2017-2018學(xué)年高中物理 專題一 電場(chǎng)力的性質(zhì)學(xué)案 新人教版選修3-1

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1、 專題一 電場(chǎng)力的性質(zhì) 一、庫(kù)侖定律與庫(kù)侖力作用下的平衡 1．庫(kù)侖定律 F＝k適用于真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷．當(dāng)r→0時(shí)，公式不再適用． 2．庫(kù)侖力作用下的平衡問(wèn)題 (1)特點(diǎn)：F合＝0 (2)分析方法 ①同一直線上三個(gè)自由電荷的平衡 電荷間的關(guān)系：“三點(diǎn)共線”、“兩大夾小”、“兩同夾異”、“近小遠(yuǎn)大”． ②不共線力作用下的平衡 用共點(diǎn)力平衡的知識(shí)分析，常用的方法有正交分解法、合成法等． [復(fù)習(xí)過(guò)關(guān)] 1．在光滑、絕緣的水平面上，沿一直線依次排列三個(gè)帶電小球A、B、C(可視為質(zhì)點(diǎn))，如圖1所示．若它們恰能處于平衡狀態(tài)，那么這三個(gè)小球所帶電荷量及電性的關(guān)系，下面情況可能的是(　

2、　) 圖1 A．9、－4、36 B．4、9、36 C．－3、2、8 D．2、－3、6 答案　A 解析　根據(jù)“兩同夾異”“兩大夾小”可知，B、C、D錯(cuò)誤，A正確． 2．(多選)A、B兩帶電小球，質(zhì)量分別為mA、mB，用絕緣不可伸長(zhǎng)的細(xì)線如圖2懸掛，靜止時(shí)A、B兩球處于相同高度．若B對(duì)A及A對(duì)B的庫(kù)侖力分別為FA、FB，則下列判斷正確的是(　　) 圖2 A．FA＜FB B．細(xì)線AC對(duì)A的拉力FTA＝ C．細(xì)線OC的拉力FTC＝(mA＋mB)g D．同時(shí)燒斷AC、BC細(xì)線后，A、B在豎直方向的加速度相同 答案　CD 解析　對(duì)小球A受力分析，受重力、庫(kù)侖力、拉力，如圖

3、所示，兩球間的庫(kù)侖力是作用力與反作用力，一定相等，與兩個(gè)球帶電荷量是否相等無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)誤；根據(jù)平衡條件有：mAg＝FTAcos30°，因此FTA＝mAg，故B錯(cuò)誤；由整體法可知，細(xì)線的拉力等于兩球的重力，故C正確；同時(shí)燒斷AC、BC細(xì)線后，A、B在豎直方向只受重力，所以加速度相同，故D正確． 二、電場(chǎng)強(qiáng)度及其疊加 1．場(chǎng)強(qiáng)的公式 E＝ E＝ 2．電場(chǎng)的疊加 (1)電場(chǎng)疊加：多個(gè)電荷在空間某處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度為各電荷單獨(dú)在該處所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和． (2)運(yùn)算法則：平行四邊形定則． (3)注意事項(xiàng) ①弄清場(chǎng)源電荷是正電荷還是負(fù)電荷．②弄清求哪一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，各場(chǎng)源電荷在該點(diǎn)產(chǎn)生場(chǎng)

4、強(qiáng)的大小和方向．③明確場(chǎng)強(qiáng)是矢量，矢量的合成滿足平行四邊形定則． [復(fù)習(xí)過(guò)關(guān)] 3.如圖3所示，真空中O點(diǎn)有一點(diǎn)電荷，在它產(chǎn)生的電場(chǎng)中有a、b兩點(diǎn)，a點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為Ea，方向與ab連線成60°角，b點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為Eb，方向與ab連線成30°角．關(guān)于a、b兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小Ea、Eb的關(guān)系，以下結(jié)論正確的是(　　) 圖3 A．Ea＝Eb B．Ea＝Eb C．Ea＝Eb D．Ea＝3Eb 答案　D 解析　由題圖可知，rb＝ra，再由E＝可知，＝＝3，故D正確． 4.圖4中邊長(zhǎng)為a的正三角形ABC的三個(gè)頂點(diǎn)分別固定三個(gè)點(diǎn)電荷＋q、＋q、－q，則該三角形中心O點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)為(　　)

5、圖4 A.，方向由C指向O B.，方向由O指向C C.，方向由C指向O D.，方向由O指向C 答案　B 解析　每個(gè)點(diǎn)電荷在O點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)大小都是E＝＝，畫出矢量疊加的示意圖，如圖所示，由圖可得O點(diǎn)處的合場(chǎng)強(qiáng)為E合＝2E＝，方向由O指向C.B項(xiàng)正確． 5.如圖5所示，在水平向右、大小為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，在O點(diǎn)固定一電荷量為Q的正電荷，A、B、C、D為以O(shè)為圓心、半徑為r的同一圓周上的四點(diǎn)，B、D連線與電場(chǎng)線平行，A、C連線與電場(chǎng)線垂直．則(　　) 圖5 A．A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為 B．B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為E－k C．D點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小不可能為0 D．A、C兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)相同 答案　A 三、

