广东版高考物理复习专题九静电场教学课件

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电荷先中和后平分。(3)三种起电方式
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=k ,式中k=9.0×109 N·m2/C2,叫作静电力常量。3.适用条件(1)适用于真空中静止点电荷间的相互作用。(2)对于两个均匀带电绝缘球体,可将其视为电荷集中在球心的点电荷,r为两球心间的 距离。(3)对于两个带电金属球,要考虑表面电荷的重新分布,r为等效电荷中心间的距离。
①两金属球带同种电荷:Fk ,如图乙。
三、电场和电场强度1.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。2.电场强度(1)定义:放入电场中某点的试探电荷所受静电力F与它的电荷量q的比值,叫作该点的 电场强度,简称场强。(2)定义式:E= ,单位为N/C或V/m。(3)电场强度的性质
(4)电场强度三个公式的比较
3.三个自由点电荷的平衡问题(1)平衡条件:每个点电荷受到的另外两个点电荷的静电力的合力为0,即每个点电荷所 处的位置是另外两个点电荷的电场叠加后场强为0的位置。(2)平衡规律 4.电场线(1)定义:电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线,曲线上每点的切线方向表示该
点的电场强度方向,电场线不是实际存在的线,而是为了描述电场而假想的线。(2)特点①电场线从正电荷或无限远出发,终止于无限远或负电荷。②电场线在电场中不相交、不相切、不中断。③在同一幅图中,场强越大的地方电场线越密。④沿电场线方向电势逐渐降低。(3)几种典型电场的电场线
5.两种等量点电荷电场强度及电场线比较
考点二　静电场中能的性质一、电势能1.定义:电荷在电场中具有的势能叫电势能,用Ep表示。2.相对性:电荷在电场中某点的电势能的大小与零势能点的选取有关。3.静电力做功与电势能改变的关系静电力对电荷做正功,电荷的电势能减少;静电力对电荷做负功,电荷的电势能增加。 电势能减少量与静电力做功的关系式:WAB=EpA-EpB=-ΔEp。
二、电势1.定义:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比。2.定义式:φ= ,单位为V。3.标矢性:电势是标量,有正负之分,其正(负)表示该点电势比零电势高(低)。4.相对性:电势具有相对性,同一点的电势因选取零电势点的不同而不同。5.电势高低的判断方法
三、电势差1.定义:在电场中,两点间电势的差值。2.表达式:UAB=φA-φB。3.静电力做的功与电势差的关系:UAB= 。4.影响因素:电势差UAB由电场本身的性质决定,与移动的电荷q及静电力做的功WAB无 关,与零电势点的选取无关。5.匀强电场中电势差与电场强度的关系匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场强度方向的距离的乘积,即 U=Ed,也可以写作E= 。
四、等势面1.定义:电场中电势相同的各点构成的面。2.特点(1)等势面一定与电场强度的方向垂直。(2)在同一等势面上移动电荷时静电力不做功。(3)电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面。(4)等差等势面越密的地方电场强度越大;反之越小。3.几种常见的等势面
考点三　电容器　带电粒子在匀强电场中的运动一、电容器1.常见电容器(1)组成:由两个彼此绝缘又相距很近的导体组成。(2)电荷量:一个极板所带电荷量的绝对值。(3)电容器的充、放电过程
点拨拓展    判断含电容器电路中电流方向时,可根据电容器是充电还是放电判断;正 电荷定向移动的方向(或负电荷定向移动的反方向)是电流的方向,电流不一定由电源 的正极流向负极。2.电容(1)定义:电容器所带的电荷量Q与两极板间的电势差U的比值。(2)定义式:C= 。(3)单位:法拉(F)、微法(μF)、皮法(pF)。1 F=106 μF=1012 pF。(4)意义:表示电容器储存电荷本领的大小。
3.平行板电容器及其动态分析(1)平行板电容器的组成:由两个相距很近的平行金属板构成,中间被电介质材料隔 开。(2)平行板电容器的电容决定式:C= 。(3)电容定义式与决定式的比较
(4)平行板电容器的动态分析 
  解析    保持开关S闭合,滑动变阻器R仅充当导线,电容器两极板间的电势差U不变,滑动变阻器R的滑片P向左移动不会影响静电计指针张角,静电计指针张角不变;将两极 板间距d减小,由E1= 可知两极板间的电场强度E1增大,故A正确,B错误。断开开关S后,电容器的带电荷量Q不变,若紧贴N极板插入金属板,相当于两极板间距d减小,根据 C= 可知电容C增大,根据C= 可知两极板间的电势差U减小,静电计指针张角变小;若将两极板间距d增大,电容C减小,两极板间电势差U增大,故C正确,D错误。
