2019-2020版物理新突破人教选修3-1(课件+检测):第一章 (10)

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中点 O 电场强度最大,由 中点 O 到无限远,逐渐变 小,且上下对称(大小相 等,方向相同,平行于连线 指向负电荷)
专题一 专题二 专题三 专题四
比较项 等量同种正点电荷
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专题突破
等量异种点电荷
两点电 电 荷连线 势上 特 点 连线的
中垂线 上
中点 O 处最低,其他点左右 中点 O 处为零,由负电荷到 对称,且高于 O 处电势 正电荷逐渐升高
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专题突破
专题一 专题二 专题三 专题四
【例3】如图所示,平行金属板A、B水平正对放置,分别带等量异 号电荷。一带电微粒水平射入板间,在重力和电场力共同作用下运 动,轨迹如图中虚线所示,那么( )
A.若微粒带正电荷,则A板一定带正电荷 B.微粒从M点运动到N点电势能一定增加 C.微粒从M点运动到N点动能一定增加 D.微粒从M点运动到N点机械能一定增加 解析:由于不知道重力和电场力大小关系,所以不能确定电场力 方向,不能确定微粒电性,也不能确定电场力对微粒做功的正负,故 选项A、B、D错误;根据微粒偏转方向可知微粒所受合外力一定是 竖直向下,则合外力对微粒做正功,由动能定理知微粒的动能一定 增加,选项C正确。 答案:C
=
������ ������
,������
=
������ ������
平行板:������
=
������r������ 4����������
应用
带电粒子在电场中的运动
加速:������������
=
1 2
������������2
������������������2 偏转 偏移位移:������ = 2������������������02
专题一 专题二 专题三 专题四
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专题突破
【例4】如图所示,在水平向右的匀强电场中,有一质量为m、带 正电的小球,用长为l的绝缘细线悬挂于O点,当小球静止时细线与 竖直方向夹角为θ。现给小球一个垂直于悬线的初速度,使小球恰 能在竖直平面内做圆周运动。试问:
(1)小球在做圆周运动的过程中,速度最小值多大? (2)小球在B点的初速度多大?
用很广。例如: 力的合成和分解, 运动的合成与分解等, 它们的计算
都是应用等效法求出的。应用等效“重力”法解题时, 要注意运用重
力场中已熟知的一些结论来解题。
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专题突破
专题一 专题二 专题三 专题四
2.研究带电粒子在电场中运动的两种方法 带电粒子在电场中的运动,是一个涉及电场力、电势能的力学问 题,研究的方法与质点动力学相同,它同样遵循运动的合成与分解、 牛顿运动定律、动能定理等力学规律,处理问题的要点是要注意区 分不同的物理过程,弄清在不同的物理过程中物体的受力情况及运 动性质,并选用相应的物理规律。在解题时,主要可以选用下面两 种方法。 (1)力和运动关系——牛顿第二定律:根据带电粒子受到电场力, 用牛顿第二定律找出加速度,结合运动学公式确定带电粒子的速度、 位移等,这种方法通常适用于在恒力作用下做匀变速运动的情况。 (2)功和能的关系——动能定理:根据电场力对带电粒子所做的功, 引起带电粒子的能量发生变化,利用动能定理研究全过程中能量的 转化,研究带电粒子的速度变化、经历的位移等。这种方法同样也 适用于不均匀的电场。
静电力:������ = ������������
电场的描述
电势能������p :电荷在电场中具有的势能
电势:������
=
������p ������
电势差
定义:������������������
=
������������������ ������
=
������������ -������������
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专题突破
专题一 专题二 专题三 专题四
(2)等效“重力”法
将重力与电场力进行合成,如图所示,则 F 合等效为重力场中的“重
力”,a=
������合 ������
等效为“重力加速度”,
������
合的方向等效为“重力”的方向,
即在重力场中的竖直向下的方向。等效法是从效果等同出发来研究
物理现象和物理过程的一种科学方法。等效的概念在中学物理中应
专题一 专题二 专题三 专题四
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专题突破
专题四 带电粒子在匀强电场和重力场的复合场中的运动 1.由于带电粒子在匀强电场中所受的电场力与重力都是恒力,因 此处理方法有两种: (1)正交分解法 处理这种运动的基本思想与处理偏转运动是类似的,可以将此复 杂的运动分解为两个互相正交的比较简单的直线运动,而这两个直 线运动的规律是可以掌握的,然后再按运动合成的观点去求出复杂 运动的有关物理量。
������������2+������������2 ������������
1.5
cm,则电场强度为
E=
������������������ ������������������
=200
V/m,本题只有选项
A
正确。
答案:A
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专题突破
专题三 电场中的功能关系 1.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)除重力和弹力之外,其他各力对物体做的功等于物体机械能的 变化; (4)所有力对物体所做的功等于物体动能的变化量。
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专题突破
专题一 专题二 专题三 专题四
2.电场力做功的计算方法 (1)由公式W=Flcos θ计算,此公式只适合于匀强电场,可变形为 W=qElcos θ。 (2)由W=qU来计算,此公式适用于任何形式的静电场。 (3)由动能定理来计算:W电场力+W其他力=ΔEk。 (4)由电势能的变化计算:W=Ep1-Ep2。 3.带电粒子在电场中做曲线运动时正负功的判断 (1)粒子速度方向一定沿轨迹的切线方向,粒子受力方向一定沿电 场线指向轨迹凹侧。 (2)电场力与速度方向间夹角小于90°,电场力做正功;夹角大于 90°,电场力做负功。
