------------------天才是百分之一的灵感加百分之九十九的勤劳------------------------------2.电容器的额定电压和击穿电压:(1) 额定电压:电容器能够长久正常工作时的电压.(2)击穿电压:电介质被击穿时在电容器两极板上的极限电压,若电压超出这一限度,则电容器就会破坏 .1.判断以下说法的正误 .(1) 电容器的电容跟电容器的电荷量成正比.( ×)(2) 电容器的电容越大,所带电荷量就越多.( ×)(3) 关于确立的电容器,它所带的电荷量跟它两极板间所加电压的比值保持不变.(√)(4) 只将平行板电容器两极板的间距加大,电容将增大.( ×)(5) 只将平行板电容器两极板平行错开,使正对面积减小,电容将减小.( √ )(6) 只在平行板电容器极板间插入电介质,电容将增大.( √)2. 某平行板电容器充电后所带电荷量为= 2× 10-6C,两板间的电压= 4V,则该电容器的Q U电容为 F,若只将该电容器的板间距离增大,电容器的电容将,若只将两极板错开,使极板正对面积减小,电容器的电容将.答案5× 10-7减小减小一、电容器电容把电容器的两个极板分别与电源两极相连,对电容器进行充电,该过程中能量是怎样转变的?当把电容器两极相接,对电容器进行放电,该过程中能量是怎样转变的?当电容器的带电荷量增添时,电容器两极板间的电势差怎样变化?带电荷量Q和板间电势差U的比值能否发生变化?答案充电过程中电源内的化学能转变成电容器内的电场能.放电过程中电容器的电场能转变成电路的内能.增大不变1.电容器的充电过程,电源供给的能量转变成电容器的电场能;电容器的放电过程,电容器的电场能转变成其余形式的能 .2.电容器的充、放电过程中,电路中有充电、放电电流,电路稳准时,电路中没有电流.-------------------------天才是百分之一的灵感加百分之九十九的勤劳------------------------------Q Q3.C=U是电容的定义式,由此也可得出C=U.4. 电容器的电容决定于电容器自己,与电容器的电荷量Q以及电势差 U均没关.例 1 有一充电的电容器,两极板间的电压为- 43V,所带电荷量为 4.5 × 10 C,此电容器的电容是多少?将电容器的电压降为2V,电容器的电容是多少?所带电荷量是多少?答案 1.5 × 10-4F 1.5 ×10-4F 3× 10-4C分析Q ×10-4-4 F. ==F= 1.5 × 10C U 3电容器电压降为2V 时,电容不变,仍为 1.5 × 10-4F. 此时所带电荷量为′=′= 1.5 ×Q CU10-4× 2C= 3× 10-4C.二、平行板电容器的电容及动向剖析平行板电容器由两块平行搁置的金属板构成. 利用平行板电容器进行以下实验:(1) 如图 1 所示,保持Q和 d 不变,减小两极板的正对面积S,察看电势差U(静电计指针偏Q角) 的变化,依照C=U,剖析电容C的变化.图 1(2) 如图 2 所示,保持Q和S不变,增大两极板间的距离d,察看电势差U(静电计指针偏角)Q的变化,依照C=U,剖析电容C的变化.图 2(3) 如图 3 所示,保持Q、 S、 d 不变,插入电介质,察看电势差U(静电计指针偏角) 的变化,Q依照 C=,剖析电容C的变化.U------------------------- 天才是百分之一的灵感加百分之九十九的勤劳 ------------------------------图 3答案(1) 实验结论: S 减小,电势差 U 增大,电容 C 减小 .(2) 实验结论: d 增大,电势差 U 增大,电容 C 减小 .(3) 实验结论:插入电介质,电势差U 减小,电容 C 增大 .Qεr S1. C = U 与 C = 4π kd 的比较Q(1) C = U 是电容的定义式,对某一电容器来说,C 不变, Q ∝ U ;εr S1(2) C = 4π kd 是电容的决定式, C ∝ εr , C ∝ S , C ∝d ,反应了影响电容大小的要素 .2. 平行板电容器动向问题的剖析方法抓住不变量,剖析变化量,紧抓三个公式:QU εr SC = U 、 E =d 和 C = 4π kd3. 