江苏省宝应中学高一年级物理学科导学案第一章电场.docx
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江苏省宝应中学高一年级物理学科导学案第一章电场
班级:
高一()班:
学号:
姓名:
选修3-1电场第一节电荷守恒定律、第二节库仑定律
(1)
【自主学习】
一、电荷、电荷守恒定律
1、两种电荷:
用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷,用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷。
2、元电荷:
一个元电荷的电量为1.6×10-19C,是一个电子所带的电量。
说明:
任何带电体的带电量皆为元电荷电量的整数倍。
3、使物体带电叫起电,使物体带电的方式有三种①摩擦起电,②接触起电,③感应起电。
4、电荷守恒定律:
电荷既不能创造,也不能被消灭,它们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,系统的电荷总数是不变的.
注意:
电荷的变化是电子的转移引起的;完全相同的带电金属球相接触,同种电荷总电荷量平均分配,异种电荷先中和后再平分。
二、库仑定律
1.内容:
真空中两个点电荷之间相互作用的电力,跟它们的电荷量的乘积成正比,跟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.公式:
F=kQ1Q2/r2k=9.0×109N·m2/C2
3.适用条件:
(1)真空中;
(2)点电荷.(理想化的模型)
注意:
①两电荷之间的作用力是相互的,遵守牛顿第三定律;②使用库仑定律计算时,电量用绝对值代入,作用力的方向根据“同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引”的判定。
【典型例题】
【小试身手1】(B级)两个半径相同的金属小球,电荷量之比为1∶7,相距为r,两者相互接触后再放回原来的位置上,则相互作用力可能为原来的()
A.
B.
C.
D.
【小试身手2】(B级)宇航员在探测某星球时,发现该星球均匀带电,且电性为负,电荷量为Q.在一次实验时,宇航员将一带负电q(q< A.仍处于悬浮状态B.背离该星球心飞向太空 C.向该星球心方向下落D.沿该星球自转的线速度方向飞向太空 【小试身手3】(C级)如图所示,一半径为R的绝缘球壳上均匀带有+Q的电荷,另一电量为q的电荷放在球心O上,由于对称性,点电荷受力为零。 现在球壳上挖去半径为r(r<<R)的一个小圆孔。 则此时置于球心的点电荷所受的力的大小为___________(已知静电力恒量k),方向____________。 【小试身手4】(C级)已知如图,带电小球A、B的电荷分别为QA、QB,OA=OB,都用长L的丝线悬挂在O点。 静止时A、B相距为d。 为使平衡时AB间距离减为d/2,可采用以下哪些方法() A.将小球A、B的电荷量都减小到原来的一半,同时将小球B的质量增加到原来的2倍 B.将小球B的质量增加到原来的8倍 C.将小球A、B的电荷量都减小到原来的一半 D.将小球A、B的质量都增加到原来的2倍 【小试身手5】(C级)在光滑水平面上,有两个带相同电性的点电荷,质量m1=2m2,电量q1=2q2,当它们从静止开始运动,m1的速度为v时,m2的速度为;m1的加速度为a时,m2的加速度为,当q1、q2相距为r时,m1的加速度为a,则当相距2r时,m1的加速度为。 【小试身手6】(C级)在真空中同一条直线上的A、B两点固定有电荷量分别为+4Q和-Q的点电荷。 ①将另一个点电荷放在该直线上的哪个位置,可以使它在电场力作用下保持静止? ②若要求这三个点电荷都只在电场力作用下保持静止,那么引入的这个点电荷应是正电荷还是负电荷? 