第7讲-电场专题—(考情+知识+典例+真题)2021届上海物理高考专题复习讲解ppt课件.pptx

电场专题电场专题南方商城中心周文目录目录目录目录考情分析考情分析1知识讲解知识讲解2例题精讲例题精讲3真题拾遗真题拾遗4考情分析考情分析电场学习内容学习水平基础型课程8.1.1电荷量基元电荷A8.1.2电荷间的相互作用B8.1.3电场A8.1.4电场强度电场线B8.1.5静电的利用与防范A拓展型课程8.2.1真空中的库仑定律C8.2.2匀强电场B8.2.3电势能B8.2.4电势电势差B8.2.5电场力做功与电势差的关系B8.2.6用DIS描绘电场的等势线（学生实验）B电场专题三年考情分析考纲解读与考点分析2017年2018年2019年题型与分值题号分值题号分值题号分值134104144考点分布电场力做功与电势能E-x图象电场线分布图复习策略从整体试卷来看，多以选择和填空题的形式出现，所占分值不大。此章节包含物理量较多，需熟练掌握各物理量的物理意义及之间的关系式。常结合牛顿定律及功能关系考察，有一定综合性。考情分析考情分析知识讲解知识讲解 专题一专题一库仑定律库仑定律一一、静电场静电场1.1.定义定义:在电荷周围存在在电荷周围存在的看不见摸不着的特殊的看不见摸不着的特殊物质物质.2.2.两种电荷两种电荷:正电荷正电荷,负电荷负电荷 性质性质:同种电荷相斥同种电荷相斥,异种电荷相吸异种电荷相吸.3.3.电量电量:物体物体带电的带电的多少多少.单位单位:库仑库仑(库库)()(C C)基本电荷基本电荷:物体带电的最小电量物体带电的最小电量.e=1.6X10e=1.6X10-19-19C C4.4.点电荷点电荷:带电体之间的距离比带电体的大小大得多时带电体之间的距离比带电体的大小大得多时,把带电体看作为点把带电体看作为点电荷电荷.(.(理想模型理想模型)二二、库仑定律库仑定律1.1.库仑定律库仑定律:在真空中两个点电荷间的作用力的大小跟它们电量的乘积成在真空中两个点电荷间的作用力的大小跟它们电量的乘积成正比正比,跟它们间的距离的平方成反比跟它们间的距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上作用力的方向在它们的连线上.三三、电荷守恒定律电荷守恒定律1.1.电荷守恒定律电荷守恒定律:电荷既不能创造也不能消灭电荷既不能创造也不能消灭.它只能从一个物体转移到另它只能从一个物体转移到另一个物体一个物体,或从物体的一部分转移到另一部分或从物体的一部分转移到另一部分.2.2.表达式表达式:F=KqF=Kq1 1q q2 2/r/r2 2(1)(1)公式公式适用于真空中的两适用于真空中的两个点电荷个点电荷.(2)(2)式中式中K K为为静电力常量静电力常量.K=9X10K=9X109 9NmNm2 2/C/C2 2(3)(3)式中单位式中单位:q q1 1，q q2 2-库库（C C）r r-米米（mm)F F-牛牛（NN）(4)(4)q q1 1 q q2 2不带正负号运算，力的方向由电荷性质判断不带正负号运算，力的方向由电荷性质判断2.2.物体不带电物体不带电(呈中性呈中性):):正负电荷电量相等。正负电荷电量相等。(5)(5)r r为两带电中心之间的距离为两带电中心之间的距离例例1.1.