2023版高考物理一轮总复习第八章第1节静电场的性质课件

这是一份2023版高考物理一轮总复习第八章第1节静电场的性质课件，共59页。PPT课件主要包含了第1节，静电场的性质，点电荷，整数倍，电荷守恒定律，代数和，库仑定律，电荷量的乘积，电场电场强度，作用力等内容，欢迎下载使用。
10－19 C.所有带电体的电荷量都是元电荷的__________.
一、电荷、电荷守恒定律1.点电荷：当带电体的大小、形状对所研究问题的影响可忽略不计时，就可以看作带电的点，叫做_________.
(类似于力学中的质点)
2.元电荷：元电荷不是一种电荷，而是电荷量的单位，其大小等于一个电子或一个质子所带电荷量，即 e＝1.60×
(1)内容：电荷既不能创造，也不能消灭，它们只能从一个物体转移到另一物体，或者从物体的一个部分转移到另一部分，在转移的过程中，电荷的__________保持不变.(2)物体带电的方式有________起电、感应起电、接触起电.
1.内容：在真空中两个点电荷的相互作用力跟它们的________________成正比，跟它们间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：F＝____________，式中 k＝9.0×109 N·
m2/C2，k 叫做静电力常量 .
3.适用条件：真空中的__________.
1.电场：电荷周围存在的一种特殊物质.电场对放入其中的电荷有___________.静止电荷产生的电场称为静电场.
(1)定义：放入电场中某点的电荷所受的电场力 F 与它
的电荷量的________.
(2)公式：______________.
(3)矢量性：电场强度是一个矢量，方向与__________在该点所受的电场力方向一致，与____________在该点所
电场中某点的电场强度由电场本身决定，与
(4)真空中点电荷电场强度的决定式：__________，其中 Q 是形成电场的场源电荷.(5)电场的叠加：某点的电场等于各个电荷单独存在时
在该点产生的电场的__________.
1.电场线：在电场中画出的一些曲线，曲线上每一点的______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______.电场线不是实际存在的线，而是为了描述电场而假想的线.
3.几种典型的电场线(如图 8-1-1 所示).
【基础自测】1.判断下列题目的正误.(1)电场强度反映了电场力的性质，所以电场中某点的
电场强度与试探电荷在该点所受的电场力成正比.(
(2)电场中某点的电场强度方向即为正电荷在该点所
(3)真空中点电荷的电场强度表达式 E＝是产生电场的点电荷的电荷量.()
(4)在点电荷产生的电场中，以点电荷为球心的同一球
面上各点的电场强度都相同.(
(5)电场线的方向即为带电粒子的运动方向.(答案：(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)×
2.西晋的《博物志·杂说上》记载：“今人梳头著髻时，有随梳解结有光者，亦有咤声.”这是关于摩擦起电产生火花并发出声音的记载.关于摩擦起电，下列说法中正确的是
)A.两种不带电的绝缘体摩擦后，带等量异种电荷B.摩擦起电，使质子从一个物体转移到另一个物体C.摩擦能产生电子和质子D.摩擦起电表明，电荷的总量并不守恒答案：A
3.关于点电荷产生的电场，下列叙述正确的是(
A.以点电荷为球心、以 r 为半径的球面上，各点的电场强度都相同B.正电荷周围的电场一定比负电荷周围的电场强C.在电场中某点放入试探电荷 q，若试探电荷受到的
电场力为 F，则该点的电场强度为 E＝
q 后，该点电场强度不变
解析：以点电荷为球心，以 r 为半径的球面上，各点的大小由 Q、r 决定，与电荷正负无关，B 错误；E 与试探错误.答案：C
4.真空中有两个完全相同的均匀带电金属小球(可视为点电荷)，带电量分别为－Q 和＋3Q，将它们放在相距为r 的两点，它们之间库仑力的大小为 F.若将它们接触一下，
再放回原来的位置，它们之间库仑力的大小是(
1B. F3D.3F
1A. F9C.F答案：B
热点 1 库仑定律的理解及应用[热点归纳]1.库仑定律的理解.(1)在用库仑定律公式进行计算时，无论是正电荷还是负电荷，均代入电荷量的绝对值计算库仑力的大小.(2)两个点电荷间相互作用的库仑力满足牛顿第三定律，大小相等、方向相反.
库仑定律与力学的综合应用问题，解决的思路与解决力学问题的方法、思路是相同的，只是在原来受力的基础上多了库仑力.但需注意库仑力的特点，带电体间距离发生变化时，库仑力也要发生变化，要分析力与运动的相互影响.
