高考物理备考艺体生百日突围系列专题07静电场含解析 23页

专题07静电场第一部分特点描述电场是电学的基础，也是高考的重点，每年必考。一般以填空题或计算题的形式进行考查。库仑定律、电场线的性质、带电体在静电场中的平衡、平行板电容器、带电粒子在电场中的运动等是考查的重点。特别是带电粒子在电场中的运动结合交变电流、磁场知识巧妙地把电场性质与牛顿运动定律、功能关系、动量等力学知识有机地结合起来，更是命题几率较高的热点。在复习本部分时要牢牢抓住力和能这两条主线，将知识系统化，找出它们的联系，做到融会贯通，同时还应注意此部分知识与科技前沿、生活实际等的联系，如静电除尘、电容式传感器、喷墨打印机、静电分选器、示波器等。预测2016年对电场考查选择题和计算均有：选择题主要检测考生对重要概念的理解和基本规律的运用．重点考查库仑定律、电场、电场强度、电场线、匀强电场、电场强度的叠加、匀强电场中电势差根电场强度的关系、电容器的电容等基本概念、基本规律的综合运用；计算题仍是以高分值高难度形式出现，重点是考查电场力、电势能、电势差、电势等概念与力学综合。从近几年的高考来看，随着招生比例的增大，试题的难度相对而言有所下降，思维难度大，起点高的超难试题没有了，但同时送分题也没有了，在论述题，计算题的思维起点都不是很高，随着对物理过程研究的深入，思维难度逐步增大，因此有效的考查了学生的物理思维能力。因此抓好基本物理知识的教学仍是中学物理教学的首要任务。把握好复习节奏，适当降低起点和速度，着重学生思维能力的培养过程，以基础题训练方法，努力培养学生正确，良好的解题习惯，加强对学生复习方法，应试策略与技巧的训练和指导。第二部分知识背一背一、电荷守恒定律1．物质的电结构：构成物质的原子本身包括：带正电的质子和不带电的中子构成原子核，核外有带负电的电子，整个原子对外较远位置表现为电中性．2．元电荷：最小的电荷量，其值为e＝1.60×10－19C.其他带电体的电荷量皆为元电荷的整数倍．3．电荷守恒定律（1）内容：电荷既不会创生，也不会消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移过程中，电荷的总量保持不变．（2）起电方式：摩擦起电、接触起电、感应起电． （3）带电实质：物体带电的实质是得失电子．二、库仑定律1．点电荷：是一种理想化的物理模型，当带电体本身的大小和形状对研究的问题影响很小时，可以将带电体视为点电荷．2．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）公式：F＝k，其中比例系数k叫做静电力常量，k＝9.0×109N·m2/C2.（3）适用条件：①真空中；②点电荷.3．库仑定律的理解：库仑定律的适用条件是真空中的静止点电荷．点电荷是一种理想化的物理模型，当带电体间的距离远远大于带电体的自身大小时，可以视其为点电荷而适用库仑定律，否则不能适用．三、电场及电场强度1．静电场（1）电场是存在于电荷周围的一种物质，静电荷产生的电场叫静电场．（2）电荷间的相互作用是通过电场实现的．电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用．2．电场强度（1）物理意义：表示电场的强弱和方向．（2）定义：电场中某一点的电荷受到的电场力F跟它的电荷量q的比值叫做该点的电场强度．（3）定义式：E＝.（4）单位：N/C或V/m.（5）矢量性：电场强度是矢量，正电荷在电场中某点受力的方向为该点电场强度的方向，电场强度的叠加遵从平行四边形定则．3．场强三个表达式的比较　表达式比较　E＝E＝kE＝ 意义电场强度定义式真空中点电荷的电场强度决定式匀强电场中E与U关系式适用条件一切电场①真空；②点电荷匀强电场决定因素由电场本身决定，与q无关由场源电荷Q和场源电荷到该点的距离r共同决定由电场本身决定四、电场线1．电场线的定义：为了直观形象地描述电场中各点电场强度的强弱及方向，在电场中画出一系列的曲线，使曲线上各点的切线方向表示该点的电场强度方向，曲线的疏密表示电场强度的大小．2．