2023-2024学年高二上物理01：电场力的性质（精讲教师版）.pdf

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1、2023-2024学年高二上物理专题0 1电场力的性质 考向解读1.了解静电现象，能用电荷守恒的观念分析静电现象。2.知道点电荷模型，体会科学研究中的物理模型方法。掌握并会应用库仑定律。3.知道电场是一种物质.掌握电场强度的概念和公式，会用电场线描述电场。考点回归一、静电现象电荷守恒定律1 .电荷两种电荷：自然界中只存在两种电荷正电荷和负电荷。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。(2)元电荷：电荷的多少叫电荷量，通常把e=1.6 0 x i()-i 9 c的电荷量叫做元电荷。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

2、部分；在转移过程中，电荷的总量保持不变。(2)起电方式：摩擦起电、接触起电、感应起电。(3)带电实质：物体带电的实质是电子的得失。二、点电荷及库仑定律1.点 电 荷：当带电体本身的形状和大小对研究的问题影响很小时，可以将带电体视为点电荷。2 .库仑定律(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：/=专 与 式 中 无=9.0 x 1 0 9 N-m 2/C 2,叫做静电力常量。(3)适用条件：真空中；点电荷。第1页(共18页)三、电场、电场强度及电场线1 .电场基本性质：对放入其中的电荷有电

3、场力的作用。2.电场强度定义式：=与 注5 ,单位：N/C或V/m。q(2)方向：规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点的电场强度方向。点电荷的电场强度：E=8适用于计算真空中的点电荷产生的电场。(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。3.电场线(1)定义：为了形象地描述电场中各点电场强度的强弱及方向，在电场中画出一些有方向的曲线，曲线上每点的切线方向都跟该点的电场强度方向一致，曲线的疏密表示电场的强弱。(2)电场线的特点一电场线的特凹不闭合：电场线起始于正电通(或无穷远处)，终止于无穷远处(或负电荷)不相交：在电场中两条电场线不相交同一电

4、场中，电场线密的地方电场强度大沿电场线方向电势降低(3)六种典型电场的电场线电场线和等势面在相交处垂Bi厂1.两类起电方式的判断技巧第2页(共18页)(1)接触起电：两个相同的金属小球接触后电荷“先中和后均分”。(2)感应起电：感应电荷的电性遵循“近异远同”原则。2.三个自由点电荷的平衡问题的速解技巧4.电场强度的计算与叠加公式适用条件说明定义式EL=Fq任何电场某点的场强为确定值，大小及方向与q无关决定式E呼真空中点电荷的电场E由场源电荷。和场源电荷到某点的距离r决定关系式 uE=d匀强电场d是沿电场方向的距离在一般情况下可由上述三个公式计算电场强度，但在求解带电圆环、带电平面等一些特殊带电

5、体产生的电场强度时，上述公式无法直接应用。这时，如果转换思维角度，灵活运用叠加法、对称法、补偿法、微元法、等效法等巧妙方法,可以化难为易。5.两种等量点电荷的电场分析第3页(共18页)中垂线上的电场强度。点最大，向外逐渐减小。点最小，向外先变大后变小关 于。点对称位置的电场强度/与4、B 与 B、。与C等大同向等大反向6.电场线的妙用判断电场强度的大小电场线密处电场强度大，电场线疏处电场强度小，进而可判断电荷受电场力大小和加速度的大小判断电场力的方向正电荷的受力方向和电场线在该点切线方向相同，负电荷的受力方向和电场线在该点切线方向相反判断电势的高低与电势降低的快慢沿电场线的方向电势降低最快，且

6、电场线密的地方比疏的地方降低更快判断等势面的疏密电场线越密的地方，等差等势面越密集；电场线越疏的地方，等差等势面越稀疏7.分析电场中运动轨迹问题的方法（1）“运动与力两线法 画出运动轨迹在初始位置的切线（“速度线”）与在初始位置电场线的切线（“力线”）方向，从二者的夹角情况来分析曲线运动的情况。“三不知时要假设”电荷的正负、场强的方向或等势面电势的高低、电荷运动的方向，是题意中相互制约的三个方面。若已知其中的任一个，可顺次向下分析判定各待求量；若三个都不知，则要用“假设法”分别讨论各种情况。当，=一?时，函数有极值，代表两者距离的最大或最小值.2a（3）图像法：在同一坐标系中画出两物体的运动图

