人教版高中物理选修3-1课件第1章章末整合
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高中物理课件
灿若寒星整理制作
负电荷
创生
消灭
真空中静止的点电荷 正电荷
正电荷 保持不变
切线
较小 降低
较大
φA－φB
Ep q
电荷的始末位置
WAB q
电势 垂直
高
低
密
0 0
外
10－6 εS
4πkd
0
10－12
匀速直线பைடு நூலகம்动
匀加速直线运动
专题一 静电力作用下物体的平衡问题 1．同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．库仑力与重力、 弹力一样，它也是一种基本力，因此一般的力学规律对它也适 用，在对物体进行受力分析时应一起分析在内． 2．明确带电粒子在电场中的平衡问题，实际上属于力学平 衡问题，其中仅多了一个静电力而已． 3．求解这类问题时，需应用有关力的平衡知识，在正确的 受力分析基础上，运用平行四边形定则、三角形定则或建立平 面直角坐标系，应用共点力作用下物体的平衡条件去解决．
答案：AD
专题三 用动力学观点处理带电体在电场中的运动 带电物体在电场中的运动综合了静电场和力学的知识，分 析方法和力学的基本相同．带电的物体在电场中除受到电场力 作用，还可能受到其他力的作用，如重力、弹力、摩擦力等， 在诸多力的作用下物体可能所受合力不为零，做匀变速运动或 变加速运动．处理这类问题，就像处理力学问题一样，首先对 物体进行受力分析(包括电场力)，再明确其运动状态，最后根 据所受的合力和所处的状态选择相应的规律解题． 相关规律：牛顿第二定律F合＝ma.运动学公式(如匀变速直 线运动速度公式、位移公式等)．平抛运动知识、圆周运动知识 等．
下面介绍常见的几种功能关系： (1)只要合外力做功不为零，物体的动能就要改变，合外力 做正功，动能增加；合外力做负功，动能减少．此类问题可以 使用动能定理求解．
(2)静电力做正功，物体的电势能就要改变，且静电力的功 等于电势能的减少量，W电＝Ep1－Ep2.静电力做正功，电势能减 少；静电力做负功，电势能增加．如果只有静电力做功，物体 的动能和电势能之间相互转化，总量保持不变．
【针对训练】
2．(双选)如图1－5所示，在绝缘的斜面上方，存在着匀 强电场，电场方向平行于斜面向上，斜面上的带电金属块在平
行于斜面的力F作用下沿斜面移动．已知金属块在移动的过程 中，力F做功32J，金属块克服电场力做功8J，金属块克服摩 擦力做功16J，重力势能增加18J，则在此过程中金属块的
() A．动能减少10J
【针对训练】
3．(双选)如图1－7，A、B两点各放一电荷量均为Q的等 量异种电荷，有一竖直放置的光滑绝缘细杆在两电荷连线的垂
直平分线上，a、b、c是杆上的三点，且ab＝bc＝l，b、c关于
两电荷连线对称．质量为m、带正电荷q的小环套在细杆上，
自a点由静止释放，则( ) A．小环通过 b 点时速度为 2gl
C．粒子在A点的动能比在
B点多0.5J
图1－4
D．粒子在A点的机械能比在B点少1.5J
解析：粒子从A点运动到B点，电场力做正功，且沿着电 场线，故粒子带正电，所以选项A错；粒子从A点运动到B点， 电场力做正功，电势能减少，故粒子在A点的电势能比在B点 多1.5J，故选项B错；由动能定理，WG＋W电＝ΔEk，－2.0J ＋1.5J＝EkB－EkA，所以选项C对；除重力以外的其他力(在这 里指电场力)所做的总功等于机械能的增加，所以选项D对．
(2)令B板接地，欲使该微粒射出偏转电场，求A板所加电 势的范围．
图1－6
