第一章 静电场的描述 章末素养提升-（配套word）2023-2024学年高一新教材物理必修第三册 【步步高】学习笔记（粤教版）

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 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(质子)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：电荷既不能被创生，也不能被消灭，它们只能从一个物体转移到其他物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在任何转移的过程中，电荷的总量保持不变 2.库仑定律：在真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，其大小与它们的电荷量q1、q2的乘积成正比，与它们之间距离r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。电荷之间的这种相互作用力叫作静电力或库仑力 电场力的性质 1.基本性质：对放入其中的电荷有力的作用 2.电场强度：E＝(适用于一切电场)，方向与正点电荷所受电场力的方向相同 决定式：E＝k(适用于点电荷) 3.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 电场能的性质 1.电势能与电势：φ＝ 2.等势面：与电场线相互垂直，沿等势面移动电荷电场力不做功 3.电势差：UAB＝φA－φB，UAB＝ 科学思维 1.能在熟悉情境中运用点电荷、试探电荷、电场线、等势线等模型分析静电问题，体会物理模型的重要作用 2.能体会用物理量之比定义新物理量的方法，如电场强度、电势、电势差等，能体会探究库仑定律过程中的科学思想和方法 3.了解类比推理的方法，能综合运用力学和电学知识分析解决静电问题 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.通过电势能与重力势能的对比，体会类比与创新在物理学研究中的重要性 2.能体会形象思维与抽象思维的相互关联，感悟物理学的内在之美 3.通过对静电场中的能量分析，培养能量意识和社会发展的责任意识 例1　(2023·肇庆市鼎湖中学高二期中)下列说法错误的是(　　) A．电场线是理想化模型，是假想曲线 B．根据场强公式E＝可知，电场中某点E的大小，与放在该点的电荷受到的电场力大小成正比，与电荷的带电量成反比 C．电场线上某点的切线方向就是正电荷在该点所受电场力的方向 D．任何带电体的电荷量都是元电荷e的整数倍 答案　B 解析　电场线不是电场里实际存在的线，而是为了形象地描述电场而假想的线，因此电场线是一种理想化模型，故A正确；电场中某点E的大小是由电场本身决定的，与放在该点的电荷受到的电场力及电荷的带电量无关，故B错误；电场线上某点的切线方向就是正电荷在该点所受电场力的方向，故C正确；元电荷e是电荷量的单位，任何带电体的电荷量都是元电荷e的整数倍，故D正确。 例2　(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电场力为零，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的电场力应水平向左，所以P带负电荷，Q带正电荷，选项C错误，D正确。 例3　(2023·深圳市罗湖外语学校高二期中)两个固定的等量异种点电荷所形成电场的等势面如图中虚线所示，一带负电的粒子以某一速度从图中a点进入电场，其运动轨迹为图中实线所示，a、b、c、d、e为轨迹与等势线的交点，直线ae水平。若粒子只受电场力作用，则下列关于带电粒子的判断正确的是(　　) A．电场方向竖直向上 B．粒子在a点的电势能小于在e点的电势能 C．粒子从a点运动到e点的过程中的动能先减小后增大 D．粒子从a点运动到d点的过程中减小的动能大于增加的电势能 答案　C 解析　从粒子运动轨迹看出，轨迹向上弯曲，可知带负电粒子受到了向上的力的作用，可知场强方向大致向下，A错误；a、e两点电势相等，同一粒子在这两点电势能相等，B错误；带负电粒子从a点运动到e点的过程中电场力先做负功后做正功，则动能先减小后增大，C正确；由于粒子运动过程中只有电场力做功，能量只在动能与电势能之间转化，则粒子从a点运动到d点的过程中减小的动能等于增加的电势能，D错误。 