2025高考物理總復習電場力的性質

第1講電場力的性質高考總復習2025課程標準1.通過實驗了解靜電現(xiàn)象。能用原子結構模型和電荷守恒的知識分析靜電現(xiàn)象。2.知道點電荷模型。知道兩個點電荷間相互作用的規(guī)律。體會探究庫侖定律過程中的科學思維和方法。3.知道電場是一種物質。了解電場強度,體會用物理量之比定義新物理量的方法。會用電場線描述電場。4.了解生產生活中關于靜電的利用與防護。5.知道靜電場中的電荷具有電勢能。了解電勢能、電勢和電勢差的含義。知道勻強電場中電勢差與電場強度的關系。能分析帶電粒子在電場中的運動情況,能解釋相關的物理現(xiàn)象。6.觀察常見電容器,了解電容器的電容,觀察電容器的充、放電現(xiàn)象。能舉例說明電容器的應用核心素養(yǎng)試題情境生活實踐類在日常生產生活、科技方面的主要試題情境有示波管的原理與應用、電容器種類、電容器的應用以及靜電的防止與應用等具體問題學習探索類涉及的主要問題是描述電場性質的有關物理量的理解與應用,帶電粒子在電場中的平衡、加速、偏轉問題等考點一庫侖定律及庫侖力作用下的平衡問題強基礎?固本增分一、靜電現(xiàn)象

電荷守恒定律1.電荷(1)兩種電荷:自然界中只存在兩種電荷——正電荷和負電荷。同種電荷相互

,異種電荷相互

。

密立根最早用油滴實驗測出

不是帶電體(2)元電荷:電荷的多少叫電荷量,把最小的電荷量叫作元電荷,用e表示。通常取e=

C。2.起電方式:摩擦起電、接觸起電、

起電。

排斥吸引1.60×10-19感應3.電荷守恒定律內容:電荷既不會創(chuàng)生,也不會消滅,它只能從一個物體轉移到另一個物體,或者從物體的一部分轉移到另一部分;在轉移過程中,電荷的總量

。

保持不變二、點電荷及庫侖定律

是理想化模型,類似于質點1.點電荷:當帶電體之間的距離比它們自身的大小大得多,以致帶電體的

、

及電荷分布狀況對它們之間的作用力的影響可以忽略時,可以將帶電體視為點電荷。

2.庫侖定律(1)內容:真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力,與它們的電荷量的_____

成正比,與它們的距離的

成反比,作用力的方向在它們的連線上。庫侖用庫侖扭秤測出

(2)表達式:,式中k=9.0×109N·m2/C2,叫作靜電力常量。

(3)適用條件:①真空中;②

。

均勻帶電的絕緣球可以視為點電荷形狀大小乘積二次方點電荷××√×√√研考點?精準突破1.對庫侖定律的兩點理解(1),r指兩點電荷間的距離。對可視為點電荷的兩個均勻帶電球,r為兩球的球心間距。(2)當兩個電荷間的距離r→0時,電荷不能視為點電荷,它們之間的靜電力不能認為趨于無限大。2.三個自由點電荷的平衡問題(1)條件:兩個點電荷在第三個點電荷處的合電場強度為零,或每個點電荷受到的兩個庫侖力必須大小相等,方向相反。(2)規(guī)律3.涉及庫侖力的平衡問題涉及庫侖力的平衡問題與純力學平衡問題分析方法一樣,受力分析是基礎,應用平衡條件或牛頓第二定律是關鍵,都可以通過解析法、圖示法或兩種方法相結合解決問題,但要注意庫侖力的大小隨著電荷間距變化的特點?？枷蛞?/p>

對庫侖定律的理解典題1(2024福建福州聯(lián)考)如圖所示,完全相同的兩個金屬球A、B帶有相等的電荷量,相隔一定距離,兩金屬球之間斥力大小為F。將第三個完全相同且不帶電的金屬球C先后與金屬球A、B接觸后移開。這時,金屬球A、B之間的相互作用力的大小是(

)C考向二

庫侖力的疊加典題2

如圖所示,三個固定的帶電小球a、b和c,相互間的距離分別為lab=5cm、lbc=3cm、lca=4cm。小球c所受庫侖力的合力的方向平行于小球a、b的連線。設小球a、b所帶電荷量的比值的絕對值為k,則(

