第1章 静电场的描述 章末小结与质量评价（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理必修第三册（粤教版2019）

章末小结与质量评价 第 一 章 1 一、知识体系建构——理清物理观念 2 二、综合考法融会——强化科学思维 3 三、价值好题精练——培树科学态度和责任 CONTENTS 目录 一、知识体系建构——理清物理观念 二、综合考法融会——强化科学思维 [例1]　电荷量为+Q的点电荷和接地金属板MN附近的电场线分布如图所示,点电荷与金属板相距为2d,图中P点到金属板和点电荷间的距离均为d。已知P点的电场强度为E0,则金属板上感应电荷在P点处产生的电场强度E的大小为 (　 ) A.E=0 B.E=E0- C.E= D.E= 考法一　电场强度的计算 √ [解析]　+Q在P点产生的场强大小E1=k,方向水平向右;根据电场的叠加原理可得:E0=E1+E,解得金属板上感应电荷在P点处产生的电场强度E的大小为E=E0-k,故选B。 电场强度的五种计算方法 融会贯通 叠加法 多个电荷在空间某处产生的电场强度为各电荷在该处所产生的电场强度的矢量和 平衡法 带电体受力平衡时可根据平衡条件求解 等效法 在保证效果相同的前提下,将复杂的电场情景变换为简单的或熟悉的电场情景 对称法 空间上对称分布的电荷形成的电场具有对称性 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等 1.如图所示,正方形ABCD四边的中点分别为a、b、c、d,在a、d位置分别放置电荷量为-q和+q的点电荷,为使O点处的电场强度为零,则可以 (　 ) A.在A处放置一个电荷量为-2q的点电荷 B.在B处放置一个电荷量为+2q的点电荷 C.在C处放置一个电荷量为-2q的点电荷 D.在D处放置一个电荷量为+2q的点电荷 对点训练 √ 解析:由图可知,O点位于等量异种点电荷连线的 垂直平分线上,结合等量异种点电荷电场线的分布特 点可知,O点的电场强度的方向从O点指向B点,根据 矢量合成的特点可知,在A点或C点再放一个点电荷, 它们在O点产生的电场强度的方向与原有的电场强度的方向不在同一条直线上,则合场强不可能为零,故A、C错误;在D处放置一个电荷量为+2q的点电荷,该电荷在O点产生的电场强度的方向从O点指向B点,方向与a、d两处点电荷在O点产生的合场强相同,所以它们的合场强也不等于零,故D错误; 设A、d之间的距离为L,则OB=L,a、d两处的点电荷在O点产生的电场强度的大小Ea=Ed=,由几何关系可知,Ea与Ed相互垂直,则它们的合场强大小为E=Ea=,在B处放置一个电荷量为+2q的点电荷, 该电荷在O点产生的电场强度的方向是从O点指向D点,其大小为EB==,可知a、d两处点电荷在O点产生的电场强度的矢量和与B处点电荷在O点产生的电场强度大小相等,方向相反,则O点合场强为零,故B正确。 [例2]　如图所示,一绝缘细线竖直悬挂一小球A,在水平地面上固定一根劲度系数为k'的绝缘轻质弹簧,弹簧上端与小球C相连,在小球A和C之间悬停一小球B,当系统处于静止时,小球B处在A、C两小球的中间位置。已知三小球质量均为m,电荷量均为q,电性未知。则下列判断正确的是 (　 ) A.相邻两小球之间的间距为q B.弹簧的形变量为 C.细线对小球A的拉力大小为 D.