高中物理第一章静电场静电现象的应用学案新人教选修.docx
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高中物理第一章静电场静电现象的应用学案新人教选修
1.7静电现象的应用
【学习目标】
1.通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论,了解静电平衡的概念,知道静电平衡的导体的特征。
2.通过实验了解静电平衡时带电导体上电荷的分布。
3.了解尖端放电和静电屏蔽现象,关注生活、生产中的静电现象。
【知识导学】
1.静电平衡的定义
当导体内部各点的①合电场强度等于0时,导体内部的②自由电子不再发生③定向移动。
这时我们就说导体达到了静电平衡。
2.处于静电平衡的导体的特征
(1)处于静电平衡状态的导体,内部的电场处处为④零。
(2)处于静电平衡状态的导体,其外表面附近任何一点的电场强度方向必定与这点表面⑤垂直。
(3)处于静电平衡状态的整个导体是个⑥等势体,它的表面是个⑦等势面。
3.静电平衡时导体上的电荷分布特点
(1)导体内部没有电荷,电荷只分布在导体的⑧表面。
(2)在导体的外表面,越⑨尖锐的位置电荷的密度越大,⑩凹陷的位置几乎没有电荷。
4.尖端放电
导体的尖端附近的电场很
强,会使周围空气电离,电离产生的与导体尖端的电荷符号
相反的粒子与尖端上的电荷
中和,相当于导体从尖端失去电荷,这种现象叫作尖端放电。
5.静电屏蔽
由于导体壳内部的电场强度保持为
零,壳外电场不会对壳内仪器产生
影响,金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。
【三“点”探究】
主题1:
探究静电平衡
阅读教材中“静电平衡状态下导体的电场”部分的内容,参看下图回答下列问题。
(1)如图甲所示,为什么金属导体在电场E0中会有电荷定向移动?
把绝缘体也放入电场E0中也会有电荷定向移动吗?
(2)如图乙所示,当导体ABCD的两面分别聚集正负电荷时,会出现什么结果?
(3)如图丙所示,为什么处于静电平衡的导体内部电场处处为零?
导体内自由电子是否会一直定向移动?
(4)用什么方法可以证明处于静电平衡状态的导体的外表面附近任何一点的电场强度必定与这点表面垂直?
主题2:
导体上电荷的分布
阅读教材中“导体上电荷的分布”的相关内容,试回答处于静电平衡的导体上电荷的分布情况有什么特点。
主题3:
尖端放电
阅读教材中“尖端放电”部分的内容,回答下列问题。
(1)为什么导体尖端附近的空气容易发生电离?
(2)“尖端放电”是不是导体尖端的电荷跑到空气中去了?
(3)联系实际生产、生活,有什么地方利用和避免产生“尖端放电”?
主题4:
静电屏蔽
阅读教材中的相关内容,回答下列问题。
(1)进行如图甲、乙所示的实验,当绝缘金属球d与带电验电器B的空心金属筒C外表面接触后再接触不带电验电器A,发现了什么现象?
当绝缘金属球与带电验电器B的空心金属筒C内表面接触后再接触不带电验电器A,又发现了什么现象?
从中可以得出什么结论?
(2)静电屏蔽利用了导体的什么性质?
实现静电屏蔽是不是一定要用密封的空心金属?