电荷量是多大? 【达标检测】 1、(B级)设氢原子核外电子的轨道半径为r,电子的质量为m,电量为e,则电子绕核做匀速圆周运动的速率为___________________,周期为__________________。 2、(C级)一根置于水平面上的光滑玻璃管(绝缘体),内部有两个完全相同的弹性金属球A、B,带电量分别为9Q和-Q,从图示位置由静止开始释放,问: 两球再次经过图中位置时,两球的加速度是释放时的倍. 3、(C级)如图所示,A、B是带等量同种电荷的小球,A固定在竖直放置的10cm长的绝缘支杆上,B平衡于倾角为30°的绝缘光滑斜面上时,恰与A等高,若B的质量为30 g,则B带电荷量是多少? (g取l0m/s ) 图1—2—7 选修3-1电场第二节库仑定律 (2) 【典型例题】 【小试身手1】(B级)两个半径相等体积不能忽略的金属球相距L,它们带有同种等量电荷时,相互间的库仑力为F1,若保持它们间的距离不变,使它们带上与前次等量的、但异种电荷时,相互间的库仑力为F2,则两力大小() A.F1=F2B..F1<F2C.F1>F2D.无法判断 【小试身手2】(C级)如图所示,有两个完全相同的带电金属球AB,固定在绝缘地板上。 A在离B高H的正上方由静止释放。 与B正碰后回跳高度为h,设整个过程只有重力、弹力、和库仑力,且两球相碰时无能量损失,则() A..若A、B带等量同种电荷.h>H B.若A、B带等量同种电荷.h=H C.若A、B带等量异种电荷.h>H D.若A、B带等量异种电荷.h=H 【小试身手3】(C级).如图所示,完全相同的金属小球A和B带有等量电荷,系在一个轻质绝缘弹簧两端,放在光滑绝缘水平面上,由于电荷间的相互作用,弹簧比原来缩短了x0,现将不带电的和A、B完全相同的金属球C先与A球接触一下,在与B球接触一下,然后拿走,重新平衡后的压缩量变为() A. B. C大于 D.小于 【小试身手4】(C级)如图所示,电荷量为Q1、Q2的两个正点电荷分别置于A点和B点,两点相距L.在以L为直径的光滑绝缘半圆环上,穿着一个带电荷量为+q的小球(视为点电荷),在P点平衡.不计小球的重力,那么,PA与AB的夹角α与Q1、Q2的关系应满足() A.tan3α= B.tan2α= C.tan3α= D.tan2α= 【小试身手5】(C级)如图所示,两个带同种电荷的小球,它们的质量分别为m1、m2,带电量分别为q1、q2,用绝缘细线悬挂后,因静电力使两线分开,若q1>q2,l1>l2,平衡时两球到达O点的竖直线的距离相等,则m1m2(填“>”“=”或“<”). 【小试身手6】(C级)如图所示,光滑绝缘水平面上固定着A、B、C三个带电小球,它们的质量均为m,间距均为r,A带电量QA=10q,B带电量QB=q,若小球C上加一个水平向右的恒力,欲使A、B、C始终保持r的间距运动,求: (1)C球的电性和电量QC; (2)水平力F的大小。 【小试身手7】(C级)如图所示,一长为l的绝缘细线一端固定在O点,另一端拴一带负电的小球,电量为q,如果在O点处放置一正电荷,电量为Q(Q远大于q).要使摆球能在竖直平面内做完整的圆周运动,则摆球在最低点的速度最小值为多少? 【达标检测】 1、(B级)在绝缘的光滑水平面上固定着等质量的a、b、c三个小球,三球共线如图所示。 若释放a球,a球的初始加速度为-1m/s2(选取向右为正方向);若释放c球,c球的初始加速度为3m/s2,若释放b球,b球的初始加速度为多少? 2、(C级)两根光滑绝缘棒在同一竖直平面内,两棒与水平面间均成45°角,棒上各穿有一个质量为m、带电荷量为Q的相同小球,如图所示.现让两球同时从同一高度由静止开始下滑,则当两球相距多大时,小球的速度达到最大值? 