人教版 (2019)必修 第三册2 库仑定律习题课件ppt

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静电力作用下带电体的平衡和加速问题 情景导引光滑绝缘水平面如图所示,图甲中放置两个带电小球,图乙中放三个带电小球,请思考:如果没有其他力的作用,甲图中的两个带电小球能静止在光滑水平面上吗?乙图中的三个带电小球能静止在光滑水平面上吗?
要点提示:只存在两个带电小球的情况下,对任一个小球来说,水平方向只受到一个静电力,受的合力不可能为零,不会静止在光滑水平面上,只能做变速运动;若是三个小球,水平方向每个小球受到其他两个小球的两个作用力有可能平衡,小球可能会静止在光滑水平面上。
知识归纳静电力作用下的平衡和加速问题的处理方法与纯粹的力学问题一样,具体思路是①确定研究对象,选整体或某个带电体;②受力分析,按照先场力(重力、静电力)和已知力,后弹力、摩擦力次序分析;③运动分析;④由牛顿第二定律列式求解。
实例引导例1如图所示,电荷量分别为+q和+4q的两点电荷A、B,相距L,问:
(1)若A、B固定,在何处放置点电荷C,才能使C处于平衡状态?(2)在(1)中的情形下,C的电荷量和电性对C的平衡有影响吗?(3)若A、B不固定,在何处放一个什么性质的点电荷,才可以使三个点电荷都处于平衡状态?
解析:(1)由平衡条件,对C进行受力分析,C应在AB的连线上且在A的右边,设与A相距r,则
答案:见解析规律方法 共线的三个点电荷在静电力作用下平衡的特点1.平衡条件:每个点电荷受到的两个静电力必须大小相等,方向相反。2.平衡规律可概括为:“三点共线”——三个点电荷分布在同一条直线上;“两同夹异”——正负电荷相互间隔;“两大夹小”——中间电荷的电荷量最小;“近小远大”——中间电荷靠近两侧电荷量较小的电荷。3.只要其中两个点电荷平衡,第三个点电荷一定平衡,只需根据平衡条件对其中的两个电荷列式即可。
变式训练1真空中三个点电荷位于一条直线上,都只在静电力作用下处于静止,其中两个电荷静止在E、F两点,所带电荷量如图所示,关于第三个电荷的电性和静止的位置,下列说法正确的是(　　)A.为负电荷,可能静止在B处B.为负电荷,可能静止在C处C.为正电荷,可能静止在A处D.为正电荷,可能静止在B处解析:三个电荷要平衡,必须三个电荷处在一条直线上,外侧两个电荷相互排斥,中间电荷吸引外侧两个电荷,所以外侧两个电荷距离大,要平衡中间电荷的拉力,必须外侧电荷电荷量大,中间电荷电荷量小,所以第三个电荷必须带负电,在F的右侧。故选B。答案:B
带电粒子的运动轨迹问题 情景导引如图所示,实线为电场线(方向未画出),虚线ab是一带负电的粒子只在静电力作用下的运动轨迹,轨迹为一条抛物线。请思考回答下列问题:(1)电场线MN的方向可以判断吗?能的话,方向向哪?(2)带电粒子在a点的加速度和在b点的加速度哪个大?(3)带电粒子在a点的加速度和在b点的速度哪个大?
要点提示:(1)由于该粒子只受静电力作用且做曲线运动,物体所受外力指向轨迹内侧,所以粒子所受静电力一定是由M指向N,由于粒子带负电,所以电场线MN的方向由N指向M。(2)b点的电场线比a点的密,所以带电粒子在a点的加速度小于在b点的加速度。(3)若粒子从a运动到b,静电力与速度成锐角,粒子做加速运动,速度增大,带电粒子在b点的速度较大;若粒子从b运动到a,静电力与速度成钝角,粒子做减速运动,速度减小,仍是带电粒子在b点的速度较大。
知识归纳带电粒子的运动轨迹问题分析方法1.合力方向与速度方向:合力指向轨迹曲线的内侧,速度方向沿轨迹的切线方向。2.分析方法:(1)由轨迹的弯曲情况结合电场线确定静电力的方向。(2)由静电力和电场线的方向可判断电荷的正负。(3)由电场线的疏密程度可确定静电力的大小,再根据牛顿第二定律F=ma可判断电荷加速度的大小。(4)根据力和速度的夹角可以判断速度变大还是变小,从而确定不同位置的速度大小。
实例引导例2(多选)如图所示,带箭头的线段表示某一电场中的电场线的分布情况。一带电粒子在电场中运动的轨迹如图中虚线所示。若不考虑其他力,则下列判断正确的是(　　)A.若粒子是从A运动到B,则粒子带正电;若粒子是从B运动到A,则粒子带负电B.不论粒子是从A运动到B,还是从B运动到A,粒子必带负电C.若粒子是从B运动到A,则其加速度减小D.若粒子是从B运动到A,则其速度减小
解析:根据做曲线运动物体所受合外力指向曲线内侧可知静电力与电场线的方向相反,所以不论粒子是从A运动到B,还是从B运动到A,粒子必带负电,故A错误,B正确;电场线密的地方电场强度大,所以粒子在B点受到的静电力大,在B点时的加速度较大,若粒子是从B运动到A,则其加速度减小,故C正确;从B到A过程中静电力与速度方向成锐角,即做正功,动能增大,速度增大,故D错误。故选B、C。答案:BC规律方法 做曲线运动的物体受到的合力指向曲线凹侧,静电力方向与电场线相切,同一带电粒子在电场线密集的地方加速度大,在电场线稀疏的地方加速度小。
变式训练2(多选)图中实线是一簇未标明方向的电场线,虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹,a、b是轨迹上的两点。若带电粒子在运动过程中只受静电力的作用,根据此图可做出正确判断的是(　　)A.带电粒子所带电荷的符号B.电场强度的方向C.带电粒子在a、b两点的受力方向D.带电粒子在a、b两点的加速度何处较大解析:由粒子的轨迹可知,粒子所受静电力指向曲线凹侧,在ab两点的静电力都沿着电场线指向左侧,粒子的电性和电场强度的方向都未知,无法判断,A、B错,C对;电场线的疏密表示电场的强弱,a点电场强度大,加速度大,D对。选CD。答案:CD
1.(多选)一带电粒子从电场中的A点运动到B点,轨迹如图中虚线所示。不计粒子所受重力,则(　　)A.粒子带正电荷B.粒子加速度逐渐减小C.A点的速度大于B点的速度D.粒子的初速度不为零解析:带电粒子所受合外力(即静电力)指向轨迹内侧,知静电力方向向左,粒子带负电荷,故A项错误。根据EA>EB,知B项正确。粒子从A到B受到的静电力为阻力,C项正确。由题图可知,粒子从A点运动到B点,速度逐渐减小,故粒子在A点速度不为零,D正确。答案:BCD