几种典型电场的电场线分布（1）正点电荷的电场如图甲所示：电场线由正电荷出发，到无穷远终止．（2）负点电荷的电场如图乙所示：电场线由无穷远出发，到负电荷终止．（3）匀强电场的电场线分布如图丙所示．特点：间隔相等的平行直线．（4）点电荷与带电金属板的电场线的分布如图丁所示．（5）等量同种点电荷和等量异种点电荷的电场两点电荷的连线及其中垂线上的电场分布及特点的比较如下：比较项目等量同种点电荷等量异种点电荷电场线图示连线中点O处的场强为零中垂线上最大连线上最小 由O沿中垂线向外场强的变化先变大后变小逐渐减小关于O点对称的两点A与A′，B与B′场强的关系等大、反向等大、同向五、电场力做功与电势能1．电场力做功的特点（1）在电场中移动电荷时，电场力做功与路径无关，只与初末位置有关，可见电场力做功与重力做功相似．（2）在匀强电场中，电场力做的功W＝Eqd，其中d为沿电场线方向的位移．2．电势能（1）定义：电荷在电场中具有的势能．电荷在某点的电势能，等于把它从该点移到零势能位置时电场力所做的功．（2）电场力做功与电势能变化的关系电场力做的功等于电势能的减少量，即WAB＝EpA－EpB。（3）电势能的相对性：电势能是相对的，通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上的电势能规定为零．六、电势和等势面1．电势（1）定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值．（2）定义式：φ＝.（3）矢标性：电势是标量，其大小有正负之分，其正（负）表示该点电势比电势零点高（低）．（4）相对性：电势具有相对性，同一点的电势因零势点的选取的不同而不同．（5）沿着电场线方向电势逐渐降低．2．等势面（1）定义：电场中电势相等的各点构成的面．（2）特点①电场线跟等势面垂直，即场强的方向跟等势面垂直．②在等势面上移动电荷时电场力不做功．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．七、电势差1．电势差：电荷q在电场中A、B两点间移动时，电场力所做的功WAB跟它的电荷量q的比值，叫做A、B间的电势差，也叫电压．公式：UAB＝.单位：伏（V）．2．电势差与电势的关系：UAB＝φA－φB，电势差是标量，可以是正值，也可以是负值，而且有UAB＝－UBA.3．电势差UAB由电场中A、B两点的位置决定的，与移动的电荷q、电场力做的功WAB无关，与零电势点的选取也无关．4．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线方向的距离的乘积．即U＝Ed，也可以写作E＝.八、电容器与电容1．电容器（1）组成：由两个彼此绝缘又相互靠近的导体组成．（2）带电量：每个极板所带电荷量的绝对值．（3）电容器的充电和放电充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两极板带上等量的异种电荷，电容器中储存电场能．放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中电场能转化为其他形式的能．2．电容（1）定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值．（2）定义式：C＝（3）物理意义：表示电容器容纳电荷本领大小的物理量．3．平行板电容器（1）影响因素：平行板电容器的电容与正对面积成正比，与介质的介电常数成正比，与两板间的距离成反比．（2）决定式：C＝，k为静电力常量．九、带电粒子在电场中的加速 1.带电粒子在电场中加速，若不计粒子的重力，则电场力对带电粒子做的功等于带电粒子__动能__的增量．（1）在匀强电场中：W＝qEd＝qU＝mv2－mv或F＝qE＝q＝ma.（2）在非匀强电场中：W＝qU＝mv2－mv.十、带电粒子在电场中的偏转1．进入电场的方式：一个质量为m、带电荷量为q的粒子，以初速度v0垂直于电场线方向进入两平行金属板间的匀强电场，两板间的电势差为U.2．