2017-2018学年高中物理(人教版选修3-1)教学同步课件 第1章 7 静电现象的应用
2017人教版高中物理选修(3-1)第1章《静电场》ppt课件
• 3．理清本章分析问题的两个角度。 • 一是电场力的性质——从电荷在电场中受力的 角度研究，侧重于利用牛顿运动定律分析处 理问题。 • 二是电场能的性质——从电场力做功使能量变 化的角度研究，侧重于利用功能关系、能量 守恒分析处理问题。
知识导航
• 本章是高中阶段电学内容的开始，在整个高 中物理知识体系中具有承上(力学)启下(电磁 学)的重要位置。 • 本章知识在结构上可以分为三个单元：1～3 节为第一单元，主要学习电学中两个最基本 的定律——电荷守恒定律和库仑定律，学习描 述电场力的性质的物理量——电场强度；4～6 节为第二单元，学习描述电场能的性质的物 理量——电势、电势差，电势差与电场强度的 关系；7～8节为第三单元，主要学习电场知 识的应用——电容器、电容，带电粒子在电场 中的加速和偏转，还简单介绍了静电现象在1情 景 切 入2知 识 导 航
3
学 法 指 导
情景切入
• 电闪雷鸣，是一种常出现在暴风雨中的自然 现象，它是那样的神秘，来去匆匆，稍纵即 逝。它给人们带来甘霖，同时也给人们带来 恐惧。几千年以来人们一直想探究其中的奥 秘，更想将它驾驭于手中。美国科学家富兰 克林就曾冒着生命危险，尝试用风筝去捕捉 雷电。 • 雷电是怎样形成的？物体带电是怎么回事？ 电荷有哪些特性？电荷间的相互作用遵从什 么规律？人类应该怎样利用这些规律？…… • 这些问题正是本章要探究并做出解答的知识 。
学 法 指 导
• 1．要重视对基本概念、基本规律的理解。 • 基本概念多且抽象是这一章的突出特点。在 学习中要重视对物理现象的深入观察和对物 理规律的亲身体验，例如课本的“说一说 ”“做一做”“静电感应”“电容器的电容 ”等，经过深入观察和亲身体验后，物理知 识不仅容易领悟而且印象深刻。
2017-2018学年高二物理人教版选修3-1课件：本章整合3
专题一
专题二
专题三
专题四
专题五
【例1】 如图所示,质量m=0.1 kg的导体棒静止于倾角为30°的斜 面上,导体棒长度L=0.5 m。通入垂直纸面向里的电流,电流大小 I=2 A,整个装置处于磁感应强度B=0.5 T、方向竖直向上的匀强磁 场中。求:(g取10 m/s2)
(1)导体棒所受安培力的大小和方向。 (2)导体棒所受静摩擦力的大小和方向。
������ ������
������������ ������ = ������������ ������2 带电粒子在匀强磁场中的运动:������������������ = ������ → 2π������ ������ 应用 ������ = ������������
速度选择器、磁流体发电机、质谱仪、回旋加速器等
专题一
专题二
专题三
专题四
专题五
专题一 安培力作用下导体的状态分析 通电导体在安培力的作用下可以处于平衡状态,也可以处于运动 状态。正确对导体受力分析,是解决力学问题的关键。受力分析的 一般思路: 1.明确研究对象,这里的研究对象一般是通电导体。 2.受力分析的顺序:按重力、弹力、摩擦力的顺序进行,最后分析 安培力。 3.分析安培力时要注意磁场方向、电流方向,正确使用左手定则。 4.正确画出导体的受力分析图,必要时画出侧视图、俯视图等。 5.用平衡条件或动力学知识列式求解。
专题一
专题二
专题三
专题四
专题五
2.运动规律 (1)在电偏转中,恒定的电场力 F 电使粒子做匀变速曲线运动,即 类平抛运动,其运动规律可分解为垂直于电场方向的匀速直线运动 和平行于电场方向的匀加速直线运动。 两分运动的表达形式分别为 vx=v0,x=v0t;vy=at= (2)在磁偏转中,变化的磁场力 F 洛使粒子做匀速圆周运动,其运 动规律分别从时间(周期)和空间(半径)两个侧面给出如下表达形 式:T=
高中物理选修3-1全套课件 PPT
只有引力
既有引力 又有斥力
不同点
天体间表现明显
微观带电 粒子
间表现明
显
都是场力
万有引力场
电场
公式
F＝Gmr1m2 2
F＝kqr1q2 2
条件
两质点之间
两点电荷 之间
通过对比我们发现，大自然尽管是多 种多样的，但也有规律可循，具有统一的 一面．规律的表达那么简捷，却揭示了自 然界中深奥的道理，这就是自然界和谐多 样的美．
与电荷守恒定律并不矛盾.
一、电荷基本性质的理解 【例 1】 绝缘细线上端固定，
图 1－1－3
下端悬挂一个轻质小球 a，a 的表面镀有铝膜；
在 a 的近旁有一绝缘金属球 b，开始时，a、b 都不
带电，如图 1－1－3 所示．现使 a、b 分别带正、
负电，则(
)
A．b 将吸引 a，吸引后不放开
B．b 先吸引 a，接触后又与 a 分开
要点二 库仑定律的理解 1．适用条件：适用于真空中的点电荷． 真空中的电荷若不是点电荷，如图 1 －2－2 所示．同种电荷时，实际距离会增 大，如图(a)所示；异种电荷时，实际距离 会减小，如图(b)所示．
图 1－2－2
2.