)D解析

由題意知,小球c處在直角三角形的直角上,如果a、b為同種電荷,則對小球c的庫侖力,要么是吸引力,要么是排斥力,合力不可能平行于a和b的考向三

庫侖力作用下的平衡問題典題3(多選)如圖所示,同一直線上的三個點電荷q1、q2、q3,恰好都處于平衡狀態(tài),除相互作用的靜電力外不受其他外力作用。已知q1、q2間的距離是q2、q3間距離的2倍。下列說法正確的是(

)A.若q1、q3為正電荷,則q2為負電荷B.若q1、q3為負電荷,則q2為正電荷C.q1∶q2∶q3=9∶4∶36D.q1∶q2∶q3=36∶4∶9ABD解析

三個點電荷在同一直線上處于平衡狀態(tài),則一定滿足“兩同夾異,近小遠大”的規(guī)律,則q1、q3電性一定相同,q2電性一定與q1、q3不同,故A、B正確;典題4

如圖所示,在傾角為α的光滑絕緣斜面上固定一個擋板,在擋板上連接一根勁度系數(shù)為k0的絕緣輕質彈簧,彈簧另一端與A球連接。A、B、C三小球的質量均為m,qA=q0>0,qB=-q0,當系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)時,三小球等間距排列。已知靜電力常量為k,則(

)A考點二電場強度的矢量性以及大小的計算強基礎?固本增分一、電場

法拉第最早提出基本性質:對放入其中的電荷有

的作用。

二、電場強度1.意義:描述電場強弱的物理量,描述靜電力的性質的物理量。

比值定義法2.定義式:,單位:N/C或

。

3.方向定義:規(guī)定

在電場中某點所受靜電力的方向為該點的電場強度的方向。

力V/m正電荷4.點電荷的電場強度決定式:,適用于計算真空中的點電荷產生的電場。5.電場強度的疊加:電場中某點的電場強度為各個點電荷單獨在該點產生的電場強度的

。

矢量和×××提示

加速度、電流、磁感應強度等。

研考點?精準突破1.電場強度的三個計算公式

2.電場強度的一般計算方法電場強度是靜電學中極其重要的概念,也是高考中常考的一個基本概念。關于電場強度的計算,主要方法如下:(1)定義式法定義式法就是首先根據(jù)力學規(guī)律、物體平衡條件、牛頓運動定律、動能定理或動量定理先求出帶電物體在電場中所受到的靜電力F,然后再由電場強度的定義式

求出電場強度E。(2)點電荷電場強度公式法中學階段絕大多數(shù)情況下只研究點電荷在真空中的電場分布情況,故可直接用點電荷的電場強度公式

計算,其方向由場源電荷的正負確定,若場源電荷為正電荷時,電場強度E的方向沿半徑r向外;若場源電荷為負電荷時,電場強度E的方向沿半徑r向內。若求多個點電荷產生電場的電場強度,則可先分別求出各個點電荷產生的電場強度,然后利用矢量疊加法求出合電場強度。3.分析電場疊加問題的一般步驟(1)確定分析計算的空間位置;(2)分析該處有幾個分電場,先計算出各個分電場在該點電場強度的大小和方向;(3)依次利用平行四邊形定則求出電場強度的矢量和。考向一

電場強度的理解和計算典題5

真空中有兩個等量負點電荷,將它們分別固定在頂角為120°的等腰三角形底邊的頂點A、B上,AB間的距離為d,將電荷量為q、質量為m的正試探電荷放到頂點C,測得它所受靜電力的大小為F。靜電力常量為k,不計試探電荷重力。(1)求C處的電場強度E。(2)求點電荷的電荷量Q。(3)如果在頂點C由靜止釋放試探電荷,定性說明它是怎樣運動的。(3)如果在頂點C處由靜止釋放試探電荷,其所受靜電力開始向下,且是變化的,運動到兩點電荷連線中點,其所受靜電力為零,速度最大,再往下,其所受靜電力向上,做減速運動,則試探電荷做往復運動。易錯點撥

求解等量同種或異種點電荷產生的電場相關問題的注意事項(1)結合電場線的分布熟記電場強度的變化。(2)利用對稱性分析有關問題。(3)結合牛頓第二定律分析有關運動問題。考向二