受力特点：粒子所受电场力大小不变，且电场力的方向与初速度v0的方向垂直．3．运动特点：做匀变速曲线运动，与力学中的平抛运动类似．第三部分技能+方法考点一　对电荷守恒定律、库仑定律的理解及应用1．处理两相同金属球（视为点电荷）接触后电量重分问题时，应注意两者带电的异同，重放后其库仑力可能有两个解．2．在公式F＝k中当r→0时，库仑定律不再成立，两电荷不能视为点电荷，此时可用微元法、割补法等对带电体做等效处理．化非点电荷为点电荷，进而应用库仑定律解决问题．【例1】两个半径相同的金属小球（视为点电荷），带电荷量之比为1∶7，相距为r，两者相互接触后再放回原来的位置上，则相互作用力可能为原来的（　　）．A.B.C.D.【答案】CD考点二　对电场强度的理解及电场强度的叠加 电场强度三个表达式的比较表达式比较E＝E＝kE＝公式意义电场强度定义式真空中点电荷的电场强度决定式匀强电场中E与U关系式适用条件一切电场①真空；②点电荷匀强电场决定因素由电场本身决定，与q无关由场源电荷Q和场源电荷到该点的距离r共同决定由电场本身决定相同点矢量，遵守平行四边形定则，单位：1N/C＝1V/m【例2】在电场强度为E的匀强电场中，取O点为圆心，r为半径作一圆周，在O点固定一电荷量为＋Q的点电荷，a、b、c、d为相互垂直的两条直线和圆周的交点．当把一检验电荷＋q放在d点恰好平衡（如图所示，不计重力）．问：（1）匀强电场电场强度E的大小、方向如何？（2）检验电荷＋q放在点c时，受力Fc的大小、方向如何？（3）检验电荷＋q放在点b时，受力Fb的大小、方向如何？【答案】（1）k方向沿db方向；（2）k方向与ac成45°角斜向下；（3）2k方向沿db方向 （2）检验电荷放在c点：Ec＝＝E＝k所以Fc＝qEc＝k.方向与ac方向成45°角斜向下（如右图所示）．（3）检验电荷放在b点：Eb＝E2＋E＝2E＝2k所以Fb＝qEb＝2k，方向沿db方向．考点三对电场线的理解及应用1.孤立点电荷的电场（1）正（负）点电荷的电场线呈空间球对称分布指向外（内）.（2）离点电荷越近，电场线越密（电场强度越大）2．等量同（异）电荷的电场等量同种电荷①两点电荷连线中点O处的电场强度为零，②从两点电荷连线中点O沿中垂面（线）到无限远，电场强度先变大后变小③两点电荷连线中垂线上各点的电场强度方向和中垂线平行④关于O点对称的两点A与A′，B与B′的电场强度等大、反向 等量异种电荷①两点电荷连线上各点的电场强度方向从正电荷指向负电荷，沿两点电荷连线方向电场强度先变小再变大②两点电荷连线的中垂面（线）上，电场强度方向相同，且与中垂面（线）垂直③关于O点对称的两点A与A′，B与B′的电场强度等大、同向3.应用电场线进行以下判断：（1）电场力的方向——正电荷的受力方向和电场线方向相同，负电荷的受力方向和电场线方向相反；（2）电场强度的大小（定性）——电场线的疏密可定性判断电场强度的大小；（3）电势的高低与电势降低的快慢——沿电场线的方向电势逐步降低，电场强度的方向是电势降低最快的方向；（4）等势面的疏密——电场越强的地方，等差等势面越密集；电场越弱的地方，等差等势面越稀疏．【例3】图中的实线表示电场线、虚线表示只受电场力作用的带电粒子的运动轨迹．粒子先经过M点，再经过N点，则可以判定（　　）．A．M点的电势高于N点的电势B．粒子在M点的电势能小于N点的电势能C．粒子在M点的加速度大于在N点的加速度D．粒子在M点的速度小于在N点的速度【答案】AD考点四电场力做功及电场中的功能关系 1.求电场力做功的几种方法（1）由公式W=Flcosα计算，此公式只适用于匀强电场中，可变形为W=Eqlcosα.（2）由WAB=qUAB计算，此公式适用于任何电场.（3）由电势能的变化计算：WAB=EpA-EpB.（4）由动能定理计算：W电场力+W其他力=ΔEk2.电场中的功能关系（1）若只有电场力做功，电势能与动能之和保持不变.（2）若只有电场力和重力做功，电势能、重力势能、动能之和保持不变.（3）除重力、弹簧弹力之外，其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化.3.