对
公
式
F
k
q1q2 r2
的
理
解
:
有
人
根
据
公
式
F
k
q1q2 r2
,设想当
2．电荷守恒定律的两种表述方式的区别是什么？ (1)两种表述：①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；在转移的过程中，电荷的总量保持不变．② 一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是保持不变的．
2017-2018学年高中物理选修3-1(人教版)第一章+章末复习课+Word版含答案.pdf
学无 止 境
章末复习课
①点电荷
②kqr1q2 2
F ③q
④正电荷
⑤强弱
⑥方向
⑦Eqp
⑧φA
⑨φB
⑩qUAB
⑪EpA
⑫EpB
Q ⑬U
⑭动能定理
⑮牛顿第二定律结合运动学公式
⑯平抛运动规律
主题 1 电场力和能的性质 1．电场强度． (1)基本公式：E＝Fq适用于任何电场， E＝krQ2适用于点电荷电场， E＝Ud适用于匀强电场．
A．直线 a 位于某一等势面内，φM>φQ B．直线 c 位于某一等势面内，φM>φN C．若电子由 M 点运动到 Q 点，电场力做正功 D．若电子由 P 点运动到 Q 点，电场力做负功 解析：在匀强电场中电子从 M 点到 N 点和 P 点电场力做功相同，则说明 NP 在同一等势 面上，即直线 d 位于某一等势面上，由于 c∥d，所以直线 c 也位于某一等势面上；电子从 M 到 N 电场力做负功，即电场力的方向由 N 到 M，由于电子带负电，所以电场强度的方向由
等量同种电荷：在连线上：电场强度先减到 0(中点)再增大；电势先减小再增大但中点 电势不为 0.其中垂线上：从中点向外电场强度先增大后减小，电势逐渐减小．
等量异种电荷：在连线上：电场强度先减小后增大，但中点不为 0，电势从正电荷到负 电荷一直减小．
在中垂线上：电场强度从中点向外一直减小，电势不变(0 势线)． 3．电势能和动能(只受电场力)： (1)电场力做功：W＝qU，也可用电场力与速度的夹角． 电场力做正功：电势能减小，动能增大． 电场力做负功：电势能增大，动能减小． (2)利用 Ep＝φq. (3)利用能量守恒：电势能减小，动能增大．电势能增大，动能减小． 【典例 1】 (2015·全国Ⅰ卷)如图，直线 a、b 和 c、d 是处于匀强电场中的两组平行 线，M、N、P、Q 是它们的交点，四点处的电势分别为 φM、φN、φP、φQ.一电子由 M 点分 别运动到 N 点和 P 点的过程中，电场力所做的负功相等，则( )
人教版高中物理新课标版选修3-1 第一章静电场(全章)(共164张PPT)[优秀课件资料]
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1.2《库仑定律》
教学目标
❖ （一）知识与技能 ❖ 1．掌握库仑定律，要求知道点电荷的概念，理解库仑定
律的含义及其公式表达，知道静电力常量． ❖ 2．会用库仑定律的公式进行有关的计算． ❖ 3．知道库仑扭秤的实验原理． ❖ （二）过程与方法 ❖ 通过演示让学生探究影响电荷间相互作用力的因素，再得
BE
课堂训练
4、如图所示，导体棒AB靠近带正电的导体Q
放置．用手接触B端，移去手指再移去Q，
AB带何种电荷 _负__电__荷_____ ．若手的接触点
改在A端，情况又如何_负__电__荷______ 。
小结
1、自然界存在两者电荷 （1）正电荷：丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷 （2）负电荷：毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷 2、使物体带电的方式带电方式 (1)摩擦起电： 电子从一个物体转移到另一个物体 (2)接触起电：电荷从一个物体转移到另一个物体 (3)感应起电：电荷从物体的一部分转移到另一部分
出库仑定律 ❖ （三）情感态度与价值观 ❖ 培养学生的观察和探索能力 ❖ 重点：掌握库仑定律 ❖ 难点：会用库仑定律的公式进行有关的计算 ❖ 教具：库仑扭秤(模型或挂图)．
同种电荷相互排斥、 异种电荷相互吸引。
既然电荷之间存在相互作用，那么电荷之间 相互作用力的大小决定于那些因素呢
早互实的库影作在验增仑响我用表大定两国的明而律点东定，增1电.汉性s电大w荷时规f荷，间期律之随作人,定间着用库们量的距力仑就讨作离的定掌论用的因律握电力增素2了荷随大.：sw电间着而f荷相电减间互荷小相作量。
为__1_.6_×__1_0_－_19_C__ ；一个电子的电量为_－__1_.6_×_ _1_0－__19_C_ ，一个质 子的电量为__1_.6_×__1_0_－_19_C__ ；任何带电粒子，所带电量或者等 于电子或质子的电量，或者是它们电量的整__数__倍__．最早测出 元电荷的数值的是美国物理学家密立根 ，这位科学家还测出 了电子电量和质量的比值，叫做电子的 比荷 。 4、把两个完全相同的金属球A和B接触一下，再分开一段距离， 发现两球之间相互排斥，则A、B两球原来的带电情况可能是
2017-2018学年高中物理(人教版选修3-1)教学同步课件 第1章 2 库仑定律
力的大小？通过实验，两带电体间的
答案
该装臵通过悬丝扭转的角度来比较力的大小，力越大，悬丝扭转的角度 1 越大，力F与距离r的二次方成反比：F∝ 2 . r 实验的巧妙之处：①利用悬丝的扭转角度把力放大；②利用相同球体接 触平分电荷量解决了无法测量电荷量的问题.
第一章 静电场
2 库仑定律
学习目标 1.了解探究电荷间作用力与电荷量及电荷间距离的关系的实验过程. 2.知道点电荷的概念. 3.理解库仑定律的内容、公式及适用条件，会用库仑定律进行有关 的计算. 4.了解库仑扭秤实验.
内容索引
知识探究
题型探究
达标检测
1
知识探究
一、探究影响电荷间相互作用力的因素 导学探究 O是一个带正电的物体，把系在丝线上的带正 电的小球先后挂在图1中P1、P2、P3等位臵. 图1 (1)保持小球的带电荷量不变，将悬点由P1依次移至P3，小球所受作用力
②带电体能否看做点电荷，不取决于带电体的大小，而取决于它们的
形状、大小与距离相比能否忽略.即将带电体看做点电荷的前提条件是
带电体间的距离远大于带电体本身的尺寸.