6、電場(chǎng)線的應(yīng)用 1．電場(chǎng)線的應(yīng)用 (1)判斷電場(chǎng)強(qiáng)度的大小 電場(chǎng)線越密的地方電場(chǎng)強(qiáng)度越大，電場(chǎng)線越疏的地方電場(chǎng)強(qiáng)度越小． (2)判斷電場(chǎng)力的方向 電場(chǎng)線上某點(diǎn)的切線方向?yàn)殡妶?chǎng)強(qiáng)度的方向．正電荷所受的電場(chǎng)力方向與電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同，負(fù)電荷所受的電場(chǎng)力方向與電場(chǎng)強(qiáng)度方向相反． (3)判斷電勢(shì)高低 沿著電場(chǎng)線的方向電勢(shì)逐漸降低． (4)電場(chǎng)線與等勢(shì)面垂直 電場(chǎng)線與等勢(shì)面垂直，且從電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面． 2．電場(chǎng)線與電荷運(yùn)動(dòng)的軌跡 (1)電荷運(yùn)動(dòng)的軌跡與電場(chǎng)線一般不重合．若電荷只受電場(chǎng)力的作用，在以下條件均滿足的情況下兩者重合： ①電場(chǎng)線是直線． ②電荷由靜止釋放或有

7、初速度，且初速度方向與電場(chǎng)線方向平行． (2)由粒子運(yùn)動(dòng)軌跡判斷粒子運(yùn)動(dòng)情況： ①粒子受力方向指向曲線的內(nèi)側(cè)，且與電場(chǎng)線相切． ②由電場(chǎng)線的疏密判斷加速度大?。? ③由電場(chǎng)力做功的正負(fù)判斷粒子動(dòng)能的變化． [復(fù)習(xí)過(guò)關(guān)] 6．(多選)某靜電場(chǎng)中的電場(chǎng)線如圖6所示，帶電粒子在電場(chǎng)中僅受電場(chǎng)力作用，由M運(yùn)動(dòng)到N，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中虛線所示，以下說(shuō)法正確的是(　　) 圖6 A．粒子必定帶正電荷 B．由于M點(diǎn)沒(méi)有電場(chǎng)線，粒子在M點(diǎn)不受電場(chǎng)力的作用 C．粒子在M點(diǎn)的加速度小于它在N點(diǎn)的加速度 D．粒子在M點(diǎn)的動(dòng)能小于在N點(diǎn)的動(dòng)能 答案　ACD 解析　根據(jù)帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡彎曲的情況

8、，可以確定粒子受電場(chǎng)力的方向沿電場(chǎng)線方向，故此粒子帶正電，A選項(xiàng)正確．由于電場(chǎng)線越密，電場(chǎng)強(qiáng)度越大，粒子受到的電場(chǎng)力就越大，根據(jù)牛頓第二定律可知其加速度也越大，故此粒子在N點(diǎn)加速度大，B選項(xiàng)錯(cuò)誤，C選項(xiàng)正確．粒子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)，電場(chǎng)力做正功，根據(jù)動(dòng)能定理得此粒子在N點(diǎn)的動(dòng)能大，故D選項(xiàng)正確． 7．實(shí)線為三條方向未知的電場(chǎng)線，從電場(chǎng)中的M點(diǎn)以相同的速度飛出a、b兩個(gè)帶電粒子，a、b的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖7中的虛線所示(a、b只受電場(chǎng)力作用)，則 (　　) 圖7 A．a(chǎn)一定帶正電，b一定帶負(fù)電 B．電場(chǎng)力對(duì)a做正功，對(duì)b做負(fù)功 C．a(chǎn)的速度將減小，b的速度將增大 D．a(chǎn)的加速度將減小，b

9、的加速度將增大 答案　D 解析　由于電場(chǎng)線的方向未知，故無(wú)法確定a、b的電性，A錯(cuò)；電場(chǎng)力對(duì)a、b均做正功，兩帶電粒子動(dòng)能均增大，則速度均增大，B、C均錯(cuò)；a向電場(chǎng)線稀疏處運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)強(qiáng)度減小，電場(chǎng)力減小，故加速度減小，b向電場(chǎng)線密集處運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)強(qiáng)度增大，電場(chǎng)力增大，故加速度增大，D正確． 8.如圖8所示，一電荷量為＋q、質(zhì)量為m的小物塊處于一傾角為37°的光滑斜面上，當(dāng)整個(gè)裝置被置于一水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，小物塊恰好靜止．重力加速度取g，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.求： 圖8 (1)水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度； (2)若將電場(chǎng)強(qiáng)度減小為原來(lái)的，物塊的加速度是多大；電場(chǎng)強(qiáng)度變化后物塊下滑距離L時(shí)的動(dòng)能． 答案　(1)　(2)0.3g　0.3mgL 解析　(1)小物塊靜止在斜面上，受重力、電場(chǎng)力和斜面支持力，受力分析如圖所示， 則有FNsin37°＝qE① FNcos37°＝mg② 由①②可得E＝. (2)若電場(chǎng)強(qiáng)度減小為原來(lái)的，即E′＝ 由牛頓第二定律得mgsin37°－qE′cos37°＝ma 可得a＝0.3g.電場(chǎng)強(qiáng)度變化后物塊下滑距離L時(shí)，重力做正功，電場(chǎng)力做負(fù)功，由動(dòng)能定理得mgLsin37°－qE′Lcos37°＝Ek－0 可得Ek＝0.3mgL. 6