點電荷電場的疊加問題典題6(2023湖南卷)如圖所示,真空中有三個點電荷固定在同一直線上,電荷量分別為Q1、Q2和Q3,P點和三個點電荷的連線與三個點電荷所在直線的夾角分別為90°、60°和30°。若P點處的電場強度為零,q>0,則三個點電荷的電荷量可能為(

)×D解析

根據(jù)電場強度的矢量性可知,要使P點的電場強度為零,三個點電荷不可能是同種電性,故A、B錯誤;根據(jù)矢量疊加特點和幾何關系知,Q1、Q3在P點的電場強度應大小相等,故C錯誤,D正確?？枷蛉?/p>

對稱法、等效法求解電場強度問題典題7(2024七省適應性測試甘肅物理)如圖所示,水平帶電平面上方有一質量為m、電荷量為q的點電荷,當它在M點時所受合力為零。M點與平面的垂直距離為d,k和g分別為靜電力常量和重力加速度,則與M點對稱的N點處的電場強度大小為(

)A解析

點電荷在M點時,所受合力為零,則qE=mg,解得

,M點的電場強度和N點的電場強度大小相等,方向相反,故選A?？枷蛩?/p>

補償法求解電場強度問題典題8

半徑為R的絕緣圓環(huán)固定放置,圓心為O,圓環(huán)上均勻分布著電荷量為Q的負電荷。如圖所示,在A、B兩處分別取走弧長為Δx(Δx?R)的圓弧,圓環(huán)上剩余電荷的分布不變,C1、C2分別是A、B間兩段圓弧的中點,已知∠AOB=60°,靜電力常量為k,則圓環(huán)上剩余電荷在O點產生的電場強度的大小和方向為(

)A典題9(2024山東濰坊模擬)如圖甲所示,半徑為R的均勻帶電圓形平板,單位面積的電荷量為σ(σ>0),其軸線上任意一點P(坐標為x)的電場強度可以由電場強度的疊加原理

求出,方向沿x軸。現(xiàn)考慮單位面積的電荷量為σ0的無限大均勻帶電平板,從其中間挖去一半徑為r的圓板后(如圖乙所示),在其軸線上任意一點Q(坐標為x)處放置一個電荷量為q0的點電荷,則該點電荷所受靜電力的大小為(

)A考點三電場線的理解及應用電場線

不是電荷的運動軌跡1.為了形象地描述電場中各點電場強度的

及

,在電場中畫出一些有方向的曲線,曲線上每點的

方向都跟該點的電場強度方向一致,曲線的

表示電場的強弱。

強基礎?固本增分強弱方向切線疏密2.電場線的特點

3.典型電場的電場線

×√√提示

有;兩點電荷連線的中點電場強度為零,從中點開始沿中垂線向兩側電場強度先增大后減小。研考點?精準突破1.兩種等量點電荷的電場強度及電場線的比較

比較等量異種點電荷等量同種點電荷電場線分布圖電荷連線上的電場強度沿連線先變小后變大O點最小,但不為零O點為零比較等量異種點電荷等量同種點電荷中垂線上的電場強度O點最大,向外逐漸減小O點最小,向外先變大后變小關于O點對稱位置的電場強度A與A'、B與B'、C與C'等大同向等大反向2.“電場線+運動軌跡”組合模型(1)“運動與力兩線法”——畫出“速度線”(運動軌跡在初始位置的切線)與“力線”(在初始位置電場線的切線),從二者的夾角情況來分析運動情況。(2)“三不知時要假設”——電荷的電性(正負)、電場強度的方向(或等勢面電勢的高低)、電荷運動的方向,是題意中相互制約的三個方面。若已知其中的任意一個,可順次向下分析判定各待求量;若三個都不知(三不知),則要用“假設法”分別討論各種情況。3.電場線的應用(涉及電勢部分將在下一節(jié)進一步研究)考向一

電場線的理解及應用典題10

某電場的電場線分布如圖所示,下列說法正確的是(

)A.c點的電場強度大于b點的電場強度B.若將一正試探電荷q由a點靜止釋放,它將沿電場線運動到b點C.b點的電場強度大于d點的電場強度D.a點和b點的電場強度方向相同C解析

電場線的疏密表示電場強度的大小,由題圖可知Eb>Ec,Eb>Ed,C正確,A錯誤;由于電場線是曲線,由a點釋放的正試探電荷不可能沿電場線運動,B錯誤;電場線的切線方向為該點電場強度的方向,a點和b點的切線不