(3)正确区分点电荷与元电荷：
①元电荷是一个电子或一个质子所带电荷量的数值，是电荷量的最小
值，没有正、负之分. ②点电荷只是不考虑大小和形状的带电体，其带电荷量可以很大，也 可以很小，但它一定是元电荷的整数倍.
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 . q1q2 (2)公式：F＝ k 2 ，其中k＝ 9.0×109 N· m2/C2，叫做静电力常量. r (3)适用条件：a. 在真空中 ；b. 点电荷 .
2017-2018学年高二物理人教版选修3-1课件：本章整合1
������
静电力:������ = ������������ 电势能������p :电荷在电场中具有的势能 电势:������ = 电场的描述 电势差
������p ������
定义:������������������ =
������������������ = ������������ -������������ ������
理 QB<QA。再由相互间库仑力大小相等得
������������ ������������ ������������ ������������ ������������ ������������ ������ = ������ = ������ 2 2 ������������������ ������������������ ������������������ 2
专题一
专题二
专题三
专题四
【例 2】
如图所示,在平面直角坐标系中,有方向平行于坐标平面的匀强 电场,其中坐标原点 O 处的电势为 0,点 A 处的电势为 6 V,点 B 处的 电势为 3 V,则电场强度的大小为( ) A.200 V/m B.200 3 V/m C.100 V/m D.100 3 V/m
偏移位移:������ = 示波管原理
2
专题一
专题二
专题三
专题四
专题一 三个点电荷的平衡问题 三个相关点电荷都处于平衡状态,称为三个点电荷平衡问题。此 时,三个点电荷中的每一个点电荷受到的其他两点电荷的库仑力必 然大小相等、方向相反。该类问题规律总结如下: 1.三点共线:三个点电荷一定分布在一条直线上。 2.两同夹异:两侧的点电荷电性相同,中间的点电荷的电性一定与 两侧的相反。 3.两大夹小:处于中间的点电荷的电荷量一定较小。 4.近小远大:三个点电荷中电荷量较小的两个点电荷离得较近。
2017-2018学年高中物理人教版选修3-1文档：第一章+第4讲+Word版含答案
[目标定位] 1.会处理电场中的平衡问题.2.会处理电场力与牛顿第二定律结合的综合问题．一、电场力作用下的平衡1．共点力的平衡条件：物体不受力或所受外力的合力为零．2．处理平衡问题常用的数学知识和方法有直角三角形、相似三角形和正交分解法．选取研究对象时，要注意整体法和隔离法的灵活运用．例1 如图1所示，光滑水平面上相距为L 的A 、B 两个带正电小球，电荷量分别为4Q 和Q .要在它们之间引入第三个带电小球C ，使三个小球都只在电场力相互作用下而处于平衡，求：图1(1)小球C 带何种电荷？ (2)C 与A 之间的距离x 为多大？ (3)C 球的电荷量q 为多大？解析 (1)要使三个小球都只在电场力相互作用下而处于平衡，且A 、B 为两个带正电小球，故小球C 带负电荷．(2)对C ，设C 与A 之间的距离为x ， 则：4kQq x 2＝kQq (L －x )2，解得：x ＝23L . (3)对A 球，由平衡条件知， 4kQq x 2＝4kQ 2L 2，解得：q ＝49Q . 答案 (1)小球C 带负电荷 (2)23L (3)49Q同一直线上的三个自由点电荷都处于平衡状态时，电荷间的关系为：“两同夹异”、“两大夹小”、“近小远大”．例2 如图2所示，真空中两个相同的小球带有等量同种电荷，质量均为m ，分别用绝缘细线悬挂于绝缘天花板上同一点，平衡时，B 球偏离竖直方向θ角，A 球竖直且与墙壁接触，此时A 、B 两球位于同一高度且相距L .求：图2(1)每个小球带的电荷量q ； (2)B 球所受绳的拉力F T . (3)墙壁对A 球的弹力F N .解析 (1)对B 球受力分析如图所示：B 球受三个力且处于平衡状态，其中重力与库仑力的合力大小等于绳子拉力的大小，方向与绳子拉力方向相反，由图可知：F 库＝mg tan θ＝kq 2L2，①解得：q ＝Lmg tan θk(2)由B 球的受力分析知，F T ＝mgcos θ②(3)分析A 球的受力情况知F N ＝F 库＝k q 2L2③结合①得F N ＝mg tan θ. 答案 (1)Lmg tan θk (2)mgcos θ(3)mg tan θ 二、两等量电荷电场线的特点等量同种点电荷和等量异种点电荷的电场线的比较例3 如图3所示，a、b两点处分别固定有等量异种点电荷＋Q和－Q，c是线段ab的中心，d是ac的中点，e是ab的垂直平分线上的一点，将一个正点电荷先后放在d、c、e点，它所受的电场力分别为F d、F c、F e，则下列说法中正确的是( )图3A．F d、F c、F e的方向都是水平向右B．F d、F c的方向水平向右，F e的方向竖直向上C．F d、F e的方向水平向右，F c＝0D．F d、F c、F e的大小都相等解析根据场强叠加原理，等量异种点电荷连线及中垂线上的电场线分布如图所示，d、c、e三点场强方向都是水平向右，正点电荷在各点所受电场力方向与场强方向可得到A正确，B、C错误；连线上场强由a到b先减小后增大，中垂线上由O到无穷远处逐渐减小，因此O 点场强是连线上最小的(但不为0)，是中垂线上最大的，故F d＞F c＞F e，故D错误．