第9章 素养提升课1 静电力的性质-【名师导航】2024-2025学年高中物理必修第三册同步课件(人教版)

第九章　静电场及其应用 素养提升课(一)　静电力的性质 2 学习 任务 1．学会利用几种特殊方法求解带电体电场强度。 2．会分析电场线与带电粒子运动轨迹相结合的问题。 3．分析受力及运动的相关问题。 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 3 关键能力·情境探究达成 01 探究1　电场强度的计算 探究2　电场线与带电粒子运动轨迹的综合分析 探究3　静电力与力学规律的综合应用 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 4 探究1　电场强度的计算 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 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 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 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 【典例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 √ 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 A　[假设在O点有一个完整的带电荷量为2q的带电球壳，设完整球壳在M点产生的电场强度大小为E0，左半球壳在M点产生的电场强度大小为E左，右半球壳在M点产生的电场强度大小为E右，根据电场叠加原理E左＋E右＝E0，根据题意E0＝，根据对称性可得E右＝E，解得E左＝－E，故选A。] 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 【典例2】　如图所示，半径为R均匀带正电的绝缘圆环固定在水平面上，电荷量为Q，圆心为O，点A、B、C为圆环的三等分点，现取走B、C两处弧长为l的小圆弧上的电荷，将一电荷量＋q0的试探电荷放在圆心位置，静电力常量为k，那么该试探电荷受到的电场力为(　　) A．，方向为O→A B．，方向为A→O C．，方向为O→A D．，方向为A→O √ 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 B　[由于圆环所带电荷量均匀分布，所以长度为l的小圆弧所带电荷量q＝，没有取走电荷时圆心O点的电场强度为零，取走B、C两处的电荷后，圆环剩余电荷在O点产生的电场强度大小等于B、C处弧长为l的小圆弧所带电荷量在O点产生的电场强度的叠加，方向相反，即E＝cos 60°，解得E＝，方向O→A，所以试探电荷在O点受到的电场力大小为F＝，方向A→O。故选B。] 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 【典例3】　如图所示，电荷量为＋q的点电荷与均匀带负电的薄板相距2d，点电荷到带电薄板的垂线通过板的几何中心。若图中A点的电场强度大小为E0，方向沿AB向右，静电力常量为k，则图中B点的电场强度大小为(　　) A．＋E0 B．＋E0 C． D． √ 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 A　[设薄板对A点产生的电场强度大小为E，以A指向B为正方向，根据电场强度的叠加原理可知，A点的合电场强度为E－k＝E0，解得E＝E0＋，根据对称性可知，薄板对B点产生的电场强度和对A点产生的电场强度大小相等、方向相反，即E′＝－E＝－E0－k，故B的合电场强度为EB＝－k＋E′＝－E0－k，即B点的电场强度大小为＋E0，方向由B指向A。故选A。] 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 探究2　电场线与带电粒子运动轨迹的综合分析 1．几个矢量的方向 (1)合力方向：做曲线运动的带电粒子所受合外力方向指向运动轨迹的凹侧。 (2)速度方向：速度方向沿运动轨迹的切线方向。 (3)静电力方向：正电荷的受力方向沿电场线的切线方向。 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 2．电场线的应用 (1)比较电场强度大小：电场强度大的地方电场线密，电场强度小的地方电场线疏，故根据电场线的疏密可以比较电场强度的大小。 (2)确定电场强度方向：电场线上某点的切线方向就是该点电场强度的方向。 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 3．确定带电粒子在电场中运动轨迹及其动能变化的思路 (1)确定带电粒子受力方向：正电荷所受静电力与电场方向相同，负电荷所受静电力与电场方向相反。 (2)确定带电粒子运动轨迹：带电粒子的运动轨迹向受力方向偏转。 (3)判断静电力做功情况：静电力方向与运动方向成锐角时，静电力做正功，粒子动能增加；静电力方向与运动方向成钝角时，静电力做负功，粒子动能减小。 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 【典例4】　(多选)如图所示，带箭头的线段表示某一电场中的电场线的分布情况。一带电粒子在电场中运动的轨迹如图中虚线所示。若不考虑其他力，则下列判断正确的是(　　) A．