平行板电容器的两类典型问题(1) 平行板电容器一直连结在电源两头:电势差U 不变. 由 εr S εr SC 随 d 、 、=∝d 可知C4π kdSεr 的变化而变化 .ε r S εr SQ = UC = U ·4π kd ∝ d .U 1 E = d ∝ d .(2) 平行板电容器充电后,切断与电源的连结:电荷量保持不变 .Qε r S ε r S由 C = 4π kd ∝ d 可知 C 随 d 、S 、 εr 的变化而变化 .Q 4π kdQdU =C =ε r S ∝ε r S.U Q 4π kQ 1由 E = d =Cd = εr S ∝ε r S 可知 E 与 d 没关 .例 2 ( 多项选择 )(2018 ·山东济宁市高一下期末 ) 如图 4 所示,互相凑近的两块金属板 M 、N 组成平行板电容器,极板M 与静电计的金属球相接,极板 N 与静电计的金属外壳均接地. 电容针张角变大的是 ()图 4A. 将 N 板向上平移B. 将 N 板向左平移远离 M 板C.将 N 板向右平移凑近M 板D.在 M 、 N 之间插入有机玻璃答案AB分析 当电容器两板间电压增大时,静电计指针张角变大,当将 N 板向上平移或 N 板向左平Q移时,都使 C 减小,由 U = C 知, U 增大,故 A 、 B 正确, C 错误;在 M 、 N 间插入有机玻璃,C 增大, U 减小,故D 错误 .静电计的使用静电计是在验电器的基础上改造而成的,静电计由互相绝缘的两部分构成, 静电计与电容器的两极板分别连结在一同,则电容器上的电势差就等于静电计上所指示的电势差 U ,U 的大小就从静电计的刻度读出, 可见,静电计指针偏角的变化表征了电容器两极板电势差的变化.例 3(2018 ·山东烟台市高一下期末 ) 如图 5 所示,一带电油滴悬浮在平行板电容器两极板 A 、B 之间的 P 点,处于静止状态 . 现将极板 A 向下平移一小段距离,但仍在P 点上方, 其他条件不变 . 以下说法中正确的选项是( )图 5A. 液滴将向下运动B. 液滴将向上运动C.电容器电容减小D. 极板带电荷量将减小答案 B分析 将极板A 向下平移一小段距离,电容器板间的电压保持不变,依据U= 剖析得悉,E d板间场强增大,油滴所受电场力增大,则油滴将向上运动,故A 错误,B 正确. 将极板 A 向ε r S下平移一小段距离时,依据 C = 4πkd 得悉电容 C 增大,而电容器的电压 U 不变,由Q = CU知,极板带电荷量将增大,故C、D错误 .Q1.( 电容器电容)(2018·山东淄博市高一下期末) 对电容C=U,以下说法正确的选项是()A.电容器充电电荷量越多,电容增添越大B.电容器的电容跟它两极板间所加电压成反比C.电容器的电容越大,所带电荷量就越多D.关于确立的电容器,它所带的电荷量跟它两极板间所加电压的比值保持不变答案 D2.( 电容的计算 ) 一个已充电的电容器,若使它的电荷量减少3× 10-4C,则其电压减少为本来1的3,则 ()A. 电容器本来的带电荷量为 9×10-4CB. 电容器本来的带电荷量为 4.5 × 10-4CC.电容器本来的电压为 1VD.电容器的电容变成本来的1 3答案 BQ -3× 10-4C - 4Q分析由题意知 C=U,C= 1 ,联立解得 Q=×10 C,故 B正确, A错误 .因电3U容器的电容不知,因此没法得出电容器本来的电压, C 错误 . 电容是由电容器自己决定,跟电压和电荷量的变化没关,因此电容器的电容不变,D错误 .3.( 电容器的动向剖析 )( 多项选择 ) 如图 6 所示,电路中A、 B 为两块竖直搁置的金属板, C 是一只静电计,开关 S 合上后,静电计指针张开必定角度,下述做法可使静电计指针张角增大的是( )图 6A. 使A、B两板凑近一些B. 使A、B两板正对面积减小一些C.断开 S 后,使A板向左平移一些D.断开 S 后,使 A 、B 正对面积减小一些 答案 CD分析 静电计显示的是 A 、B 两板间的电压, 指针张角越大, 表示两板间的电压越高 . 当合上S 后, A 、B 两板与电源两极相连,板间电压等于电源电压不变,静电计指针张角不变;当断 开 S 后,板间距离增大,正对面积减小,都将使、 B 两板间的电容变小,而电容器所带的AQ电荷量不变,由 C = U 可知,板间电压 U 增大,进而静电计指针张角增大. 