班级: 高一()班: 学号: 姓名: 第三节电场电场强度与电场线 (1) 【自主学习】 一、电场: 1、存在于带电体周围的传递电荷之间相互作用的特殊媒介物质.电荷间的作用总是通过电场进行的。 2、电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用。 3、电场可以由存在的电荷产生,也可以由变化的磁场产生。 二、电场强度 1.定义: 放入电场中某一点的电荷受到的电场力F跟它的电量q的比值叫做该点的电场强度,表示该处电场的强弱 2.表达式: E=F/q单位是: N/C或V/m; E=kQ/r2(导出式,场源是真空中的点电荷时才适用,其中Q是产生该电场的电荷) 3.方向: 与该点正电荷受力方向相同,与负电荷的受力方向相反;电场强度是矢量,电场强度的合成按照矢量的合成法则.(平行四边形法则和三角形法则) 4、电场强度和电场力是两个概念,电场强度的大小与方向跟放入的检验电荷无关,而电场力的大小与方向则跟放入的检验电荷有关,电场力F=qE 三、电场线: 是人们为了形象的描绘电场而想象出一些线,客观并不存在. 1.切线方向表示该点场强的方向,也是正电荷的受力方向或者负电荷受力的反方向. 2.从正电荷出发到负电荷终止,或从正电荷出发到无穷远处终止,或者从无穷远处出发到负电荷终止. 3.疏密表示该处电场的强弱,也表示该处场强的大小. 4.匀强电场的电场线平行且距离相等. 5.没有画出电场线的地方不一定没有电场.电场线永不相交相切也不闭合, 注意: 电场线不是电荷运动的轨迹. 请画出几种常见电场的电场线: 【典型例题】 【小试身手1】(B级)在匀强电场中,将质量为m,带电量为q的小球由静止释放,带电小球的运动轨迹为一直线,该直线与竖直方向的夹角为θ,如图所示,则电场强度的大小为() A.有唯一值mgtanθ/q;B.最小值是mgsinθ/q; C.最大值mgtanθ/q;D.最大值是mg/q 【小试身手2】(B级)把质量为m的正点电荷q ,在电场中从静止释放,在它运动过程中如果不计重力,下述正确的是() A.点电荷运动轨迹必与电场线重合 B.点电荷的速度方向,必定和所在点的电场线的切线方向一致 C.点电荷的加速度方向,必定与所在点的电场线的切线方向一致 D.点电荷的受力方向,必与所在点的电场线的切线方向一致 【小试身手3】(B级)一负电荷从电场中A点由静止释放,只受电场力作用,沿电场线运动到B点,它运动的速度—时间图象如图所示.则A、B两点所在区域的电场线分布情况可能是下图中的() 【小试身手4】(B级)图中a、b是两个点电荷,它们的电荷量分别为Q1、Q2,MN是ab连线的中垂线,P是中垂线上的一点.下列哪种情况能使P点场强方向指向MN的左侧() A.Q1、Q2都是正电荷,且Q1 B.Q1是正电荷,Q2是负电荷,且Q1>|Q2| C.Q1是负电荷,Q2是正电荷,且|Q1| D.Q1、Q2都是负电荷,且|Q1|>|Q2| 【小试身手5】(C级)如图所示,一电子沿等量异种电荷的中垂线由A→O→B匀速运动,电子重力不计,则电子除受电场力外,所受的另一个力的大小和方向变化情况是() A.先变大后变小,方向水平向左 B.先变大后变小,方向水平向右 、C.先变小后变大,方向水平向左 D.先变小后变大,方向水平向右 【达标检测】 1、(B级)如图所示,表示一个电场中a、b、c、d四点分别引入试探电荷,测得试探电荷所受的电场力跟电荷量间的函数关系图象,那么下面说法中正确的是() A.该电场是匀强电场 B.a、b、c、d四点场强大小关系是: Ed>Ea>Eb>Ec C.这四点场强大小关系是: Ea>Eb>Ec>Ed,场源是正电荷,位于A点 D.无法判断a、b、c、d四点场强大小关系 2、(C级)质量为m、电量为q的质点在静电力作用下以恒定的速率v沿圆弧从A点运动到B点,其速度方向改变的角度为θ弧度,AB弧长为s,则AB弧中点的场强大小E=_______。 