答案 A三、电场线与运动轨迹1．物体做曲线运动的条件：合力在轨迹曲线的内侧，速度方向沿轨迹的切线方向．2．由轨迹的弯曲情况结合电场线确定电场力的方向；由电场力和电场线的方向可判断电荷的正负；由电场线的疏密程度可确定电场力的大小，再根据牛顿第二定律F＝ma可判断运动电荷加速度的大小．例4 如图4所示，实线为电场线(方向未画出)，虚线是一带电的粒子只在电场力的作用下，由a到b的运动轨迹，轨迹为一条抛物线．下列判断正确的是( )图4A．电场线MN的方向一定是由N指向MB．带电粒子由a运动到b的过程中速度一定逐渐减小C．带电粒子在a点的速度一定小于在b点的速度D．带电粒子在a点的加速度一定大于在b点的加速度解析由于该粒子只受电场力作用且做曲线运动，物体所受外力指向轨迹内侧，所以粒子所受电场力一定是由M指向N，但是由于粒子的电荷性质不清楚，所以电场线的方向无法确定，故A错误；粒子从a运动到b的过程中，电场力与速度成锐角，粒子做加速运动，速度增大，故B错误，C正确；b点的电场线比a点的密，所以带电粒子在a点的加速度小于在b点的加速度，故D错误，故选C.答案 C电场线决定力或加速度的方向，轨迹显示速度的方向，注意电场力的方向指向轨迹内侧.针对训练一带负电荷的质点，在电场力作用下沿曲线abc从a运动到c，已知质点的速率是递减的．关于b点电场强度E的方向，下列图示中可能正确的是(虚线是曲线在b点的切线)( )答案 D解析负电荷所受的电场力与电场强度方向相反，曲线运动中质点所受的合力(本题是电场力)方向指向轨迹的凹侧．所以正确选项是D.四、电场力与牛顿第二定律的结合例5 如图5所示，光滑斜面倾角为37°，一带正电的小物块质量为m，电荷量为q，置于斜面上，当沿水平方向加如图所示的匀强电场时，带电小物块恰好静止在斜面上，从某时刻开始，电场强度变化为原来的12，(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g ＝10m/s 2)求：图5(1)原来的电场强度； (2)小物块运动的加速度；(3)小物块2s 末的速度和2s 内的位移．解析 (1)对小物块受力分析如图所示，小物块静止于斜面上，则mg sin37°＝qE cos37°，E ＝mg tan37°q ＝3mg4q.(2)当场强变为原来的12时，小物块受到的合外力F 合＝mg sin37°－12qE cos37°＝0.3mg ，又F 合＝ma ，所以a ＝3m/s 2，方向沿斜面向下．(3)由运动学公式v ＝at ＝3×2m/s ＝6 m/sx ＝12at 2＝12×3×22m ＝6m答案 (1)3mg 4q(2)3m/s 2，方向沿斜面向下 (3)6 m/s 6m1．(电场力作用下的平衡)(多选)两个通电小球带电后相互排斥，如图6所示．两悬线跟竖直方向各有一个夹角α、β，且两球在同一水平面上．两球质量用m 和M 表示，所带电荷量用q 和Q 表示．若已知α＞β，则一定有关系( )图6A ．两球一定带同种电荷B ．m 一定小于MC ．q 一定大于QD ．m 受到的电场力一定大于M 所受的电场力 答案 AB2．(电场力作用下的平衡)如图7所示，把A 、B 两个相同的导电小球分别用长为0.10 m 的绝缘细线悬挂于O A 和O B 两点．用丝绸摩擦过的玻璃棒与A 球接触，棒移开后将悬点O B 移到O A 点固定．两球接触后分开，平衡时距离为0.12 m ．已测得每个小球质量是8.0×10－4 kg ，带电小球可视为点电荷，重力加速度g ＝10 m/s 2，静电力常量k ＝9.0×109N·m 2/C 2，则( )图7A ．两球所带电荷量相等B ．A 球所受的静电力为1.0×10－2N C ．B 球所带的电荷量为46×10－8 C D ．A 、B 两球连线中点处的电场强度为0 答案 ACD解析 两相同的小球接触后电量均分，故两球所带电荷量相等，选项A 正确；A 球所受的电场力由几何关系，两球分开后，悬线与竖直方向的夹角为37°，F ＝mg tan 37°＝8.0×10－4×10×0.75 N＝6.0×10－3N ，选项B 错误；根据库仑定律得，F ＝k q A q B l 2＝k q 2Bl2，解得q B＝Fl 2k＝6×10－3×0.1229×109C ＝46×10－8C ，选项C 正确；A 、B 两球带等量的同种电荷，故在A 、B 两球连线中点处的电场强度为0，选项D 正确．3．(两等量电荷电场的特点)(多选)如图8所示，两个带等量负电荷的小球A 、B (可视为点电荷)，被固定在光滑的绝缘水平面上，P 、N 是小球A 、B 连线的水平中垂线上的两点，且PO ＝ON .现将一个电荷量很小的带正电的小球C (可视为质点)由P 点静止释放，在小球C 向N点运动的过程中，下列关于小球C 的说法可能正确的是( )图8A ．速度先增大，再减小B ．速度一直增大C ．加速度先增大再减小，过O 点后，加速度先减小再增大D ．加速度先减小，再增大 答案 AD解析在AB的中垂线上，从无穷远处到O点，电场强度先变大后变小，到O点变为零，故正电荷受电场力沿连线的中垂线运动时，电荷的加速度先变大后变小，速度不断增大，在O 点加速度变为零，速度达到最大；由O点到无穷远处时，速度变化情况与另一侧速度的变化情况具有对称性．如果P、N相距很近，加速度则先减小，再增大．4．(电场线与运动轨迹)(多选)一带电粒子从电场中的A点运动到B点，轨迹如图9中虚线所示．