【物理】2020届一轮复习人教版第九单元静电场第一节　静电场的基本概念学案 12页

第九单元 知识内容 考试 要求 考题统计 命题分析 ‎2016/10‎ ‎2017/04‎ ‎2017/11‎ ‎2018/04‎ ‎2018/‎ ‎11‎ 电荷及其 守恒定律 c ‎2‎ ‎6‎ ‎1.命题热点 库仑定律、电场强度、电势能和电势的理解及应用考查比较频繁，电荷、电容器也经常涉及，而带电粒子(带电体)在电场中的运动则每次选考都会考查到。‎ ‎2．命题特点 选择题部分对本章内容的考查相对比较简单，倾向于对库仑定律和电场的力学特征和能量特征的考查。计算题则集中于带电粒子(带电体)在电场中的加速、偏转，难度一般较大。‎ 库仑定律 c ‎13‎ ‎3‎ ‎6‎ ‎8‎ 电场强度 c ‎8‎ ‎2、8‎ ‎6、8、19‎ ‎11‎ ‎1、3、6‎ 电势能和电势 c ‎8‎ ‎2‎ ‎1‎ ‎11‎ ‎6‎ 电势差 c 电势差与电场 强度的关系 c ‎22‎ ‎10‎ 静电现象的应用 b 电容器的电容 c ‎8‎ 带电粒子在电 场中的运动 d ‎8‎ ‎8‎ ‎8‎ 第一节　静电场的基本概念 考点一 电荷、库仑定律和电场强度 ‎[研考题考法]‎ ‎1.(2019·嘉兴模拟)微波技术中常用的磁控管可以用磁场将电子群控制在管内。若电子群处于如图所示位置时，其形成的电场在位置1处的电场强度和电势分别为E1和φ1，在位置2处的电场强度和电势分别为E2和φ2，则(　　)‎ A．E1＞E2，φ1＞φ2　　　　　 B．E1＞E2，φ1＜φ2‎ C．E1＜E2，φ1＜φ2 D．E1＜E2，φ1＞φ2‎ 解析：选B　根据题意，电子群的电场线指向电子群，电场线如图，因此越靠近电子电场越强，所以E1＞E2，选项C、D排除；根据电场线性质，顺着电场线电势降低，所以φ2＞φ1，因此选项B正确。‎ ‎2．(2017·浙江11月选考)电场线的形状可以用实验来模拟，把头发屑悬浮在蓖麻油里，加上电场，头发屑就按照电场的方向排列起来，如图所示。关于此实验，下列说法正确的是(　　)‎ A．a图是模拟两等量同种电荷的电场线 B．b图一定是模拟两等量正电荷的电场线 C．a图中的A、B应接高压起电装置的两极 D．b图中的A、B应接高压起电装置的两极 解析：选C　a图为异种电荷形成的电场线模拟图，图中的A、B应接高压起电装置的两极；b图为同种电荷形成的电场线模拟图，图中的A、B应同时接高压起电装置的正极或负极。‎ ‎3．(2018·浙江4月选考)真空中两个完全相同、带等量同种电荷的金属小球A和B(可视为点电荷)，分别固定在两处，它们之间的静电力为F。用一个不带电的同样金属球C先后与A、B球接触，然后移开球C，此时A、B球间的静电力为(　　)‎ A. B． C. D． 解析：选C　设原来A、B球各带Q的电荷量，根据相同的小球接触后电荷的分配规律可知，C球与A球接触后，A、C球均带的电荷量，然后C球与B球接触后，C、B球各带的电荷量，根据库仑定律可得移开C球后，A、B球间的静电力为，C正确。‎ ‎4.如图所示，是某验电器的结构图。下列相关说法正确的是(　　)‎ A．金属箔张开过程，电势能一定减少 B．金属箔张开过程，电场力一定做负功 C．两金属箔张开，说明金属盘带正电 D．两片金属箔张开时，可能带异种电荷 解析：选A　验电器利用同种电荷互相排斥的原理，当用带电体接触验电器的金属盘时，就有一部分电荷转移到验电器的金属箔片上，金属箔带上了同种电荷，这两片金属箔由于带同种电荷互相排斥而张开，在张开的过程中电场力做正功，电势能减少，而验电器只能判断物体是否带电，不能说明是哪种电荷，故也不能说明金属盘带哪种电荷，故A正确，B、C、D错误。‎ ‎5．(2018·杭州期末)如图所示，真空中有两个点电荷Q1＝＋1.0×10－8 C和Q2＝＋4.0×10－8 C，分别固定在x坐标轴上的x＝0和x＝6 cm的位置，则下列说法正确的是(　　)‎ A．在x轴上有两个场强为0的点 B．在x＝1.2 cm处场强为0‎ C．在x轴上的x＜6 cm的区域场强沿着x轴的负方向 D．在x轴上的x＞6 cm的区域场强沿着x轴的正方向 解析：选D　场强为零时，两个点电荷在该处产生的场强大小相等、方向相反。