3、(C级)如图所示,在竖直放置的光滑半圆弧形绝缘细管的圆心处放一点电荷,将质量为m,带电荷量为q的小球从圆弧管水平直径的端点A由静止释放,当小球沿细管下滑到最低点时,对细管的上壁的压力恰好与球重相同,圆心处的电荷在圆弧管内产生的电场的场强大小为_______。 班级: 高一()班: 学号: 姓名: 第三节电场电场强度与电场线 (2) 【典型例题】 【小试身手1】(B级)如图所示,AB是电场中的一条电场线,在P点由静止释放一个重力不计的正电荷,则电荷的运动情况是() A.电荷一定向B点做加速运动 B.电荷一定向B点做匀加速运动 C电荷一定向B点做匀速运动 D.电荷一定向B点做变加速运动 【小试身手2】(B级)如图所示,一带点粒子从A运动到B,径迹如 虚线所示,由此可见() A.粒子带负电B.粒子的加速度不断减小 C.粒子在A点时动能D.B的场强比A的场强大 【小试身手3】(C级)如图所示,A、B两点固定两个等量正点电荷,在A、B连线的中点C处放一点电荷(不计重力)。 若给该点电荷一个初速度v0,v0方向与AB连线垂直,则该点电荷可能的运动情况是() A.往复运动B.匀速直线运动 C.加速度不断减小,速度不断增大的直线运动 D.加速度先增大后减小,速度不断增大的直线运动 【小试身手4】(B级)沿水平方向的场强为E=8.66×103v/m的足够大的匀强电场中,用绝缘细线系一个质量m=6.0g的带电小球,线的另一端固定于O点,平衡时悬线与竖直方向成α角,α=30°,如图所示,求 (1)小球所带的电量; (2)剪断细线小球怎样运动,加速度多大? (g取10m/s2) 【小试身手5】(B级)如图所示,光滑绝缘轨道上有两个质量均为m的带电小球A、B,分别带有+4Q、-Q的电量。 在水平向右的场强为E的匀强电场中,一起向右作匀加速运动,运动过程中两球相对位置不变,求它们之间的距离。 【小试身手6】(D级)电量Q均匀分布在半径为R的圆环上(如图所示),求在圆环轴线上距圆心O点为x处的P点的电场强度(提示: 微元法) 【小试身手7】(D级)如图所示,a、b两个带电小球的质量均为m,所带电量分别为+2q和-q,两球间用绝缘细线连接,a球又用长度相同的绝缘细线悬挂在天花板上,在两球所在的空间有方向向左的匀强电场,电场强度为E,平衡时细线都被拉紧.则平衡时可能位置是图中的() 【达标检测】 1、(B级)ab是长为L的均匀带电细杆,P1和P2是位于ab所在直线上两点,位置如图9-1-6所示。 ab上电荷产生的静电场在P1处的场强大小为E1,在P2处产生的场强大小为E2,则以下说法正确的是() A.两处的电场方向相同,E1﹥E2 B.两处的电场方向相反,E1﹥E2 C.两处的电场方向相同,E1﹤E2 D.两处的电场方向相反,E1﹤E2 2、(C级)如图所示,质量为m的带电滑块,沿绝缘斜面匀速下滑。 当带电滑块滑到有着理想边界的方向竖直向下的匀强电场区域时,滑块的运动状态可能为() A.将减速下滑B.将加速下滑 C.将继续匀速下滑D.上述三种情况都有可能发生 3、(C级)如图所示,在正六边形的a、c两个顶点上各放一带正电的点电荷,电荷量的大小都是q1,在b、d两个顶点上,各放一带负电的点电荷,电荷量的大小都是q2,q1>q2.已知六边形中心O点处的场强可用图中的四条有向线段中的一条来表示,它是哪一条() A.E1B.E2C.E3D.E4 班级: 高一()班: 学号: 姓名: 第四节电势能电势电势差 (1) 【自主学习】 一、电势差 电荷从电场中的一点移到另一点,电场力做的功跟其电量的比值叫做这两点的电势差,U=W/q,是标量.(类似于重力场中的高度差h=W/mg) 二、电势 某点相对零电势的电势差叫做该点的电势,是标量.在数值上等于单位正电荷由该点移到零电势点时电场力所做的功.由电场本身因素决定,与检验电荷无关。 (类似于重力场中的高度) 注意: (1)高度是相对的.