【知识运用】
1.避雷针能够避免建筑物被雷击的原因是()。
A.云层中所带的电荷被避雷针通过导线导入了大地
B.避雷针的尖端向云层放电,中和了云层中的电荷
C.云层与避雷针发生摩擦,避雷针上产生的电荷被导入大地
D.以上解释都不正确
2.专门用来运输柴油、汽油的油罐车,在其尾部都装有一条拖在地上的铁链。
关于铁链的作用,下列说法正确的是()。
A.让铁链与路面摩擦产生静电,使油罐车积累一定的静电荷
B.让铁链发出声音,以引起其他车辆的注意
C.由于罐体与油摩擦产生了静电,罐体上的静电被铁链导入大地,从而避免了火花放电
D.由于罐体与油摩擦产生了静电,铁链将油的静电导入大地,从而避免了火花放电
3.如图所示,把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在一正电荷形成的电场中。
导体处于静电平衡时,下列说法正确的是()。
A.A、B两点电场强度相等,且都为零
B.A、B两点电场强度不相等
C.感应电荷产生的附加电场EA D.当开关S闭合时,电子从大地沿导线向导体移动 4.下列说法正确的是()。 A.一定要用密闭的金属容器才能实现静电屏蔽 B.金属网也能实现静电屏蔽 C.在纸筒子外面包裹一层金属箔也能实现静电屏蔽 D.带电作业的工人穿戴含有金属丝编织的衣服更安全 【拓展提升】 拓展一、静电平衡下的导体 1.如图所示,一导体球A带有正电荷,当只有它存在时,它在空间P点产生的电场强度的大小为EA。 在A球球心与P点连线上放一带负电的点电荷B,当只有它存在时,它在空间P点产生的电场强度大小为EB。 当A、B同时存在时,根据电场强度叠加原理,P点的电场强度大小应为()。 A.EBB.EA+EB C.|EA-EB|D.以上说法都不对 拓展二、静电屏蔽的应用 2.将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不和球壁接触),另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近,如图所示。 下列说法正确的有()。 A.A往左偏离竖直方向,B往右偏离竖直方向 B.A的位置不变,B往右偏离竖直方向 C.A往左偏离竖直方向,B的位置不变 D.A和B的位置都不变 拓展三、静电平衡状态的导体特征的应用 3.如图所示,水平放置的长为L的导体棒原来不带电,现将一带电荷量为q的点电荷放在距棒左端为R的某点。 当导体棒达到静电平衡时,棒上感应电荷在棒内中点O处产生的电场强度大小为,方向为。 【补充学习材料】 【反思总结】 高考理综物理模拟试卷 注意事项: 1.答题前,考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚,将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。 2.选择题必须使用2B铅笔填涂;非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写,字体工整、笔迹清楚。 3.请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答,超出答题区域书写的答案无效;在草稿纸、试题卷上答题无效。 4.保持卡面清洁,不要折叠,不要弄破、弄皱,不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。 一、单项选择题 1.如图,两个质量均为m的小木块a和b(可视为质点)沿半径方向放在水平圆盘上用细线相连,a与转轴OO′的距离为l,b与转轴的距离为2l.木块与圆盘的最大静摩擦力为木块所受重力的k倍,重力加速度大小为g.若圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动至两物体刚好未发生滑动,ω表示圆盘转动的角速度,下列说法正确的是 A.细线中的张力等于kmg B. 是细线刚好绷紧时的临界角速度 C.剪断细线后,两物体仍随圆盘一起运动 D.当 时,a所受摩擦力的大小为kmg 2.如图所示,单匝正方形闭合线圈MNPQ放置在水平面上,空间存在方向竖直向下、磁感应强度为B的有界匀强磁场,磁场两边界成θ=45°角。 线圈的边长为L、总电阻为R。 现使线圈以水平向右的速度v匀速进入磁场。 下列说法正确的是 A.当线圈中心经过磁场边界时,N、P两点间的电压U=BLv B.