思路点拨：本题中平行极板水平放置，研究对象是带电微 粒，根据这两点需要考虑带电粒子的重力．
解：(1)当 UAB＝1 000 V 时，重力跟电场力平衡，微粒沿初 速度方向做匀速直线运动，由 qUdAB＝mg 得
q＝mUgABd＝2×10－9 C 因重力方向竖直向下，故电场力方向必须竖直向上．又场 强方向竖直向下(UAB>0)，所以微粒带负电．
【例3】两平行金属板A、B水平放置，一个质量m＝ 5×10k－g6的带电微粒以v0＝2m/s的水平初速度从两板正中央 位置射入电场，如图1－6所示，A、B两板间的距离d＝4cm， 板长L＝10cm.(取g＝10m/s2) (1)当A、B间的电压UAB＝1000V时，微粒恰好不偏转， 沿图中直线射出电场，求该粒子的电荷量．
A．2
B．3
C．2 3
D．3 3
图1－3
专题二 用能量观点处理带电体在电场中的运动 带电的物体在电场中具有电势能，同时还可能具有动能和 重力势能其他能量，用能量观点处理问题是一种简捷的方法， 而且比动力学的观点解决更方便些．处理这类问题，首先要进 行受力分析，及各力做功情况分析，再根据做功情况选择合适 的规律列式求解．
答案：CD
题后反思：在解决电场中的能量问题时常用到的基本规律 有动能定理、能量守恒定律，有时也会用到功能关系． (1)应用动能定理解决问题需研究合外力的功(或总功)． (2)应用能量守恒解决问题需注意电势能和其他形式能之 间的转化．
(3)应用功能关系解决该类问题需明确电场力做功与电势 能改变之间的对应关系．
(3)如果除了重力和静电力之外，无其他力做功，则物体的 动能、重力势能和电势能三者之和不变．
【例2】(双选)图1－4为一匀强电场，某带电粒子从A点
运动到B点．在这一运动过程中克服重力做的功为2.0J，电场
力做的功为1.5J．则下列说法正确的是( )
A．粒子带负电
B．粒子在A点的电势能比
在B点少1.5J
(2)当微粒恰好从上极板右端飞出时，运动时间为
t＝vL0 竖直位移为12d＝12a1t2 解得加速度 a1＝16 m/s2 微粒所受电场力方向向上，A 板电势高于 B 板电势，设 A 板电势为 φ1，则 UAB＝φ1>0.由牛顿第二定律，有 qφd1－mg＝ma1 则 φ1＝a1＋qgmd＝2 600 V
B．电势能增加24J
C．机械能减少24J
D．内能增加16J
图1－5
解析：由动能定理可知ΔEk＝32J－8J－16J－18J＝－10J， A正确；克服电场力做功为8J，则电势能增加8J，B错误； 机械能的改变量等于除重力以外的其他力所做的总功，故ΔE＝ 32J－8J－16J＝8J，C错误；物体内能的增加量等于克服摩擦 力所做的功，D正确．
【例1】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，如图1－1所示． 求这个匀强电场的电场强度．(取g＝10m/s2)
图1－1
图1－2
解：小球在三个共点力的作用下处于平衡状态，受力分析
当微粒恰好从下极板右端飞出时，同理可得微粒的加速度 a2＝16 m/s2 可知微粒所受电场力方向向下，A 板电势低于 B 板电势， 设 A 板电势为 φ2，则 UAB＝φ2<0.由牛顿第二定律，有 mg－qφd2＝ma2 则 φ2＝g－aq2md＝－600 V 所以，要使微粒射出偏转电场，A 板电势 φA 应满足 －600 V<φA<2 600 V.
如图 1－2 所示．小球在重力 mg，电场力 F 及绳的拉力 T 作用 下处于平衡状态，则有
F＝mgtan 30° 而 F＝qE 所以，电场强度
E＝mgtaqn 30°＝1.0×120×－21×0－180×
3 3
N/C＝2.89×106 N/C.