与参考面的选取有关,而高度差是绝对的与参考面的选取无关.同样电势是相对的与零电势的选取有关,而电势差是绝对的,与零电势的选取无关. (2)一般选取无限远处或大地的电势为零.当零电势选定以后,电场中各点电势为定值. (3)电场中A、B两点的电势差等于A、B的电势之差,即UAB=φA-φB,沿电场线方向电势降低. 三、电场力做功与电势能 1.电势能: 电场中电荷具有的势能称为该电荷的电势能.电势能是电荷与所在电场所共有的。 2.电势能的变化: 电场力做正功电势能减少;电场力做负功电势能增加. 类比于重力势能变化: 重力做正功重力势能减少;重力做负功重力势能增加. 3.电场力做功: W=qU,U为电势基,q为电量. 重力做功: W=Gh,h为高度差,G为重量. 电场力做功跟路径无关,是由初末位置的电势差与电量决定 重力做功跟路径无关,是由初末位置的高度差与重量决定. 四、等势面 1.电场中电势相等的点所组成的面为等势面. 2.特点: (1)各点电势相等但电场强度不一定相等. (2)等势面上任意两点间的电势差为零.电荷沿着等势面运动,电场力不做功. (3)电场线跟等势面垂直,且由电势高的面指向电势低的面,两个等势面永不相交. (4)等势面的疏密也反映电场的强弱。 匀强电场,电势差相等的等势面间距离相等,点电荷形成的电场,电势差相等的等势面间距不相等,越向外距离越大. 几种常见电场的等势面: 【典型例题】 【小试身手1】(B级)关于电势与电势能的说法正确的是() A.电荷在电场中电势高的地方电势能大 B.在电场中的某点,电量大的电荷具有的电势能比电量小的电荷具有的电势能大 C.正电荷形成的电场中,正电荷具有的电势能比负电荷具有的电势能大 D.负电荷形成的电场中,正电荷具有的电势能比负电荷具有的电势能小 【小试身手2】(B级)将一电量为一2×10-8C的点电荷,从零电势S点移到电场中的M点,克服电场力做功4×10-8J,则UM=;若将该电荷从M点移到N点,电场力做功14×10-8J,则N点电势UN=;M、N两点电势差为. 【小试身手3】(B级)若电场中,a、b两点间的电势差Uab=1V,将一电子从a点移到b点,电子克服电场力做的功为1eV,则() A.场强方向一定由b指向aB.场强方向一定由a指向b C.电子的电势能增加增加1eVD.电子的电势能减少1eV 【小试身手4】(C级)如图所示,带正电的点电荷固定于Q点,电子在库仑力作用下,沿顺时针方向做以Q为一个焦点的椭圆运动。 O为椭圆的中心,M、P、N为椭圆上的三个点,M和N分别是椭圆上离Q最近和最远的点。 则以下说法正确的是() A.电子在M点的速率最大 B.电子在N点的电势能最小 C.电子在P点受到的库仑力的方向指向O点 D.椭圆上N点的电势最低 【达标检测】 1、(B级)将一正电荷从无穷远处移向电场中M点,电场力做功为6.0×10-9J,若将一个等量的负电荷从电场中N点移向无穷远处,电场力做功为7.0×10-9J,则M、N两点的电势φm、φn有如下关系() A.φm<φn<0B.φn<φm<0C.φn<φm<0D.φm>φn>0 2、(B级)在点电荷-Q的电场中的某位置,质子具有E0的动能即可逃逸此电场的束缚,那么α粒子(氦核)要从该位置逃逸此电场的束缚,需要的动能至少为() A.E0/2B.2E0C.E0/4D.4E0 3、(C级)如图所示,在y轴上关于O点对称的A、B两点有等量同种点电荷+Q,在x轴上C点有点电荷-Q,且CO=OD,∠ADO=60°.下列判断正确的是() A.O点电场强度为零B.D点电场强度为零 C.若将点电荷+q从O移向C,电势能增大 D.若将点电荷-q从O移向C,电势能增大 班级: 高一()班: 学号: 姓名: 第四节电势能电势电势差 (2) 【典型例题】 【小试身手1】(B级) 如图所示的xOy坐标平面处于电场中,一正点电荷q从c点分别沿直线移到a点和b点,q对电场的影响忽略不计,在这两个过程中,均须克服电场力做功,且做功数值相等。 