7、像.位移一时间图像的交点表示相遇，分析速度一时间图像时，应抓住速度相等时的“面积”关系找位移关系.考 向 1电荷守恒定律第4页（共18页）母题呈现【母 题 1 （2022春湖北期中）2021 年 5 月 2 8 日，第八届全国静电纺丝技术与纳米纤维学术会议在天津工业大学召开。摩擦可以产生静电，原来甲、乙、丙三物体都不带电,今使甲、乙两物体相互摩擦后，乙物体再与丙物体接触，最后知甲物体带正电2.8xlO*C,丙物体带电6x1 0X。则关于最后乙、丙两物体的带电情况，下列说法正确的是（）A.乙物体一定带有负电荷3.4xl（）T5cB.乙物体可能带有负电荷2.4xl（）T5CC.丙物体一定带有正电荷

8、6xlOT6cD.丙物体一定带有负电荷6x1 0-3。【答案】D【解答】物体经过摩擦后，得到电子的物体带负电，失去电子的物体带正电，然后根据电荷守恒定律求解。解：根据电荷守恒定律，甲、乙两物体相互摩擦后，甲物体带正电2.8x1 0-6。，则乙物体一定带2.8x1 075。的负电，乙物体再与丙物体接触后，丙物体带有负电荷6x1 0-1 6。，此时乙物体一定带有负电荷22xl（T c。故 48C 错误，。正确。故选：Do1.（2021 秋驻马店期中）a 和6 都是不带电的小球,它们互相摩擦后,a 带+1.6x1 0-。的电荷，下列判断中正确的是（）A.摩擦的过程中电子从6 转移到了 aB.摩擦的过

9、程中正电荷从6 转移到了0C.在摩擦前a 的内部没有任何电荷D.6 在摩擦后一定带-1.6xl（）TC的电荷【答案】D【解答】摩擦起电的本质是电子的转移，起电过程中总电荷量保持不变，得到电子的物体带负电，失去电子的物体带正电，由此可判定各个选项。第5页（共18页）解：A B、摩擦起电的本质是电子的转移，互相摩擦后a 带1.6x1 0-0（7 正电荷，是a 上的电子转移到b 上，此情况下正电荷不发生移动，故 N 8错误：C、根据电荷守恒定律，可知电荷既不能凭空产生，也不能凭空消亡，只能从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一段转移到另一端，故在摩擦前“内部有电荷，故 C 错误；D、a 原来是电中

10、性，摩擦后带上1.6x1 0-。的正电荷，根据电荷守恒定律，可知b 在摩擦后一定带1.6xlOTC的负电荷，故。正确。故选：D。2.（2021 秋徐汇区校级期中）不带电的两个小球/和8,由于相互摩擦，力球带正电，B球带负电，其原因是（）A.有正电荷从8 移动到/B.有正电荷从/移动到8C.有电子从8 移动到力 D.有电子从/移动到8【答案】D【解答】摩擦起电的原因是不同物质的原子核束缚核外电子的能力不同，能力强的得电子带负电，能力弱的失电子带正电，所以摩擦起电的实质是电子的转移.解：不带电的两个小球N和 8,由于相互摩擦，/球带正电，8 球带负电，是因为有电子从/移 动 到 8,发生了摩擦起电

11、，故 N8C错误，。正确。故选：D。3.（2021 秋金台区期中）如图所示，一对用绝缘支柱支持的导体4 和 8,彼此接触，起初它们不带电，贴在下部的金属箔是闭合的。手持绝缘棒连接一个带正电的小球C,下列说法正确的是（）-T7A.当小球C 靠近导体/时，金属箔都不会张开B.当小球C 靠近导体力时，导体力下部的金属箔张开，导体B 下部的金属箔闭合C.当小球C 接触导体/时，导体N下部的金属箔张开，导体B 下部的金属箔闭合D.当小球C 靠近导体Z 时，导体N左侧带负电，导体8 右侧带正电【答案】D【解答】当导体/、8 放在带正电的小球附近时，出现感应起电现象.电荷周围有电场存第6页（共18页）在，从

12、而导体X、8 处于电场中，在电场力的作用下，使导体中的自由电子重新分布，导体的两端将带上异种电荷。解：A B D,感应带电是使物体带电的一种方法，根据同种电荷相互排斥、异种电荷互相吸引的原理可知，靠近的一端会带异种电荷。手持绝缘棒连接一个带正电的小球C,靠近用绝缘支柱支持的导体/和8 时 ，由于静电感应现象，导体8 的右侧要感应出正电荷，在导体力的左侧会出现负电荷，所以导体两端的验电箔都张开，故ZB错误，。正确。C、当小球C 接触导体/时，小球C 上的电荷传递到4 与 8 上，所以导体力与8 下部的金属箔都张开，故 C 错误。故选：Do考向2库仑定律|J【母 题 2】（2022春皇姑区校级期中