当线圈中心经过磁场边界时,线圈所受安培力 C.当线圈中心经过磁场边界时,回路的瞬时电功率 D.线圈从开始进入磁场到其中心经过磁场边界的过程,通过导线某一横截面的电荷量 3.如图所示,光滑直杆倾角为30°,质量为m的小环穿过直杆,并通过弹簧悬挂在天花板上,小环静止时,弹簧恰好处于竖直位置,现对小环施加沿杆向上的拉力F,使环缓慢沿杆滑动,直到弹簧与竖直方向的夹角为60°。 整个过程中,弹簧始终处于伸长状态,以下判断正确的是 A.弹簧的弹力逐渐增大 B.弹簧的弹力先减小后增大 C.杆对环的弹力逐渐增大 D.拉力F先增大后减小 4.下列说法正确的是 A.汤姆孙证实了β射线是高速电子流,其电离作用比α射线强,穿透能力比α射线弱 B.爱因斯坦发现了光电效应,某材料发生光电效应时,遏止电压与入射光的频率成正比 C.玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和跃迁的概念,该理论能解释大多数原子光谱的实验规律 D.卢瑟福用α粒子轰击氮核,发现了质子,该反应的方程式为 He+ N→ H+ O 5.一含有理想变压器的电路如图所示,交流电源输出电压的有效值不变,图中三个电阻R完全相同,电压表为理想交流电压表,当开关S断开时,电压表的示数为U0;当开关S闭合时,电压表的示数为 .变压器原、副线圈的匝数比为() A.5B.6C.7D.8 6.如图甲所示的“火灾报警系统”电路中,理想变压器原、副线圈匝数之比为10: 1,原线圈接入图乙所示的电压,电压表和电流表均为理想电表,R0为半导体热敏电阻,其阻值随温度的升高而减小,R1为滑动变阻器。 当通过报警器的电流超过某值时,报警器将报警。 下列说法正确的是() A.电压表V的示数为20V B.R0处出现火警时,电流表A的示数减小 C.R0处出现火警时,变压器的输入功率增大 D.要使报警器的临界温度升高,可将R1的滑片P适当向下移动 二、多项选择题 7.2018年11月1日,我国第41颗北斗导航卫星“吉星”成功发射,该卫星工作在地球静止同步轨道上,可以对地面上的物体实现厘米级的定位服务。 已知地球表面的重力加速度为g,半径为R,该卫星绕地球做圆周运动的周期为T。 则下列说法正确的是 A.该卫星的发射速度大于第一宇宙速度,运行速度小于第一宇宙速度 B.该卫星做圆周运动的轨道半径为 C.该卫星运行的加速度大小为 D.该卫星运行的线速度大小为 8.如图所示,在光滑的水平面上方有两个磁感应强度大小均为B、方向相反的水平匀强磁场区域,磁场宽度均为L。 一个边长为L、电阻为R的单匝正方形金属线框,在水平外力作用下沿垂直磁场方向运动,从如图实线位置I进入磁场开始到线框运动到分别有一半面积在两个磁场中的位置Ⅱ时,线框的速度始终为 ,则下列说法正确的是 A.在位置Ⅱ时外力为 B.在位置Ⅱ时线框中的电功率为 C.此过程中产生的电能为 D.此过程中通过导线横截面的电荷量为 9.水平放置的作简谐运动的弹簧振子,其质量为m,振动过程中的最大速率为v,下列说法中正确的是() A.从某时刻算起,在半个周期的时间内,弹力做的功可能是 之间的某个值 B.从某时刻算起,在半个周期的时间内,弹力做的功一定为零 C.从某时刻算起,在半个周期的时间内,速度的变化量大小可能为0~2v间的某个值 D.从某时刻算起,在半个周期的时间内,速度变化量大小一定为零 10.一渔船向鱼群发出超声波,若鱼群正向渔船靠近,则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比_________。 A.波速变大B.波速不变C.频率变高D.频率不变 三、实验题 11.如图所示,将质量 的小球用不可伸长的轻质细线悬挂起来,细线长 。 现将小球拉起,使细线水平且伸直,由静止释放小球。 不计空气阻力,求: (1)小球运动到最低点时的速度大小; (2)小球运动到最低点时,细线对球拉力的大小. 12.质量为60kg的建筑工人,不慎从高空跌下,由于弹性安全带的保护,使他悬挂起来;已知弹性安全带的缓冲时间是1.2s,安全带长5m,(安全带伸长量远小于其原长)不计空气阻力影响,g取10m/s2。 求: 人向下减速过程中,安全带对人的平均作用力的大小及方向。 四、解答题 13.如图所示,质量为2m的足够长的金属导轨abcd放在光滑的绝缘水平面上,导轨bc段长为L.一电阻不计,质量为m的导体棒PQ放置在导轨上,始终与导轨接触,PQ左侧有方向竖直向上,磁感应强度大小为B的匀强磁场.