2024-2025學(xué)年高中物理第1章靜電場章末綜合提升學(xué)案魯科版選修3-1

PAGE5-第1章靜電場[體系構(gòu)建][核心速填]一、三種起電方式1．摩擦起電：通過摩擦的方式使物體帶電。2．接觸起電：通過與帶電體接觸的方式使物體帶電。3．感應(yīng)起電：通過靜電感應(yīng)使物體帶電。二、兩個(gè)基本定律1．電荷守恒定律電荷既不能創(chuàng)建，也不能殲滅，只能從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。在任何轉(zhuǎn)移的過程中，電荷的總量保持不變。2．庫侖定律內(nèi)容：真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力F的大小，與它們的電荷量Q1、Q2的乘積成正比，與它們的距離r的平方成反比；作用力的方向沿著它們的連線。同種電荷相斥，異種電荷相吸。三、兩個(gè)場強(qiáng)公式1．電場強(qiáng)度的定義式：E＝eq\f(F,q)，其中q為摸索電荷。2．點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度：E＝eq\f(kQ,r2)，其中Q是場源電荷。四、電場線的兩個(gè)用途1．曲線上隨意一點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的電場強(qiáng)度的方向。2．電場線的疏密可反映電場的強(qiáng)弱。五、電場強(qiáng)度的疊加假如有幾個(gè)點(diǎn)電荷同時(shí)存在，它們產(chǎn)生的電場中任一點(diǎn)的電場強(qiáng)度等于這幾個(gè)點(diǎn)電荷各自由該點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的矢量和，其運(yùn)算法則是平行四邊形定則。六、靜電平衡的四個(gè)特點(diǎn)1．靜電平衡導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷的定向移動(dòng)。2．靜電平衡導(dǎo)體內(nèi)部合場強(qiáng)到處為零，即E內(nèi)＝0。3．靜電平衡導(dǎo)體表面電場方向與導(dǎo)體表面垂直。4．凈電荷只分布在導(dǎo)體的外表面上，外表面上曲率半徑越大，凈電荷分布的密度越小。力電綜合問題1．受力狀況帶電體在電場中受到電場力作用，還可能受到其他力的作用，如重力、彈力、摩擦力等。2．解題方法(1)物體在各力的作用下，若處于平衡狀態(tài)，即靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)，物體所受合外力為零，利用力的平衡條件解題。(2)物體在各力的作用下做變速運(yùn)動(dòng)(直線或曲線)，物體所受合外力不為零，利用牛頓其次定律解題?？傊幚磉@類問題，就像處理力學(xué)問題一樣，只是分析受力時(shí)留意別忘了電場力?！纠?】如圖所示，光滑斜面傾角為37°，一帶有正電荷的小物塊質(zhì)量為m，電荷量為q，置于斜面上，當(dāng)沿水平方向加有如圖所示的勻強(qiáng)電場時(shí)，帶電小物塊恰好靜止在斜面上，從某時(shí)刻起先，電場強(qiáng)度改變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g＝10m/s2)求：(1)原來的電場強(qiáng)度的大??；(2)物塊運(yùn)動(dòng)的加速度大??；(3)沿斜面下滑距離為l時(shí)物塊的速度。[解析](1)對小物塊受力分析如圖所示，物塊靜止于斜面上，則mgsin37°＝qEcos37°，解得E＝eq\f(mgtan37°,q)＝eq\f(3mg,4q)。(2)當(dāng)場強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)時(shí)，小物塊的合外力F合＝mgsin37°－eq\f(1,2)qEcos37°＝eq\f(1,2)mgsin37°，又F合＝ma，解得a＝3m/s2，方向沿斜面對下。(3)由動(dòng)能定理得F合l＝eq\f(1,2)mv2－0即eq\f(1,2)mgsin37°·l＝eq\f(1,2)mv2，解得v＝eq\r(6l)。[答案](1)eq\f(3mg,4q)(2)3m/s2，方向沿斜面對下(3)eq\r(6l)[一語通關(guān)]“四步”巧解力電綜合問題(1)分析電場確定探討對象。(2)“整體法、隔離法”做好受力分析。(3)明確力的方向和個(gè)數(shù)巧建坐標(biāo)系。(4)依據(jù)狀態(tài)列方程求解。[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．如圖所示，在光滑絕緣的水平面上，沿一條直線依次排列三個(gè)等質(zhì)量的帶電小球A、B、C。