考向 1 库仑定律的理解【典题 1】(2021 年广东珠海模拟)如图 8-1-2 所示，在绝缘水平面上固定三个带电小球 a、b 和 c，相互之间的距离 ab＝4 cm，bc＝2 cm，bc 垂直于 ac.已知小球 b 所受的库仑力的合力方向平行于 ac 边，设小球 a 和 c 的带电量的
A.a 和 c 带同种电荷，k＝4B.a 和 c 带异种电荷，k＝4C.a 和 c 带同种电荷，k＝8D.a 和 c 带异种电荷，k＝8解析：假设 a、c 带同种电荷，则 b 受到的库仑力的合力不可能与 ac 平行，故 a、c 带异种电荷.由几何关系，得
考向 2 “三个自由点电荷平衡”的问题【典题 2】两个可自由移动的点电荷分别放在 A、B 两处，如图 8-1-3 所示.A 处电荷带电荷量为＋Q1，B 处电荷带电荷量为－Q2，且 Q2＝4Q1，另取一个可以自由移动的点电荷 P，放在 AB 直线上，欲使整个系统处于平衡状态，
)A.P 为负电荷，且放于 A 左方B.P 为负电荷，且放于 B 右方
C.P 为正电荷，且放于 A、B 之间D.P 为正电荷，且放于 B 右方
解析：因为每个电荷都受到其余两个电荷的库仑力作用，且已知放在 A、B 两处的点电荷是异种电荷，对 P 的作用力一为引力，一为斥力，所以 P 要平衡就不能放在 A、B 之间.根据库仑定律知，由于 B 处的电荷电荷量较大，P应放在离 B 处点电荷较远而离 A 处点电荷较近的地方才有可能处于平衡状态，故应放在 A 的左侧.要使放在 A、B 两处的点电荷也处于平衡状态，P 必须带负电，故应选 A.
方法技巧 “三个自由点电荷平衡”的问题
(1)平衡的条件：每个点电荷受到另外两个点电荷的合力为零或每个点电荷处于另外两个点电荷产生的合电场强度为零的位置.
考向 3 库仑力作用下的平衡问题【典题 3】(2020 年浙江卷)如图 8-1-4 所示，在倾角为α的光滑绝缘斜面上固定一个挡板，在挡板上连接一根劲度系数为 k0 的绝缘轻质弹簧，弹簧另一端与 A 球连接.A、B、C 三小球的质量均为 M，qA＝q0>0，qB＝－q0，当系统处于静止状态时，三小球等间距排列.已知静电力常量为 k，
解析：三小球间距 r 均相等，对 C 球受力分析可知 C
衡条件：3Mgsin α＝k0x，弹簧伸长量：x＝
正确，D 错误；对 A、B、C 三小球整体受力分析，根据平
错误；对 A 球受力分析，根据平衡条件：Mgsin α＋F库＝k0x，解得 A 球受到的库仑力为：F库＝2Mgsin α，故 C 错误.
对于多个物体组成的系统进行受力分析
时，只分析外部对整体的力，不研究系统内部之间的作用力.
热点 2 电场强度的理解和计算[热点归纳]
1.电场强度三个表达式的比较：
(1)电场叠加：多个电荷在空间某处产生的电场强度为
各电荷单独在该处所产生的电场强度的矢量和.
(2)运算法则：平行四边形定则.
3.计算电场强度常用的五种方法：
(1)合成法；(2)补偿法；(3)微元法；(4)对称法；(5)等
考向 1 合成法【典题 4】(2020 年黑龙江哈尔滨月考)如图 8-1-5 所示，
均匀带电且电荷量为＋q 时，圆
心 O 处的电场强度大小为 E，现使半圆 ABC 均匀带电＋2q，而另一半圆 ADC 均匀带电－2q，则圆心 O 处电场强度的
均匀带电，电荷量为＋q 时，圆心
O 处的电场强度大小为 E，当半圆ABC 的带电荷量为＋2q，由如图 D29 所示的矢量合成可得，在圆心处的电场强度大小为 E，方向由 B 到 D；当另一半圆 ADC 均匀带电－2q，同理，在圆心处的电场强度大小为 E，方向由 O到 D.根据矢量的合成法则，圆心 O 处的电强度的大小为 E，方向由 O 到 D，故 A 正确.
方法技巧 分析电场叠加问题的一般步骤：(1)确定要分析计算的空间位置；
(2)分析该处有几个分电场，先计算出各个分电场在该
点的电场强度的大小和方向；
(3)依次利用平行四边形定则求出矢量和.
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.
【典题 5】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 8-1-6 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
解析：左半球面 AB 上的正电荷产生的电场等效为带正电荷量为 2q 的整个球面的电场和带电荷量为－q 的右半
量为－q 的右半球面在 M 点产生的场强大小.带电荷量为－q 的右半球面在M 点的场强大小与带正电荷量为q 的左
可将带电圆环、带电平面等分成许多微元电荷，每个微元电荷可看成点电荷，再利用公式和场强叠加原理求出合场强.