如图所示，两个完全相同的，带电量也相同的小球如图所示，两个完全相同的，带电量也相同的小球A A，B B分别固定在分别固定在两处，二球间作用力为两处，二球间作用力为F F，用用一个不带电的大小完全相同的小球一个不带电的大小完全相同的小球C C先和先和A A接触接触，再再与与B B接触接触，然后然后移去移去C C，则则A A、B B间的作用力变为间的作用力变为:A.A.F/2F/2B.B.F/4F/4C.C.F/8F/8D.D.3F/83F/8E.E.4F/94F/9F.F.0 0ABC答：答：CDCD用一个不带电的大小完全相同的小球用一个不带电的大小完全相同的小球C C和和AA、B B反复接触反复接触,然后移去然后移去C C,则则A A、B B间的作用力变为间的作用力变为:答：答：EFEF规律小结规律小结:两个完全相同的带电小球接触两个完全相同的带电小球接触电量再分配原则电量再分配原则:(1)(1)同种电荷小球接触同种电荷小球接触:q q1 1=q=q2 2=(q=(q1 1+q+q2 2)/2)/2(2)(2)异种电荷小球接触异种电荷小球接触:q q1 1=q=q2 2=|q q1 1-q-q2 2|/2/2例例2.2.如图所示，两个点电荷，电量分别为如图所示，两个点电荷，电量分别为q q1 1=410=410-9-9C C和和q q2 2=-910=-910-9-9C,C,两两者者固定固定于相距于相距r=20cmr=20cm的的a ab b两点上两点上.有一个点电荷有一个点电荷q q3 3放在放在a ab b连线上并保持连线上并保持静止静止,该点电荷所处位置是该点电荷所处位置是:A.A.距距a a点内侧点内侧8cm8cm处处B.B.距距a a点外侧点外侧40cm40cm处处 C.C.距距b b点外侧点外侧20cm20cm处处D.D.无法判断无法判断abq1q2答：答：B B在在两个固定的点电荷的连线上引入第三个电荷并保持平衡有以下规律两个固定的点电荷的连线上引入第三个电荷并保持平衡有以下规律:规规 律律 小小 结结(1(1)若若两个固定电荷为两个固定电荷为异种异种电荷电荷,则第三个电荷在连线上靠近则第三个电荷在连线上靠近电量小电量小的固定的固定电荷的电荷的外侧外侧.(2(2)若若两个固定电荷为两个固定电荷为同种同种电荷电荷,则第三个电荷在连线之间靠近则第三个电荷在连线之间靠近电量小电量小的固的固定电荷的定电荷的内侧内侧.(3(3)第第三个电荷的三个电荷的电性电性及及电量电量与平衡位置与平衡位置无关无关例例3.3.如图所示，两个大小相同的小球带有同种电荷如图所示，两个大小相同的小球带有同种电荷,质量分别为质量分别为mm1 1和和mm2 2,带电量分别为带电量分别为q q1 1和和q q2 2,用绝缘细线悬挂后用绝缘细线悬挂后,因静电力排斥而使两悬线张开因静电力排斥而使两悬线张开,分分别与铅垂线方向成夹角别与铅垂线方向成夹角 1 1和和 2 2,且两球同处一水平线上且两球同处一水平线上,若若 1 1 2 2,则下列则下列说法正确的是说法正确的是:A.A.q q1 1一定等于一定等于q q2 2 B.B.mm1 1一定大于一定大于mm2 2 C.C.一定满足一定满足q q1 1/mm1 1=q q2 2/mm2 2 D.D.必需同时满足必需同时满足q q1 1=q q2 2,mm1 1=mm2 2 答：答：B B 1 2q1,m1q2,m2 规规 律律 小小 结结决定决定 1 1与与 2 2的大小关系的仅与质量的大小关系的仅与质量mm1 1和和mm2 2有关有关,与带与带电量电量q q1 1和和q q2 2无关无关.若若 1 1 mm2 2。例例4 4.如如图所示图所示,三个自由点电荷三个自由点电荷q q1 1,q q2 2,q q3 3，在一直线上，在一直线上,r r1 1:r:r2 2=1:2=1:2.每个电每个电荷受的静电力的合力为零而保持静止荷受的静电力的合力为零而保持静止,已知已知q q1 1带正电带正电,由此可判断三个电量由此可判断三个电量之比之比 q q1 1:q q2 2:q q3 3=_.