高中物理新教材同步必修第三册课件+讲义 第9章 专题强化1 静电力作用下的平衡

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高中物理新教材同步课件必修第三册高中物理新教材特点分析（一）趣味性强，激发学生学习兴趣 在新时代教育制度的改革深化下，学生对于物理课程内容的学习兴趣可以带动学生不断地进行探究。物理课程教学引入趣味性较高的新教材内容，充实物理课堂，引入信息技术，利用多媒体等新时代信息化的教学手段，利用更加直观、动态化的、可观察的教学手段，向学生们展示物理教学课程当中那些抽象的知识点，不断地吸引学生们的好奇心与兴趣力，让学生在物理课堂上能够充分感受到物理的魅力所在。（二）实践性高，高效落实理论学习 在现代化教育课程的背景之下，新课程改革理念越来越融入生活与学习的方方面面，新教材逐步的显现出强大影响力。（三）灵活性强，助力课程目标达成 随着教育制度体系的改革，通过新时代新教材内容的融入，教师不断地革新教学手段，整合线上以及线下的教育资源内容，可以为物理课堂增添新的活力与生机。专题强化１　静电力作用下的平衡第九章　静电场及其应用1.学会分析带电体的受力情况.2.学会分析同一直线上自由电荷的平衡和非共线力作用下带 电体的平衡问题.【学习目标】【内容索引】探究重点提升素养专题强化练TANJIUZHONGDIAN　 TISHENGSUYANG探究重点　提升素养1一、同一直线上三个点电荷的平衡问题例1　如图1所示，带电荷量分别为＋q和＋4q的两点电荷A、B，相距L，问：图1答案　见解析解析　由平衡条件，对C进行受力分析，C应在AB的连线上且在A、B之间，设C与A相距r，(1)若A、B固定，在何处放置点电荷C，才能使C处于平衡状态？(2)在(1)中的情形下，C的电荷量大小和电性对C的平衡有影响吗？答案　见解析(3)若A、B不固定，在何处放一个什么性质的点电荷C，才可以使三个点电荷都处于平衡状态？电荷量是多少？答案　见解析解析　若将C放在A、B电荷两边，A、B对C同为向左(或向右)的力，C都不能平衡；若将C放在A、B之间，C为正电荷，则A、B都不能平衡，所以C为负电荷.设放置的点电荷C的电荷量大小为Q，与A相距r1，分别对A、B受力分析，即应在AB连线上且在A的右边，与点电荷A相距 处放置一个电荷量为的负电荷.共线的三个自由电荷的平衡问题有关特点1.三个自由电荷的平衡规律“三点共线”——三个点电荷分布在同一条直线上；“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.总结提升2.只要其中两个点电荷平衡，第三个点电荷一定平衡，只需根据平衡条件对其中的任意两个电荷列式即可.注意：在三个共线点电荷的平衡问题中，若仅让其中一个电荷平衡，则只需要确定其位置即可，对其电性和所带电荷量没有要求.针对训练1　如图2所示，光滑绝缘的水平地面上有相距为L的点电荷A、B，带电荷量分别为－4Q和＋Q，今引入第三个点电荷C，使三个点电荷都处于平衡状态，则C的电荷量和放置的位置是A.－Q，在A左侧距A为L处B.－2Q，在A左侧距A为 处C.－4Q，在B右侧距B为L处D.＋2Q，在A右侧距A为 处√图2解析　A、B、C三个电荷要平衡，三个电荷必须共线且外侧两电荷相排斥，中间电荷吸引外侧两电荷，而且外侧电荷电量大，所以C必须带负电，放在B右侧，二、非共线力作用下带电体的平衡分析静电力作用下点电荷的平衡问题时，方法仍然与力学中分析物体的平衡方法一样，具体步骤如下：(1)确定研究对象：如果有几个物体相互作用时，要依据题意，用“整体法”或“隔离法”选取合适的研究对象.(2)对研究对象进行受力分析，此时多了静电力(F＝ ).(3)根据F合＝0列方程，若采用正交分解，则有Fx＝0，Fy＝0.(4)解方程求出未知量.