小球C受到的库仑力大小为 考法二　电场中的平衡问题 √ [解析]　如图甲所示,以小球B为研究对象,小球A和小球C分别对小球B的库仑力大小相等,且小球A和小球C对小球B的合力与小球B的重力等大反向,所以小球A和小球B带异种电荷,小球B和小球C带同种电荷,即小球A和小球C对小球B的库仑力大小均为FA=FC=,由库仑定律可得=mg,解得小球A和小球B之间距离为r=q ,故A错误;如图乙所示,以小球A为研究对象,受到小球B向下的库仑力为FB=,受到小球C向下的库仑力是受到小球B的,即为FC'=,所以小球A受到的拉力为FT=mg+FB+FC'=,故C错误; 如图丙所示,以小球C为研究对象,小球C受到小球B向下的库仑力为FB'=,受到A向上的库仑力为FA'=,则小球C对弹簧的压力为F压=FB'-FA'+mg=,小球C受到向上的弹力为F弹=F压=,由胡克定律得F弹=k'x,解得弹簧的形变量为x=,故B正确,D错误。 1.同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。库仑力实质上是电场力,与重力、弹力一样,它也是一种基本力。在解题中要注意力学规律的应用及受力分析。 2.带电体在电场中的平衡问题,实际上属于力学平衡问题,仅多了一个电场力而已。求解这类问题时,需应用有关力学的平衡知识,在正确的受力分析基础上,应用共点力作用下物体的平衡条件,灵活选用合适的方法(如合成法、分解法、矢量图解法、相似三角形法、整体法与隔离法等)求解。 融会贯通 2.(2024·新课标卷)如图,两根不可伸长的等长绝缘细绳的上端均系在天花板的O点上,下端分别系有均带正电荷的小球P、Q;小球处在某一方向水平向右的匀强电场中,平衡时两细绳与竖直方向的夹角大小相等。则 (　 ) A.两绳中的张力大小一定相等 B.P的质量一定大于Q的质量 C.P的电荷量一定小于Q的电荷量 D.P的电荷量一定大于Q的电荷量 对点训练 √ 解析:设匀强电场场强为E,Q和P两球之间库仑力为F,绳子的拉力分别为T1、T2,两球质量分别为m1、m2,电荷量分别为q1、q2,T1、T2与竖直方向的夹角均为θ,对于小球Q有q1E+T1sin θ=F,T1cos θ=m1g,对于小球P有q2E+F=T2sin θ,T2cos θ=m2g,整理有q1E=F-T1sin θ>0,q2E=T2sin θ-F>0,可得T2>T1,又因为=,可知m2>m1,即P的质量一定大于Q的质量,两小球的电荷量大小关系无法判断,故选B。 [例3]　如图甲,在一块很大的接地金属平板的上方固定一负电荷。由于静电感应,在金属平板上表面产生感应电荷,金属板上方电场的等势面如图乙中虚线所示,相邻等势面间的电势差都相等。若将一正试探电荷先后放于M和N处,该试探电荷受到的电场力大小分别为FM和FN,相应的电势能分别为EpM和EpN,则 (　 ) 考法三　电场线与等势面的应用 A.FM<FN,EpM>EpN B.FM>FN,EpM>EpN C.FM<FN,EpM<EpN D.FM>FN,EpM<EpN [解析]　等势面的疏密反映电场强度的大小,故N点的电场强度大于M点的电场强度,同一正的试探电荷在N点受到的电场力大,即FM<FN;在负的点电荷形成的电场中,离负点电荷越近,电势越低,正的试探电荷的电势能越小,故φM>φN,EpM>EpN,A正确。 √ 1.电场线与电场强度的关系:电场线越密的地方表示电场强度越大,电场线上某点的切线方向表示该点的电场强度方向。 2.电场线与等势面的关系:电场线与等势面垂直,并从电势较高的等势面指向电势较低的等势面。 3.电场强度大小与电势无直接关系:零电势点可人为选取,电场强度的大小由电场本身决定,故电场强度大的地方,电势不一定高。 4.电势能与电势的关系:正电荷在电势高的地方电势能大;负电荷在电势低的地方电势能大。 融会贯通 /特别提醒/ (1)电场线越密——电场强度越大。 (2)沿电场线方向——电势越来越低。 (3)电场强度大的地方——电势不一定高。 3.