若粒子是从A运动到B，则粒子带正电； 若粒子是从B运动到A，则粒子带负电 B．不论粒子是从A运动到B，还是从B运动到A，粒子必带负电 C．若粒子是从B运动到A，则其加速度减小 D．若粒子是从B运动到A，则其速度减小 √ √ 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 BC　[根据做曲线运动的物体所受合外力指向曲线内侧可知，静电力与电场线的方向相反，所以不论粒子是从A运动到B，还是从B运动到A，粒子必带负电，故A错误，B正确；电场线密的地方电场强度大，所以粒子在B点受到的静电力大，在B点时的加速度较大，若粒子是从B运动到A，则其加速度减小，故C正确；从B到A过程中静电力与速度方向成锐角，即做正功，动能增大，速度增大，故D错误。] 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 规律方法　电场线与带电粒子运动轨迹重合的条件 (1)电场线为直线。 (2)带电粒子的初速度为零，或初速度沿电场线所在直线。 (3)带电粒子只受电场力，或其他力的合力沿电场线所在直线。 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 [跟进训练] 1．(多选)图中实线是一簇未标明方向的电场线，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹，a、b是轨迹上的两点。若带电粒子在运动过程中只受静电力的作用，根据此图可作出正确判断的是(　　) A．带电粒子所带电荷的符号 B．电场强度的方向 C．带电粒子在a、b两点的受力方向 D．带电粒子在a、b两点的加速度何处较大 √ √ 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 CD　[由粒子的轨迹可知，粒子所受静电力指向曲线凹侧，在a、b两点的静电力都沿着电场线指向左侧，粒子的电性和电场强度的方向都未知，无法判断，A、B错，C对；电场线的疏密表示电场的强弱，a点电场强度大，电场力大，加速度大，D对。] 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 探究3　静电力与力学规律的综合应用 处理静电场中力与运动的问题时，根据牛顿运动定律，再结合运动学公式、运动的合成与分解等运动学知识即可解决问题，与力学问题分析方法完全相同，在进行受力分析时不要漏掉静电力。 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 【典例5】　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取10 m/s2)求： 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 (1)原来的电场强度大小； [解析]　对小物块受力分析如图所示，小物块静止于斜面上，则mg sin 37°＝qE cos 37°，E＝。 [答案]　　 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 (2)小物块运动的加速度； [解析]　当电场强度变为原来的时，小物块受到的合外力F合＝mg sin 37°－qE cos 37°＝0.3mg 由牛顿第二定律有F合＝ma 所以a＝3 m/s2，方向沿斜面向下。 [答案]　3 m/s2，方向沿斜面向下 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 (3)小物块2 s末的速度大小和2 s内的位移大小。 [解析]　由运动学公式，知v＝at＝3×2 m/s＝6 m/s x＝×3×22 m＝6 m。 [答案]　6 m/s　6 m 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 规律方法　解决带电体在电场中综合问题的基本思路 (1)先对处于平衡状态的带电体进行受力分析，画出受力分析图，然后选用合成法或分解法列方程。 (2)在非平衡问题中，分析和解题程序与平衡问题相似，要依据牛顿第二定律列方程，有时要结合运动学公式列方程组。 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 [跟进训练] 2．电荷量为q＝1×10-4 C的带正电小物块置于绝缘水平面上，所在空间存在沿水平方向且方向始终不变的电场，电场强度E的大小与时间t的关系和物块速度v与时间t的关系如图所示。若重力加速度g取10 m/s2，求： 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 (1)物块的质量m； [解析]　由题图可知，前2 s物块做匀加速直线运动，由牛顿第二定律有qE1－μmg＝ma 2 s后物体做匀速直线运动，由力的平衡条件有qE2＝μmg 联立解得q(E1－E2)＝ma 由题图可得E1＝3×104 N/C，E2＝2×104 N/C，a＝1 m/s2 代入数据可得m＝1 kg。 [答案]　1 kg 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 (2)物块与水平面之间的动摩擦因数μ。 [解析]　μ＝＝0.2。 [答案]　0.2 素养提升课(一)　静电力的性质 素养提升练 关键能力·情境探究达成 章末综合测评 $$