因此此题的正确选项是 C 、 D.4.( 电容器的动向剖析 )(2018 ·山东德州市高一下期末) 如图 7 所示,竖直搁置的两个平行金属板 A 、B 带等量的异种电荷, A 板带负电荷, B 板接地 . 一带负电的粒子固定在 A 、B 两板中间的一点 P 处 . 若将 A 板向左平移到虚线地点,则P 点的电场强度 E 和该粒子的电势能 E p 的变化状况是 ()图 7A. E 不变, E p 不变B. E 不变, E p 改变C.E 改变, E p 不变D. E 改变, E p 改变答案 A分析 电容器充电后断开了和电源的连结,Q 必定,由U Q 4π kQE 不变;P== ==εr S 知, φE d CdPB= PB不变,故粒子在 P 点的电势能 p也不变,选项 A 正确.U EdE一、选择题考点一对电容器、电容的理解1. 电容器是一种常用的电子元件. 对电容器认识正确的选项是( )A. 电容器的电容表示其储藏电荷的能力B. 电容器的电容与它所带的电荷量成正比C.电容器的电容与它两极板间的电压成正比金戈铁制卷答案A分析电容是表示电容器储藏电荷本事大小的物理量. 电容的大小是由电容器自己结构决定的,与两板间电压及电容器所带电荷量没关. 单位μ F 与 pF 的换算关系为 1μF = 106pF.2. 关于两个电容不一样的电容器,以下说法正确的选项是( )A. 电容大的电容器带电荷量必定比许多B. 电容大的电容器两板间的电势差必定比较大Q C.由 C = 知,电容器Q 只需不停增大, U 可无穷增大UD.在同样电压作用下,带电荷量多的电容器的电容比较大答案 D分析 电容的大小与电容器两头的电压及电容器所带的电荷量没关,故A 错误;依据公式 C Q QB 错误;超出击穿= 得,电势差 = 得,决定电势差的要素有电容器电容和带电荷量,故UU CQ电压,电容器将被击穿,故 C 错误;依据公式 C = U ,在同样电压作用下,带电荷量多的电容器的电容比较大,故 D 正确 . 3. 一个电容器的规格是“ 50V 10F ”,则 ( ) A. 这个电容器只有加上 50V 电压时,电容才是 10FB. 这个电容器能容纳的最大电荷量为 10CC.这个电容器储藏的电荷量必定为 500CD.这个电容器两头的电压等于 10V 时,它两极板电荷量绝对值之和为200C答案 D分析 电容器的电容与电容器板间电压没关,加电压或不加电压时,电容都是 10F ,故 A 错误. 这个电容器能容纳的最大电荷量为Q = CU = 10× 50C = 500C ,故 B 错误 . 由 Q = CU 剖析可知,这个电容器储藏的电荷量与电压成正比, 因此电容器储藏的电荷量不必定为 500C ,故 C错误 . 这个电容器两头的电压等于10V 时,电容器的电量为 Q =CU = 10×10C = 100C ,则两极板电荷量绝对值之和为200C ,故 D 正确 .考点二电容的计算4. 一个电容器带电荷量为 Q 时,两极板间电压为 U ,若使其带电荷量增添 × 10-7C 时,它两极板间的电势差增添20V ,则它的电容为 ()A.1.0 × 10- 8-8FB.2.0 × 10 FC.4.0 × 10-8F D.8.0 × 10-8F答案 BQ × 10-7- 8=5. 如图 1 所示,为某一电容器中所带电荷量和两头电压之间的关系图线,若将该电容器两头的电压从40V 降低到 36V,对电容器来说正确的选项是()图 1A.是充电过程B.是放电过程C.该电容器的电容为5× 10-2FD.该电容器的电荷量变化量为答案 BQ-3分析由 Q= CU知,U降低, Q减小,故为放电过程,A错,B对;由 C=U=40F=5×10F,可知 C 错;Q=C U= 5× 10-3× 4C= 0.02C , D错 .考点三电容器的动向剖析6.( 多项选择 )(2018 ·山东日照市高一下期末) 一空气平行板电容器,充电达成后,将两极板与电源断开 . 以下说法正确的选项是()A.若增大两板间的距离,则两极板间电场强度变大B.若减小两板间的距离,则平行板电容器的电容变大C.