本章整合
-1-
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电荷守恒定律
基本规律
库仑定律:������
=
������
������1������2 ������2
力的性质
电场强度
定义:������
=
������ ������
点电荷电场强度:������
=
������
������ ������2
电场线 意义:表示电场强弱、方向 特点:不封闭、不相交、垂直于等势面
=
������ cos ������
, 其方向斜向右下方,且与竖直方向成
θ
角。小球在竖直面内做圆周运动的过程中,由于只有等效重力做功,
细线的拉力不做功,所以动能与等效重力势能可以相互转化,且总
和保持不变。与重力势能类比可知,等效重力势能Ep=mg效h,其中h 为小球距等效重力势能零势能面的高度。
������������������
偏转角:tan������ = ������������������02
示波管原理
专题突破
专题一 专题二 专题三 专题四
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专题突破
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。
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专题突破
专题一 专题二 专题三 专题四
解析:对中间小球B,FAB=FCB,故由库仑定律知QA和QB、QC和QB必 须为异种电荷,B、C错误。以A球(C球也可以)为研究对象知
FCA=FBA,如图所示。
即������
������������ ������������ ������������������ 2
=
������
������������ ������������ ������������������ 2
=
������
������������ ������������ ������������������ 2
即有 ������������ ������������ = ������������ ������������ = ������������ ������������
匀强电场:������ = ������������
等势面:跟电场线垂直 能的性质 静电力做功 计算公式:������ = ������������
特点:跟路径无关
静电平衡状态
内部电场强度处处为零
电场中的导体 规律 导体是等势体,表面是等势面 表面处电场强度与表面垂直
静电荷分布在外表面
电容器和电容
定义:������
专题一 专题二 专题三 专题四
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专题突破
解析:根据题意,由匀强电场特点可知OA中点C的电势为3 V,与B
点电势相等,则BC连线为等势线,自原点O向BC连线引垂线,垂足为
D,D 点电势为 3 V,根据图中几何关系得 ������������ = ������������ , ������������长度为
中点 O 处最高,由中点到无 限远,一直降低,且上下对 各点电势相等,均为零 称
专题一 专题二 专题三 专题四
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专题突破
2.匀强电场中的电势分布特点 (1)在匀强电场中,同一直线上的距离相同的两点间的电势差相等, 相互平行的相等线段的两端点电势差也相等。 (2)电场线和等势线之间的关系最主要的特点是相互垂直。在匀 强电场中,电场线为一簇等间距的平行线,而等差等势线也是一簇 等间距的平行线,因此可以根据此特点进行相互判定和定量计算。
������������������
������������������
������������������
又考虑到 rAC=rAB+rBC,故三小球平衡时所带电荷量大小关系为
������������������������ = ������������������������ + ������������������������
知识网络
专题突破
专题一 专题二 专题三 专题四
解析:小球在做圆周运动的过程中,所受的重力和电场力均为恒
力,这两个力的合力的大小为
F=
������������ cos ������
。我们将重力场与电场的叠
加场叫作等效重力场,F 叫作等效重力,小球在叠加场中的等效重力
加速度为
g效
=
������ ������
专题突破
等量异种点电荷
两点电 电 荷连线 场上 强 度 特 点 连线的
中垂线 上
中点 O 处为零,其他点左 右对称(大小相等,方向相 反,指向 O 点)
中点 O 的电场强度为零; 由中点到无限远,先变大 后变小,且上下对称(大小 相等,方向相反,背离 O 点, 指向无限远)
中点 O 处最小,其他点左 右对称(大小相等,方向相 同,指向负电荷)
专题一 专题二 专题三 专题四
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专题突破
【例1】如图所示,在光滑、绝缘的水平面上,沿一直线依次排列 三个带电小球A、B、C(可视为质点)。若它们恰能处于平衡状态, 那么这三个小球所带的电荷量及电性的关系,下面的情况可能的是
()
A.-9 C、4 C、-36 C C.-3 C、2 C、8 C
B.4 C、9 C、36 C D.3 C、-2 C、6 C
专题一 专题二 专题三 专题四
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专题突破
【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
将A、D选项电荷量绝对值代入上式可知选项A正确。
答案:A
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专题突破
专题二 电场中“电场强度”和“电势”的确定 1.特殊电荷周围的电场线及等势线分布 比较项 等量同种正点电荷 等量异种点电荷
电场线 形状
专题一 专题二 专题三 专题四
比较项 等量同种���
������������ ������������ ������������������ 2
。由于rAC=rAB+rBC>rAB,
因此可知 QB<QC,同理 QB<QA。再由相互间库仑力大小相等得
������
������������ ������������ ������������������ 2
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