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高中物理人教版 (2019)必修 第三册3 电场 电场强度习题课件ppt
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这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册3 电场 电场强度习题课件ppt，共52页。PPT课件主要包含了电场电场强度，课内互动探究，探究，电场强度的计算与叠加，情景导入，典例剖析，典题1，对点训练，典题2，典题3等内容，欢迎下载使用。
第2课时 习题课 场强叠加 带电粒子(体)运动分析
电场强度是矢量，在一般情况下可由上述公式计算电场强度，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、等效法等方法，可以化难为易。
1．对称法(1)题型简述：利用空间上对称分布的电荷形成的电场具有对称性的特点，使复杂电场的叠加计算问题大为简化。(2)方法突破：对称法是指在研究物理问题时，利用研究对象的对称特性来分析和处理问题的方法。对称法解题就是采用对物理问题中出现的各种对称特性(如：物理过程的对称性、运动轨迹的对称性、镜像的对称性、几何形状的对称性等)进行分析和推理，可以避免烦琐的物理分析和数学推导，而直接利用事物之间的对称关系得出结论，从而快速解题，事半功倍。
(2022·山东卷)半径为R的绝缘细圆环固定在图示位置，圆心位于O点，环上均匀分布着电荷量为Q的正电荷。点A、B、C将圆环三等分，取走A、B处两段弧长均为ΔL的小圆弧上的电荷。将一点电荷q置于OC延长线上距O点为2R的D点，O点的电场强度刚好为零。
解析：取走A、B处两段弧长均为ΔL的小圆弧上的电荷，根据对称性可知，圆环在O点产生的电场强度为与A在同一直径上的A1和与B在同一直径上的B1产生的电场强度的矢量和，如图所示，因为两段弧长非常小，故可看成点电荷，则有
2．补偿法(1)题型简述：求解有缺口的均匀带电圆环、均匀带电球体等的场强问题时，可用补偿法解决。(2)方法突破：有些物理问题根据已有条件不能建立完整的模型，这时就需要给原来的问题补充一些条件，组成一个完整的新模型，这样，求解原模型的问题就变为求解新模型与补充条件的差值问题。这就是补偿法。
均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的电场。如图所示，在半球面AB上均匀分布正电荷，总电荷量为q，球面半径为R，CD为通过半球面顶点与球心O的轴
线，在轴线上有M、N两点，OM＝ON＝2R。已知M点的场强大小为E，则N点的场强大小为( )
题型技法：将有缺口的带电圆环补全为圆环，或将半球面补全为球面，然后再应用对称的特点进行分析，有时还要用到微元思想。
3．微元法(1)题型简述：求解均匀带电圆环、带电平面、带电直杆等在某点产生的场强问题，可应用微元法。(2)方法突破：微元法就是将研究对象分割成若干微小的单元，或从研究对象上选取某一“小单元”加以分析，从而可以化繁为简，使变量、难以确定的量转化为常量、容易确定的量。用该方法可以使一些复杂的物理过程用我们熟悉的物理规律迅速解决，使所求的问题简单化。在电场中，当一个带电体体积较大，已不能视为点电荷时，可把带电体利用微元法的思想分成很多小块，每块可以看成点电荷，用点电荷电场叠加的方法计算这个带电体的场强。
一半径为R的圆环上，均匀地带有电荷量为Q的电荷，在垂直于圆环平面的对称轴上有一点P，它与环心O的距离OP＝L。设静电力常量为k，关于P点的场强E，下列四个表达式中只有一个是正确的，请你根据所学的物理知识，通过一定的分析，判断正确的表达式是( )
点评：将带电体分成许多元电荷，每个元电荷看成点电荷，先根据库仑定律求出每个元电荷的场强，再结合对称性和场强叠加原理求出合场强。
3．如图所示，半径为R的圆环，均匀分布电荷量为Q的正电荷。现从环上截取Δs的一小段(Δs≪R)，则圆环剩余部分的电荷在环心O处产生的场强大小是多少？方向如何？答案：见解析
