9.5素养提升（二）静电力的性质-【帮课堂】2023-2024学年高二物理同步学与练（人教版2019必修第三册）

第九章 静电场及其应用 第5节 素养提升（二）静电力的性质 课程标准 学习目标 学会利用几种特殊方法求解带电体电场强度. 1．会分析电场线与带电粒子运动轨迹相结合的问题.. 2．学会分析电场中的动力学问题． 3．通过静电力知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。 （1） 课前阅读： 物理学中的对称：空间对称、运动对称、物理规律的数学对称 1. 利用对称法解题的思路: (1)领会物理情景，选取研究对象。 在仔细审题的基础上，通过题目的条件、背景、设问，深刻剖析物理现象及过程，建清晰的物理情景，选取恰当的研究对象如运动的物体、运动的某一过程或某一状态。(2)透析研究对象的属性、运动特点及规律。 (3)寻找研究对象的对称性特点。 已有经验的基础上通过直觉思维或借助对称原理的启发进行联想类比，来分析挖掘研耐象在某些属性上的对称性特点。 (4)利用对称性特点.依物理规律，对题目求解 2. 曲线运动合力与运动轨迹的关系 物体做曲线运动时，合力指向运动轨迹的凹侧，轨迹在合力和速度方向之间。 一、电场强度的计算 重难诠释】带电体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 【典例精析】 例1．均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的电场．如图所示，在半球面AB上均匀分布着正电荷，总电荷量为q，球面半径为R，CD为通过半球顶点与球心O的轴线，在轴线上有M、N两点，OM＝ON＝2R.已知N点的电场强度大小为E，静电力常量为k，则M点的电场强度大小为(　　) A.－E B. C.－E D.＋E 【答案】A 【解析】 若将带电荷量为2q的球面放在O处，均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的电场，则完整球壳在M、N点所产生的电场为E1＝k＝，由题知半球面外，N点的电场强度大小为E，则M点的电场强度为E′＝－E，故选A. 二、电场线与带电粒子的运动轨迹 【重难诠释】 1．带电粒子做曲线运动时，合力指向轨迹曲线的内侧，速度方向沿轨迹的切线方向． 2．分析思路： (1)由轨迹的弯曲情况结合电场线确定静电力的方向； (2)由静电力和电场线的方向可判断带电粒子所带电荷的正负； (3)由电场线的疏密程度可确定静电力的大小，再根据牛顿第二定律F＝ma可判断带电粒子加速度的大小． 【典例精析】 例2．某电场的电场线分布如图所示，虚线为某带电粒子只在静电力作用下的运动轨迹，a、b、c是轨迹上的三个点，则(　　) A．粒子一定带负电 B．粒子一定是从a点运动到b点 C．粒子在c点的加速度一定大于在b点的加速度 D．粒子在电场中c点的速度一定大于在a点的速度 【答案】　C 【解析】 　做曲线运动的物体，所受合力指向运动轨迹的内侧，由此可知，带电粒子受到的静电力的方向为沿着电场线向左，所以粒子带正电，A错误；粒子不一定是从a点沿轨迹运动到b点，也可能是从b点沿轨迹运动到a点，B错误；由电场线的分布可知，粒子在c点处所受静电力较大，加速度一定大于在b点的加速度，C正确；若粒子从c点运动到a点或b点，静电力与速度方向成锐角，所以粒子做加速运动，若粒子从a点或b点运动到c点，静电力与速度方向成钝角，所以粒子做减速运动，故粒子在c点的速度一定小于在a点的速度，D错误． 三、电场中的动力学问题 【重难诠释】 1．带电体在多个力作用下处于平衡状态，带电体所受合外力为零，因此可用共点力平衡的知识分析，常用的方法有正交分解法、合成法等． 2．带电体在电场中的加速问题与力学问题分析方法完全相同，带电体的受力仍然满足牛顿第二定律，在进行受力分析时不要漏掉静电力． 例3．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＝10 m/s2)求： (1)原来的电场强度大小(用字母表示)