由于两个点电荷都带正电，电荷量不等，由E＝k知，在x轴上有一个场强为0的点，该点在x轴上两个点电荷之间靠近Q1的位置，故A错误；设场强为0的点坐标为x，则有k＝k，可得 x＝0.02 m＝2 cm，故B错误；根据电场的叠加原理知，在x轴上2 cm＜x＜6 cm和x＜0的区域场强沿x轴负方向，在0＜x＜2 cm的区域场强沿x轴正方向，故C错误；根据电场的叠加原理知，在x轴上x＞6 cm的区域场强沿x轴正方向，故D正确。‎ ‎6.(2019·绍兴模拟)直角坐标系xOy中，M、N两点位于x轴上，G、H、P三点坐标如图所示。M、N两点处固定着一对等量异种点电荷，它们在G点的合场强为E，方向水平向右；另有一点电荷固定于P点，它在G点处的电场强度大小为E，方向沿y轴正方向。由此可知，H点处合场强的大小为(　　)‎ A.E B．E C.E D．E 解析：选A　由于等量异种电荷在G处的合场强方向水平向右，因此M点为正电荷而N点为负电荷。而在P处固定的点电荷在G处产生的电场沿y轴正方向，所以在P处的电荷为正电荷。根据E＝k可知P处的点电荷在H处产生的场强为EH＝E，方向向上，由于对称性，M、N在H、G两处产生的电场大小相等、方向相同，所以H处的合场强为EH＝ ＝E，所以选项A正确。‎ ‎7．(2018·台州模拟)如图甲所示，一条电场线与Ox轴重合，取O点电势为零，Ox方向上各点的电势φ随x变化的情况如图乙所示。若在O点由静止释放一电子，且电子仅受电场力的作用，则(　　)‎ A．电场的方向沿Ox正方向 B．电子沿Ox正方向运动 C．电场的场强沿Ox方向增大 D．电子的电势能将增大 解析：选B　电势φ随x的图象是一条倾斜的直线，斜率表示场强大小，斜率不变，所以电场一定是匀强电场，所以C错误。根据Ox方向上各点的电势随x变化的情况可以得出沿着x方向电势变大，而沿着电场线的方向电势降低，所以电场线的方向沿着x负方向，所以A错误。电子受到x正方向的电场力，电子将沿Ox正方向运动，所以B选项是正确的。在O点由静止释放一电子，电子受到沿x正方向的电场力，电子将沿Ox正方向运动，电场力将做正功，电场力做功量度电势能的变化，所以电子电势能将减小，故D错误。‎ ‎[补知能欠缺]‎ ‎1．电荷 ‎(1)三种起电方式：摩擦起电、接触起电、感应起电。‎ ‎(2)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。‎ ‎(3)元电荷：电荷的多少叫做电荷量，通常把e＝1.6×10－19 C的电荷量叫做元电荷。‎ ‎2．对元电荷的理解 ‎(1)元电荷是自然界中最小的电荷量，任何带电体的电荷量都是元电荷的整数倍。‎ ‎(2)元电荷等于电子所带的电荷量，也等于质子所带的电荷量，但元电荷没有正负之分。‎ ‎(3)元电荷不是点电荷，电子、质子等微粒也不是元电荷。‎ ‎3．电荷守恒定律 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部分；在转移过程中，电荷的总量保持不变。‎ ‎4．电荷均分原理 ‎(1)适用于大小、形状完全相同的导体球。‎ ‎(2)两导体球接触一下再分开，如果两导体球带同种电荷，总电荷量直接平分；如果两导体球带异种电荷，则先中和再平分。‎ ‎5．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：F＝k。式中k＝9.0×109 N·m2/C2，称为静电力常量。‎ ‎(3)适用条件：真空中的点电荷。带电体看成点电荷的条件是带电体自身的大小比它们之间的距离小得多。‎ ‎6．电场强度的三种表达方式的比较 定义式 决定式 关系式 表达式 E＝ E＝ E＝ 适用 范围 任何电场 真空中的点电荷 匀强电场 说明 E的大小和方向与检验电荷的电荷量、电性以及存在与否无关 Q：场源电荷的电荷量 r：研究点到场源电荷的距离 U：电场中两点的电势差 d：两点沿电场线方向的距离 ‎7．几种典型的电场线 考点二 电场中的平衡问题 ‎ [研考题考法]‎ 　(2019·嘉兴模拟)如图所示，带电小球A、B固定在绝缘竖直杆上，带电小球C静止于光滑绝缘水平面上，且对水平面没有压力。