不计粒子所受重力，则( )图9A．粒子带正电荷B．粒子加速度逐渐减小C．A点的速度大于B点的速度D．粒子的初速度不为零答案BCD解析带电粒子所受合外力(即电场力)指向轨迹内侧，知电场力方向向左，粒子带负电荷，故A项错误．根据E A＞E B，知B项正确．粒子从A到B受到的电场力为阻力，C项正确．由图可知，粒子从A点运动到B点，速度逐渐减小，故粒子在A点速度不为零，D正确．5．(电场力与牛顿第二定律的结合)如图10所示，用一条绝缘轻绳悬挂一个带电小球，小球质量为1.0×10－2kg，所带电荷量为＋2.0×10－8C．现加一水平方向的匀强电场，平衡时绝缘绳与竖直方向成30°角，绳长L＝0.2m，取g＝10m/s2，求：图10(1)这个匀强电场的电场强度大小．(2)突然剪断轻绳，小球做什么运动？加速度大小和方向如何？答案(1)36×107N/C (2)做匀加速直线运动2033m/s2与绳子拉力方向相反解析(1)根据共点力平衡得，qE＝mg tan30°解得E ＝36×107N/C. (2)突然剪断轻绳，小球受重力和电场力作用，做初速度为零的匀加速直线运动．F 合＝mgcos30°＝maa ＝2033m/s 2加速度方向与绳子拉力方向相反.题组一 电场强度及矢量的叠加1．(多选)如图所示，下列为电场中某点的电场强度E 与放在该点处的试探电荷q 及所受电场力F 之间的函数关系图象，其中正确的是( )答案 AD解析 电场中某点的电场强度与试探电荷无关，所以A 正确，B 错误；由F ＝qE 知，F －q 图象为过原点的倾斜直线，故D 正确，C 错误．2．(多选)如图1所示，金属板带电荷量为＋Q ，质量为m 的金属小球带电荷量为＋q ，当小球静止后，悬挂小球的绝缘细线与竖直方向间的夹角为α，小球与金属板中心O 恰好在同一条水平线上，且距离为L .下列说法正确的是( )图1A ．＋Q 在小球处产生的场强为E 1＝kQ LB ．＋Q 在小球处产生的场强为E 1＝mg tan αqC ．＋q 在O 点产生的场强为E 2＝kq L2 D ．＋q 在O 点产生的场强为E 2＝mg tan αQ答案 BC解析 金属板不能看做点电荷，在小球处产生的场强不能用E ＝kQ r计算，故A 错误；根据小球处于平衡得小球受电场力F ＝mg tan α，由E ＝F q 得：E 1＝mg tan αq，B 正确；小球可看做点电荷，在O 点产生的场强E 2＝kq L2，C 正确；根据牛顿第三定律知金属板受到小球的电场力大小为F ＝mg tan α，但金属板不能看做试探电荷，故不能用E ＝F q求场强，D 错误．故选B 、C. 3．直角坐标系xOy 中，M 、N 两点位于x 轴上，G 、H 两点坐标如图2所示．M 、N 两点各固定一负点电荷，一电荷量为Q 的正点电荷置于O 点时，G 点处的电场强度恰好为零．静电力常量用k 表示．若将该正点电荷移到G 点，则H 点处场强的大小和方向分别为( )图2A.3kQ4a 2，沿y 轴正向 B.3kQ4a 2，沿y 轴负向 C.5kQ4a 2，沿y 轴正向D.5kQ4a2，沿y 轴负向 答案 B解析 因正电荷Q 在O 点时，G 点的场强为零，则可知两负电荷在G 点形成的电场的合场强与正电荷Q 在G 点产生的场强等大反向，大小为E 合＝k Q a2；若将正电荷移到G 点，则正电荷在H 点的场强为E 1＝k Q (2a )2＝kQ4a 2，因两负电荷在G 点的场强与在H 点的场强等大反向，则H 点的合场强为E ＝E 合－E 1＝3kQ4a 2，方向沿y 轴负向，故选项B 正确． 题组二 电场线、运动轨迹4．如图3为真空中两点电荷A 、B 形成的电场中的一簇电场线，该电场线关于虚线对称，O 点为A 、B 点电荷连接的中点，a 、b 为其连线的中垂线上对称的两点，则下列说法正确的是( )图3A．A、B可能带等量异号的正、负电荷B．A、B可能带不等量的正电荷C．a、b两点处无电场线，故其电场强度可能为零D．同一试探电荷在a、b两点处所受电场力大小相等，方向一定相反答案 D解析根据题图中的电场线分布可知，A、B带等量的正电荷，选项A、B错误；a、b两点处虽然没有画电场线，但其电场强度一定不为零，选项C错误；由题图可知，a、b两点处电场强度大小相等，方向相反，同一试探电荷在a、b两点处所受电场力大小相等，方向一定相反，选项D正确．5．(多选)用电场线能很直观、很方便地比较电场中各点场强的强弱．如图4甲是等量异种点电荷形成电场的电场线，图乙是场中的一些点：O是电荷连线的中点，E、F是连线中垂线上相对O对称的两点，B、C和A、D也相对O对称．则( )图4A．B、C两点场强大小和方向都相同B．A、D两点场强大小相等，方向相反C．E、O、F三点比较，O点场强最弱D．B、O、C三点比较，O点场强最弱答案AD解析根据等量异种点电荷的电场特点可知：两电荷连线上各点的场强方向向右且大小关于O点对称，中点场强最小，向两侧场强逐渐增大．两电荷连线中垂线上各点的场强方向相同，都向右，且大小关于O点对称，中点场强最大，向两侧场强逐渐减小．故A、D正确．6.(多选)如图5所示，实线表示匀强电场中的电场线，一带电粒子(不计重力)经过电场区域后的轨迹如图中虚线所示，a、b是轨迹上的两点，关于粒子的运动情况，下列说法中可能的是( )图5A．该粒子带正电荷，运动方向为由a至bB．该粒子带负电荷，运动方向为由a至bC．该粒子带正电荷，运动方向为由b至aD．该粒子带负电荷，运动方向为由b至a答案BD7．(多选)如图6所示的电场中，虚线为某带电粒子只在电场力作用下的运动轨迹，a、b、c 是轨迹上的三个点，则( )图6A．