若减小两板间的正对面积,则极板的带电荷量减小D.若将两极板间充入云母介质,则两极板间的电压减小答案BD7.( 多项选择 ) 如图 2 所示,平行板电容器两极板A、 B 与电池两极相连,一带正电小球悬挂在电容器内部 . 闭合开关S,充电完成后悬线偏离竖直方向夹角为θ ,则()图 2A.保持 S 闭合,将A板向B板凑近,则θ增大B.保持 S 闭合,将A板向B板凑近,则θ不变C.断开 S,将A板向B板凑近,则θ增大D.断开 S,将A板向B板凑近,则θ不变分析 保持开关 S 闭合,电容器两板间的电势差不变,带正电的 A 板向 B 板凑近, 极板间距qEE 增大,小球所受的电场力增大, tan θ= , θ增大,故 A 正确, B 错 mg误;断开开关 S ,电容器所带的电荷量不变,由εr SU Q 4π kQd 变化,E =, = ==,知C4π kdEd Cdεr S不变,电场力不变, θ不变,故 C 错误, D 正确 .8.( 多项选择 )(2018 ·山东烟台市高一下期末 ) 如图 3所示,两块水平搁置的平行正对的金属板 a 、b 分别与电池两极相连,开始时开关 S 闭合,发此刻距两板距离相等的 P 点有一个带电液滴处于静止状态, 而后断开开关, 并将 b 板向下平移一小段距离,稳固后,以下说法中正确的 是()图 3A. 液滴将加快向下运动B. 液滴将保持不动C.P 点电势高升,液滴在P 点时电势能减小D.P 点电势高升,液滴在P 点时电势能增大答案 BC分析 断开 S 后,电容器Q 不变,由 = Q =4π kQ 知E 不变, B 正确, A 错误;由φP= PbECd εr SU=Ed Pb 知,因 d Pb 增大,因此 φP 高升,液滴带负电,故液滴在P 点的电势能减小, C 正确, D错误 .9. 如图 4 所示,平行板电容器带有等量异种电荷, 与静电计相连, 静电计金属外壳和电容器下极板都接地, 在两极板间有一固定在P 点的点电荷, 以 E 表示两板间的电场强度, E p 表示点电荷在 P 点的电势能, θ表示静电计指针的张角. 若保持下极板不动,将上极板向下挪动一小段距离至图中虚线地点,则( )图 4A. θ 增大, E 增大B. θ增大, E p 不变C.θ 减小, E p 增大D. θ减小, E 不变金戈铁制卷答案Dεr S分析 若保持下极板不动,将上极板向下挪动一小段距离,依据 C = 4πkd 可知, C 变大; 根据 Q = CU 可知,在 Q 必定的状况下, 两极板间的电势差减小,则静电计指针张角 θ减小;根U ε r S 4π kQ据 E = d , Q = CU , C =4π kd 联立可得 E = εr S ,可知 E 不变; P 点离下极板的距离不变, E不变,则 P 点与下极板的电势差不变,P 点的电势不变,故E 不变;由以上剖析可知,选项pD 正确 .10. 一平行板电容器充电后与电源断开,负极板接地 . 两板间有一个正尝试电荷固定在 P 点,如图 5 所示,以 C 表示电容器的电容、 E 表示两极板间的电场强度、 φ 表示 P 点的电势, E p表示正电荷在P 点的电势能,若正极板保持不动,将负极板迟缓向右平移一小段距离x 0 的过程中,各物理量与负极板挪动距离x 的关系图象正确的选项是图中的()图 5答案Cεr S分析 由平行板电容器的电容C =4π kd 可知 d 减小时, C 变大,但不是一次函数,选项AQ U 4π kQ错误;在电容器两极板所带电荷量必定的状况下,U = C ,E = d = εr S ,E 与 x 没关,选项 B错误;在负极板接地的状况下,设P 点最先的电势为 φ ,则平移后 P 点的电势为 φ=φ-,选项 C 正确;正电荷在 P 点的电势能p = q φ = ( φ 0-) ,选项 D 错误 .ExE q Ex二、非选择题11. 如图 6 所示, 平行板电容器的两个极板 A 、B 分别接在电压为 60V 的恒压电源上, 两极板间距为 3cm ,电容器带电荷量为 6× 10-8C , A 极板接地 . 