B、C两球处于同一水平面上，且两者距离与A、B两球距离相等，A、B两球的带电荷量大小分别为qA、qB，则比值为(　　)‎ A．1 B． C．2 D．2 ‎[解析]　由于C球对地面没有压力，因此A、C两球不可能带同种电荷，为了保持C球处于静止状态，B、C两球必须带同种电荷，对小球C受力分析如图，有：FACcos 45°＝FBC，即k×＝k，化简得 eq f(qA,qB)＝2。‎ ‎[答案]　D ‎　　　A、B两带电小球，电荷量分别为＋q、＋9q，质量分别为m1和m2。如图所示，用两根不可伸长的绝缘细线悬挂于O点，静止时A、B两球处于同一水平线上，其中O点到A球的间距OA＝2L，∠AOB＝90°，∠OAB＝60°，C是AB连线上一点且在O点的正下方。带电小球均可视为点电荷，静电力常量为k，则下列说法正确的是(　　)‎ A．A、B间的库仑力F＝ B．A、B两球的质量之比为1∶3‎ C．C点的电场强度为零 D．若仅互换A、B两球的带电荷量，则A、B两球位置将不再处于同一水平线上 ‎[解析]　A、B之间的库仑力为F＝k，选项A错误；对A、B两球受力分析如图，对A球：F＝mAgtan 30°，对B球：F＝mBgtan 60°，两式联立可知，＝3∶1，选项B错误；A、B两个带电小球在C点产生的电场方向相反，大小分别是EA＝k，EB＝k，显然C点的合电场强度为零，选项C正确；若仅互换A、B两球的带电荷量(质量不变)，通过受力分析可知，库仑力不变，质量不变，因此库仑力、重力的比值保持不变，所以应该维持原示意图角度不变，A、B两球位置将继续保持同一水平线位置，选项D错误。‎ ‎[答案]　C ‎[通方法规律]‎ ‎1．带电体的平衡条件可利用先受力分析，后结合F＝Eq，E＝k＝来分析E的变化，结合平衡条件进行解题。‎ ‎2．同一直线上点电荷平衡规律 ‎“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”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷。‎ ‎[验备考能力]‎ ‎1.如图所示，一质量为m、电荷量为Q的小球A系在长为L的绝缘轻绳下端，另一电荷量也为Q的小球B固定于悬挂点的正下方(A、B均视为点电荷)，小球A静止时轻绳与竖直方向成60°角，小球A、B处于同一高度。已知重力加速度为g，静电力常量为k，则小球A所受静电力大小为(　　)‎ A.mg B．mg C. D． 解析：选D　对小球A受力分析如图。＝tan 60°，F＝mg，可知选项A、B错误；根据几何知识，LAB＝L，根据库仑定律F＝k＝，选项D正确。‎ ‎2.相距为L的点电荷A、B带电荷量分别为＋4q和－q，如图所示，今引入第三个点电荷C，使三个点电荷都处于平衡状态，则C的电荷量和放置的位置是(　　)‎ A．－q，在A左侧距A为L处 B．－2q，在A左侧距A为处 C．＋4q，在B右侧距B为L处 D．＋2q，在B右侧距B为L处 解析：选C　由题可知A、B带电荷量分别为＋4q、－q，放入第三个点电荷C，使三个电荷都处于平衡状态，所以C一定处于A、B连线延长线上B的右侧。当C处于平衡状态时，其受到A、B的作用力大小相等，方向相反，由库仑定律得＝，解得r＝L，由A电荷处于平衡状态可得＝，解得qC＝4q，故C选项正确。‎ ‎3.(2018·台州模拟)竖直放置的一对平行金属板A和B，在A极板上用绝缘线悬挂了一个带正电的小球，将平行金属板按图所示的电路图连接。当滑动变阻器R的滑片在a、b位置时，电流表的读数分别为I1、I2，稳定后绝缘线与左极板的夹角分别为θ1、θ2，则(　　)‎ A．θ1＜θ2，I1＜I2 B．θ1＞θ2，I1＞I2‎ C．θ1＜θ2，I1＝I2 D．θ1＝θ2，I1＝I2‎ 解析：选C　电容器稳定后相当于开路，对电路没有影响，故滑片移动到a、b稳定后，对电路中电流没有影响，即I1＝I2，所以选项A、B错误；以小球为研究对象进行受力分析，有Tcos θ＝mg，Tsin θ＝Eq＝，当滑片向右移动时，与电容器并联部分的电压增大，则电容器两端的电压增大，联立上式可知，细线与竖直板间的夹角变大，所以C正确，D错误。‎ ‎4．