有可能满足这种情况的电场是() A.方向沿y轴正向的匀强电场 B.方向沿x轴正向的匀强电场 C.在第一象限内某位置有一个负电荷 D.在第四象限内某位置有一个正电荷 【小试身手2】(C级)如图所示,水平固定的小圆盘A带电量为Q,电势为零,从盘心处O释放一质量为m的带电量为q的小球,由于电场力的作用,小球在竖直上升的高度可达盘中心竖直线上的C点,OC=h。 又知道过竖直线上B点时小球速度最大,由此可确定Q所形成的电场中下述的物理量() A.B点的场强B.C点的场强C.B点的电势D.C点的电势 【小试身手3】(C级)图a、b中为竖直向上的电场线上的两点,一带电粒子在a点由静止释放,沿电场线向上运动,到b点时恰好速度为零,下列说法中正确的是() A.带电粒子在a、b两点所受的电场力都是竖直向上的 B.a点的电势比b点的电势高 C.带电粒子在a点的电势能比在b点的电势能小 D.a点的电场强度比b点的电场强度大 【小试身手4】(C级) 如图中虚线所示为静电场的等势面1、2、3、4相邻的等势面之间的电势差相等,其中等势面3的电势为0,一带正电的点电荷只在静电力的作用下运动,经过a、b点时的动能分别为23eV和5eV.当这一点电荷运动到某一位置时,其电势能变为-8eV,它的动能应为() A.8eVB.11eVC.15eVD.19eV 【小试身手5】(C级)如图,在粗糙绝缘的水平面上固定一点电荷Q,在M点无初速释放一带有恒定电量的小物块,小物块,在Q的电场中运动到N点静止,则从M点运动到N点的过程中() A小物块所受电场力逐渐减小 B小物块具有的电势能逐渐减小 CM点的电势一定高于N点的电势 D小物块电势能变化量的大小一定等于克服摩擦力做的功 【小试身手6】(C级)如图所示,直角三角形的斜边倾角为30°,底边BC长为2L,处在水平位置,斜边AC是光滑绝缘的,在底边中点O处放置一正电荷Q,一个质量为m、电量为q的带负电的质点从斜面顶端A沿斜边滑下,滑到斜边上的垂足D时速度为v。 该质点滑到非常接近斜边底端C点时速度vc为多少? 沿斜面向下的加速度ac为多少? 【达标检测】 1、(B级)如图,虚线a、b、c代表电场中三个等势面,相邻等势面之间的电势差相等,即Uab=Ubc,实线为一带负电的质点仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹,P、Q是这条轨迹上的两点,据此可知() A.P点电势高于Q点电势 B.带电质点在P点具有的电势能比在Q点具有的电势能大 C.带电质点通过P点时的动能比通过Q点时大 D.带电质点通过P点时的加速度比通过Q点时大 2、(C级)如图所示,电荷量为-e,质量为m的电子从A点沿与电场垂直的方向进入匀强电场,初速度为v0,当它通过电场中B点时,速度与场强方向成150°角,不计电子的重力,求A、B两点间的电势差 3、(C级)如图所示,光滑绝缘竖直细杆与以正点电荷Q为圆心的圆周交于B、C两点,一质量为m、带电量为-q的空心小球从杆上A点由静止开始下落,若AB=BC=h,小球滑到C点的速度为 ;求: (1)A、C两点的电势差; (2)小球滑至B点的速度. 班级: 高一()班: 学号: 姓名: 第五节匀强电场中电势差与电场强度的关系示波管原理 【自主学习】 一.公式E=U/d的理解与应用 (1)公式E=U/d反映了电场强度与电势差之间的关系,由公式可知,电场强度的方向就是电势降低最快的方向. (2)公式E=U/d只适用于匀强电场,且d表示沿电场线方向两点间的
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- 江苏省 宝应 中学 一年级 物理 学科 导学案 第一章 电场