粒子一定带正电B．粒子一定是从a点运动到b点C．粒子在c点加速度一定大于在b点加速度D．粒子在电场中c点的速度一定大于在a点的速度答案AC解析曲线运动的物体，合力指向运动轨迹的内侧，由此可知，带电粒子受到的电场力的方向为沿着电场线向左，所以粒子带正电，A正确；粒子不一定是从a点沿轨迹运动到b点，也可能从b点沿轨迹运动到a点，B错误；由电场线的分布可知，粒子在c点所受的力较大，加速度一定大于在b点的加速度，C正确；若粒子从c运动到a，电场力与速度成锐角，则粒子做加速运动；若粒子从a运动到c，电场力与速度成钝角，则粒子做减速运动，故在c 点的速度一定小于在a点的速度，D错误；故选A、C.8.(多选)如图7所示，在负点电荷Q的电场中，a、b两点位于Q为圆心的同一圆周上，a、c两点位于同一条电场线上，则以下说法中正确的是( )图7A．a、b两点场强大小相等B．同一试探电荷在a、b两点所受电场力相同C．a、c两点场强大小关系为E a＞E cD．a、c两点场强方向相同答案 AD解析 负点电荷形成的电场中，各点的场强方向都由该点指向场源电荷，a 、c 两点在同一条电场线上，因此两点的场强方向相同，即选项D 正确；场强大小可以根据电场线的疏密程度加以判定，由于c 处电场线比a 处密，故a 、c 两点场强大小关系为E c ＞E a ，C 项错误；a 、b 两点处在同一圆周上，电场线疏密程度相同，因此a 、b 两点场强大小相等，但方向不同，放同一试探电荷在a 、b 两点所受电场力大小相等，方向不同，故A 项正确，B 项错误． 题组三 带电体在电场中的平衡和加速9．在雷雨云下沿竖直方向的电场强度为104V/m.已知一半径为1 mm 的雨滴在此电场中不会下落，取重力加速度大小为10 m/s 2，水的密度为103kg/m 3.该雨滴携带的电荷量的最小值约为( ) A ．2×10－9C B ．4×10－9C C ．6×10－9CD ．8×10－9C答案 B解析 带电雨滴在电场力和重力作用下保持静止，根据平衡条件，电场力和重力必然等大反向，即mg ＝Eq ，则q ＝mg E ＝ρ43πr 3g E ＝103×43×3.14×10－9×10104C ≈4×10－9C. 10．如图8所示，三个点电荷q 1、q 2、q 3固定在同一直线上，q 2与q 3间距离为2r, q 1与q 2间距离为r ，每个电荷所受静电力的合力均为零，由此可以判定，三个电荷的电荷量之比为( )图8A ．(－9)∶4∶(－36)B ．9∶4∶36C ．(－3)∶2∶(－6)D ．3∶2∶6答案 A解析 分别取三个点电荷为研究对象，由于三个点电荷只在静电力(库仑力)作用下保持平衡，所以这三个点电荷不可能是同种电荷，这样可立即排除B 、D 选项，故正确选项只可能在A 、C 中．若选q 2为研究对象，由库仑定律知k q 1q 2r 2＝k q 2q 3(2r )2知：q 3＝4q 1.选项A 恰好满足此关系，显然正确选项为A.11．如图9所示，在光滑绝缘的水平面上，三个带电小球a 、b 和c 分别位于边长为L 的正三角形的三个顶点上：a 、b 带正电，电荷量均为q ，c 带负电．整个系统置于方向水平的匀强电场中．已知静电力常量为k ，若三个小球均处于静止状态，试求该匀强电场的场强以及c 的带电荷量．图9答案3kqL2 2q解析 设c 小球带电荷量为Q ，以c 小球为研究对象进行受力分析，根据平衡条件得a 、b 对c 的合力与匀强电场对c 的力等值反向，即2×kq QL 2×cos30°＝E ·Q ； 所以匀强电场场强的大小为3kqL 2.以a 小球为研究对象进行受力分析，根据平衡条件得b 、c对a 的合力与匀强电场对a 的力等值反向． 即：kq ·q L 2＝kQqL2×cos60°. 所以c 球的带电荷量为Q ＝2q .12．如图10所示，在一条直线上有两个相距0.4m 的点电荷A 、B ，A 带电荷量＋Q ，B 带电荷量－9Q .现在A 、B 所在的直线上引入第三个点电荷C ，恰好使三个点电荷处于平衡状态，问：C 应带什么性质的电荷？应放于何处？所带电荷量为多少？图10答案 负电 A 的左边0.2m 处 －94Q解析 根据平衡条件判断，C 应带负电荷，放在A 的左边且和AB 在一条直线上．设C 带电荷量为q ，与A 点相距为x ，由平衡条件： 以A 为研究对象，则kqQ A x 2＝k Q A Q Br2① 以C 为研究对象，则kqQ A x 2＝k qQ B(r ＋x )2② 联立①②解得x ＝12r ＝0.2m ，q ＝－94Q故C 应带负电荷，放在A 的左边0.2m 处，带电荷量为－94Q .13．如图11所示，有一水平向左的匀强电场，场强为E ＝1.25×104N/C ，一根长L ＝1.5m 、与水平方向的夹角θ＝37°的光滑绝缘细直杆MN 固定在电场中，杆的下端M 固定一个带电小球A ，电荷量Q ＝＋4.5×10－6C ；另一带电小球B 穿在杆上可自由滑动，电荷量q ＝＋1.0×10－6C ，质量m ＝1.0×10－2kg.再将小球B 从杆的上端N 静止释放，小球B 开始运动．(静电力常量k ＝9.0×109N·m 2/C 2，取g ＝10 m/s 2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)求：图11(1)小球B 开始运动时的加速度为多大？(2)小球B 的速度最大时，与M 端的距离r 为多大？ 答案 (1)3.2m/s 2(2)0.9m解析 (1)如图所示，开始运动时小球B 受重力、库仑力、杆的弹力和电场力，沿杆方向运动，由牛顿第二定律得mg sin θ－kQq L 2－qE cos θ＝ma .解得：a ＝g sin θ－kQq L 2m －qE cos θm，代入数据解得：a ＝3.2m/s 2.(2)小球B 速度最大时合力为零，即mg sin θ－kQqr 2－qE cos θ＝0 解得：r ＝kQqmg sin θ－qE cos θ，代入数据解得：r ＝0.9m.。
