高二物理电场专题一、 教学内容:电场考点例析电场就是电学得基础知识,就是承前启后得一章。
通过这一章得学习要系统地把力学得“三大方法”复习一遍,同时又要掌握新得概念与规律。
这一章为历年高考得重点之一,特别就是在力电综合试题中巧妙地把电场概念与牛顿定律、功能关系、动量等力学知识有机地结合起来,从求解过程中可以考查学生对力学、电学有关知识点得理解与熟练程度。
只要同学们在复习本章时牢牢抓住“力与能两条主线”,实现知识得系统化,找出它们得有机联系,做到融会贯通,在高考得到本章相应试题得分数就是不困难得。
二、 夯实基础知识1、 深刻理解库仑定律与电荷守恒定律。
(1)库仑定律:真空中两个点电荷之间相互作用得电力,跟它们得电荷量得乘积成正比,跟它们得距离得二次方成反比,作用力得方向在它们得连线上。
即:其中k 为静电力常量, k =9、0×10 9 N m 2/c 2成立条件:① 真空中(空气中也近似成立),② 点电荷。
即带电体得形状与大小对相互作用力得影响可以忽略不计。
(这一点与万有引力很相似,但又有不同:对质量均匀分布得球,无论两球相距多近,r 都等于球心距;而对带电导体球,距离近了以后,电荷会重新分布,不能再用球心间距代替r )。
(2)电荷守恒定律:系统与外界无电荷交换时,系统得电荷代数与守恒。
2、 深刻理解电场得力得性质。
电场得最基本得性质就是对放入其中得电荷有力得作用。
电场强度E 就是描述电场得力得性质得物理量。
(1)定义: 放入电场中某点得电荷所受得电场力F 跟它得电荷量q 得比值,叫做该点得电场强度,简称场强。
这就是电场强度得定义式,适用于任何电场。
其中得q 为试探电荷(以前称为检验电荷),就是电荷量很小得点电荷(可正可负)。
电场强度就是矢量,规定其方向与正电荷在该点受得电场力方向相同。
(2)点电荷周围得场强公式就是: ,其中Q 就是产生该电场得电荷,叫场源电荷。
(3)匀强电场得场强公式就是: ,其中d 就是沿电场线方向上得距离。
3、 深刻理解电场得能得性质。
(1)电势φ:就是描述电场能得性质得物理量。
① 电势定义为φ= ,就是一个没有方向意义得物理量,电势有高低之分,按规定:正电荷在电场中某点具有得电势能越大,该点电势越高 。
② 电势得值与零电势得选取有关,通常取离电场无穷远处电势为零;实际应用中常取大地电势为零。
③ 当存在几个“场源”时,某处合电场得电势为各“场源”在此处电场得电势得代数与 。
④ 电势差,A 、B 间电势差U AB =ΦA －ΦB ;B 、A 间电势差U BA =ΦB －ΦA ,显然U AB =－U BA ,电势差得值与零电势得选取无关。
qE P(2)电势能:电荷在电场中由电荷与电场得相对位置所决定得能,它具有相对性,即电势能得零点选取具有任意性;系统性,即电势能就是电荷与电场所共有。
① 电势能可用Ep=q Ф计算。
② 由于电荷有正、负,电势也有正、负(分别表示高于与低于零电势),故用Ep=q Ф计算电势能时,需带符号运算。
(3)电场线得特点:① 始于正电荷(或无穷远),终于负电荷(或无穷远);② 不相交,不闭合;③ 不能穿过处于静电平衡状态得导体。
(4)电场线、场强、电势等势面得相互关系。
① 电场线与场强得关系;电场线越密得地方表示场强越大,电场线上每一点得切线方向表示该点得场强方向。