棒PQ与导轨间的动摩擦因数为μ,左侧有两个固定于水平面的立柱保证棒始终静止不动.开始时,PQ左侧导轨电阻为零,右侧导轨单位长度的电阻为R.在t=0时,水平向左的拉力垂直作用于导轨的bc边上,使导轨由静止开始做加速度为a的匀加速直线运动.且在某过程Ⅰ中,回路产生的焦耳热为Q,导轨克服阻力做的总功为W.重力加速度取g.求: (1)经t1时间,回路中磁通量的变化量; (2)回路中感应电流随时间变化的关系式; (3)在某过程Ⅰ中金属导轨abcd的动能增加量. 14.如图所示,光滑的水平面上有P、Q两个竖直固定挡板,A、B是两档板连线的三等分点。 A点处有一质量为m2的静止小球,紧贴P挡板的右侧有一质量为m1的等大小球以速度v0向右运动并与m2相碰。 小球与小球、小球与挡板间的碰撞均为弹性正碰,两小球均可视为质点。 求: (1)两小球m1和m2第一次碰后的速度v1和v2; (2)若两小球之间的第二次碰撞恰好发生在B点,且m1 【参考答案】 一、单项选择题 题号 1 2 3 4 5 6 答案 B C B D B C 二、多项选择题 7.AD 8.BC 9.BC 10.BC 三、实验题 11. (1)v=4m/s (2)F=6N 12.100N,方向: 竖直向上 四、解答题 13. (1) BLa (2) (3) 14. (1) (2) 或 高考理综物理模拟试卷 注意事项: 1.答题前,考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚,将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。 2.选择题必须使用2B铅笔填涂;非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写,字体工整、笔迹清楚。 3.请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答,超出答题区域书写的答案无效;在草稿纸、试题卷上答题无效。 4.保持卡面清洁,不要折叠,不要弄破、弄皱,不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。 一、单项选择题 1.如图所示,金属棒ab置于水平放置的U形光滑导轨上,在ef右侧存在有界匀强磁场B,磁场方向垂直导轨平面向下,在ef左侧的无磁场区域cdef内有一半径很小的金属圆环L,圆环与导轨在同一平面内。 当金属棒ab在水平恒力F作用下从磁场左边界ef处由静止开始向右运动后,下列有关圆环的说法正确的是() A.圆环内产生变大的感应电流,圆环有收缩的趋势 B.圆环内产生变小的感应电流,圆环有收缩的趋势 C.圆环内产生变大的感应电流,圆环有扩张的趋势 D.圆环内产生变小的感应电流,圆环有扩张的趋势 2.如图所示,一艘走私船在岸边A点,以速度v0匀速地沿垂直岸的方向逃跑,距离A点为 a处的B点的快艇同时启动追击,快艇的速率u大小恒定,方向总是指向走私船,恰好在距离岸边距离a处逮住走私船,那么以下关于快艇速率的结论正确的是 A.快艇在垂直岸边的方向上的平均速度uy=v0 B.快艇在沿岸的方向上的平均速度ux=v0 C.快艇速度的大小u= v0 D.快艇的平均速率等于 v0 3.如图所示,正方形ABCD的顶点A、C处固定有两带电荷量大小相等的点电荷,E、F分别为AB、CD边的中点。 若以无穷远处电势为零,且E点处电势大于零,则下列说法中正确的是 A.两点电荷一定都带正电 B.O点处电势不可能为零 C.直线BD上从O点向两侧无穷远处,电场强度先减小后增大 D.若将一电子从E点移动到F点,则电场力做功可能为零 4.如图所示,两个固定的等量异种电荷相距为4L,其连线中点为O,以O为圆心、L为半径的圆与两点电荷间的连线及连线的中垂线分别交于a、b和c、d。 则 A.a、b两点的电场强度大小相等,方向相反 B.c、d两点的电场强度大小相等,方向相同 C.将一带正电的试探电荷从a点沿直线移到b点,其电势能先减小后增大 D.将一带正电的试探电荷从c点沿直线移到d点,其电势能先增大后减小 5.将一质量为M的光滑斜劈固定在水平面上一质量为M的光滑滑块(滑块可以看成质点)从斜面顶端由静止自由滑下.在此过程中,斜劈对滑块的支持力记为 ,地面对斜劈的支持力记为 ,滑块到达斜面底端时,相对地面的速度大小记为v、竖直分速度的大小记为 。 若取消固定斜劈的装置.再让滑块从斜面顶端由静止下滑.