第1章 素养拓展课(一) 电场力的性质（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册（教科版2019）

素养拓展课(一)　电场力的性质 学习目标 1．进一步巩固库仑定律、电场强度、电场线的有关知识． 2．掌握库仑定律的应用． 3．掌握电场强度的叠加和计算． 4．学会应用电场线分析问题． [对应学生用书P16] 1．解决电场力作用平衡问题的方法 2．三个自由点电荷的平衡问题 (1)平衡条件：每个点电荷受另外两个点电荷的合力为零或每个点电荷的位置为另外两个点电荷的合场强为零的位置． (2)平衡规律： (多选)如图所示，在光滑绝缘的水平桌面上有四个小球，带电荷量分别为－q、Q、－q、Q.四个小球构成一个菱形，带电荷量为－q、－q的小球的连线与带电荷量为－q、Q的小球的连线之间的夹角为α.若此系统处于平衡状态，则下列关系式可能正确的是(　　) A．cos3α＝　　　　　　　 B．cos3α＝ C．sin3α＝ D．sin3α＝ AC　[设菱形的边长为a，则两个带电荷量为Q的小球之间距离为2a sinα，两个带电荷量为一q的小球之间距离为2a cos α.选取其中一个带电荷量为－q的小球为研究对象，由库仑定律和平衡条件得2kcos α＝k，解得cos3α＝，故A正确，B错误；选取其中一个带电荷量为Q的小球为研究对象，由库仑定律和平衡条件得2ksinα＝k，解得sin3α＝，故C正确，D错误.] [题后总结]　解答静电力叠加问题时，分别计算研究对象与其他电荷间的静电力，画出矢量图，如果只有两个力，就根据平行四边形定则合成，如果有多个力，常常采用正交分解再合成的方法． [训练1]　(多选)如图所示，用三根长度相同的绝缘细线将三个带电小球连接后悬挂在空中．三个带电小球质量相等，A球带正电，平衡时三根绝缘细线都是直的，但拉力都为0，则(　　) A．B球和C球都带负电荷 B．B球带负电荷，C球带正电荷 C．B球和C球所带的电荷量不一定相等 D．B球和C球所带的电荷量一定相等 AD　[以B球为研究对象，B球受重力及A、C球对B球的库仑力而处于平衡状态，则A、C球对B球的库仑力的合力应与B球的重力大小相等，方向相反，而库仑力的方向只能沿两球的连线方向，故可知A球对B球的库仑力应指向A球，C球对B球的库仑力应指向B球的左侧．由此可知，B、C球都应带负电荷，A正确，B错误．由受力分析图可知，A球对B球的库仑力应为C球对B球库仑力的2倍，故C球所带电荷量应为A球所带电荷量的一半；同理分析C球可知，B球所带电荷量也应为A球所带电荷量的一半．故B、C球所带电荷量应相同．] 　求解电场强度的几种非常规思维方法 (1)等效法：在保证效果相同的前提条件下，将复杂的电场情景变换为简单的或熟悉的电场情景． (2)对称性：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，将复杂的电场叠加计算问题大大简化． (3)填补法：采用填补法，将有缺口的带电圆环补全为完整圆环，或将半球面补全为完整球面，从而化难为易，事半功倍． (4)微元法：将带电体分成许多电荷元，每个电荷元都看作一个点电荷，先根据点电荷场强公式求场强，再结合对称性和场强叠加原理求出合场强． 如图所示，一半径为R的圆盘上均匀分布着电荷量为Q的电荷，在垂直于圆盘且过圆心c的轴线上有a、b、d三个点，a和b、b和c、c和d间的距离均为R，在a点处有一电荷量为q(q>0)的固定点电荷．已知b点处的电场强度为零，则d点处电场强度的大小为(k为静电力常量)(　　) A．k　　　　　　　　 B．k C．k D．k B　[由b点的合电场强度为零可得圆盘在b点的电场强度与点电荷q在b点的电场强度大小相等、方向相反，所以圆盘在b点的电场强度大小Eb＝k，再根据圆盘电场强度的对称性和电场强度的叠加即可得出d点的电场强度Ed＝Eb＋k＝k.] [训练2]　如图所示，以O为圆心的圆周上有六个等分点a、b、c、d、e、f.等量正、负点电荷分别放置在a、d两处，在它们共同形成的电场中，下列叙述正确的是(　　) A．在两个点电荷形成的电场中，e、f处场强相同 B．在两个点电荷的连线上，O处场强最大 C．ad的垂直平分线上各点的场强大小不相等、方向也不相同 D．仅将a处点电荷移至e处，则O处的电场强度方向沿Oc方向 D　[由题意可知，两点电荷在e、f处的合电场强度大小相等，方向不相同，故A错误；根据等量异种点电荷电场线的分布，可知在两电荷的连线上，O处场强大小最小，故B错误；等量异种点电荷连线的中垂线上各点电场强度方向均相同，但大小不相等，故C错误；仅将a处点电荷移至e处，两点电荷在O点的电场强度方向夹角为120°，大小不变，则O处的合电场强度方向沿Oc方向，故D正确．] 一般情况下带电粒子在电场中的运动轨迹不会与电场线重合，只有同时满足以下三个条件时，两者才会重合：(1)电场线为直线；(2)粒子的初速度为零或速度方向与电