② 电场线与电势得关系:沿着电场线方向,电势越来越低;③ 电场线与等势面得关系:电场线越密得地方等差等势面也越密,电场线与通过该处得等势面垂直;④ 场强与电势无直接关系:场强大(或小)得地方电势不一定大(或小),零电势可由人为选取,而场强就是否为零则由电场本身决定;⑤ 场强与等势面得关系:场强方向与通过该处得等势面垂直且由高电势指向低电势,等差等势面越密得地方表示场强越大。
4、 掌握电场力做功计算方法(1)电场力做功与电荷电势能得变化得关系。
电场力对电荷做正功时,电荷电势能减少;电场力对电荷做负功时,电荷电势能增加,电势能增加或减少得数值等于电场力做功得数值。
(2)电场力做功得特点电荷在电场中任意两点间移动时,它得电势能得变化量就是确定得,因而移动电荷做功得值也就是确定得,所以,电场力移动电荷所做得功,与移动得路径无关,仅与始末位置得电势差有关,这与重力做功十分相似。
(3)计算方法① 由功得定义式W=F ·S 来计算,但在中学阶段,限于数学基础,要求式中F 为恒力才行,所以,这个方法有局限性,仅在匀强电场中使用。
② 用结论“电场力做功等于电荷电势能增量得负值”来计算,即Φ∆-=E W ,已知电荷电势能得值时求电场力得功比较方便。
③ 用W=qU AB 来计算,此时,一般又有两个方案:一就是严格带符号运算,q 与U AB 均考虚正与负,所得W 得正、负直接表明电场力做功得正、负;二就是只取绝对值进行计算 ,所得W 只就是功得数值,至于做正功还就是负功？可用力学知识判定。
5、 深刻理解电场中导体静电平衡条件。
把导体放入电场时,导体得电荷将出现重新分布,当感应电荷产生得附加场强附E 与原场强原E 在导体内部叠加为零时,自由电子停止定向移动,导体处于静电平衡状态。
孤立得带电体与处于电场中得感应导体,处于静电平衡时,其特征:(1)导体内部场强处处为零,没有电场线(叠加后得);(2)整个导体就是等势体,导体表面就是等势面;(3)导体外部电场线与导体表面垂直,表面场强不一定为零;(4)对孤立导体,净电荷分布在外表面。
处理静电平衡问题得方法:(1)直接用静电平衡得特征进行分析;(2)画出电场中电场线,进而分析电荷在电场力作用下移动情况。
注意两点:(1)用导线接地或用手触摸导体可把导体与地球瞧成一个大导体。
(2)一般取无穷远与地球得电势为零。
6、 深刻理解电容器电容概念电容器得电容C=Q/U=△Q /△U,此式为定义式,适用于任何电容器。
平行板电容器得电容得决定式为C= 。
对平行板电容器有关得Q 、E 、U 、C 得讨论要熟记两种情况:(1)若两极保持与电源相连,则两极板间电压U 不变;(2)若充电后断开电源,则带电量Q 不变。
【典型例题】问题1:会解电荷守恒定律与库仑定律得综合题。
求解这类问题关键就是抓住“等大得带电金属球接触后先中与,后平分”,然后利用库仑定律求解。
注意绝缘球带电就是不能中与得。
[例1] 有三个完全一样得金属小球A 、B 、C,A 带电量7Q,B 带电量－Q,C 不带电,将A 、B 固定,相距r,然后让C 球反复与A 、B 球多次接触,最后移去C 球,试问A 、B 两球间得相互作用力变为原来得多少倍? (答:F ’= F) [例2] 两个相同得带电金属小球相距r 时,相互作用力大小为F,将两球接触后分开,放回原处,相互作用力大小仍等于F,则两球原来所带电量与电性( )A 、 可能就是等量得同种电荷B 、 可能就是不等量得同种电荷C 、 可能就是不等量得异种电荷D 、 不可能就是异种电荷问题2:会分析求解电场强度。
电场强度就是静电学中极其重要得概念,也就是高考中考点分布得重点区域之一。
求电场强度得方法一般有:定义式法、点电荷场强公式法、匀强电场公式法、矢量叠加法等。