在滑块的压力作用下斜劈会向左做匀加速运动.在此过程中.斜劈对滑块的支持力记为 '、地面对斜劈的支持力记为 ',滑块到达斜面底端时,相对地面的速度大小记为v'、竖直分速度的大小记为 。 下面大小关系正确的是 A. < ' B. < ' C.v D. < 6.如图所示,长为L的轻杆,一端固定一个质量为m的小球,另一端固定在水平转轴O上,现让杆绕转轴O在竖直平面内匀速转动,角速度为 ,某时刻杆对球的作用力恰好与杆垂直,则此时杆与水平面的夹角 满足() A. B. C. D. 二、多项选择题 7.下列说法正确的是_____________. A.布朗运动就是液体分子的热运动 B.当分子间距离减小时,分子势能不一定减小 C.一定质量的理想气体在温度不变的条件下,压强增大,则外界对气体做正功 D.—切自然过程总是向分子热运动的无序性增大的方向进行 E.第二类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律 8.如图所示,两束颜色不同的单色光a、b平行于三棱镜底边BC从AB边射入,经三棱镜折射后相交于点P,下列说法正确的是___________。 A.三棱镜对a光的折射率大于对b光的折射率 B.在三棱镜中a光的传播速度大于b光的传播速度 C.同一种介质对a光的临界角大于对b光的临界角 D.在利用a光和b光做衍射实验时,b光的实验现象更明显 E.经过同一双缝所得干涉条纹,a光的条纹间距小于b光的条纹间距 9.如图,将小砝码置于桌面上的薄纸板上,用水平向右的拉力将纸板迅速抽出,砝码的移动很小,这就是大家熟悉的惯性演示实验。 若砝码和纸板的质量分别为M和m,各接触面间的动摩擦因数均为μ,砝码与纸板左端的距离及桌面右端的距离均为d。 现用水平向右的恒定拉力F拉动纸板,下列说法正确的是 A.纸板相对砝码运动时,纸板所受摩擦力的大小为 B.要使纸板相对砝码运动,F一定大于 C.若砝码与纸板分离时的速度小于 ,砝码不会从桌面上掉下 D.当 时,砝码恰好到达桌面边缘 10.如图所示,斜面体置于粗糙水平面上,斜面光滑.小球被轻质细线系住放在斜面上,细线另一端跨过光滑定滑轮,用力拉细线使小球沿斜面缓慢下移一段距离,斜面体始终静止.移动过程中() A.细线对小球的拉力变大 B.斜面对小球的支持力变大 C.斜面体对地面的压力变大 D.地面对斜面体的摩擦力变大 三、实验题 11.如图所示,在质量M=5kg的无下底的木箱顶部用一轻弹簧悬挂质量分别为mA=1kg、mB=0.5kg的A、B两物体,弹簧的劲度系数为100N/m。 箱子放在水平地面上,平衡后剪断A、B间的连线,A将做简谐运动,求: (g=10m/s2) (1)物体A的振幅? (2)当A运动到最高点时,木箱对地面的压力大小? 12.在双缝干涉实验中,用绿色激光照射在双缝上,在缝后的屏幕上显示出干涉图样.若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距,可选用的方法是() A.改用红色激光 B.改用蓝色激光 C.减小双缝间距 D.将屏幕向远离双缝的位置移动 E.将光源向远离双缝的位置移动 四、解答题 13.如图所示电路中,电源的电动势E=10V,内电阻r=0.50Ω,电动机电阻R0=1.0Ω,电阻R1=1.5Ω.电动机正常工作时,电压表示数U1为3.0V.求: (1)电源的总电功率. (2)电动机消耗的电功率和将电能转化为机械能的功率. (3)电源的输出功率. 14.如图所示,哑铃状玻璃容器由两段粗管和一段细管连接而成,容器竖直放置.容器粗管的截面积为S1=2cm2,细管的截面积S2=1cm2,开始时粗细管内水银长度分别为h1=h2=2cm.整个细管长为h=4cm.封闭气体长度为L=6cm.大气压强为p0=76cmHg,气体初始温度为27°C.求: (1)若要使水银刚好离开下面的粗管,封闭气体的温度应为多少K; (2)若在容器中再倒入同体积的水银,且使容器中封闭气体长度L仍为6cm不变,封闭气体的温度应为多少K。 【参考答案】 一、单项选择题 题号 1 2 3 4 5 6 答案 B A D B D A 二、多项选择题 7.BCD 8.ADE 9.BC 10.BCD 三、实验题 11.5cm;55N,方向竖直向下 12.ACD 四、解答题 13. (1)20W (2)8W(3)18W 14. (1) (2)
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