【针对训练】
1．如图 1－3 所示，悬挂在 O 点的一根不可伸长的绝缘细 线下端有一个带电荷量不变的小球 A.在两次实验中，均缓慢移 动另一带同种电荷的小球 B，当 B 到达悬点 O 的正下方并与 A 在同一水平线上，A 处于受力平衡时，悬线偏离竖直方向的角 度为 θ.若两次实验中 B 的电荷量分别为 q1 和 q2，θ 分别为 30° 和 45°，则qq21为( C )
B．小环通过 c 点时速度为 3gl C．小环从b到c速度可能先减 小后增大
D．小环做匀加速直线运动
图1－7
解析：中垂线上各点的合场强均为水平向右，与环的运动 方向垂直不做功，故小环做自由落体运动．
答案：AD
灿若寒星整理制作
负电荷
创生
消灭
真空中静止的点电荷 正电荷
正电荷 保持不变
切线
较小 降低
较大
φA－φB
Ep q
电荷的始末位置
WAB q
电势 垂直
高
低
密
0 0
外
10－6 εS
4πkd
0
10－12
匀速直线பைடு நூலகம்动
匀加速直线运动
专题一 静电力作用下物体的平衡问题 1．同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．库仑力与重力、 弹力一样，它也是一种基本力，因此一般的力学规律对它也适 用，在对物体进行受力分析时应一起分析在内． 2．明确带电粒子在电场中的平衡问题，实际上属于力学平 衡问题，其中仅多了一个静电力而已． 3．求解这类问题时，需应用有关力的平衡知识，在正确的 受力分析基础上，运用平行四边形定则、三角形定则或建立平 面直角坐标系，应用共点力作用下物体的平衡条件去解决．
答案：AD
专题三 用动力学观点处理带电体在电场中的运动 带电物体在电场中的运动综合了静电场和力学的知识，分 析方法和力学的基本相同．带电的物体在电场中除受到电场力 作用，还可能受到其他力的作用，如重力、弹力、摩擦力等， 在诸多力的作用下物体可能所受合力不为零，做匀变速运动或 变加速运动．处理这类问题，就像处理力学问题一样，首先对 物体进行受力分析(包括电场力)，再明确其运动状态，最后根 据所受的合力和所处的状态选择相应的规律解题． 相关规律：牛顿第二定律F合＝ma.运动学公式(如匀变速直 线运动速度公式、位移公式等)．平抛运动知识、圆周运动知识 等．
下面介绍常见的几种功能关系： (1)只要合外力做功不为零，物体的动能就要改变，合外力 做正功，动能增加；合外力做负功，动能减少．此类问题可以 使用动能定理求解．
(2)静电力做正功，物体的电势能就要改变，且静电力的功 等于电势能的减少量，W电＝Ep1－Ep2.静电力做正功，电势能减 少；静电力做负功，电势能增加．如果只有静电力做功，物体 的动能和电势能之间相互转化，总量保持不变．
【针对训练】
2．(双选)如图1－5所示，在绝缘的斜面上方，存在着匀 强电场，电场方向平行于斜面向上，斜面上的带电金属块在平
行于斜面的力F作用下沿斜面移动．已知金属块在移动的过程 中，力F做功32J，金属块克服电场力做功8J，金属块克服摩 擦力做功16J，重力势能增加18J，则在此过程中金属块的
() A．动能减少10J
【针对训练】
3．(双选)如图1－7，A、B两点各放一电荷量均为Q的等 量异种电荷，有一竖直放置的光滑绝缘细杆在两电荷连线的垂
直平分线上，a、b、c是杆上的三点，且ab＝bc＝l，b、c关于
两电荷连线对称．质量为m、带正电荷q的小环套在细杆上，
自a点由静止释放，则( ) A．小环通过 b 点时速度为 2gl
C．粒子在A点的动能比在
B点多0.5J
图1－4
D．粒子在A点的机械能比在B点少1.5J
解析：粒子从A点运动到B点，电场力做正功，且沿着电 场线，故粒子带正电，所以选项A错；粒子从A点运动到B点， 电场力做正功，电势能减少，故粒子在A点的电势能比在B点 多1.5J，故选项B错；由动能定理，WG＋W电＝ΔEk，－2.0J ＋1.5J＝EkB－EkA，所以选项C对；除重力以外的其他力(在这 里指电场力)所做的总功等于机械能的增加，所以选项D对．
(2)令B板接地，欲使该微粒射出偏转电场，求A板所加电 势的范围．
图1－6
思路点拨：本题中平行极板水平放置，研究对象是带电微 粒，根据这两点需要考虑带电粒子的重力．