求:金戈铁制卷------------------------- 天才是百分之一的灵感加百分之九十九的勤劳 ------------------------------图 6(1) 平行板电容器的电容;(2) 平行板电容器两板之间的电场强度;(3) 距 B 板 2cm 的 M 点处的电势 .答案(1)1 × 10-9F (2)2 × 103V/m ,方向竖直向下(3) - 20VQ 6× 10-8- 9分析 (1) 平行板电容器的电容 C = U = 60 F = 1×10 F. (2) 两板之间为匀强电场,U 603则 = =3×10 - 2V/m = 2× 10 V/m ,方向竖直向下 .E d(3)点距 A 板间距离为dAM= - BM =1 cmMd dA 与 M 间电势差 U = Ed = 20 VAMAM又 U AM = φA - φM ,φA =0,可得 φM =- 20 V.12. 如图 7 所示,在水平搁置且相距2cm 的平行带电金属板间的匀强电场中,有一个m =10-7kg 、电荷量 q =- 1×10-8C 的液滴,在两板正中央处于静止状态.问:(=10m/s 2)g图 7(1) 哪块板带正电?板间电场强度多大?(2) 若板间电场强度忽然增为本来的2 倍,液滴将做什么运动?涉及板面时速度多大?5答案 (1)上板 100N/C (2) 向上做匀加快直线运动5 m/s分析(1) 液滴处于静止状态,可知电场力方向向上,则电场强度的方向竖直向下,上板带正电.依据 =得:qE mg= mg 10-7× 10=-8N/C = 100 N/C.Eq10(2) 当电场强度变成本来的 2 倍,则电场力变成本来的2 倍,即为 2mg ,液滴将向上做匀加速直线运动,加快度:金戈铁制卷------------------------- 天才是百分之一的灵感加百分之九十九的勤劳 ------------------------------F - mg 2mg - mg2a = m=m = g = 10m/s末速度为:v = 2ah =52×10×= 5 m/s.金戈铁制卷。
第1章静电场
章末总结
一、电场的力的性质
1.库仑力实质上就是电场力,与重力、弹力一样,它也是一种基本力.带电粒子在电场中的平衡问题实际上属于力学平衡问题,只是多了一个电场力而已.
2.电场力作用下带电体的平衡和加速问题的分析步骤是:先进行正确的受力分析,然后利用平衡条件或牛顿第二定律求解,主要方法有合成法、正交分解法等.
例1(多选)如图1所示,在一电场强度沿纸面方向的匀强电场中,用一绝缘细线系一带
电小球,小球的质量为m ,电荷量为q .为了保证当细线与竖直方向的夹角为60°时,小球处于平衡状态,则匀强电场的场强大小可能为(细线不会断开)( )
图1
A.
3mg q B.mg 2q C.3mg 2q D.mg q
答案 ACD
解析 取小球为研究对象,它受到重力mg 、细线的拉力F 和电场力Eq 的作用.因小球处于平衡状态,则它受到的合外力等于零,由平衡条件知,F 和Eq 的合力与mg 是一对平衡力.根据力的平行四边形定则可知,当电场力Eq 的方向与细线拉力方向垂直时,电场力最小,如图所示,则Eq =mg sin60°,得最小场强E =
3mg
2q
.所以,选项A 、C 、D 正确.
例2 如图2所示,质量为m 的小球A 放在绝缘固定斜面上,斜面的倾角为α,小球A 带正电,电荷量为q .在斜面上B 点处固定一个电荷量为Q 的正电荷,将小球A 由距B 点竖直高度为H 处无初速度释放.小球A 下滑过程中电荷量不变.不计A 与斜面间的摩擦,整个装置处在真空中.已知静电力常量k 和重力加速度g .
图2
(1)A 球刚释放时的加速度是多大?
(2)当A 球的动能最大时,求此时A 球与B 点的距离.
答案 (1)g sin α-kQq sin 2αmH 2 (2)
kQq
mg sin α
解析 (1)根据牛顿第二定律得mg sin α-F =ma 根据库仑定律:F =k Qq r 2,r =H
sin α
联立以上各式解得a =g sin α-kQq sin 2α
mH 2
.
(2)当A 球受到的合力为零,即加速度为零时,速度最大,动能最大.设此时A 球与B 点间的
距离为d ,则mg sin α=kQq
d 2,解得d =kQq
mg sin α
.
