第一章 专题提升1 电场力的性质-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理必修第三册同步全程学习全书word（粤教版）

专题提升1　电场力的性质 [素养目标] 1.进一步熟练掌握库仑定律、电场强度公式。 2.掌握解决带电体动力学问题的思路和方法。 3.建立解决电场中平衡问题和动力学问题的思维模型。 类型一　电场中的平衡问题 1.同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引,库仑力实质上就是电场力,与重力、弹力一样,它也是一种基本力。 2.带电粒子在电场中的平衡问题,实际上属于力学平衡问题,仅多了一个电场力而已。 3.求解这类问题时,在正确的受力分析的基础上,运用平行四边形定则、三角形定则或建立平面直角坐标系进行力的合成与分解,应用共点力作用下物体的平衡条件求解问题。同时,注意方法的选用(如合成法、分解法、相似三角形法、整体法等)。 [例1] (多选)如图所示,带电小球A、B的电荷量分别为QA、QB,两球都用长为L的绝缘丝线悬挂在O点。静止时A、B相距为d。为使平衡时A、B间距离减为,可采用的方法有(　BD　) A.将A、B的质量都增大到原来的2倍 B.将B的质量增大到原来的8倍 C.将A、B的电荷量都减小到原来的一半 D.将A、B的电荷量都减小到原来的一半,同时将B的质量增大到原来的2倍 解析:对B受力分析如图所示,由几何关系可知=,而库仑力F=,可得d3=,要使d变为,可以将B的质量增大到原来的8倍,故A错误,B正确;或将A、B的电荷量都减小到原来的一半,同时将B的质量增大到原来的2倍,故C错误,D正确。 电场力具有力的共性,可以和其他力一起使带电体处于平衡状态,构成力电综合问题,求解思路与力学平衡问题基本相同,只不过我们多了一种新性质的力而已,具体解题思路以及解题技巧如下: 确定研究对象→“整体法”或“隔离法” 　↓ 受力分析→多了个电场力(F=或F=qE) 　↓ 作出力的合成或 分解的矢量图→F合=0或Fx=0、Fy=0 [对点训练1] 如图所示,光滑绝缘细杆与水平面成θ角固定,杆上套有一带正电小球,质量为m、带电荷量为q,为使小球静止在杆上,可加一匀强电场,所加电场的电场强度满足什么条件时,小球可在杆上保持静止(　B　) A.垂直于杆斜向上,电场强度大小为 B.竖直向上,电场强度大小为 C.垂直于杆斜向上,电场强度大小为 D.水平向右,电场强度大小为 解析:若所加电场的电场强度垂直于杆斜向上,对小球受力分析可知,其受到竖直向下的重力、垂直于杆斜向上的电场力和垂直于杆方向的支持力,在这三个力的作用下,小球沿杆方向上不可能平衡,选项A、C错误;若所加电场的电场强度竖直向上,对小球受力分析可知,当E=时,电场力与重力等大反向,小球可在杆上保持静止,选项B正确;若所加电场水平向右,当电场力Eq=mgtan θ 时,小球才能平衡,此时E=,选项D错误。 类型二　电场中的动力学问题 1.带电体在电场中的运动是一类综合性很强的问题,解决这类问题时,常把带电体看作点电荷,应用力学知识(如牛顿运动定律、动能定理等)求解。 2.带电体在匀强电场中受到的电场力是恒力,若带电体只受电场力作用,则其运动是在恒力作用下的运动,解决问题的思路是抓住两个分析:受力分析和运动分析。 3.带电体在非匀强电场中所受电场力是变力,这类运动往往可借助动能定理等进行分析和解答。 [例2] (2021·广西百色月考)如图所示,一个质量为4 g的带电小球(视为质点),用绝缘丝线悬挂在天花板上,整个装置处于水平向右的足够大的匀强电场中。当小球静止时,测得丝线与竖直方向夹角为37°,重力加速度g取 10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。 (1)求小球所带电荷的电性(不需要写判断过程); (2)求丝线上的拉力的大小; (3)现剪断丝线,若从剪断丝线开始计时,求小球向左运动的水平距离为15 m的时间。 解析:(1)小球带负电。 (2)对带电小球受力分析可知小球受到竖直向下的重力mg,沿丝线方向的拉力FT和沿水平向左的电场力F,建立直角坐标系分别沿横轴与纵轴写平衡方程得FTsin 37°=F,FTcos 37°=mg 代入数据解得FT=0.05 N,F=0.03 N。 (3)剪断丝线后,由牛顿第二定律得小球的水平加速度大小a==7.5 m/s2 又因为小球在水平方向上做初速度为零的匀加速直线运动,由位移公式x=at2,代入数值计算得t=2 s。 答案:(1)负电　(2)0.05 N　(3)2 s 巧解带电体在电场中的运动问题 (1)两个分析:受力分析和运动情况分析。 (2)两个关系:力和运动的关系及功能关系。 [对点训练2] 如图所示,光滑固定斜面(足够长)倾角为37°,一带正电的小物块质量为m,电荷量为q,置于斜面上,当沿水平方向加如图所示的匀强电场时,带电小物块恰好静止在斜面上,从某时刻开始,电场强度变化为原来的,(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g