13、）如图，光滑绝缘圆环竖直放置，a、b、c 为三个套在圆环上可自由滑动的空心带电小球，已知小球c 位于圆环最高点，ac连线与竖直方向成60。角，加连线与竖直方向成30。角，三个小球均处于静止状态。下列说法正确的是（）A.a、b 小球可能带异种电荷 B.a、c 小球可能带同种电荷C.a、%小球电量之比为更 D.*6 小球电量之比为且6 9【答案】D【解答】根据不同小球的受力特点得出小球之间的库仑力关系，从而分析出电性的特点;第7页（共18页）根据库仑定律结合小球的平衡状态得出电荷量之比。解：8、对 a 小球进行受力分析可知，要使小球a 处于平衡状态，小球a、c 之间的库仑力一定为引力，故a、c 小

14、球带异种电荷，故 8 错误：A,对 c 小球进行受力分析，根据上述的结论可得，小球a 对 c 的库仑力为引力，方向为左下方。小球c 位于圆环最高点，则支持力方向竖直向上，重力方向竖直向下，小球c 处于平衡状态，则小球6 对小球c 的库仑力为右下方，为引力，所以a、6 小球带同种电荷,故/错 误；CD、因为a c 连线与加连线的夹角为90。，根据几何关系可知，ab的连线过圆心，则ac=27?sin 30=R,be=2R cos30=y/3R小球c 处于平衡状态，则%sin 60=&sin 30。F J q qR2F：kqcI网2解得：=2,故c 错误，。正确：分 9故选：D。1.（2022春虎丘

15、区校级期中）大小相同的两个金属小球/、8 带有等量同种电荷，相隔一定距离时（4、8 均可视为点电荷），两球间的库仑力大小为2尸，现在用另一个跟它们大小相同的不带电金属小球，先后与4、8 两个小球接触后再移开，这时/、8 两球间的库仑力大小是（）A.B.C.至 D.3 8 4 8【答案】C【解答】根据接触起电的特点分析出变化后的小球的电荷量，结合库仑定律分析出库仑力的大小。第8页（共18页）解:设金属小球的电荷量为Q,根据接触起电的特点可知，QA=管=|,gs=-=当初始条件下，2尸=警r%x x 3 0则 k=M =故 C 正确，错误；/4故选：C。2.（2022春沈阳期中）如图所示，由绝缘材

16、料制成的光滑的半圆轨道固定在水平面上，O点为圆心，带电荷量为或、质 量 为%的 a 小球固定在半圆轨道底端的4 点，带电荷量为依、质量为叫的6 小球静止于半圆轨道内的B 点，此时NAO8=74。现由于某小球的电荷量发生变化使得b 小球沿半圆轨道缓慢下滑，恰好静止于C 点，A A O C=60,此时a,6 两小球的电荷量分别为/“、qh,已知a、b 两小球均可视为带电质点，sin37o=0.6,则下列说B.6 小球受到的支持力一定大于其重力C.可能仅是6 小球的电荷量姓减少至占外D.可能仅是b 小球的电荷量勿减小至?私【答案】D【解答】对小球进行受力分析，结合相似三角形分析出力的变化趋势，并由此

17、分析出电荷量的大小。解：A B、设小球b 在 8、C 位置时所受库仑力的大小为、F2,所受轨道的支持力大小分别为乂、N2,轨道的半径为R,小球6 的重力为?g,根据矢量三角形与几何三角形相似可得：第9页（共18页）耳=mg=NAB R RF2=mg=N2ACRR由题意并根据几何关系可知人 =2Rsin37。：I?AC 2/?sin 300 解得：6=1.2 6N、=N?=mg所以小球b 从 8 到 C 过程中所受库仑力减小，。、分之间距离减小，则既可能是。的电量减少了，也可能是6 的电量减少了，且小球b 所受支持力始终与重力大小相等，故 N 8错误;C D,根据库仑定律可得：0 _何，根月=阵

18、2 AC2解得：=去，故。错误，故。正确。故选：D。3.（2022春金湖县期中）两个完全相同的金属球力和8,其中工球带电荷量为+5。、8 球带电荷量为-。（均可视为点电荷），两者相距为，此时两球间的库仑力大小为产.现将金属 球/和 8 接触后又放回原处，则两球之间的库仑力大小变为（）F 4F 9FA.B.一 C.D.4尸5 5 5【答案】B【解答】两小球相互接触的过程中，电量守恒，两小球相互接触后，电量平均分，再代入库仑定律的公式即可。解：两小球相互接触后，电量先中和再平分，第10页（共18页）故：/=券=2 0又由库仑定律得：开始时：/=匕 犁 2=弊r r接触后：尸=幺 婆=父=竺，故8正