4．等效法在保证效果相同的前提下，将复杂的电场情景变换为简单的或熟悉的电场情景。例如：一个点电荷＋q与一个无限大薄金属板形成的电场，等效为两个异种点电荷形成的电场，如图甲、乙所示．
如图甲所示，MN为很大的薄金属板(可理解为无限大)，金属板原来不带电。在金属板的右侧，距金属板距离为d的位置上放入一个带正电、电荷量为q的点电荷，由于静电感应产生了如图甲所示的电场分布，P在点电荷右侧，与点电荷之间的距离也为d，几位同学想求出P点的电场强度大小，但发现问题很难。几位同学经过仔细研究，从图乙所示的电场得到了一些启示，经过查阅资料他们知道：图甲所示的电场分布与图乙中虚线右侧的电场分布是一样的，图乙中两异号点电荷电荷量的大小均为q，它们之间的距离为2d，虚线是两点电荷连线的中垂线，
由此他们分别求出了P点的电场强度大小，一共有以下四个不同的答案(k为静电力常量)，其中正确的是( )
1．带电粒子做曲线运动时，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：由轨迹的弯曲情况结合电场线确定电场力的方向；由电场力和电场线的方向可判断带电粒子所带电荷的正负；由电场线的疏密程度可确定电场力的大小，再根据牛顿第二定律F＝ma可判断带电粒子加速度的大小。
电场线与带电粒子运动轨迹的综合分析
(多选)在光滑绝缘的水平桌面上，存在着方向水平向右的匀强电场，电场线如图中实线所示。一初速度不为零的带电小球从桌面上的A点开始运动，到C点时，突然受到一个外加的水平恒力F作用而继续运动到B点，其运动轨迹如图中虚线所示，v表示小球经过C点时的速度，则( )A．小球带正电B．恒力F的方向水平向左C．恒力F的方向可能与v方向相反D．在A、B两点小球的速率不可能相等
解析：由小球从A点到C点的轨迹可得，小球受到的电场力方向向右，带正电，选项A正确；小球从C点到B点，所受合力指向轨迹凹侧，当水平恒力F水平向左时，合力可能向左，符合要求，当恒力F的方向与v方向相反时，合力背离轨迹凹侧，不符合要求，选项B正确，C错误；小球从A点到B点，由动能定理，当电场力与恒力F做功的代数和为零时，在A、B两点小球的速率相等，选项D错误。
5．(2022·四川达州高二期末)如图所示，在点电荷＋Q产生的电场中，实线为电场线，虚线AB是一个带电粒子仅在静电力作用下的运动轨迹。下列说法正确的是( )A．粒子可能带正电也可能带负电
B．点电荷＋Q可能处于图中电场线的左侧C．粒子从A到B的过程一定做减速运动D．粒子在A处所受电场力大于在B处所受电场力
解析：点电荷＋Q产生的电场发出电场线是发散向外，则场源在右侧区域，粒子的轨迹凹侧向左，故粒子一定受斥力故带正电，故AB错误；粒子从A到B的过程速度沿轨迹切线，电场力指向凹侧，两者夹角为锐角，则粒子做加速运动，故C错误；电场线的疏密描述电场强度的大小，则有EA＞EB，根据F＝qE可知，粒子在A处所受电场力大于在B处所受电场力，故D正确。
1．两点电荷形成电场的电场线分布如图所示，A、B是电场线上的两点，下列判断正确的是( )A．A、B两点的电场强度大小不等，方向相同
B．A、B两点的电场强度大小相等，方向不同C．左边电荷带负电，右边电荷带正电D．两电荷所带电荷量相等
解析：电场线的疏密代表场强的强弱，电场线越密，代表电场越强，电场方向为电场线的切线方向，故从图中可以看出A点B点电场强度大小和方向均不同，故A、B错误；电场线从正电荷指向负电荷，故C正确；右边电荷周围的电场线密集，故此电荷的电荷量较大，故D错误。
2．(2022·陕西渭南市尚德中学高二阶段测试)A、B是一条电场线上的两个点，一带正电的微粒仅在电场力作用下以一定初速度从A点沿电场线运动到B点，其速度—时间图像如图所示。则这一电场可能是下图中( )
解析：由v－t图像知从A到B微粒的速度在减小，加速度在增大，则所受电场力增大，则电场力方向与运动方向相反，且B点的电场强度大于A点的电场强度，结合选项可知C正确，ABD错误。