如图甲所示， A、B是电场中的一条电场线上的两点，一电子仅在电场力的作用下以某一初速度由A运动到B。以AB方向为正方向，其位移—时间图象如图乙所示，下列判断正确的是(　　)‎ A．该电场是正点电荷产生的电场 B．电子的电势能不断增加 C．A点的场强小于B点场强 D．A点电势低于B点电势 解析：选B　根据题意，从A到B电子做速度越来越小的直线运动，即减速运动。根据动能定理WAB＜0，电势能增加，且UAB＞0，电场线方向向右，选项B正确，D错误。但无法断定该电场是匀强电场还是点电荷产生的电场，所以选项A、C错误。‎ ‎5.如图所示，a、b、c为真空中三个带电小球，b球带电荷量为＋Q, 用绝缘杆固定，a、c两小球用绝缘细线悬挂。处于平衡状态时三小球球心等高，且a、b和b、c间距离相等，悬挂c小球的细线竖直，则(　　)‎ A．a、b、c三小球带同种电荷 B．a、c两小球一定带异种电荷 C．a小球带电荷量为－4Q D．c小球带电荷量为－4Q 解析：选C　c球受a、b的作用力，细线保持竖直，则k＝k，所以Qa＝4Q，c小球电荷量无法求解，选项D错误。假设a带正电，不管c带何种电荷，a、b都是排斥或吸引c，细线不可能保持竖直，所以综合起来，选项C正确。c带正或负电荷，细线都可能保持竖直，因此选项A、B错误。‎ 考点三 电场力学性质和能量性质综合考查 ‎[研考题考法]‎ 　空间存在匀强电场，有一电荷量为＋q、质量为m的粒子从O点以速率v0‎ 射入电场，运动到A点时速率为2v0。现有另一电荷量为－q、质量为m的粒子以速率2v0仍从O点射入该电场，运动到B点时速率为3v0。若忽略重力的影响，则(　　)‎ A．在O、A、B三点中，B点电势最高 ‎ B．在O、A、B三点中，A点电势最高 ‎ C．OA间的电势差比BO间的电势差大 D．OA间的电势差与BO间的电势差相等 ‎[解题指导]‎ 解决本题要理清电场力做功和动能之间的转化关系，电势高低和电势能之间的关系。应从能量的角度入手判断出电场力做功的正负，然后在根据电场力做功和电场力的特点分析得出结果。‎ ‎ [解析]　正电荷由O到A，动能变大，电场力做正功，电势能减小，电势也减小，O点电势较高；负电荷从O到B速度增大，电场力也做正功，电势能减小，电势升高，B点电势比O点高。所以B点电势最高，A对，B错；‎ UOA＝＝＝，‎ UOB＝＝＝，‎ UBO＝＞UOA，故C、D错误。‎ ‎[答案]　A 　(2018·浙江6月学考)如图所示是点电荷Q的电场线分布，A、B是某一电场线上的两点，则(　　)‎ A．Q带负电荷 B．A点电势比B点电势高 C．A、B两点电场强度相等 D．正电荷在A点电势能大于在B点电势能 本题考查角度为电势、电场强度、电势能，应从题目中电场线的分布特点来判断电场强度及电势高低。根据Ep＝qφ通过代数计算来比较电势能高低。‎ ‎[解析]　电场线由外指向点电荷，所以Q带负电荷，A正确；沿电场线电势降低，所以A点电势比B点电势低，B错误；电场线密的地方电场强度大，而正电荷在电势高的地方电势能大，故C、D均错误。‎ ‎[答案]　A ‎[通方法规律]‎ 带电粒子的运动轨迹与电场线关系的应用 ‎[验备考能力]‎ ‎1.(2018·浙江11月选考)等量异种电荷的电场线如图所示，下列表述正确的是(　　)‎ A．a点的电势低于b点的电势 B．a点的场强大于b点的场强，方向相同 C．将一负电荷从a点移到b点电场力做负功 D．负电荷在a点的电势能大于在b点的电势能 解析：选C　在同一幅图中电场线的疏密反映电场的强弱，电场线上每点的切线方向表示该点的电场方向，所以a点的场强大于b点的场强，方向不同，B错误；因为沿电场线方向电势降低，又等量异种电荷连线的中垂线为等势线，所以a点的电势高于b点的电势，A错误；负电荷在电势低处电势能更大，所以负电荷在a点的电势能小于在b点的电势能，D错误；将一负电荷从a点移到b点，电势能增加，电场力做负功，C正确。‎ ‎2.某静电场的电场线分布如图所示，图中A、B两点的电场强度的大小分别为EA和EB，电势分别为φA和φB，将－q分别放在A、B两点时具有的电势能分别为EpA和EpB，则(　　)‎ A．EA>EB，φA>φB，EpAEB，φA>φB，EpA>EpB C．EAφB，EpA>EpB D．EA