第九章 静电场及其应用 章末素养提升-（配套word）2023-2024学年高一新教材物理必修第二册 【步步高】学习笔记（人教版）浙江

章末素养提升 物理观念 几种常见的 电荷 1.点电荷：带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时 2.场源电荷：激发电场的带电体所带的电荷 3.试探电荷：放入后不影响要研究的电场及用来研究电场各点的性质的电荷 4.元电荷：最小的电荷量，即电子所带电荷量的大小 5.比荷：带电体的电荷量与质量的比值叫作比荷 两个定律 1.电荷守恒定律：电荷既不会创生，也不会消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移过程中，电荷的总量保持不变 2.库仑定律：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。这个规律叫作库仑定律。这种电荷之间的相互作用力叫作静电力或库仑力 电场强度 1.定义式：E＝(适用于一切电场) 决定式：E＝k(适用于点电荷) 2.电场线：电场中画出假想的曲线，每点的切线方向表示该点的电场强度方向，疏密表示电场的强弱，特点是不闭合、不相交 科学思维 理想化模型 点电荷 控制变量法 库仑定律的探究 微小量放大法 库仑扭秤实验 比值定义法 E＝ 形象描述 电场线 科学探究 1.通过实验观察，了解静电现象，探究物体带电的本质 2.通过探究如何得出库仑定律，体会库仑扭秤实验的科学思想和方法 3.通过实验模拟和定量分析的方法，探究描述电场强弱的物理量，获得探究体验 科学态度与责任 1.会从微观的角度认识物体带电的本质 2.通过实验观察静电现象，培养严谨细致的科学态度 3.通过库仑扭秤实验的巧妙设计，体会科学思想和方法 4.通过了解生活中关于静电的利用和防护，能对利用和防护静电的一些行为发表自己的观点，有进行科学普及的兴趣和责任感 例1　(2019·全国卷Ⅰ)如图，空间存在一方向水平向右的匀强电场，两个带电小球P和Q用相同的绝缘细绳悬挂在水平天花板下，两细绳都恰好与天花板垂直，则(　　) A．P和Q都带正电荷 B．P和Q都带负电荷 C．P带正电荷，Q带负电荷 D．P带负电荷，Q带正电荷 答案　D 解析　对P、Q整体进行受力分析可知，在水平方向上整体所受静电力为零，所以P、Q必带等量异种电荷，选项A、B错误；对P进行受力分析可知，Q对P的库仑力水平向右，则匀强电场对P的静电力应水平向左，所以P带负电荷，Q带正电荷，选项C错误，D正确。 例2　(多选)如图所示为一对不等量异种点电荷A、B的电场线，从C点到D点的虚线为不计重力的带电粒子运动轨迹，下列说法正确的是(　　) A．A电荷的电荷量大于B电荷的电荷量 B．电场中各点的电场强度方向就是正试探电荷所受静电力方向 C．图中没有电场线的空白区域没有电场 D．带电粒子带负电 答案　AB 解析　据电场线的疏密程度可知，A电荷的电荷量大于B电荷的电荷量，故A正确；电场中正试探电荷受到的静电力方向与该点的电场方向相同，故B正确；电场线是假想的，题图中没有电场线的空白区域也有电场，故C错误；带电粒子仅在静电力作用下从C点运动到D点的轨迹，所受静电力指向弯曲一侧，且静电力方向与电场方向在同一直线上，可知带电粒子受到的静电力方向与电场方向相同，粒子带正电，故D错误。 例3　如图所示，竖直平面内固定一个半径为R的刚性光滑绝缘圆环。在圆环的最顶端固定一个电荷量为q的小球，另一个质量为m带负电的小圆环套在大圆环上，当小圆环平衡时，测得两电荷之间的连线与竖直线的夹角为30°，静电力常量为k，重力加速度为g，则(　　) A．大圆环对小圆环的弹力大小为(＋1)mg B．