二、电场的能的性质
1.电荷在电场中具有电势能,正电荷在电势高的地方电势能大,负电荷在电势低的地方电势能大.电场力做功引起电势能的变化,电场力做正功,电荷的电势能减小,电场力做负功,电荷的电势能增大.
2.电场中的功能关系
功能关系也贯穿于电场当中,要会运用动能定理、能量守恒定律分析电场问题.
例3 如图3所示,在粗糙的绝缘水平面上固定一个点电荷Q ,在M 点无初速度释放一个带有恒定电荷量的小物块,小物块在Q 的电场中沿水平面运动到N 点停止,不计空气阻力,则从M 到N 的过程中,下列说法错误的是( )
图3
A.小物块所受的静电力逐渐减小
B.小物块具有的电势能逐渐减小
C.M 点的电势一定高于N 点的电势
D.小物块电势能的减少量一定等于克服摩擦力做的功 答案 C
解析 小物块在从M 运动到N 的过程中,一定受到向右的摩擦力,所以静电力一定向左.由
M 运动到N ,离点电荷Q 距离越来越大,所以小物块受到的静电力一定减小,A 正确;由动
能定理可得μmgx -W E =0,即W E =μmgx ,静电力做正功,小物块具有的电势能减小,其减少量等于克服滑动摩擦力做的功,B 、D 正确;因点电荷Q 的电性未知,不能判断M 、N 两点电势的高低,C 错误.
例4 (2018·山东滨州市高一下期末)如图4所示,绝缘光滑斜面AB 与绝缘光滑水平面BC 平滑连接,AB 斜面的倾角为45°,AB 与BC 的长度均为L .空间中存在一匀强电场,带电荷量为+q 的小球以初速度v 0=2gL 自A 点开始下滑,小球在AB 段做匀速直线运动,在BC 段做匀减速直线运动,运动到C 点时速度恰好减小到零.已知小球的质量为m ,重力加速度为g .若取B 点为零势能点,求:
图4
(1)A 、C 两点的电势; (2)电场强度E . 答案 (1)-
2mgL 2q mgL q (2)mg
q
,方向水平向左 解析 (1)对AB 过程由动能定理得qU AB +mg
2
2
L =0 U AB =φA -φB 且φB =0
联立解得 φA =-
2mgL
2q
对BC 过程由动能定理得
qU BC =0-12
mv 02 U BC =φB -φC 且φB =0
联立解得φC =
mgL q
(2)在CB 的延长线上存在一点D ,使得φD =φA ,由电场知识可知BD 的长度BD =
22
L AD 的连线即是电场的等势面,由几何知识可知, AD ⊥CD
因此,电场强度的方向水平向左,电场强度的大小E =U BA BD =-U AB BD =mg q
. 三、带电体在电场中的运动
1.带电体在电场中的运动是指带电体在运动过程中同时受到电场力及其他力的作用.较常见的是在运动过程中,带电体同时受到重力和电场力的作用.
2.带电体在电场和重力复合场中的运动是一个综合电场力、电势能的力学问题,研究的方法与质点动力学的研究方法相同,它同样遵循牛顿运动定律、动能定理、功能关系等力学规律. 例5 如图5所示,MN 为水平放置的金属板,板中央有一个小孔O ,板下存在竖直向上的匀强电场,电场强度为E .AB 是一根长为l 、质量为m 的均匀带正电的绝缘细杆.现将杆下端置于O 处,然后将杆由静止释放,杆运动过程中始终保持竖直,不计空气阻力.当杆下落l
3
时
速度达到最大,求:
图5
(1)细杆带电荷量; (2)杆下落的最大速率;
(3)若杆没有全部进入电场时速度减小为零,求此时杆下落的位移大小. 答案 (1)3mg
E
(2)
gl
3 (3)23
l 解析 (1)由于下落l
3时速度最大,此时加速度a =0. 所以有mg =13qE ,即q =3mg
E
.
(2)从静止释放到下落l
3
的过程中,由动能定理得
mg ·l 3
-
0+
qE
3
2×l 3=12mv m 2
-0. 所以v m =
gl
3.
(3)设下落的高度为h 时,速度为零,由动能定理得 mgh -0+q h
l
E 2×h =0-0.
所以h =2mgl qE =2mgl 3mg =2
3
l .。