在C上沿連線方向施加一恒力F后，三小球恰能在運(yùn)動(dòng)中保持相對位置不變。已知A球所帶的電荷量QA＝10q，B球所帶的電荷量為QB＝q。起先時(shí)，小球間距離為r，求所施加恒力F的大小、小球C所帶電荷量QC及電性。[解析]取A、B、C三小球組成的系統(tǒng)為探討對象，設(shè)小球質(zhì)量為m，依牛頓運(yùn)動(dòng)定律，可得F＝3ma①取小球A為探討對象，有keq\f(QCQA,2r2)－keq\f(QBQA,r2)＝ma②取A球和B球整體為探討對象，有keq\f(QCQA,2r2)＋keq\f(QCQB,r2)＝2ma③聯(lián)立①②③式解得QC＝eq\f(40,3)q(電性與A球、B球的電性相反)，F(xiàn)＝eq\f(70kq2,r2)。[答案]eq\f(70kq2,r2)eq\f(40,3)q與A球、B球的電性相反帶電體在電場中的運(yùn)動(dòng)1．帶電體在電場中的運(yùn)動(dòng)是一類綜合性很強(qiáng)的問題，解決這類問題時(shí)，常把帶電體看作點(diǎn)電荷，應(yīng)用力學(xué)學(xué)問(如牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能定理等)求解。2．帶電體在勻強(qiáng)電場中受到的電場力是恒力，若帶電體只受電場力作用，則其運(yùn)動(dòng)是在恒力作用下的運(yùn)動(dòng)，解決問題的思路是抓住兩個(gè)分析：受力分析和運(yùn)動(dòng)分析。3．帶電體在非勻強(qiáng)電場中所受電場力是變力，這類運(yùn)動(dòng)往往可借助動(dòng)能定理等進(jìn)行分析和解答?！纠?】如圖所示為一勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度與水平方向的夾角為θ?，F(xiàn)有一帶電小球以初速度v0由A點(diǎn)水平射入該勻強(qiáng)電場，恰好做直線運(yùn)動(dòng)從B點(diǎn)離開電場。已知帶電小球的質(zhì)量為m，電荷量為q，A、B之間的距離為d。試分析：(1)帶電小球的電性；(2)此勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小E；(3)小球經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的速度大小vB。思路點(diǎn)撥：解此題的關(guān)鍵是依據(jù)“恰好做直線運(yùn)動(dòng)”的條件做好受力分析并列出方程。[解析](1)小球進(jìn)入電場后受兩個(gè)力作用：重力mg和電場力Eq，小球恰好做直線運(yùn)動(dòng)，則小球所受電場力Eq和重力mg的合力F沿直線AB方向，如圖所示，可知小球帶正電。(2)由圖可知mg＝Eqsinθ，所以勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度大小為E＝eq\f(mg,qsinθ)。(3)小球在恒力作用下由A到B做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，合力為F＝mgcotθ，由牛頓其次定律得加速度為a＝gcotθ，由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律得veq\o\al(2,B)－veq\o\al(2,0)＝2ad，則vB＝eq\r(v\o\al(2,0)＋2gdcotθ)。[答案](1)帶正電(2)eq\f(mg,qsinθ)(3)eq\r(v\o\al(2,0)＋2gdcotθ)[一語通關(guān)]“一關(guān)鍵、三應(yīng)用”巧解帶電體在電場中的運(yùn)動(dòng)問題(1)一關(guān)鍵是做好受力分析。(2)三應(yīng)用：平衡學(xué)問、動(dòng)力學(xué)學(xué)問和功能關(guān)系。[跟進(jìn)訓(xùn)練]2．電荷量為q＝1×10－4C的帶正電小物塊置于絕緣水平面上，所在空間存在沿水平方向且方向始終不變的電場，電場強(qiáng)度E的大小與時(shí)間t的關(guān)系，以及物塊速度v與時(shí)間t的關(guān)系如圖所示。若重力加速度g取10m/s2，求：(1)物塊的質(zhì)量m；(2)物塊與水平面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ。[解析](1)由v-t圖象可知，前2s物塊做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由牛頓其次定律有qE1－μmg＝ma2s后物塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由平衡條件有qE2＝μm