=_.r1r 2+q1q2q399:-4-4:3636三三个自由点电荷在一直线上能保持平衡状态有以下规律个自由点电荷在一直线上能保持平衡状态有以下规律:规规 律律 小小 结结(1(1)两两个相邻电荷必为个相邻电荷必为异种异种电荷电荷,即为即为“+”,“”,“-”,“”,“+”排列排列.或为或为“-”,“”,“+”,“”,“-”排列排列.(2(2)中中间电荷的电量为三个电荷中电量的间电荷的电量为三个电荷中电量的最小值最小值.(3(3)中中间电荷的位置在靠近两端电荷中间电荷的位置在靠近两端电荷中电量较小电量较小的电荷一侧的电荷一侧.(4(4)三三个电荷的电量关系个电荷的电量关系:(5(5)口口诀诀:“:“三点共线三点共线,两同夹异两同夹异,两大夹小两大夹小,近小远大近小远大”。例例5.5.如图所示如图所示,一根放在水平面上的光滑玻璃管一根放在水平面上的光滑玻璃管,内部有两个完全相同的弹内部有两个完全相同的弹性金属小球性金属小球A A,B B.分别带电量为分别带电量为9Q9Q和和-Q-Q.从相距从相距r r位置静止释放位置静止释放,释放时释放时A A球球的加速度为的加速度为a a1 1,两小球再次相距两小球再次相距r r时时A A的加速度为的加速度为a a2 2.则则a a1 1:aa2 2为多少为多少?答：答：a a1 1:aa2 2=9:16=9:16BAr例例6.6.如图所示如图所示,把质量为把质量为mmA A=2g=2g的带正电的小球的带正电的小球A A用绝缘细线悬挂用绝缘细线悬挂,若将带若将带电量为电量为Q=-410Q=-410-6-6CC的带电小球的带电小球B B靠近靠近A A,当两个带电小球在同一高度相距当两个带电小球在同一高度相距r=30cmr=30cm时时,细线与竖直方向成细线与竖直方向成=45=45角角.求求(1)B1)B球受到的库仑力大小球受到的库仑力大小.(2)(2)A A球的带电量球的带电量q q.ABqQr 答：答：(1)F(1)FB B=210=210-2-2NN(2)2)q qA A=510=510-8-8CC例例7.7.如图所示如图所示,两个质量都为两个质量都为m=30gm=30g,电量电量q=610q=610-7-7CC的相同小球的相同小球A A,B B.可可穿在光滑斜杆上滑动穿在光滑斜杆上滑动,=37=37,如将小球从斜杆底端如将小球从斜杆底端OO点由静止开始释放点由静止开始释放,求求(1)(1)两球速度最大时两球速度最大时,A A,B B距距OO点的距离点的距离r r为多大为多大?(2)(2)此时此时A A,B B球对斜杆的压力球对斜杆的压力NN为多大为多大?ABO 答：答：(1)(1)r=7.5cmr=7.5cm(2)(2)N=0.5NN=0.5N例例8.8.如图所示如图所示,两个大小相同的小球两个大小相同的小球A A,B B带有同种电荷带有同种电荷,质量分别为质量分别为mmA A和和mmB B,分别用长为分别用长为L L绝缘细线悬挂于绝缘细线悬挂于OO点点,B B球靠在光滑绝缘的竖直墙上球靠在光滑绝缘的竖直墙上,因静因静电力排斥而使电力排斥而使A A球的悬线张开球的悬线张开,平衡时两球相距为平衡时两球相距为d d.求求(1)(1)此时拉此时拉A A球的细线球的细线上的拉力上的拉力F FA A.及及A A球受的库仑力球受的库仑力F F 库库(2)(2)此时此时B B球对墙的压力球对墙的压力NN,拉拉B B 球的细线球的细线上的拉力上的拉力F FB B.(3).(3)要使两球相距为要使两球相距为d/2d/2,可采取哪些措施可采取哪些措施?