19、确，错误。r r 5故选：B o1 考 向3电 场 电 场 强 度母题呈现【母 题 3 （2 0 2 2 春朝阳区校级期中）对于电场强度的公式E =土和 E =空，下列说法q 产正确的（）A.场强E与试探电荷的电荷量夕成反比B.由E =可知，r 一定时，场强E与0成正比rC.公式中。与夕的含义一致D.电场中不放入试探电荷时，场强为零【答案】B【解答】熟悉场强的计算公式，理解公式的适用场景和对应电荷的物理意义。解：A D、某未知的电场强度与试探电荷的电性和大小无关，故/错误；B、公式后=华是点电荷周围电场强度的决定式，一定时，电场场强E与。成正比，r故 2正确；C、0是场源电荷，q 是试探电荷，

20、故C错误。故选：B。第11页（共18页）举一反三1.（2022春锡山区校级期中）如图所示，在水平向右的匀强电场中，用绝缘细线将带电小球悬挂于。点，小球平衡时细线与竖直方向的夹角为下列说法正确的是（）A.若增大电场强度E,。不变 B.若增大电场强度E,。变小C.若减小电场强度E,。变小 D.若减小电场强度E,。变大【答案】C【解答】对小球进行研究，分析受力情况，根据小球所受电场力与场强方向的关系，根据平衡条件求出小球的电场力与重力的关系，从而分析解答。解：对小球分析，由平衡条件知mgqE=mg tan 6可知E增大，6增大；E减小，则6减小。故错误，C正确；故选C。2.（2022春徐州期中）如图

21、所示，一固定的均匀带电圆环，圆心为0,带电量为。MN为垂直于圆环的轴线，M、N两点距圆心均为厂。在圆心正下方2厂 的位置固定一电量为+g的小带电体。在A7点放置不同电量的试探电荷，试探电荷均可保持静止。不计试探电荷的重力，静电力常量为。则N点的电场强度大小为（）第12页（共18页）A.0 B.2ka C.k骞 D.%竺!r2 9r2 9 产【答案】D【解答】根据点电荷电场的公式结合电场的矢量叠加原理可解得。解：在收点放置不同电量的试探电荷，试探电荷均可保持静止，即收点场强为零。电量为+q的小带电体在M处产生电场强度为“=%石%=%券,方向向上。根据电场的叠加原理，带电圆环与小球在 处产生电场强

22、度大小相等，方向相反，所以带电圆环在M处产生的电场强度大小耳,=&，,方向向下根据对称性可以知道带电圆环在N处产生的电场强 v =%，方向向上电量为+q的小带电体在N处产生电场强度为片=%（，方向向上r所N点处场强的大小为E=E#E、=e+kM =k当9厂 r 9广故N8 C错误，。正确；故选：D。3.（20 22春如皋市期中）如图所示，电荷量为q的负点电荷与均匀带电薄板相距2d ,点电荷到带电薄板的垂线通过板的几何中心.若图中工点的电场强度为0,则8点的电场强度（A.大 小 为 鸟，方向沿Z 8向左9屋B.大 小 为 也，方 向 沿 向 右9d2第 13页（共 18页）C.大 小 为 嘤，方

23、向沿4 B向左9d2D.大 小 为 吗，方向沿4 8 向右9d2【答案】D【解答】解决本题的关键是明确点电荷场强公式及合场强为零的含义，根据薄板产生场强的特点，由几何对称性分析求解。解：g 在/点形成的电场强度大小为：E=募,方向向右。因/点场强为零，故薄板在/点的电场强度方向向左，大 小 为 嬴。由对称性可知，薄板在8 点的电场强度大小为片=部，方向向右。而 q 在 B 点的电场强度大小为=%，方向向右。根据矢量叠加原理，则 8 点的电场强度大小为：4=片+/=&+笑=粤，方向向B 2（3d）2 d2 9/右，故 4 8 c 错误，。正确。故选：D。考 向4静电的防止和利用【母 题 4（20

24、22春西城区校级期中）不带电的金属导体MNP。的内部电荷包括自由电子和金属离子（即金属原子失去自由电子后的剩余部分），如右图所示为导体内部电荷的简化示意图，其 中 表 示 自 由 电 子，“”表示金属离子。把导体放到电场强度为5的匀强电场中，由于库仑力的作用，导体内部的电荷将重新分布。同学们画出了下列四幅图，其中/、8 两图描述了导体刚放入电场未达到静电平衡状态时，自由电子和金属离子的定向运动情况（图中箭头代表它们定向运动的方向）：C、。两图描述了导体达到静电平衡后，自由电子和金属离子的分布情况。则其中正确的是（）第14页（共18页）【解答】导体内可以移动的是带负电的自由电子；导体在点电荷附近

