高考物理一轮复习三考点分布及考向前瞻(738页)(下) .doc
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1、第六章静电场(1)从近三年的高考试题可以看出,高考对静电场专题的考查频率很高,试题主要集中在电场强度、电场线、电场力、电势、电势差、等势面、电势能、平行板电容器、匀强电场、电场力做功、电势能的变化,还有带电粒子在电场中的加速和偏转等知识。其中在2013年全国各地试卷中,对电场的性质及库仑定律的考查共计4次;对电容器、带电粒子在电场中的运动的考查共计4次;对电势、电势能、电势差的考查共计5次。(2)高考试题的考查题型多以选择题及计算题形式出现,其中2013年电场的性质的考查以选择题形式出现8次,每题分值36分不等;电容器、带电粒子在电场中的运动的考查以选择题形式出现2次,每题分值46分不等,以计
2、算题的形式出现了2次,分值分别为14分、20分。(3)高考试题对知识点的考查主要有三种形式:一种是基本概念和规律与力学中牛顿运动定律、动能定理、动能关系相结合;一种是以实际生产、生活为背景材料,对带电粒子在电场中的加速、偏转等问题进行考查;还有一种形式是粒子在复合场中的运动,试题难度中等以上。2015高考考向前瞻预计2015年的高考中,对本专题的考查仍将是热点之一,在上述考查角度的基础上,重点以选择题的形式考查静电场的基本知识点,以综合题的形式考查静电场知识和其他相关知识在生产、生活中的实际应用。另外高考试题命题的一个新动向,就是静电的应用和防止,静电场与相关化学知识综合、与相关生物知识综合,
3、与环保等热点问题相联系,在新颖、热门的背景下考查静电场基本知识的应用。第1节电场力的性质点电荷电荷守恒定律想一想如图611所示,在带电荷量为Q的带电体C右侧有两个相互接触的金属导体A和B,均放在绝缘支座上。图611(1)若先将C移走,再把A、B分开,则A、B分别带什么电?(2)若先将A、B分开,再移走C,则A、B分别带什么电?这一过程中电荷总量如何变化?提示:(1)A、B均不带电(2)A带负电B带正电不变记一记1元电荷、点电荷(1)元电荷:e1.601019 C,所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍,其中质子、正电子的电荷量与元电荷相同。电子的电荷量q1.601019 C。(2)点电荷:代表带
4、电体的有一定电荷量的点,忽略带电体的大小和形状的理想化模型。2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)三种起电方式:摩擦起电、感应起电、接触起电。(3)带电实质:物体得失电子。(4)电荷的分配原则:两个形状、大小相同的导体,接触后再分开,二者带相同电荷;若两导体原来带异种电荷,则电荷先中和,余下的电荷再平分。试一试1(多选)关于元电荷的下列说法中正确的是()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e1.601019 CD元电
5、荷e的数值最早是由美国科学家密立根通过实验测得的解析:选BCD元电荷只是一个电荷量单位,没有正、负,不是物质,电子、质子是实实在在的粒子,不是元电荷,其带电荷量为一个元电荷,A错误;实验得出,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,电荷量是不能连续变化的物理量,B正确;元电荷e的数值最早是由美国物理学家密立根测得的,D正确。库仑定律记一记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:Fk,式中k9.0109 Nm2/C2,叫做静电力常量。3适用条件:真空中的点电荷。(1)在空气中,两
6、个点电荷的作用力近似等于真空中的情况,可以直接应用公式。(2)当两个带电体的间距远大于本身的大小时 ,可以把带电体看成点电荷。4库仑力的方向:由相互作用的两个带电体决定,且同种电荷相互排斥,为斥力;异种电荷相互吸引,为引力。试一试2.如图612所示,两个质量均为m的完全相同的金属球壳a与b,壳层的厚度和质量分布均匀,将它们分别固定于绝缘支座上,两球心间的距离为l,为球半径的3倍。若使它们带上等量异种电荷,两球电量的绝对值均为Q,那么,a、b两球之间的万有引力F引、库仑力F库分别为()图612AF引G,F库kBF引G,F库kCF引G,F库k DF引G,F库k解析:选D万有引力定律适用于两个可看成
7、质点的物体,虽然两球心间的距离l只有半径的3倍,但由于壳层的厚度和质量分布均匀,两球壳可看做质量集中于球心的质点。因此,可以应用万有引力定律。对于a、b两带电球壳,由于两球心间的距离l只有半径的3倍,不能看成点电荷,不满足库仑定律的适用条件,故D正确。电场强度、点电荷的电场强度想一想点电荷与检验电荷概念有何区别?电场强度描述什么?电场中某点没有引入检验电荷q,也就没有电场力即F0,因此有人说:根据E得:该点的场强不存在。你同意吗?电场中某点的场强取决于什么?场强的方向是电荷的受力方向吗?提示:点电荷是带电体可视为带电的点,检验电荷要求不仅是点电荷,而且电量须充分小,对被测电场的存在和分布产生的
8、影响可忽略。电场强度是从力的角度描述电场各处的强弱和方向的物理量,或者说是描述电场的力的属性的物理量。电场中某点的场强跟是否引入检验电荷无关。电场中某点即使没有引入检验电荷q,也就是电场力F0,但该点的场强仍存在,取决于场源和场点。数学上,也并非无意义,而是待定值。场强是矢量,某点的场强方向规定为正电荷在该点所受电场力方向,跟负电荷受力方向相反。记一记1电场电场是客观存在于电荷周围的一种物质,其基本性质是对放入其中的电荷有力的作用。2电场强度(1)定义式:E,适用于任何电场,是矢量,单位:N/C或V/m。(2)点电荷的场强:E,适用于计算真空中的点电荷产生的电场。(3)方向:规定正电荷在电场中
