9.6 专题 静电力的性质-2022-2023学年高一物理同步备课讲义 (人教版2019必修第三册)

2023-03-15
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6 静电力的性质 [学习目标] 1. 学会利用几种特殊方法求解电场强度 2. 会分析电场线与带电粒子运动轨迹相结合的问题 3. 掌握电场强度叠加的方法 4. 学会分析电场中的动力学问题. 知识点一、电场 1. 定义:存在于电荷周围,能传递电荷间相互作用的一种特殊物质; 2. 基本性质:对放入其中的电荷有力的作用. 知识点二、电场强度 1. 定义:放入电场中某点的电荷受到的静电力与它的电荷量之比. 2. 定义式:E=;单位:N/C或V/m. 3. 矢量性:规定正电荷在电场中某点所受静电力的方向为该点电场强度的方向. 4. 三个计算公式的比较 公式 适用条件 说明 定义式 E= 任何电场 某点的场强为确定值,大小及方向与q无关 决定式 E=k 真空中点电荷的电场 E由场源电荷Q和场源电荷到某点的距离r决定 关系式 E= 匀强电场 d是沿电场方向的距离 知识点三、电场特点及电场线 1. 点电荷的电场:真空中距场源电荷Q为r处的场强大小为E=k. 2. 电场线的特点 1  电场线从正电荷或无限远出发,终止于无限远或负电荷. 2  电场线在电场中不相交. 3  在同一幅图中,电场强度较大的地方电场线较密,电场强度较小的地方电场线较疏. 4  电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向. 5  沿电场线方向电势逐渐降低. 6  电场线和等势面在相交处相互垂直. 3. 等量同种和异种点电荷周围电场强度的比较 比较项目 等量异种点电荷 等量同种点电荷 电场线的分布图 连线中点O处的场强 连线上O点场强最小,指向负电荷一方 为零 连线上的场强大小(从左到右) 沿连线先变小,再变大 沿连线先变小,再变大 沿连线的中垂线由O点向外的场强大小 O点最大,向外逐渐变小 O点最小,向外先变大后变小 关于O点对称点的场强(如A与A′、B与B′、C与C′等) 等大同向 等大反向 知识点四、电场强度的叠加与求解方法 1. 电场强度的叠加(如图所示) 2. “等效法”“对称法”和“填补法” 1  等效法:在保证效果相同的前提下,将复杂的电场情景变换为简单的或熟悉的电场情景. 例如:一个点电荷+q与一个无限大薄金属板形成的电场,等效为两个等量异种点电荷形成的电场,如图甲、乙所示. 2  对称法: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,使复杂电场的叠加计算问题大为简化. 例如:如图所示,均匀带电的球壳在O点产生的场强,等效为弧BC产生的场强,弧BC产生的场强方向,又等效为弧的中点M在O点产生的场强方向. 3  填补法:将有缺口的带电圆环或圆板补全为完整的圆环或圆板,或将半球面补全为球面,从而化难为易、事半功倍. 3. 选用技巧 1  点电荷电场、匀强电场场强叠加一般应用合成法. 2  均匀带电体与点电荷场强叠加一般应用对称法. 3  计算均匀带电体某点产生的场强一般应用补偿法或微元法. 知识点一:电场强度的计算 【探究重点】 电场强度的三种计算方法 对称法 对称法实际上就是根据某些物理现象、物理规律、物理过程或几何图形的对称性进行解题的一种方法.在电场中,当电荷的分布具有对称性时,应用对称性解题可将复杂问题大大简化 微元法 当一个带电体的体积较大,已不能视为点电荷时,求这个带电体产生的电场在某处的电场强度时,可用微元法的思想把带电体分成很多小块,每块都可以看成点电荷,用点电荷电场叠加的方法计算 补偿法 有时由题给条件建立的模型不是一个完整的模型,这时需要给原来的问题补充一些条件,组成一个完整的新模型.这样,求解原模型的问题就变为求解新模型与补充条件的差值问题.如采用补偿法将有缺口的带电圆环补全为圆环,或将半球面补全为球面,从而将问题化难为易 【例题精讲】 1. (2022·山东高考)半径为R的绝缘细圆环固定在图示位置,圆心位于O点,环上均匀分布着电量为Q的正电荷。点A、B、C将圆环三等分,取走A、B处两段弧长均为的小圆弧上的电荷。将一点电荷q置于延长线上距O点为的D点,O点的电场强度刚好为零。圆环上剩余电荷分布不变,q为(  ) A.正电荷, B.正电荷, C.负电荷, D.负电荷, 【巩固训练】 2. (2021·河南鹤壁高中段考)如图6所示,在一半径为R的圆周上均匀分布有N个绝缘带电小球(可视为质点)无间隙排列,其中A点的小球带电荷量为+4q,其余小球带电荷量为+q,此时圆心O点的电场强度大小为E,现仅撤去A点的小球,则O点的电场强度为(  ) 图6 A.大小为E,方向沿AO连线斜向下 B.大小为,方向沿AO连线斜向下 C.大小为,方向沿AO连线斜向上 D.大小为,方向沿AO连线斜向上 知识点二:电场线与带电粒子的运动轨迹 【探究重点】 1. 带电粒子做曲

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