例2　如图3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10 cm长的绝缘支杆上，B静止于光滑绝缘的倾角为30°的斜面上答案　1.0×10－6 C图3且恰与A等高，若B的质量为30 g，则B带电荷量是多少？(取g＝10 m/s2，小球A、B视为点电荷，k＝9.0×109 N·m2/C2)解析　因为B静止于光滑绝缘的倾角为30°的斜面上且恰与A等高，设A、B之间的水平距离为L.设A、B所带电荷量均为q，对B进行受力分析如图所示，依据物体平衡条件，解得静电力针对训练2　(2021·江苏南通市高一期中)如图4所示，a、b是两个带有同种电荷的小球，用绝缘丝线悬挂于同一点，两球静止时处于同一水平高度，丝线与竖直方向间的夹角分别为α、β，且β>α，则A.a球的质量一定比b球的大B.a球的电荷量一定比b球的大C.a球受到的库仑力比b球的小D.丝线对a球的拉力比对b球的小图4√由牛顿第三定律可知两球之间的库仑力大小相等，但是无法判断两球电荷量之间的关系，所以B、C错误.由于β>α，则ma>mb，所以A正确.例3　(2020·浙江新昌中学高二期末)如图5所示，带电小球A悬浮于空中，带电小物块B、C静置于绝缘水平面上.已知A的带电荷量为＋q，A、B、C的质量都为m，它们之间的距离都为d，B、C的带电荷量相同，重力加速度为g，静电力常量为k.求：图5答案　正电　解析　分析题意可知，带电小球A处于静止状态，合力为零，带电小物块B、C对A的库仑力的合力与A的重力平衡，即B、C对A的库仑力斜向上，故B带正电.(1)B的带电性质；(2)B的电荷量；解析　根据几何关系可知，库仑力对称分布，∠A＝60°，B对A的库仑力大小为FBA，(3)B对地面的压力大小.解析　研究整体的受力情况，库仑力为内力，整体受到重力和地面的两个支持力作用，针对训练3　如图6所示，质量为m、带电荷量为q(q>0)的小球A(可看作质点)用绝缘细线悬挂于O点，细线长为l.当将电荷量为－q的点电荷B置于空间某位置时，小球A静止，悬线与竖直方向的夹角θ＝30°，A、B连线与竖直方向的夹角恰好也为30°，重力加速度为g，静电力常量为k，则A、B之间的距离为图6√解析　对小球A受力分析，受竖直向下的重力，B对A斜向左上的静电力，斜向右上的细线的拉力，由题意知小球A静止，则小球受力平衡，设此时点电荷B与小球A间的距离为r，返回ZHUAN TI QIANG HUA LIAN专题强化练21.一端固定在天花板上的绝缘细线的另一端与一带正电的小球M相连接，在小球M下面的一绝缘水平面上固定了另一个带电小球N，在图中，小球M能处于静止状态的是12345678√2.如图1所示，质量为m的带电小球用绝缘丝线悬挂于P点，另一带正电小球M固定在带电小球的左侧，小球平衡时，绝缘丝线与竖直方向夹角为θ，且两球球心在同一水平线上.关于悬挂小球的电性和所受库仑力的大小，下列判断正确的是(重力加速度为g)12345678√图1解析　以悬挂小球为研究对象，对悬挂小球进行受力分析，若使悬挂小球处于平衡状态，则M对悬挂小球的库仑力应水平向右，则悬挂小球应带正电；悬挂小球的受力分析图如图所示，根据小球处于平衡状态可知，在水平方向有F＝FTsin θ，在竖直方向有FTcos θ＝mg，解得F＝mgtan θ，则小球所受库仑力大小为mgtan θ；故选项B正确.123456783.如图2所示，两个点电荷的电荷量分别为q1＝4×10－9 C和q2＝－9×10－9 C，分别固定于光滑绝缘水平面上相距20 cm的a、b两点，有一个点电荷c(不计重力)放在a、b所在直线上且静止不动，则该点电荷所处的位置是A.在a点左侧40 cm处 B.在a点右侧8 cm处C.在b点右侧20 cm处 D.无法确定12345678√图2解析　根据平衡条件，该点电荷应在a点的左侧，设它所带电荷量为q，距a点的距离为x，12345678代入数据解得x＝40 cm，故选项A正确.4.