【典题 6】(多选)如图 8-1-7 所示，竖直面内固定的均匀带电圆环半径为 R，带电量为＋Q，在圆环的最高点用绝缘线悬挂一质量为 m、带电量为 q 的小球(大小不计)，小球在垂直圆环平面的对称轴上处于平衡状态，小球到圆
环中心 O 的距离为 R，已知静电力常量为 k，重力加速度
为 g，则小球所处位置的电场强度的大小为(图 8-1-7
解析：对小球受力分析可知 mgtan 45°＝qE，解得 E
，故 A 正确，B 错误；由于圆环不能看作点电荷，
我们取圆环上一部分Δx，总电荷量为 Q，则该部分电荷量
Q，该部分电荷在小球处产生的电场强度为 E1 ＝
线指向小球；同理取与圆心对称的相同的一段，其电场强度与 E1 大小相等，如图 D30 所示.
，方向应沿圆心与小球的连线向左；因圆环上各
点均在小球处产生电场，则合场强为 E ＝
左，故 D 正确，C 错误.答案：AD
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，可以使复杂电场的叠加计算简化.
【典题 7】(2020 年广西玉林模拟)如图 8-1-8 所示，边长为 L 的正六边形的 5 条边 AB、CD、DE、EF、FA 上分别放置 5 根长度也为 L 的相同绝缘细棒.每根细棒均匀分布着等量正电荷.现将电荷量为＋Q 的点电荷置于 BC 边中点，此时正六边形几何中心 O 点的电场强度为零.若移走
＋Q 及 AF 边上的细棒，则 O 点电场强度的大小为(k 为静
电力常量，不考虑绝缘棒及＋Q 之间的相互影响)(　　)图 8-1-8
解析：根据对称性可知，AF 边与 CD 边上的细棒在 O点产生的电场强度的矢量和为零，AB 边与 DE 边上的细棒在 O 点产生的电场强度的矢量和为零，BC 边中点的电荷
在 O 点产生的电场强度的大小为 E ＝
kQ（Lsin 60°）2
.由题意分析可知 EF 边上的细棒与 BC 边中点的点电
荷在 O 点产生的电场强度的矢量和为零，则 EF 边上的细
棒在 O 点产生的电场强度大小为
互成 120°角，则矢量和为
点产生的电场强度的大小都为
，移走点电荷及 AF 边
上的细棒，O 点的电场强度为 EF 边与CD 边上的细棒在O点产生的电场强度的矢量和，因两场强大小相等均为 E＝
在保证效果相同的条件下，将复杂的电场情景等效为
简单的或熟悉的电场情景.
【典题 8】MN 为足够大的不带电的金属板，在其右侧距离为 d 的位置放一个电荷量为＋q 的点电荷 O，金属板右侧空间的电场分布如图 8-1-9 甲所示，P 是金属板表面上与点电荷 O 距离为 r 的一点.几位同学想求出 P 点的电场强度大小，但发现问题很难，经过研究，他们发现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.图乙中是两等量异种点电荷的电场线分布，其电荷量的大小均
为 q，它们之间的距离为 2d，虚线是两点电荷连线的中垂线.由此它们分别对甲图 P 点的电场强度方向和大小做出
以下判断，其中正确的是(甲
解析：据题意，从乙图可以看出，P 点电场方向为水平向左；由图乙可知，正、负电荷在 P 点电场叠加，其大
电场线及电场线与带电粒子运动轨迹的综
合题[热点归纳]1.电场线的应用：
2.等量异种和同种点电荷的电场线比较.
考向 1 电场线与粒子运动轨迹的综合题【典题 9】如图 8-1-10 所示，实线为不知方向的三条电场线，从电场中 M 点以相同速度垂直于电场线方向飞出a、b 两个带电粒子，仅在电场力作用下的运动轨迹如图中
A.a 一定带正电，b 一定带负电
B.a 的速度将减小，b 的速度将增大
C.a 的加速度将减小，b 的加速度将增大D.两个粒子的动能一个增大一个减小答案：C
方法技巧 电场线与轨迹问题判断方法：
(1)“运动与力两线法”——画出“速度线”(运动轨迹在初始位置的切线)与“力线”(在初始位置电场线的切线方向)，从两者的夹角情况来分析曲线运动的情况.(2)“三不知时要假设”——电荷的正负、电场强度的方向或等势面电势的高低、电荷运动的方向.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.
考向 2 等量异种和同种点电荷的电场线比较【典题 10】如图 8-1-11 所示，A、B 为两个等量的正点电荷，在其连线中垂线上的 P 点放一个负点电荷 q(不计
重力).由静止释放后，下列说法中正确的是(图 8-1-11
A.点电荷在从 P 点到 O 点运动的过程中，加速度越来
B.点电荷在从 P 点到 O 点运动的过程中，加速度越来
C.点电荷运动到 O 点时加速度为零，速度达最大值D.点电荷越过 O 点后，速度越来越小，加速度越来越