二、带电粒子在匀强电场中的运动1.带电粒子在匀强电场中做直线运动(1)带电粒子做直线运动的条件①粒子所受合力F合=0,粒子静止或做匀速直线运动。②粒子所受合力F合≠0且与初速度共线,带电粒子将做加速直线运动或减速直线运 动。(2)用动力学观点分析a= ,E= ,v2- =2ad。
(3)用功能观点分析①匀强电场中:W=Eqd=qU= mv2- m 。②非匀强电场中:W=qU=Ek2-Ek1。点拨拓展    　    是否考虑研究对象重力(1)基本粒子:例如电子、质子、α粒子、离子等除有特殊说明或明确的暗示外,一般不 考虑其重力(但不能忽略其质量)。(2)带电颗粒:例如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有特殊说明或明确的暗示外,一般都 不能忽略其重力。
2.带电粒子在匀强电场中的偏转
3.带电粒子在电场中的“加速+偏转+射屏”规律简析
(1)带电粒子从偏转电场中射出时,其速度方向反向延长线与初速度方向延长线交于一 点,此交点为带电粒子在电场中沿初速度方向位移的中点。(2)速度偏转角θ的正切值等于位移偏转角α的正切值的2倍,即tan θ=2 tan α。(3)以相同的初速度进入同一个偏转电场的带电粒子,不论m、q是否相同,只要比荷 相同,则偏移距离y和速度偏转角θ均相同。(4)若以相同的初动能Ek0进入同一个偏转电场,只要q相同,不论m是否相同,则偏移距离 y和速度偏转角θ均相同。(5)电荷量q不同的同性带电粒子经同一电场加速后(即加速电压U1相同),再经同一 电场偏转,则偏移距离y和速度偏转角θ均相同。
4.示波管(1)构造(2)工作原理:如果在偏转电极XX'和YY'之间都没有加电压,则电子枪射出的电子沿直 线打在荧光屏中央,在屏上产生一个亮点;XX'上所加的锯齿形电压叫扫描电压;YY'上 所加的是待测的信号电压U,在屏上产生的竖直偏移距离y'与U成正比;当扫描电压和 信号电压的周期相同时,荧光屏上将出现一个稳定的图像。
微专题10　求电场强度的几种特殊方法
点拨拓展    (1)求点电荷电场与匀强电场叠加的电场强度一般应用常规的矢量合成 法。(2)求均匀带电体与点电荷产生的电场叠加的电场强度一般应用对称法。(3)计算均匀带电体某点产生的电场强度一般应用补偿法或微元法。
例1　如图所示,四根彼此绝缘的带电导体棒围成一个正方形线框(忽略导体棒的形状 和大小),正方形中心O点的电场强度大小为E0,方向竖直向下;若仅撤去导体棒C,则O点 场强大小变为E1,方向竖直向上,若将导体棒C叠于A棒处,则O点场强大小变为 (　    ) A.E1-E0　　　　　　　    B.E1-2E0C.2E1+E0　　　　　　　    D.2E1
  解题指导    正方形线框在O点产生的电场的电场强度竖直向下,说明左右两边带电导体棒产生的电场的电场强度大小相等,方向相反,而上下两边的带电导体棒产生的 电场的合场强方向竖直向下。  解析    正方形线框在O点产生的电场的电场强度竖直向下,则表明左右两边的带电导体棒产生的电场叠加后在O点的场强为零。A、C产生的电场叠加后在O点的场强 方向竖直向下。撤去C,O点处的场强方向竖直向上,表明A带负电,C带负电。C在O点 产生的电场的电场强度EC=E1+E0,将C叠于A棒处,则O点处场强大小E'=2E1+E0。  答案    C
微专题11　静电场中的图像问题一、φ-x图像 
1.描述电势随位移变化的规律,图像中可以直接判断各点电势的高低。2.根据电势的高低可以判断电场强度的方向,并结合电荷的正负分析电荷移动时电势 能的变化。3.根据E= 得,E= ,可知φ-x图线切线的斜率反映电场强度,如图所示。
4.电场中常见的φ-x图像(取无限远处电势为0)(1)单一点电荷的φ-x图像      (2)两个等量异种点电荷连线上的φ-x图像 
(3)两个等量正点电荷的φ-x图像      
二、E-x图像1.描述电场强度随位移变化的规律。2.E的正负表示电场强度的方向。E>0表示电场强度沿正方向;E<0表示电场强度沿 负方向。
3.图线与横坐标轴所围“面积”表示电势差,“面积”的大小表示电势差大小,“面积”的正负表示始末两点电势的高低。4.电场中常见的E-x图像(1)单一点电荷的E-x图像正点电荷及负点电荷的电场强度E随坐标x变化关系的图像。
(2)两个等量异种点电荷的E-x图像(3)两个等量正点电荷的E-x图像
三、Ep-x图像1.描述电势能随位移变化的规律。2.根据电势能的变化可以判断静电力做功的正负。3.根据W=ΔEp=F静电x,Ep-x图线切线斜率k= = = =-F静电,即图线切线斜率的绝对值和正负分别表示静电力的大小和方向。