答：答：(1)1)F FA A=m=mA AgFgF库库=m=mA Aggd d/L/LOABLdL(3)(3)L L=L/8=L/8;或或 mmA A=8m=8mA A;或或q qA A=q=qA A/8/8；或或q qB B=q=qB B/8/8(2)(2)N=mN=mA AgdLgdL2 2-d-d2 2/4/L/4/L2 2FFB B=m=mB Bg+mg+mA Agdgd2 2/2L/2L2 2例例9.9.如图所示如图所示,质量均为质量均为mm的的A A、B B、C C三小球都静止在光滑的绝缘水平面三小球都静止在光滑的绝缘水平面上，相邻两球间距上，相邻两球间距L=0.1mL=0.1m，现使它们带电，现使它们带电，QQA A=+10=+105 5C C，QQB B=+10=+106 6C C，若只在，若只在C C上加一水平向右恒力上加一水平向右恒力F F，使三球始终保持，使三球始终保持L L间距向右运动，间距向右运动，则则(1)(1)C C应带什么电应带什么电?(2)(2)电量电量QQC C多大多大?(3)(3)F F多大多大?ABCFLL答答:(1)(1)C C带负电，带负电，(2)2)QQC C=4/3=4/3 1010-5-5 C C(3)(3)F F=63N=63N例例10.10.设氢原子核外电子的轨道半径为设氢原子核外电子的轨道半径为r r，电子的质量为，电子的质量为mm，电量为，电量为e e，则则电子绕核做匀速圆周运动的速率为电子绕核做匀速圆周运动的速率为V V=，周期为周期为T=T=。等效电流强度。等效电流强度I=I=_._.eeer例例11.11.如图所示，在惯性系的自由空间中有三个带电质点如图所示，在惯性系的自由空间中有三个带电质点P P1 1、P P、P P2 2，P P恰恰好不动，好不动，P P1 1、P P2 2围绕围绕P P做圆周运动，在运动中三点始终共线，已知做圆周运动，在运动中三点始终共线，已知P P1 1、P P2 2分别与分别与P P相距相距L L1 1和和L L2 2，试求，试求P P1 1、P P2 2的荷质比的荷质比q q1 1/m/m1 1与与q q2 2/m/m2 2的比值。（不的比值。（不考虑考虑P P1 1与与P P2 2间的库仑力）间的库仑力）P2P1L1L2P答：答：(q q1 1/m/m1 1):(q):(q2 2/m/m22)=L)=L1 13 3:L:L2 23 3例例12.12.如图所示如图所示,两个小球质量都是两个小球质量都是mm,均用长为均用长为L L的细线悬挂在同一点的细线悬挂在同一点OO上上,若它们带上相同的电量若它们带上相同的电量,两球平衡时两悬线夹角为两球平衡时两悬线夹角为2 2,则则(1)(1)小球所带电量小球所带电量为多少为多少?(2)(2)若用绝缘工具将一小球在悬线拉直的条件下推至悬点正下方若用绝缘工具将一小球在悬线拉直的条件下推至悬点正下方,这时两悬线间的夹角这时两悬线间的夹角 为多少为多少?LO 专题二专题二电场强度电场强度电势电势一.电场强度E(矢量)1.定义公式E=F/q（比值定义）2.场强的特点点电荷Q形成电场的场强E=KQ/r2匀强电场的场强E=UABAB/d电场强度的方向:规定为正电荷在电场中的受力方向.电场强度的单位：N/C；V/m(1)电场强度是电场的属性,与是否存在检验电荷无关.(2)用电场线的疏密表示场强的大小,电场线某点的切线方向表示场强的方向.电场线不交叉.电场线从正电荷出发到负电荷终止。电场线不是运动轨迹。一条电场线无法判断场强大小。(3)电场力(F=Eq)：电荷q在电场中受的力.(正电荷受力方向与电场方向一致).电场力总指向电荷运动轨迹曲线的凹面.