25、，出现静电感应现象，导致电荷重新分布。因此在导体内部出现感应电荷的电场，该电场与点电荷的电场叠加，只有叠加后电场为零时，电荷才不会再移动。此时导体的内部场强处处为0,这种状态叫静电平衡状态。解：A B.导体刚放入电场未达到静电平衡时，电子在外电场作用下向左移动，带正电的金属离子不能任意移动。故 4 正确，8 错误；CD、导体达到静电平衡后，导体内部场强处处为零，左侧负电荷分布密集，内部的带正电与负电荷均匀分布，金属离子不移动，故 CZ）错误故选：A。第15页（共18页）举一反三1 .（2022春杭州期中）如图所示，小明同学在坐飞机的时候发现机翼末端边缘有一条条针一样的装置，此装置作用是（）A.

26、释放飞机表面的静电B.加强电磁通讯信号，起到天线的作用C.通过尖端放电使云层中的电荷消失D.防止闪电击中飞机，起到避雷针的作用【答案】A【解答】飞机与大气摩擦会使自己带电，为了安全，在机翼末端边缘有一条条针一样的装置,可以利用尖端放电消除表面的静电。解：机翼末端边缘有一条条针一样的装置，此装置利用尖端放电的原理是释放飞机表面的静电，故/正 确，8 8 错误；故选：A o2.（2022春锡山区校级期中）下列关于静电知识的应用，说法不正确的是（）A.高大建筑物顶端设置避雷针，是利用尖端放电的原理避免建筑物遭受雷击的B.电学仪器放在塑料外壳中，可以防止外界电场对电学仪器的影响C.燃气灶中的点火器是利

27、用高压放电的电火花来点燃燃气的D.静电除尘是利用静电力去除空气中的带电尘埃的【答案】B【解答】高大建筑物顶端设置避雷针，是利用尖端放电的原理避免建筑物遭受雷击：金属外壳能产生屏蔽外电场的作用；燃气灶中的点火器是利用高压放电的电火花来点燃燃气的；静电除尘是利用静电力去除空气中的带电尘埃的。解：N、避雷针利用尖端放电原理来避雷：带电云层靠近建筑物时，建筑物带上了异号电荷；避雷针上产生的感应电荷会通过针尖放电，逐渐中和云中的电荷，使建筑物免遭雷击,第16页（共18页）故A正确；8、塑料外壳不能形成静电屏蔽，不可以防止外界电场对电学仪器的影响，故 8 错误；C、燃气灶中的点火器是利用高压放电的电火花来

28、点燃燃气的，故C 正确；。、静电除尘是利用静电力去除空气中的带电尘埃的，通过使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来，故。正确。本题选错误的。故选：B。3.（2022春浙江期中）下列四幅图描述的场景依次为雷电击中避雷针（图甲）、高压输电线上方还有两条与大地相连的导线（图乙）、燃气灶中的针尖状点火器（图丙）、工人穿戴着含金属丝制成的工作服进行超高压带电作业（图丁），关于这四幅图所涉及的物理知识，下列说法正确的是（）甲A.图甲中避雷针的工作原理主要是静电屏蔽B.图丙中的点火器是利用摩擦起电的原理进行点火的C.图丙中的点火器的工作原理和图丁中工作服内掺入的金属丝的工作原理是相同的

29、D.图乙与大地相连的两条导线所起的作用和图丁中工作服内的金属丝所起的作用是相同的【答案】D【解答】避雷针利用尖端放电避免雷击；放电电极做成针尖状，更容易累积电荷从而发生尖端放电现象；点火器是利用高压尖端放电的原理；工作服内掺入的金属丝，是利用静电屏蔽的原理；高压输电线的上方还有两条导线，这两条导线的作用是它们与大地相连，形成稀疏的金属 网把高压线屏蔽起来，利用了静电屏蔽的原理。解：A.避雷针的工作原理主要是利用尖端放电避免雷击，故/错 误；8、放电电极做成针尖状，更容易累积电荷从而发生尖端放电现象，故8 错误；C、点火器是利用高压尖端放电的原理，而工作服内掺入的金属丝，是利用静电屏蔽的原第 17页（共 18页）理，故C 错误；。、高压输电线的上方还有两条导线，这两条导线的作用是它们与大地相连，形成稀疏的金 属“网”把高压线屏蔽起来，免遭雷击，与工作服内掺入的金属丝，都是利用了静电屏蔽的原理，故。正确；故选：Do第 18页（共 18页）