小圆环带电荷量的大小为 C．大圆环对小圆环的弹力指向圆心 D．小圆环带电荷量增加，小环受到的弹力先增加后减小 答案　B 解析　小圆环处于平衡状态，设小圆环的电荷量为Q，对小圆环受力分析如图所示： 由几何关系可得： ＝＝ 因OA＝OB＝R，则FN＝mg 因AB＝OA＝R，则F＝mg 根据库仑定律有F＝，r＝R； 联立解得：Q＝，故B正确，A、C错误； 由以上分析可知，小圆环受到的弹力FN始终等于重力，小圆环带电荷量增加，小圆环受到的弹力不变，故D错误。 例4　(多选)如图所示为两个固定在同一水平面上的点电荷，距离为d，电荷量分别为＋Q和－Q，在它们水平中垂线上竖直固定一根长为L、内壁光滑的绝缘细管，有一电荷量为＋q的小球以初速度v0从上端管口射入，则小球(　　) A．速度一直增大 B．受到的静电力先做正功后做负功 C．受到的静电力最大值为 D．管壁对小球的弹力最大值为 答案　AD 解析　小球受到的库仑力的合力水平向右，与管壁对小球的弹力大小相等，方向相反，水平方向上的合力为零，所以小球受到的合外力为重力，故小球做匀加速直线运动，速度逐渐增大，故A正确； 带电荷量为＋q的小球受到＋Q的排斥力和－Q的吸引力，库仑力的合力水平向右，带电小球是竖直向下运动的，所以库仑力对小球不做功，故B错误；由以上分析可知，当小球受到的库仑力的合力最大时，管壁对小球的弹力也就最大，＋Q对小球的库仑力沿两者连线背离＋Q，－Q对小球的库仑力沿两者连线指向－Q，又小球到两电荷距离相等，所以点电荷＋Q和－Q到小球的最小距离均为，根据库仑定律可得，两点电荷对小球的库仑力大小相等，故库仑力的合力水平向右，最大值的大小为2＝，故C错误，D正确。 例5　(2022·山东卷)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ΔL的小圆弧上的电荷。将一点电荷q置于OC延长线上距O点为2R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，q＝ B．正电荷，q＝ C．负电荷，q＝ D．负电荷，q＝ 答案　C 解析　取走A、B处两段弧长均为ΔL的小圆弧上的电荷，根据对称性可知，圆环在O点产生的电场强度为与A在同一直径上的A1和与B在同一直径上的B1产生的电场强度的矢量和，如图所示，因为两段弧长非常小，故可看成点电荷，则有E1＝k＝k，由题意可知，两电场强度方向的夹角为120°，由几何关系得两者的合电场强度大小为E＝E1＝k，根据O点的合电场强度为0，则放在D点的点电荷带负电，在O点产生的电场强度大小为E′＝E＝k，又E′＝k，联立解得q＝，故选C。 例6　如图，带电荷量为Q＝＋1×10－7 C的小球A固定在光滑绝缘桌面的上方，高度h＝ m，一个质量为m＝1×10－4 kg、带电荷量q＝－4×10－8 C的小球B在桌面上以小球A在桌面上的投影点O点为圆心做匀速圆周运动，其运动半径为r＝0.1 m，静电力常量k＝9×109 N·m2/C2，g取10 m/s2，求： (1)小球A、B之间的库仑力F的大小； (2)桌面对小球B的支持力FN的大小； (3)小球运动的线速度v的大小。 答案　(1)9×10－4 N　(2)2.2×10－4 N (3)0.67 m/s 解析　(1)由几何关系知，A、B小球间的距离 L＝＝0.2 m A、B小球连线与竖直方向的夹角θ＝30°。 由库仑定律 F＝k＝9×10－4 N (2)在竖直方向，小球B的合力为0，即 Fcos θ＋FN＝mg 代入数据可得 FN＝×10－4 N≈2.2×10－4 N (3)库仑力的水平方向分力提供向心力 Fsin θ＝ 代入数据可得 v≈0.67 m/s 学科网（北京）股份有限公司 $$