(只受电场力作用)(2)电场线的方向是电势由高到低降低最快的方向.(4)电势的正负值与电势零点的选取有关,通常以接地或无穷远为电势零点.在正带电体周围各点的电势为正值,在负带电体周围各点的电势为负值.(5)等势线(面):在电场中电势相等的点形成的线(面).等势线(面)与电场线垂直.在匀强电场中的等差等势线是一些等距的平行直线(平面).在点电荷的电场中的等差等势线是一些内密外疏的圆(球面).点电荷Q形成电场U=KQ/r（了解）电势的单位：伏(V)(J/C)(伏特单位的诞生)(4)电势能的正负值与电势零点的选取有关,通常以接地或无穷远为电势零点.2.特点(1)电势能是在电场中的电荷的属性.(2)电场力对电荷做正功,电荷的电势能必定减少;电场力对电荷做负功,电荷的电势能必定增加.(3)正电荷在电势高处的电势能大;负电荷在电势低处的电势能大.四.电势差UAB(标量)2.特点(1)电势差UAB是电场的属性.(2)公式在运算中必需带正，负号运算.(3)电场力做功WAB与路径无关,与两点的电势差UAB有关.例1.如图所示，两根长为L的丝线下端各悬挂一质量为m的带电小球A，B。A，B带电量分别为q,q，今加上方向水平向左的匀强电场，使A，B两球相距也为L。求电场强度E的大小。ABLLLEqq答：E=Kq/L2+3mg/3q例2.如图所示，质量分别为m,2m,3m的三个小球A，B，C，其中B带Q电量。A，C不带电，绝缘细线将三球连接，并将A球悬挂于天花板上，空间有一竖直向下的匀强电场，电场强度为E，三球处于静止状态。求（1）A，B间的细线的拉力FAB。（2）将悬挂A的细线剪断后一小段时间内，A，B间的细线的拉力FAB。ABCEm2m3m答:(1)FAB=5mg+EQ(2)FAB=EQ/3例3.如图所示，判断下列各图是什么电荷产生的电场线（实线）或等势线（虚线）的局部图形正点电荷等量异种电荷平行板带电体负点电荷等量同种正电荷等量异种电荷例4.如图所示，平行线为电场线，但未指明方向，带电量为10-2C的正电荷在电场中只受电场力作用，当它从A点运动到B点时动能减少了0.1J,则电场方向向_(填左或右).已知A点的电势为-10V.B点的电势为_V.运动轨迹为_.(填1或2).0 01 1左左AB12E例5.如图所示，在XOY平面内有一匀强电场.将一个电量为q=510-5C的电荷,从电势UA=1V的A(0,3)点移到电场中的O(0,0)点要电场力做功310-4J，则O点的电势UO=_V。若再将该电荷从O点移到电场中的B(2,0)点，克服电场力做功1.510-4J，则B点的电势UB=_V。AB两点的电势差UAB=_V。该匀强电场的方向与OX轴正方向成夹角为_.匀强电场的电场强度E=_V/m.X/cmY/cmo3246-2。AB。5 52 2-3-353250250E例6.如图所示，一带电粒子在电场中,仅受电场力作用下从A点运动到B点,此带电粒子所带电量为q设在A、B两点此粒子的运动加速度分别为aA、aB,其动能分别为EKA,EKB.则带电粒子带_电,它们加速度关系为aA_aB.它们动能关系为EKA_EKB.EAB负例7.如图所示，一个质量为m、带电量为q的带电粒子，以初速度V0从A点竖直向上射入水平方向的匀强电场。当粒子到达B点时，速度方向变为水平，大小为3V0。求（1）该电场的电场强度E。（2）A、B两点间的电势差UAB。答:(1)E=3mg/q(2)UAB=9mV02/2qV03V0EAB例8.如图所示，一质量为m，带电量为-q的带电小球，通过绝缘细线与O点相连。整个空间存在一匀强电场，电场方向与竖直方向成=53角。当小球平衡时。细线处水平位置，求（1）该电场强度E。