解：(1)当 UAB＝1 000 V 时，重力跟电场力平衡，微粒沿初 速度方向做匀速直线运动，由 qUdAB＝mg 得
q＝mUgABd＝2×10－9 C 因重力方向竖直向下，故电场力方向必须竖直向上．又场 强方向竖直向下(UAB>0)，所以微粒带负电．
【例3】两平行金属板A、B水平放置，一个质量m＝ 5×10k－g6的带电微粒以v0＝2m/s的水平初速度从两板正中央 位置射入电场，如图1－6所示，A、B两板间的距离d＝4cm， 板长L＝10cm.(取g＝10m/s2) (1)当A、B间的电压UAB＝1000V时，微粒恰好不偏转， 沿图中直线射出电场，求该粒子的电荷量．
A．2
B．3
C．2 3
D．3 3
图1－3
专题二 用能量观点处理带电体在电场中的运动 带电的物体在电场中具有电势能，同时还可能具有动能和 重力势能其他能量，用能量观点处理问题是一种简捷的方法， 而且比动力学的观点解决更方便些．处理这类问题，首先要进 行受力分析，及各力做功情况分析，再根据做功情况选择合适 的规律列式求解．
答案：CD
题后反思：在解决电场中的能量问题时常用到的基本规律 有动能定理、能量守恒定律，有时也会用到功能关系． (1)应用动能定理解决问题需研究合外力的功(或总功)． (2)应用能量守恒解决问题需注意电势能和其他形式能之 间的转化．
(3)应用功能关系解决该类问题需明确电场力做功与电势 能改变之间的对应关系．
(3)如果除了重力和静电力之外，无其他力做功，则物体的 动能、重力势能和电势能三者之和不变．
【例2】(双选)图1－4为一匀强电场，某带电粒子从A点
运动到B点．在这一运动过程中克服重力做的功为2.0J，电场
力做的功为1.5J．则下列说法正确的是( )
A．粒子带负电
B．粒子在A点的电势能比
在B点少1.5J
(2)当微粒恰好从上极板右端飞出时，运动时间为
t＝vL0 竖直位移为12d＝12a1t2 解得加速度 a1＝16 m/s2 微粒所受电场力方向向上，A 板电势高于 B 板电势，设 A 板电势为 φ1，则 UAB＝φ1>0.由牛顿第二定律，有 qφd1－mg＝ma1 则 φ1＝a1＋qgmd＝2 600 V
B．电势能增加24J
C．机械能减少24J
D．内能增加16J
图1－5
解析：由动能定理可知ΔEk＝32J－8J－16J－18J＝－10J， A正确；克服电场力做功为8J，则电势能增加8J，B错误； 机械能的改变量等于除重力以外的其他力所做的总功，故ΔE＝ 32J－8J－16J＝8J，C错误；物体内能的增加量等于克服摩擦 力所做的功，D正确．
【例1】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，如图1－1所示． 求这个匀强电场的电场强度．(取g＝10m/s2)
图1－1
图1－2
解：小球在三个共点力的作用下处于平衡状态，受力分析
当微粒恰好从下极板右端飞出时，同理可得微粒的加速度 a2＝16 m/s2 可知微粒所受电场力方向向下，A 板电势低于 B 板电势， 设 A 板电势为 φ2，则 UAB＝φ2<0.由牛顿第二定律，有 mg－qφd2＝ma2 则 φ2＝g－aq2md＝－600 V 所以，要使微粒射出偏转电场，A 板电势 φA 应满足 －600 V<φA<2 600 V.
如图 1－2 所示．小球在重力 mg，电场力 F 及绳的拉力 T 作用 下处于平衡状态，则有
F＝mgtan 30° 而 F＝qE 所以，电场强度
E＝mgtaqn 30°＝1.0×120×－21×0－180×
3 3
N/C＝2.89×106 N/C.
【针对训练】
1．如图 1－3 所示，悬挂在 O 点的一根不可伸长的绝缘细 线下端有一个带电荷量不变的小球 A.在两次实验中，均缓慢移 动另一带同种电荷的小球 B，当 B 到达悬点 O 的正下方并与 A 在同一水平线上，A 处于受力平衡时，悬线偏离竖直方向的角 度为 θ.若两次实验中 B 的电荷量分别为 q1 和 q2，θ 分别为 30° 和 45°，则qq21为( C )
B．小环通过 c 点时速度为 3gl C．小环从b到c速度可能先减 小后增大
D．小环做匀加速直线运动
图1－7
解析：中垂线上各点的合场强均为水平向右，与环的运动 方向垂直不做功，故小环做自由落体运动．
答案：AD