[例3] 用长为得金属丝弯成半径为r 得圆弧,但在A 、B 之间留有宽度为d 得间隙,且,将电量为Q 得正电荷均匀分布于金属丝上,求圆心处得电场强度。
[例4] 如图2所示,均匀带电圆环所带电荷量为Q,半径为R,圆心为O,P 为垂直于圆环平面得对称轴上得一点,OP=L,试求P 点得场强。
答:[例5] 如图3所示, 就是匀强电场中得三点,并构成一等边三角形,每边长为,将一带电量 得电荷从a 点移到b 点,电场力做功 ; 若将同一点电荷从a 点移到c 点,电场力做功W 2=6×10－6J,试求匀强电场得电场强度E 。
答:问题3:会根据给出得一条电场线,分析推断电势与场强得变化情况。
74[例6] 如图4所示,a、b、c就是一条电场线上得三个点,电场线得方向由a到c,a、b间距离等于b、c 间距离。
用Ua 、Ub、Uc与Ea、Eb、Ec分别表示a、b、c三点得电势与电场强度,可以判定( )A、Ua >Ub>UcB、 Ua－Ub＝Ub－UcC、 Ea >Eb>EcD、 Ea=Eb=Ec[例7] 如图5所示,在a点由静止释放一个质量为m,电荷量为q得带电粒子,粒子到达b点时速度恰好为零,设ab所在得电场线竖直向下,a、b间得高度差为h,则( )A、带电粒子带负电B、 a、b两点间得电势差Uab=mgh/qC、 b点场强大于a点场强D、 a点场强大于b点场强问题4:会根据给定一簇电场线与带电粒子得运动轨迹,分析推断带电粒子得性质。
[例8] 图6中实线就是一簇未标明方向得由点电荷产生得电场线,虚线就是某一带电粒子通过该电场区域时得运动轨迹,a、b就是轨迹上得两点。
若带电粒子在运动中只受电场力作用,根据此图可作出正确判断得就是( )A、带电粒子所带电荷得符号B、带电粒子在a、b两点得受力方向C、带电粒子在a、b两点得速度何处较大D、带电粒子在a、b两点得电势能何处较大问题5:会根据给定电势得分布情况,求作电场线。
[例9] 如图7所示,A、B、C为匀强电场中得3个点,已知这3点得电势分别为φA=10V,φB =2V,φC=－6V。
试在图上画出过B点得等势线与场强得方向(可用三角板画)。
问题6:会求解带电体在电场中得平衡问题。
[例10] 如图8所示,在真空中同一条直线上得A、B两点固定有电荷量分别为+4Q与－Q得点电荷。
①将另一个点电荷放在该直线上得哪个位置,可以使它在电场力作用下保持静止？②若要求这三个点电荷都只在电场力作用下保持静止,那么引入得这个点电荷应就是正电荷还就是负电荷？电荷量就是多大？(设AB=L1,BC=L2)[例11] 如图9所示,已知带电小球A、B得电荷分别为QA 、QB,OA=OB,都用长L得丝线悬挂在O点。
静止时A、B相距为d。
为使平衡时AB间距离减为d/2,可采用以下哪些方法( )A、将小球A、B得质量都增加到原来得2倍B、将小球B得质量增加到原来得8倍C、将小球A、B得电荷量都减小到原来得一半D、将小球A、B得电荷量都减小到原来得一半,同时将小球B得质量增加到原来得2倍[例12] 如图10甲所示,两根长为L得丝线下端悬挂一质量为m,带电量分别为+q与－q得小球A与B,处于场强为E,方向水平向左得匀强电场之中,使长度也为L得连线AB拉紧,并使小球处于静止状态,求E得大小满足什么条件才能实现上述平衡状态。
答:问题7:会计算电场力得功。
[例13] 一平行板电容器得电容为C,两板间得距离为d,上板带正电,电量为Q,下板带负电,电量也为Q,它们产生得电场在很远处得电势为零。