例2　在x轴方向存在一静电场,其φ-x图像如图所示,一电子以一定的初速度沿x轴从O点运动到x4,电子仅受静电力,则该电子 (　    )A.在x1处电势能最小B.从x2到x3受到的静电力和从x3到x4受到的静电力方向相反C.在x1处受到的静电力最大D.在x3处电势为0,电场强度也为0  解析    电荷在某点的电势能Ep=φq,可知负点电荷在电势越高的地方电势能越小,所以该电子在x1处的电势能最小,A正确;从x2到x3的场强方向向右,从x3到x4的场强方向也 向右,所以电子从x2到x3和从x3到x4受到的静电力方向相同,B错误;φ-x图线切线斜率表
示电场强度,x1处的电场强度E1=0,可知电子在x1处受到的静电力为0,故C错误;φ-x图线 切线斜率表示电场强度,x3处的切线斜率不为0,即x3处的电场强度不为0,故D错误。  答案    A
例3    (多选)一带负电的微粒(电荷量不变,所受重力不计)只在静电力作用下沿x轴正 方向运动,其电势能Ep随位移x变化的关系如图所示,其中0~x1段是曲线,x1~x2段是平行 于x轴的直线,x2~x3段是倾斜直线。下列说法正确的是     (　    )
A.0~x1段电场强度逐渐增大B.0~x1段电势逐渐升高C.x1~x2段电场强度为0D.x2~x3段微粒做匀加速直线运动  解析    图线的斜率的绝对值 表示静电力的大小,可知0~x1段微粒所受静电力减小,故0~x1段电场强度减小,同理,x1~x2段电场强度为0,故A错误,C正确;0~x1段微粒的电 势能逐渐增大,且微粒带负电,所以0~x1段电势降低,x2~x3段微粒受到的静电力不变,电 势能降低,则其动能增加,可知微粒做匀加速直线运动,故B错误,D正确。  答案    CD
微专题12　带电粒子在交变电场、叠加场中的运动一、带电粒子在交变场中的运动1.常见的交变电场类型电压(或场强)波形:正弦波、矩形波、锯齿波等。2.解决带电粒子在交变电场中运动问题的方法
例4　如图甲所示,一带电粒子沿平行板电容器中线MN以速度v平行于极板射入(记为t =0时刻),同时在两板上加一按图乙变化的电压。已知粒子的比荷为k,带电粒子只受静 电力的作用且不与极板发生碰撞,经过一段时间,粒子以平行极板方向的速度射出。 下列说法正确的是 (　    )      A.粒子射出时间可能为t=4 sB.粒子射出的速度大小为2v
C.极板长度满足L=3vn(n=1,2,3,…)D.极板间最小距离为   解析    粒子平行于极板方向做匀速直线运动,垂直极板方向运动的v-t图像如图所示。 
因为粒子平行于极板方向射出,可知粒子垂直极板的分速度为0,所以射出时刻可能为 1.5 s、3 s、4.5 s……满足t=1.5n s(n=1,2,3,…),粒子射出的速度大小必定为v,故A、B错 误;极板长度L=v·1.5n(单位为m)(n=1,2,3,…),故C错误;因为粒子不与极板发生碰撞,则 应满足 ≥ v垂直×1.5 s;v垂直=a×1 s,a= ,联立解得d≥ ,故D正确。  答案    D
归纳总结交变电场中电场方向上的直线运动
二、带电粒子在叠加场中的运动　　应用等效思想处理带电粒子在叠加场中的运动(1)“等效重力”及“等效重力加速度”在匀强电场中,将重力与静电力进行合成,如图所示,F合=G效,则“等效重力加速度”g效=  ,F合的方向即“等效重力”的方向,也是“等效重力加速度”的方向。 
例5　如图所示,在匀强电场中,一长为L的绝缘细线一端固定于O点,另一端系一个质 量为m、电荷量为q的带正电小球。现使其在竖直平面内绕O点做完整的圆周运动。 AB、CD分别为圆的水平和竖直直径。已知电场方向斜向右上方且与水平方向夹角 为45°(图中未画出),电场强度大小为 ,重力加速度为g。下列说法正确的是 (        )
A.小球运动的最小速度为 B.小球运动到A点时的机械能最小C.小球运动到B点时的动能最大D.小球从C运动到D的过程中合力做功不为0  解题指导    对处于A点的小球受力分析,合力为恒力,如图所示。过A点沿水平方向作一条直径,与圆的两个交点对应等效“最高点”与等效“最低点”。 
  解析    由于电场方向斜向右上方且与水平方向夹角为45°,则静电力F=Eq= mg,则静电力和重力的合力大小为mg,方向水平向右,合力所在的直线与圆周的交点为速度 最小值的点和最大值的点,即A点(等效“最高点”)和B点(等效“最低点”)。小球在B 点时速度最大,动能最大(轨道类型的等效场中,等效“最低点”动能最大,等效“最高 点”动能最小)。在A点,当细线上拉力为0时,小球速度最小,则静电力和重力的合力为 小球做圆周运动提供向心力,mg=m ,可得vmin= ,故A错误,C正确。除重力和系统内弹力外其他力做的功等于系统机械能的增加量,如图所示,小球从F到E,克服静电力 做的功最多,机械能减少最多,所以运动到E点时机械能最小,故B错误。(电势能最小处 机械能最大;电势能最大处机械能最小)由于细线上拉力不做功,静电力和重力的合力