(多选)如图3所示，质量分别为m1、m2，电荷量分别为q1、q2的两小球，分别用绝缘轻丝线悬挂起来，两丝线与竖直方向的夹角分别为α和β(α＞β)，两小球恰在同一水平线上，那么A.两球一定带异种电荷B.q1一定大于q2C.m1一定小于m2D.m1所受的静电力一定大于m2所受的静电力12345678图3√√解析　由于两带电小球相互吸引，所以一定带异种电荷，选项A正确.根据牛顿第三定律可知，两小球受到的静电力大小相等，无法判断电荷量的大小，选项B、D错误.12345678设轻丝线与竖直方向的夹角为θ，根据平衡条件可得两球之间的静电力F＝mgtan θ，α>β，故m1g＜m2g，即m1＜m2，选项C正确.5.(多选)如图4所示，竖直墙面与水平地面均光滑且绝缘.两个带有同种电荷的小球A、B(均可视为质点)分别位于竖直墙面和水平地面上，且处于同一竖直平面内.若用图示方向的水平推力F作用于小球B，则两球静止于图示位置.如果将小球B向左推动少许，并待两球重新达到平衡时，与原来相比A.两小球的间距变大B.B球受到的推力F变大C.A球对竖直墙面的压力变小D.水平地面对B球的支持力不变12345678图4√√√12345678解析　对A球受力分析，受到三个力，如图所示，小球B向左缓慢推动一小段距离后，库仑力与竖直方向的夹角θ变小，A的重力不变，由mAg＝F库cos θ知，库仑力F库变小，由F库＝k 知，两球间距变大，A对.由FN＝F库sin θ知墙面对小球A的弹力FN变小，即A球对墙面的压力变小；对整体分析，墙面对球的弹力等于推力F，则推力F将减小，B错，C对.由F地＝(mA＋mB)g可知，水平地面对B球的支持力不变，D对.6.(多选)(2021·江西赣州市高二期末)如图5所示，两个带电荷量分别为Q1与Q2的小球固定于相距为d的水平面上，另有一个质量为m，带电荷量为q的小球A，悬浮于空中不动，此时A离Q1的距离为 d，离Q2的距离为 d.已知重力加速度为g，静电力常量为k，三小球均可视为点电荷.则A.Q1与Q2为同种电荷 B.Q1＝3Q2C.Q1＝ D.Q2＝12345678图5√√解析　小球A悬浮于空中，因此Q1对A的排斥力与Q2对A的排斥力的合力，一定与A所受的重力等大反向，故Q1与Q2与A都带同种电荷，A正确；12345678利用三角形的边角关系可知∠AQ1Q2＝30°，∠AQ2Q1＝60°，根据库仑定律和平衡条件，7.在光滑绝缘的水平地面上放置着四个相同的金属小球，小球A、B、C位于等边三角形的三个顶点上，小球D位于三角形的中心，如图6所示.现让小球A、B、C带等量的正电荷Q，让小球D带负电荷q，使四个小球均处于静止状态(带电小球均可视为点电荷)，则Q与q的比值为12345678图6√12345678解析　设三角形边长为L，即AB、AC距离为L，以小球A为研究对象，由库仑定律知，12345678根据平衡条件得F合＝F′，8.如图7所示，真空中两个相同的小球带有等量同种电荷，质量均为0.1 g，分别用10 cm长的绝缘细线悬挂于绝缘天花板上的一点，当平衡时B球偏离竖直方向60°，A球竖直悬挂且与绝缘墙壁接触(两带电小球均可视为点电荷)，取g＝10 m/s2，静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2求：12345678图7(1)两个小球所带电荷量；解析　对B球受力分析如图甲所示.B球受力平衡，则拉力与库仑力的合力大小等于重力，方向与重力方向相反，由几何知识可知：F＝mg＝FTB.12345678(2)墙壁受到的压力；1234567812345678解析　对A球受力分析如图乙所示：A球受力平衡，方向水平向左.(3)每条细线的拉力的大小.12345678答案　1.5×10－3 N　1×10－3 N12345678解析　A球受力平衡，则有：FTA＝mg＋Fcos 60°＝1.5×10－3 N，由(1)分析知FTB＝mg＝1×10－3 N.返回