3．(2022·贵州遵义高二期末)将金属圆环接地后，把点电荷P放置在金属圆环附近，点电荷和金属圆环间的电场线分布如图所示，a、b、c、d均为电场中的点，下列说法正确的是( )A．a点的电场强度大于b点的电场强度B．c点的电场强度小于d点的电场强度C．点电荷P带负电D．若将一带正电的试探电荷从d点由静止释放，电荷将沿着电场线运动到c点
第2课时 习题课 场强叠加 带电粒子(体)运动分析
电场强度是矢量，在一般情况下可由上述公式计算电场强度，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、等效法等方法，可以化难为易。
1．对称法(1)题型简述：利用空间上对称分布的电荷形成的电场具有对称性的特点，使复杂电场的叠加计算问题大为简化。(2)方法突破：对称法是指在研究物理问题时，利用研究对象的对称特性来分析和处理问题的方法。对称法解题就是采用对物理问题中出现的各种对称特性(如：物理过程的对称性、运动轨迹的对称性、镜像的对称性、几何形状的对称性等)进行分析和推理，可以避免烦琐的物理分析和数学推导，而直接利用事物之间的对称关系得出结论，从而快速解题，事半功倍。
(2022·山东卷)半径为R的绝缘细圆环固定在图示位置，圆心位于O点，环上均匀分布着电荷量为Q的正电荷。点A、B、C将圆环三等分，取走A、B处两段弧长均为ΔL的小圆弧上的电荷。将一点电荷q置于OC延长线上距O点为2R的D点，O点的电场强度刚好为零。
解析：取走A、B处两段弧长均为ΔL的小圆弧上的电荷，根据对称性可知，圆环在O点产生的电场强度为与A在同一直径上的A1和与B在同一直径上的B1产生的电场强度的矢量和，如图所示，因为两段弧长非常小，故可看成点电荷，则有
2．补偿法(1)题型简述：求解有缺口的均匀带电圆环、均匀带电球体等的场强问题时，可用补偿法解决。(2)方法突破：有些物理问题根据已有条件不能建立完整的模型，这时就需要给原来的问题补充一些条件，组成一个完整的新模型，这样，求解原模型的问题就变为求解新模型与补充条件的差值问题。这就是补偿法。
均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的电场。如图所示，在半球面AB上均匀分布正电荷，总电荷量为q，球面半径为R，CD为通过半球面顶点与球心O的轴
线，在轴线上有M、N两点，OM＝ON＝2R。已知M点的场强大小为E，则N点的场强大小为( )
题型技法：将有缺口的带电圆环补全为圆环，或将半球面补全为球面，然后再应用对称的特点进行分析，有时还要用到微元思想。
3．微元法(1)题型简述：求解均匀带电圆环、带电平面、带电直杆等在某点产生的场强问题，可应用微元法。(2)方法突破：微元法就是将研究对象分割成若干微小的单元，或从研究对象上选取某一“小单元”加以分析，从而可以化繁为简，使变量、难以确定的量转化为常量、容易确定的量。用该方法可以使一些复杂的物理过程用我们熟悉的物理规律迅速解决，使所求的问题简单化。在电场中，当一个带电体体积较大，已不能视为点电荷时，可把带电体利用微元法的思想分成很多小块，每块可以看成点电荷，用点电荷电场叠加的方法计算这个带电体的场强。
一半径为R的圆环上，均匀地带有电荷量为Q的电荷，在垂直于圆环平面的对称轴上有一点P，它与环心O的距离OP＝L。设静电力常量为k，关于P点的场强E，下列四个表达式中只有一个是正确的，请你根据所学的物理知识，通过一定的分析，判断正确的表达式是( )
点评：将带电体分成许多元电荷，每个元电荷看成点电荷，先根据库仑定律求出每个元电荷的场强，再结合对称性和场强叠加原理求出合场强。
3．如图所示，半径为R的圆环，均匀分布电荷量为Q的正电荷。现从环上截取Δs的一小段(Δs≪R)，则圆环剩余部分的电荷在环心O处产生的场强大小是多少？方向如何？答案：见解析
4．等效法在保证效果相同的前提下，将复杂的电场情景变换为简单的或熟悉的电场情景。例如：一个点电荷＋q与一个无限大薄金属板形成的电场，等效为两个异种点电荷形成的电场，如图甲、乙所示．