“场离子显微镜”的金属钨针尖处于球形真空玻璃 泡的球心O,玻璃泡内壁有一层均匀导电膜。在钨针和 导电膜间加上高电压后,玻璃泡上半部分的电场可视为 位于O点处点电荷形成的电场,如图所示。a、b、c、d、 O为同一平面上的5个点,abc是一段以O为圆心的圆弧,d为Ob的中点。a、d两点场强大小分别为Ea、Ed,O、a、c、d四点电势分别为φO、φa、φc、φd,则φa　　　　φd;φa　　　φc,(φO-φa)　　　　2(φO-φd)。(填“大于”“等于”或“小于”)  对点训练 小于 等于 　小于 解析:由于沿着电场线方向电势逐渐降低,可知φa<φd;由题知,在钨针和导电膜间加上高电压后,玻璃泡上半部分的电场可视为位于O点处点电荷形成的电场,则根据点电荷形成的电场的电势分布可知φa=φc,且越靠近O场强越强,则Od部分的场强均大于db部分的场强,则根据U=Ed,结合微元法可定性判别出φO-φb<2(φO-φd),而φa=φb,则φO-φa<2(φO-φd)。 [例4]　如图所示,在平面直角坐标系中,有方向平行于坐标平面的匀强电场,其中坐标原点O处的电势为0,点A处的电势为6 V,点B处的电势为3 V,则电场强度的大小为 (　 ) A.200 V/m B.200 V/m C.100 V/m D.100 V/m 考法四　等分法计算匀强电场问题 √ [解析]　x轴上OA的中点C的电势为3 V,则BC的连线为等势线,如图所示,电场的方向与等势线垂直,且由电势高处指向电势低处。根据几何关系,O点到BC的距离为 d=1.5 cm,所以E== V/m=200 V/m,故选项A正确。 1.在匀强电场中,沿任意一个方向上,电势降落都是均匀的,故在同一直线上相同距离的两点间的电势差相等。如果把某两点间的距离等分为n段,则每段两端点间的电势差等于原电势差的。 融会贯通 2.已知电场中几点的电势,如果要求某点的电势,一般采用“等分法”在电场中找与待求点电势相同的等势点。等分法也常用在画电场线的问题中。 3.在匀强电场中,相互平行的相等的线段两端点电势差相等,应用这一点可求解电势。 4.(多选)如图所示,A、B、C是匀强电场中平行于电场线的某一平面上的三个点,各点的电势分别为φA=5 V,φB=2 V,φC=3 V,H、F三等分AB,G为AC的中点,在下列各示意图中,能正确表示该电场电场线的是 (　 ) 对点训练 √ √ 解析:AC连线不是等势线,其垂线就不是电场线,故A错误;A、C中点G的电势φG== V=4 V,将A、B两点连线的线段三等分,在图B中,H点的电势为4 V,因此H点与G点的连线为等势线,根据电场线与等势线垂直,且指向低电势处,可知与GH线垂直的直线即为电场线,故B正确;在图C中,F点的电势为3 V,因此F点与C点的连线为等势线,根据电场线与等势线垂直,且指向低电势处,可知与CF线垂直的直线即为电场线,故C正确;BC连线不是等势线,其垂线就不是电场线,故D错误。 三、价值好题精练——培树科学 态度和责任 1.空气中的负离子对人的健康极为有益,人工产生负离子的最常见方法是电晕放电法。如图所示,在一排针状负极和环形正极之间加上直流高压电,电压达5 000 V左右,使空气发生电离,从而产生负氧离子(负氧离子为-1价离子),使空气清新化。针状负极与环形正极间距为5 mm,且视为匀强电场,电场强度为E,电场对负氧离子的作用力大小为F,则 (　 ) A.E=103 N/C,F=1.6×10-16 N B.E=106 N/C,F=1.6×10-16 N C.E=103 N/C,F=1.6×10-13 N D.E=106 N/C,F=1.6×10-13 N √ 解析:针状负极与环形正极间的电场为匀强电场,所以E== V/m=106 V/m;负氧离子受力F=qE=1.6×10-19×106 N=1.6×10-13 N,故D正确。 