电势能高低的比较方法（1）根据电场力做功比较：不论是正电荷还是负电荷，电场力做正功，电势能就减少；电场力做负功，电势能就增加.（2）根据电势能与电势的关系式Ep=qφ判断，式中的q是带正负号的，对于正电荷，电势高处，电势能大；对于负电荷，电势高处，电势能反而小.【例4】下列说法中错误的是（）A.重力做功与路径无关，与移动物体的初末位置的竖直高度差有关，即WAB=mghABB.电场力做功与路径无关，与移动电荷的初末位置的电势差有关，即WAB=qUABC.重力对物体做正功，其重力势能减少，做负功,则重力势能增加D.电场力对正电荷做正功，正电荷电势能减少，对负电荷做正功，负电荷电势能增加【答案】选D.考点五　电场线、电场强度、电势、等势面之间的关系1．电场线与电场强度的关系：电场线越密的地方表示电场强度越大，电场线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向．2．电场线与等势面的关系：电场线与等势面垂直，并从电势较高的等势面指向电势较低的等势面．3．电场强度数值与电势数值无直接关系：电场强度大（或小）的地方电势不一定大（或小），零电势可人为选取，而电场强度是否为零则由电场本身决定． 4.几种常见的电场的等势面分布5.电势高低的四种判断方法 【例5】某静电场的电场线分布如图所示，图中P、Q两点的电场强度的大小分别为EP和EQ，电势分别为φP和φQ，则（）A.EP>EQ，φP>φQB.EP>EQ，φP<φQC.EPφQD.EPφBD．φA<φB【答案】AD考点：考查了电场力做功10.【黑龙江省哈尔滨市第六中学2016届高三上学期期中考试物理试题】（多选）关于静电场，下列结论普遍成立的是（）A．电场强度的方向处处与等电势面垂直B．电场强度为零的地方，电势也为零C．随着电场强度的大小逐渐减小，电势也逐渐降低D．任一点的电场强度总是指向该点电势降落最快的方向【答案】AD【解析】电场线总和等势面垂直，所以电场方向也和等势面垂直，A正确；等量同种电荷的连线中点处，电场强度为零，但是电势不为零，B错误；沿电场方向电势降低，与电场强度大小无关，C错误；沿电场线的方向电势降低最快；故电场中任一点的电场强度的方向总是指向该点电势降落最快的方向，D正确考点：考查了电场强度，电势，等势面11.【广西省柳州铁路第一中学2016届高三上学期10月月考理综试题】关于静电场，下列说法正确的是A.处于静电平衡状态的导体是个等势体B.处于静电平衡状态的导体，内部的电场不为0C.随着电场强度的大小逐渐减小，电势也逐渐降低D.任一点的电场强度总是指向该点电势降落最快的方向【答案】AD考点：考查了静电平衡12．【黑龙江省牡丹江市第一高级中学2016届高三上学期期中考试物理试题】许多科学家对物理学的发展作出了巨大贡献，下列表述正确的是 A．法拉第首先提出了电场的概念且采用了电场线描述电场B．开普勒、胡克、哈雷等科学家为万有引力定律的发现做出了贡献C．电荷量e的数值最早是由美国物理学家密立根测得的D．安培总结出了真空中两个静止点电荷之间的相互作用规律【答案】ABC【解析】法拉第首先提出了电场的概念且采用了电场线描述电场，选项A正确；开普勒、胡克、哈雷等科学家为万有引力定律的发现做出了贡献，选项B正确；电荷量e的数值最早是由美国物理学家密立根测得的，选项C正确；库仑总结出了真空中两个静止点电荷之间的相互作用规律，选项D错误；故选ABC.考点：物理学史.13．【湖北省龙泉中学、宜昌一中2016届高三10月联考物理试题】（10分）在示波管中，电子通过电子枪加速，进入偏转电场，然后射到荧光屏上，如图所示，设电子的质量为m（不考虑所受重力），电荷量为e，从静止开始，经过加速电场加速，加速电场电压为U1，然后进入偏转电场，偏转电场中两板之间的距离为d，板长为L，偏转电压为U2，求电子射到荧光屏上的动能为多大？【答案】【解析】电子在加速电场加速时，根据动能定理eU1＝mv①（2分）进入偏转电场后L＝vx·t②（2分）vy＝at③（1分）a＝④（1分）考点：动能定理