（2）若剪断细线，小球的加速度a大小和方向。（3）若电场强度增大一倍，则小球平衡时细线转过的角度？答:(1)E=5mg/3q(2)a=4g/3(水平向右）(3)=arctg3/8OEm,-q例9.如图所示，ABCD为绝缘光滑轨道,其中AB是水平轨道,BCD是竖直平面内半径为R的3/4圆周的圆形轨道.整个空间有一水平向右的匀强电场.一个带电小滑块从A点由静止释放后沿轨道运动.已知滑块所受的电场力等于其重力,为了使滑块能沿轨道运动到D点,则水平轨道AB的长度SAB至少多长?ABCDER例10.如图所示，一质量为m带电量为+q的小球从距地面高为h处，以某一初速度水平抛出。在距抛出点水平距离为L处，有一根口径比小球直径略大的竖直细管，管的上端距地面高度为h/2，为使小球能无碰撞地通过细管，可在细管上端的上方整个区域里加一个水平向左的匀强电场。求：（1）小球抛出的初速度V0。（2）电场强度E的大小。（3）小球落地的动能EK。hLh/2EV0例11.如图所示，一个质量为m，带有电量为-q的小物块，可在水平轨道OX上运动，O端有一与轨道垂直的固定墙，轨道处于匀强电场中，电场强度为E，方向沿OX轴正方向，小物块以初速V0从X0处沿OX轨道运动，运动时受到大小不变的摩擦力f作用，且fmg,求小球运动的总路程S。EABCL答:S=Ltg /例21.如图所示，倾角=30的直角三角形的底边BC长为2L，底边处在水平位置，斜边AC为光滑绝缘导轨，现在底边中点O处放一正电荷Q，让一带正电的小球从斜面顶端A滑下（始终不脱离导轨），已测得它滑到底端C的速度大小为VC，加速度大小为aC，求它滑到斜边的垂足D处的速度VD和加速度aD的大小。BCOADQLL提示：C点和D点电势相等，场强大小相等。例22.如图所示,为了研究静电除尘,有人设计了一个盒状容器,容器侧面是绝缘的透明有机玻璃,它的上下底面是面积A=0.04m2的金属板,间距L=0.05m,当连接到U=2500V的高压电源正,负极时,能在两属板间产生一个匀强电场.现把一定量均匀分布的烟尘颗粒密封在容器内,每立方米有烟尘颗粒1013个,假设这些颗粒都处于静止状态,每个颗粒带电量为q=+1.010-17C,质量为m=2.010-15kg,不考虑烟尘颗粒之间的相互作用和空气阻力,并忽略颗粒所受的重力,问闭合电键后:(1)经过多长时间烟尘颗粒可以被全部吸附?(2)除尘过程中电场对烟尘颗粒共做了多少功?(3)经过多长时间容器中烟尘颗粒的总动能达到最大?sUL+-答：(1)t=0.02s(2)W=2.510-4J(3)t1=0.014s例23.如图所示,m=110-2kg,带电量为q=210-5C的小球用不可伸长的细绳悬挂在O点,细绳长L=0.2m，现将小球提起.使细绳与竖直方向成60角,由静止开始释放小球,在小球下落过程中,当细绳张紧后瞬间触动开关,立即建立一个水平向右的匀强电场,场强E=53103N/C,求(1)小球在电场中平衡位置；(2)小球下落时，细绳能偏转的最大角度。E60LO答：(1)与竖直方向成60(右偏下）（2）60+arccos5/8例24.有三根长度为L=1m的绝缘细线,其中两根的一端固定在天花板上的O点,另一端分别栓有质量为m=110-2kg的带电小球A,B.它们的电量分别为-q和+q。q=110-7C，AB之间用第三根线连接.空间存在大小为E=1106N/C的匀强电场,方向水平向右,平衡时A,B的位置如图所示,现将O,B之间的线烧断,A,B最后在新的平衡位置静止,求最后两球的机械能和电势能的总和与烧断前相比改变了多少？（不计两带电小球间的相互作用的静电力）AB-q+qOE答：6.810-2J