2017-2018学年高二物理选修3-1课件：本章整合6 精品
专题一
专题二
(2)设粒子 P 在磁场中运动的周期为 T,则 T= 联立解得 T=4t0
1 4
2���� ������0
即粒子 P 做 圆周运动后磁场变为电场,粒子以速度 v0 垂直电场 方向进入电场后做类平抛运动,设 t0~2t0 时间内水平位移和竖直位移 分别为 x1、y1,则 x1=v0t0=
������ ������
专题一
专题二
解析: 静电力大小应为
的,B 错误。n 为导体单位体积内的电荷数,C 错误。载流子所受洛伦 兹力的大小 F 洛=qvB,其中 v=
������ ,可得 ������������������ℎ
������ F=q ,A ℎ
错误。载流子的电性是不确定 F 洛=
������������ ,D ������������ℎ
正确。
答案: D
专题一
专题二
专题二 带电粒子在交变场中运动 1.仔细分析并确定各场的变化特点及相应的时间,其变化周期一 般与粒子在磁场或电场中运动的周期相关联,应抓住变化周期与运 动周期之间的联系这一解题的突破口。 2.题目中所给出的一些边界条件是另一个突破口,如“垂直打在板 上”“相切”“刚好不出区域”等。 3.明确过程后,把粒子的运动过程还原成一个直观的运动轨迹草 图,画图时要注意多解问题。 4.把粒子的运动分解成多个运动阶段,分别进行处理,根据每一阶 段上的受力情况确定粒子的运动规律。
专题一
专题二
【例题 2】 如图所示的 xOy 平面处于变化的匀强电场和匀强 磁场中,电场强度 E 和磁感应强度 B 随时间做周期性变化的图象如 图(b)所示,y 轴正方向为 E 的正方向,垂直于纸面向里为 B 的正方向。 t=0 时刻,带负电粒子 P(重力不计)由原点 O 以速度 v0 沿 y 轴正方向 射出,它恰能沿一定轨道做周期性运动。v0、E0 和 t0 为已知量,图(b) 中
人教版高二物理选修3—1第1章第3节电场强度(共41张PPT)
=2.7 ×10-2 (N)
Q1
Q2
F的方向沿E合的方 向
思
考 １.磁感线是如何表示磁场的? 2.如何比较A、B两点的磁感应强度 的大小和方向？
A B
2 . 电场是看不见、摸不着的，有没有 形象描述电场的方法呢?
电 场 线
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。曲线的疏密程度 表示场强的强弱。
点 电 荷 的 电 场 线
等 量 异 种 电 荷 电 场 线
等 量 同 种 电 荷 电 场 线
电 场 线
１．电场线起于正电荷止于负电荷，电场线不闭 合．对于单个点电荷，正电荷假想无穷远处有负 电荷，电场线终止于那里；负电荷同理．
特
点 ２．电场线不能相交．（因为在电场中的任一点
处只有一个电场强度，方向唯一，如相交则该处
电场强度既有大小又有方向
物理学中规定：电场中某点的场强度方向跟正电 荷在该点所受的静电力方向相同。
+Q
A
+q
EA FA
根据规定：负电荷在电场中某点受到的静电力 的方向跟该点的场强方向相反。
+Q
FA
A
-q
EA
5.理解：
（1）E F 为定义式，适用于一切电场。
q
（2）电场强度是反映电场强弱和方向的 物量。 （3）由电场本身的性质决定，与试探 电荷的正负、电荷量的大小及受到的 电场力都无关。
__________N
答案：5×103，1×10－5
问题3 点电荷的场强如何？
利用电场强度定义和库仑定律，推导 真空中点电荷周围某点的电场强度
2017-2018学年高中物理人教版选修3-1配套课件：第一章 第1讲 电荷及其守恒定律
典例精析
例3 关于元电荷，下列说法中正确的是(BCD) A.元电荷实质上是指电子和质子本身 B.所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍 C.元电荷的值通常取e＝1.60×10－19 C D.电荷量e的数值最早是由美国物理学家密立根用实验测得的
解析 所有带电体的电荷量或者等于e，或者是e的整数倍，这就是说， 电荷是不能连续变化的物理量，电荷量e的数值最早是由美国物理学家 密立根用实验测得的.由以上分析可知选项B、C、D正确.
D.先把A、B分开，再把C移走，然后重新让A、B接触，A上的金属箔片
张开，而B上的金属箔片闭合
总结提升
解析答案
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二、电荷守恒定律
知识梳理
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. 2.三种起电方式的本质都是电子的转移 ，在转移的过程中电荷的总量不变. 注意 (1)电中性的物体内部也有电荷的存在，只是正、负电荷量的代数 和为零，对外不显电性； (2)电荷的中和是指带等量异种电荷的两物体接触时，经过电子的转移， 最终达到电中性的过程.
使验电器的上端感应出异种电荷，而金属箔片上会感应出同种电荷(感
应起电)，两箔片在斥力作用下张开.