例4　(2022·广东金山中学高二期末)如图，真空中固定着两个等量异种点电荷，O是两电荷连线的中点，a、b、c、d是连线上的四个点，e、f是连线的中垂线上的两个点，ab＝bO＝Oc＝cd，eO＝Of。则(　　) A．中垂线上三个点的电场强度大小关系为Ee＝Ef>EO B．连线上相邻两点间的电势差关系为Uab＝UbO＝UOc＝Ucd C．从e点静止释放一试探正点电荷，该电荷将在e、f两点间做往返运动 D．将一试探负点电荷先从a点沿直线移到c点，再沿直线移到e点，该电荷的电势能先增大后减小 答案　D 解析　如图所示为等量异种点电荷的电场线 中垂线上O点场强最大，往上下两侧场强减小，结合对称性可得Ee＝Ef<EO，A错误；连线上从a到d场强先减小后增大，由U＝Ed，结合对称性可得Uab＝Ucd>UbO＝UOc，B错误；试探正点电荷在e点受到的电场力方向垂直于中垂线，所以该电荷不可能在e、f两点间做往返运动，C错误；将一试探负点电荷先从a点沿直线移到c点，再沿直线移到e点，该电荷所经过的区域电势先降低后升高，由Ep＝qφ可知，负点电荷的电势能先增大后减小，D正确。 例5　(2023·深圳大学附中高二月考)如图甲所示，绝缘水平面上存在方向水平向右的匀强电场，一带电物块以一定的初速度从O点开始向右运动。取O点为电势零点，该物块的电势能与动能之和E总、电势能Ep随它离开O点的距离x变化的关系如图乙所示，由此能够求出的物理量是(　　) A．物块带电的正负和电荷量多少 B．匀强电场的场强大小 C．物块返回O点时的动能 D．物块与水平面间的动摩擦因数 答案　C 解析　由题图乙可知，物块离开O点向右运动电势能增加，电场力做负功，可知物块所受的电场力水平向左，与匀强电场的电场线方向相反，即物块带负电，但物块所带电荷量不能确定，故A错误；根据Ep＝Fx，结合题图乙中数据Ep＝80 J，x＝8 m，解得F＝10 N，由F＝qE可知，物块所带电荷量未知，所以不能确定匀强电场的场强大小，故B错误；由题图乙知，物块向右运动时，电势能与动能之和减小了20 J，电势能增加了80 J，则动能减小了100 J，即Ek＝－100 J，根据动能定理－(F＋f)x＝Ek，物块向左运动过程，由动能定理得(F－f)x＝Ek′，联立解得Ek′＝60 J，f＝2.5 N，故C正确；根据f＝μmg，由于物块的质量未知，也不能求出，则不能确定物块与水平面间的动摩擦因数，故D错误。 例6　(2022·广州六中高二期末)存在匀强电场的空间中有一棱长为2 cm的正四面体ABCD，如图所示。已知UAC＝UBC＝3 V，电场方向平行于底面ABC，则(　　) A．A、B两点处的电势不相等 B．电场强度大小为1 V/m C．电场强度大小为100 V/m D．C、D两点的电势差UCD＝2 V 答案　C 解析　因为UAC＝UBC＝3 V，所以AB连线为等势线，过C点作AB的垂线，垂足为F，则FC即为匀强电场的电场线，如图所示，由几何知识知FC＝3 cm，则匀强电场电场强度大小E＝ V/m＝100 V/m，过D点作FC的垂线，垂足为G，则CG＝FC，所以UDC＝UGC＝UAC＝2 V，则C、D两点的电势差UCD＝－UDC＝－2 V，故选C。 例7　(2022·肇庆市高二期末)如图所示，长L＝2 m、倾角θ＝37°的光滑斜面固定在水平地面上，整个斜面处在方向沿斜面向上的匀强电场中。将一个质量m＝1 kg、电荷量q＝5×10－4 C带正电的小滑块从斜面顶端由静止释放，已知小滑块到达斜面底端所用的时间t＝2 s，重力加速度g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，求： (1)小滑块下滑过程中的加速度大小； (2)匀强电场电场强度的大小； (3)小滑块从斜面顶端滑到底端的过程中，电场力做的功和小滑块电势能的增加量。 答案　(1)1 m/s2　(2)1×104 N/C　(3)－10 J　10 J 解析　(1)对小滑块：在斜面运动时，有L＝at2 解得a＝1 m/s2 (2)由小滑块受力可知mgsin θ－qE＝ma 求得E＝1×104 N/C (3)小滑块从斜面顶端滑到底端的过程中电场力做负功则W＝－qEL 代入数据得W＝－10 J 根据W＝－ΔEp 则ΔEp＝10 J。 学科网（北京）股份有限公司 $$