9、某点所受电场力的方向为该点的电场强度方向。(4)电场强度的叠加:电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。试一试3下列说法中正确的是()A由E知,电场中某点的电场强度与检验电荷在该点所受的电场力成正比B电场中某点的电场强度等于,但与检验电荷的受力大小及带电量无关C电场中某点的电场强度方向即检验电荷在该点的受力方向D公式E和E对于任何静电场都是适用的解析:选BE只是电场强度的定义式,不能由此得出电场中某点的场强与检验电荷在该点所受的电场力成正比、与电荷量成反比,因为电场中某点的电场强度只与电场本身的性质有关,与检验电荷的电量及受力无关,A错,B对;电场中某点的电场强度方向
10、为正电荷在该点的受力方向,C错; 公式E对于任何静电场都是适用的,E只适用于真空中的点电荷的电场,D错。电场线记一记1定义为了形象地描述电场中各点场强的强弱及方向,在电场中画出一些曲线,曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致,曲线的疏密表示电场的强弱。2特点(1)电场线从正电荷或无限远处出发,终止于负电荷或无限远处;(2)电场线在电场中不相交;(3)电场线不是电荷在电场中的运动轨迹。3应用(1)在同一电场里,电场线越密的地方场强越大;(2)电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向;(3)沿电场线方向电势逐渐降低;(4)电场线和等势面在相交处互相垂直。4几种典型电场的电场线图613物理学史
11、链接背背就能捞分11785年法国物理学家库仑利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律库仑定律,并测出了静电力常量k的值。21837年,英国物理学家法拉第最早引入了电场概念,并提出用电场线表示电场。31752年,富兰克林在费城通过风筝实验验证闪电是放电的一种形式,把天电与地电统一起来,并发明了避雷针。41913年,美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷e的电荷量,获得诺贝尔奖。试一试4. (多选)如图614是某静电场的一部分电场线分布情况,下列说法中正确的是()图614A这个电场可能是负点电荷的电场BA点的电场强度大于B点的电场强度CA、B两点的电场强度方向不相同D负电荷在B点处受到的电
12、场力的方向沿B点切线方向解析:选BC电场线呈汇聚状,不是直线,因此不可能是孤立的负电荷形成的电场,故A错;电场线的疏密代表场强的大小,电场线切线方向代表场强的方向,故B、C正确;负电荷的受力方向与场强的方向相反,故D错误。考点一库仑力作用下的平衡问题例1(2013新课标全国卷)如图615,在光滑绝缘水平面上,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,则匀强电场场强的大小为()图615A.B.C. D.解析选B以小球c为研究对象,其受力如图甲所示,其中F库,由
13、平衡条件得:2F库cos 30Eqc。即:Eqc,E此时a的受力如图乙所示,222得qc2q即当qc2q时a可处于平衡状态,同理b亦恰好平衡,故选项B正确。例2如图616所示,在一条直线上有两个相距0.4 m的点电荷A、B,A带电Q,B带电9Q。现引入第三个点电荷C,恰好使三个点电荷均在电场力的作用下处于平衡状态,则C的带电性质及位置应为()图616A正B的右边0.4 m处B正B的左边0.2 m处C负A的左边0.2 m处D负A的右边0.2 m处解析选C要使三个电荷均处于平衡状态,必须满足“两同夹异”“两大夹小”的原则,所以选项C正确。1分析点电荷平衡问题的方法步骤点电荷的平衡问题的分析方法与纯
14、力学平衡问题的分析方法是相同的,只是在原来受力的基础上多了一个电场力。具体步骤如下:2“三个自由点电荷平衡”的问题(1)平衡的条件:每个点电荷受到另外两个点电荷的合力为零或每个点电荷处于另外两个点电荷产生的合场强为零的位置。(2)考点二电场强度的叠加与计算1场强的公式三个公式2电场的叠加(1)叠加原理:多个电荷在空间某处产生的电场为各电荷在该处所产生的电场场强的矢量和。(2)运算法则:平行四边形定则。例3如图617所示,位于正方形四个顶点处分别固定有点电荷A、B、C、D,四个点电荷的带电量均为q,其中点电荷A、C带正电,点电荷B、D带负电,试确定过正方形中心O并与正方形垂直的直线上到O点距离为
15、x的P点处的电场强度的大小和方向。图617审题指导第一步:抓关键点关键点获取信息电荷处在正方形四个顶点上电荷所在位置关于中心O对称;电荷到中心轴上同一点距离相等电荷电量相等四个电荷在中心轴线上产生的场强大小相等P点处在中心轴线上四电荷在中心轴线P上产生的场强大小相等第二步:找突破口要求P点场强的大小和方向,先求出各点电荷在P点产生的场强的大小和方向,再利用平行四边形定则和矢量的对称性求解。解析四个点电荷各自在P点的电场强度EA、EB、EC、ED如图所示,根据对称性可知,EA、EC的合场强E1沿OP向外,EB、ED的合场强E2沿OP指向O,由对称性可知,E1、E2大小相等,所以P点的场强为零。答
16、案场强为零(2013新课标全国卷)如图618,一半径为R的圆盘上均匀分布着电荷量为Q的电荷,在垂直于圆盘且过圆心c的轴线上有a、 b、d三个点,a和b、b和c、 c和d间的距离均为R,在a点处有一电荷量为q(q0)的固定点电荷。已知b点处的场强为零,则d点处场强的大小为(k为静电力常量)()图618Ak BkCk Dk 解析:选B由于在a点放置一点电荷q后,b点电场强度为零,说明点电荷q在b点产生的电场强度与圆盘上Q在b点产生的电场强度大小相等,即EQEqk,根据对称性可知Q在d点产生的场强大小EQk,则EdEQEqkkk,故选项B正确。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
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