答案
典例精析
例4 使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开.下列 各图表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是( B )
解析 把带电金属球移近不带电的验电器，若金属球带正电荷，则将
导体上的自由电子吸引上来，这样验电器的上部将带负电荷，箔片带
电荷 B.摩擦起电说明电荷可以从一个物体转移到另一个物体 C.感应起电说明电荷可以从物体的一部分转移到另一部分 D.感应起电说明电荷可以从带电的物体转移到原来不带电的物体
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二、尖端放电 静电屏蔽 导学探究 (1)避雷针是利用尖端放电保护建筑物的一种设施，其原理是什么？ 答案 导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在强 电场的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞“散”，也就是使 分子中的正、负电荷分离.这个现象叫做空气的电离 .中性的分子电离后变 成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子 .这些带电粒子在强电场 的作用下加速，撞击空气中的分子，使它们进一步电离，产生更多的带电 粒子.那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔 向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷.
2.处于静电平衡状态下导体的特征
(1)内部的电场__________ 处处为零 . (2)外部表面附近任何一点的场强方向必定与这点的表面_____ 垂直 . (3)整个导体是个 等势体 ，它的表面是个_________. 等势面
3.静电平衡时，导体上的电荷分布特点： (1)导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的______ 表面 . (2)在导体外表面，越尖锐的位置电荷的密度(单位面积的电荷量) 越大 ， 凹陷的位置几乎没有电荷.
第一章 静电场
7 静电现象的应用
学习目标 1.知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡产生的条件. 2.掌握静电平衡状态下的导体特点. 3.了解尖端放电、静电屏蔽现象及其应用.
内容索引
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题型探究
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1
知识探究
一、静电平衡状态下的导体 导学探究 如图1所示，不带电的金属导体放到电场中，导体 内的自由电子将发生定向移动，使导体两端出现等 量异号电荷.请思考下列问题： (1) 自由电子定向移动的原因是什么？定向移动的 方向如何？ 答案 自由电子受外加电场的电场力作用而移动，向着 与电场相反的方向定向移动. 图1
√
A.只有球壳外表面带正电 B.球壳的内表面带负电，外表面带正电 C.球壳的内、外表面都带正电 D.球壳的内表面带正电，外表面带负电 图5
即学即用 判断下列说法的正误.
(1)处于静电平衡状态的导体内部任意两点间的电势差为零.( √ )
(2)静电平衡状态下的导体内部场强处处为零，导体的电势也为零.( × )
(3)因为外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的合电场为 0，所以
处于静电平衡的导体内部电场处处为0.( √ )
(4)静电平衡时，导体内的自由电子不再运动.( × )
(2)静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两
条导线与大地相连.
即学即用
判断下列说法的正误. (1)避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过导线 导入大地.( × ) (2)用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，则线，油罐车后面拖条铁链都是把静电导入大地.( √ )
(2)处于静电平衡状态的导体，其内部场强处处为零，若导体是空心的，
则空心部分的场强怎样？静电屏蔽是怎样起到屏蔽作用的？ 答案 空心部分场强为零 .静电屏蔽是利用 “处于静电平衡状态的导体内部场 强处处为零”，即使内部有自由电子，受到的电场力也为0，自由电子 不发生定向移动.
知识梳理 1.空气的电离：导体尖端电荷 密度 很大，附近的电场很强，空气中残留 的带电粒子在 强电场 的作用下发生剧烈的运动把空气中的气体分子撞 “散”，也就是使分子中的正负电荷 分离 的现象. 吸引 而 2.尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被______ 奔向尖端，与尖端上的电荷 中和 ，相当于导体从尖端____________ 失去电荷 的现象.
(2)自由电子能否一直定向移动？为什么？
答案
不能.感应电荷产生的电场与外加电场反向， 阻碍电子的定向移动，当这两个电场大小相 等时，电子的定向移动终止.
知识梳理 1.静电平衡状态：导体在电场中发生静电感应现象时，感应电荷的电场
与原电场 叠加 ，使导体内部电场 减弱 ，直至为零，导体内部自由电
子不再发生 定向移动 的状态.
(4)电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，目的是铜丝衣服有屏蔽作用，
使体内场强为零.( √ )
2
题型探究
一、静电平衡的理解及应用
1.处于静电平衡状态的导体内部场强为零的本质是外电场E0和感应电荷 产生的电场E′的合场强为0，即E0＝－E′. 2.孤立的带电导体处于静电平衡状态，内部场强为 0的本质是分布在导 体外表面的电荷在导体内部的合场强为0. 3.处于静电平衡的导体是等势体，表面是等势面，所以导体表面的电场 线应与导体表面垂直.
3.静电屏蔽：金属壳或金属网的空腔内不受外界电场的影响，壳(网)内电
场强度保持为 0 ，外电场对壳(网)内的仪器不会产生影响，金属壳(网)的 静电屏蔽 这种作用叫做___________.
4.尖端放电和静电屏蔽的应用、防止：
(1)尖端放电：
①应用： 避雷针 是利用尖端放电避免雷击的一种设施.
②防止：高压设备中导体的表面尽量 光滑 会减少电能的损失.
大金属板， A为金属板内的一点， B为金属板左侧外表面上 的一点，下列关于金属板上感应电荷在 A点和 B点的场强方 向判断正确的是 答案
解析
A.感应电荷在A点的场强沿E1方向
√ C.感应电荷在B点的场强可能沿E3方向 √
B.感应电荷在A点的场强沿E2方向 D.感应电荷在B点的场强可能沿E4方向
图3
二、静电平衡导体的电荷分布
例1
长为l的导体棒原来不带电，现将一带电荷量为＋q的点电荷放在距
棒左端R处，如图2所示.当棒达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中 kq 向左 答案 解析 点P处产生的电场强度大小等于_________ l 2 ，方向为_______. R＋2
图2
针对训练1
(多选)如图3所示，带负电的点电荷旁有一接地
1.净电荷只分布在导体表面，内部没有净电荷.
2.感应电荷分布于导体两端，电性相反，电量相等，近异远同，如图4甲所示.
3.净电荷在导体表面的分布不均匀，一般越是尖锐的地方电荷的分布越密
集，如图乙所示.
甲
图4
乙
例2
如图5所示，把一个带正电的小球放入原来不带电的金属空腔球壳内
答案 解析
并接触，其结果可能是