如图甲所示，MN为很大的薄金属板(可理解为无限大)，金属板原来不带电。在金属板的右侧，距金属板距离为d的位置上放入一个带正电、电荷量为q的点电荷，由于静电感应产生了如图甲所示的电场分布，P在点电荷右侧，与点电荷之间的距离也为d，几位同学想求出P点的电场强度大小，但发现问题很难。几位同学经过仔细研究，从图乙所示的电场得到了一些启示，经过查阅资料他们知道：图甲所示的电场分布与图乙中虚线右侧的电场分布是一样的，图乙中两异号点电荷电荷量的大小均为q，它们之间的距离为2d，虚线是两点电荷连线的中垂线，
由此他们分别求出了P点的电场强度大小，一共有以下四个不同的答案(k为静电力常量)，其中正确的是( )
1．带电粒子做曲线运动时，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：由轨迹的弯曲情况结合电场线确定电场力的方向；由电场力和电场线的方向可判断带电粒子所带电荷的正负；由电场线的疏密程度可确定电场力的大小，再根据牛顿第二定律F＝ma可判断带电粒子加速度的大小。
电场线与带电粒子运动轨迹的综合分析
(多选)在光滑绝缘的水平桌面上，存在着方向水平向右的匀强电场，电场线如图中实线所示。一初速度不为零的带电小球从桌面上的A点开始运动，到C点时，突然受到一个外加的水平恒力F作用而继续运动到B点，其运动轨迹如图中虚线所示，v表示小球经过C点时的速度，则( )A．小球带正电B．恒力F的方向水平向左C．恒力F的方向可能与v方向相反D．在A、B两点小球的速率不可能相等
解析：由小球从A点到C点的轨迹可得，小球受到的电场力方向向右，带正电，选项A正确；小球从C点到B点，所受合力指向轨迹凹侧，当水平恒力F水平向左时，合力可能向左，符合要求，当恒力F的方向与v方向相反时，合力背离轨迹凹侧，不符合要求，选项B正确，C错误；小球从A点到B点，由动能定理，当电场力与恒力F做功的代数和为零时，在A、B两点小球的速率相等，选项D错误。
5．(2022·四川达州高二期末)如图所示，在点电荷＋Q产生的电场中，实线为电场线，虚线AB是一个带电粒子仅在静电力作用下的运动轨迹。下列说法正确的是( )A．粒子可能带正电也可能带负电
B．点电荷＋Q可能处于图中电场线的左侧C．粒子从A到B的过程一定做减速运动D．粒子在A处所受电场力大于在B处所受电场力
解析：点电荷＋Q产生的电场发出电场线是发散向外，则场源在右侧区域，粒子的轨迹凹侧向左，故粒子一定受斥力故带正电，故AB错误；粒子从A到B的过程速度沿轨迹切线，电场力指向凹侧，两者夹角为锐角，则粒子做加速运动，故C错误；电场线的疏密描述电场强度的大小，则有EA＞EB，根据F＝qE可知，粒子在A处所受电场力大于在B处所受电场力，故D正确。
1．两点电荷形成电场的电场线分布如图所示，A、B是电场线上的两点，下列判断正确的是( )A．A、B两点的电场强度大小不等，方向相同
B．A、B两点的电场强度大小相等，方向不同C．左边电荷带负电，右边电荷带正电D．两电荷所带电荷量相等
解析：电场线的疏密代表场强的强弱，电场线越密，代表电场越强，电场方向为电场线的切线方向，故从图中可以看出A点B点电场强度大小和方向均不同，故A、B错误；电场线从正电荷指向负电荷，故C正确；右边电荷周围的电场线密集，故此电荷的电荷量较大，故D错误。
2．(2022·陕西渭南市尚德中学高二阶段测试)A、B是一条电场线上的两个点，一带正电的微粒仅在电场力作用下以一定初速度从A点沿电场线运动到B点，其速度—时间图像如图所示。则这一电场可能是下图中( )
解析：由v－t图像知从A到B微粒的速度在减小，加速度在增大，则所受电场力增大，则电场力方向与运动方向相反，且B点的电场强度大于A点的电场强度，结合选项可知C正确，ABD错误。
3．(2022·贵州遵义高二期末)将金属圆环接地后，把点电荷P放置在金属圆环附近，点电荷和金属圆环间的电场线分布如图所示，a、b、c、d均为电场中的点，下列说法正确的是( )A．a点的电场强度大于b点的电场强度B．c点的电场强度小于d点的电场强度C．点电荷P带负电D．若将一带正电的试探电荷从d点由静止释放，电荷将沿着电场线运动到c点
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