2.医用口罩的熔喷布经过驻极处理可增加静电吸附作用,其中一类吸附过程可作如图简化:经过驻极处理后某根绝缘纤维带有正电荷,其附近a点处的初速度平行于该段直纤维且带负电的颗粒被吸附到纤维上b点,忽略其他电场影响,则 (　 ) A.颗粒做匀变速曲线运动 B.颗粒受到的电场力恒定 C.颗粒的电势能逐渐减小 D.a点的电势比b点的高 √ 解析:带电的绝缘纤维产生的电场为非匀强电场,故颗粒受到的电场力为变力,做非匀变速曲线运动,故A、B错误;由于颗粒带负电,绝缘纤维带正电,因此电场力对颗粒做正功,电势能减小,故C正确;由于绝缘纤维带正电,故b点电势高于a点,故D错误。 3.在维护和检修高压供电线路时,为了不影响城市用电,电工经常要在高压线上带电作业。为了保障电工的安全,电工全身要穿上含金属丝线编织的衣服(如图甲所示)。图乙中电工站在高压直流输电线的A供电线上作业,其头顶上方有B供电线,B供电线的电势高于A供电线的电势。虚线表示电工周围某一截面上的等差等势面,c、d、e、f是不同等势面上的四个点,以下说法正确的是 (　 ) A.在c、d、e、f四点中,c点的场强最大 B.在c、d、e、f四点中,f点的电势最高 C.若将某电子由c移到f,其电势能将增大 D.将某电子在d点由静止释放,它会向e点所在等势面运动 √ 解析:根据等差等势面的疏密,可知在c、d、e、f四点中,f点的场强最大,故A错误;沿着电场线方向电势降低,因B供电线的电势高于A供电线的电势,则在c、d、e、f四点中,c点的电势最高,故B错误;若将某电子由c移到f,即从高电势处移到低电势处,电子带负电荷,其电势能将增大,故C正确;将某电子在d点由静止释放,在电场力作用下,它会向c点所在等势面运动,故D错误。 4.(多选)当今医学上对某些肿瘤采用质子疗法进行治疗,该疗法用一定能量的质子束照射肿瘤杀死癌细胞。现用一直线加速器来加速质子,使其从静止开始被加速到1.0×107 m/s。已知加速电场的电场强度为1.3×105 N/C,质子的质量为1.67×10-27 kg,电荷量为1.6×10-19 C,则下列说法正确的是 (　 ) A.加速过程中质子动能增加 B.质子所受到的静电力约为2×10-15 N C.质子加速需要的时间约为8×10-6 s D.加速器加速的直线长度约为4 m √ √ 解析:加速过程中,静电力对质子做正功,质子动能增加,A正确;质子受到的静电力F=Eq=1.3×105×1.6×10-19 N=2.08×10-14 N,B错误;质子的加速度a== m/s2≈1.25×1013 m/s2,根据v=v0+at,加速时间t=8×10-7 s,C错误;根据v2-=2ax,加速的直线长度x=4 m,D正确。 5.有趣的“雅各布天梯”实验装置如图甲所示,金属放电杆穿过绝缘板后与高压电源相接。通电后,高电压在金属杆间将空气击穿,形成弧光。弧光沿着“天梯”向上“爬”,直到上移的弧光消失,天梯底部将再次产生弧光放电,如此周而复始。图乙所示是金属放电杆,其中b、b'是间距最小处。在弧光周而复始过程中,下列说法正确的是 (　 ) A.每次弧光上“爬”的起点位置是a、a'处 B.每次弧光上“爬”的起点位置是b、b'处 C.弧光消失瞬间,两杆间b、b'处电压最大 D.弧光消失瞬间,两杆间c、c'处电场强度最大 √ 解析:两根金属放电杆与高压电源相接,在两放电杆最近处电场强度最大,空气首先被击穿,每次弧光上“爬”的起点位置是b、b'处,在c、c'处距离最远,电场强度最小,则最终弧光在c、c'处消失。故B正确。 章末综合检测（一） (单击进入电子文档) $$