第一章 静电场 章末素养提升(Word教参)-【步步高】2024-2025学年高一物理必修第三册学习笔记（教科版）

该高中物理讲义以章末素养提升为目标，通过表格系统梳理静电场知识体系，涵盖物理观念（静电场力与能的性质、电容器、带电粒子偏转）、科学思维等核心内容，清晰呈现公式定义、规律应用及内在逻辑，突出重难点分布。 复习资料亮点在于例题设计兼具针对性与层次性，包含概念辨析（如电场强度定义式理解）、受力平衡（斜面上电荷系统平衡）、图像分析（v-t图像与电场力做功）等题型，结合科学思维中的模型建构与科学推理，助力不同层次学生掌握方法，教师可据此实施精准复习教学。

章末素养提升 物理观念 静电场中力的性质 1.库仑定律：真空中两个静止点电荷之间的作用力与这两个电荷所带电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的连线 2.电场强度：定义式：E＝(适用于一切电场)；决定式：E＝k(适用于点电荷) 3.电场线：电场中画出的有方向的曲线，曲线上每点的切线方向与该点的电场强度方向一致。电场线的疏密表示电场的强弱，特点是不闭合，不相交 静电场中能的性质 1.电场力做功与电势能变化之间的关系：电场力做正功，即WAB>0，电势能减少，电场力做负功，即WAB<0，电势能增加 2.电势：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比。公式：φ＝ 3.电势差：电场中两点之间电势的差值，也叫电压。电场力做功与电势差的关系WAB＝qUAB或UAB＝ 4.等势面：电场中电势相同的各点构成的面 5.匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点间沿电场方向的距离的乘积，关系式UAB＝Ed 电容器 1.定义式：C＝(比值定义法) 2.平行板电容器电容的决定式：C＝ 带电粒子在电场中的偏转运动 初速度方向：粒子做匀速直线运动，通过电场的时间t＝ 离开电场时垂直于板方向的分速度vy＝at＝ 速度方向与初速度方向夹角的正切值tan θ＝＝ 离开电场时沿电场力方向的偏移量y＝at2＝ 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 4.能用与电场力、电场强度、电势能、电势差相关的知识解释常见的静电现象 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.通过探究电场力做功来认识与此相关的电势能 4.能针对电容器充、放电过程中的电压、电流等物理量的变化提出相关的问题或猜想。会根据实验数据画出I－t图像，推断电荷量的变化情况 科学态度与责任 1.通过静电现象的观察和研究初步认识静电现象的本质。通过实验的操作，形成严谨细致、实事求是的科学态度 2.通过库仑扭秤实验的巧妙设计，体会科学思想和方法 3.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 4.通过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 5.通过静电的利用与防护、电容器等知识的学习，体会科学、技术、社会、环境之间的密切联系，逐渐形成探索自然的内在动力 例1　(2023·内蒙古北师大乌兰察布集宁附中高二月考)下列是某同学对电场中的概念、公式的理解，其中正确的是(　　) A．根据电场强度的定义式E＝，电场中某点的电场强度与试探电荷的电荷量成反比 B．根据电容的定义式C＝，电容器的电容与所带电荷量成正比，与两极板间的电压成反比 C．根据真空中点电荷电场强度公式E＝，电场中某点电场强度与场源电荷的电荷量成正比 D．根据公式UAB＝，带电荷量为1 C的正电荷，从A点移动到B点克服电场力做功为1 J，则A、B两点的电势差为1 V 答案　C 解析　电场强度取决于电场本身，与有无试探电荷无关，电场强度的定义式，只是为了研究电场的性质方便而定义的，A错误；电容器的电容是描述电容器储存电荷能力的物理量，电容大小取决于电容器的本身，不能理解成电容器的电容与所带电荷量成正比，与两极板间的电压成反比，B错误；真空中点电荷形成的电场中某点的电场强度是由场源电荷决定的，所以由真空中点电荷电场强度公式，可知电场中某点电场强度与场源电荷的电荷量成正比，与该点到场源电荷的距离的平方成反比，C正确；带电荷量为1 C的正电荷，从A点移动到B点克服电场力做功为1 J，即电场力做功是－1 J，则有UAB＝＝ V＝－1 V，则A、B两点的电势差为－1 V，D错误。 例2　(2023·成都外国语学校高二阶段练习)如图所示，在倾角为30°的光滑绝缘斜面上固定一个挡板，在挡板上连接一根劲度系数为k0的绝缘轻质弹簧，弹簧另一端与A球连接。A、B两小球的质量均为m，A球的电荷量qA＝q>0，A、B两小球的间距为L，系统处于静止状态。已知静电力常量为k，重力加速度为g，A、B两小球均可视为点电荷，则(　　) A．弹簧伸长量为 B．B球的电荷量qB＝－ C．A球受到的库仑力大小为mg D．若增大B球的电荷量，系统再次平衡后，弹簧伸长量会增加 答案　B 解析　以A、B两球为整体，由平衡条件可得k0Δx＝(m＋m)gsin 30°，解得Δx＝，A错误；因A球带正电，A、B两球之间的库仑力为引力，故B球带负电，对B球，由平衡条件可得－k＝mgsin 30°，解得qB＝－＝－，由牛顿第三定律可知，A球受到B球库仑力大小为mg，B正确，C错误；若增大B球的电荷量，A、B两球组成的系统再次平衡后，对A、B两球整体分析可知弹簧的弹力只与两球的质量有关，两球的质量不变，弹簧伸长量不变，弹簧伸长量不会增加，D错误。 例3　一带电粒子仅在静电力作用下从A点开始以－v0做直线运动，其v－t图像如图所示。粒子在t0时刻运动到B点，3t0时刻运动到C点，下列判断正确的是(　　) A．A、B、C三点的电势关系为φB>φA>φC B．A、B、C三点的电场强度大小关系为EC>EB>EA C．粒子从A点经B点运动到C点，电势能先增加后减少 D．粒子从A点经B点运动到C点，静电力先做正功后做负功 答案　C 解析　由题图可知，带电粒子在0～t0时间内做减速运动，静电力做负功，电势能增加，在t0～3t0时间内反方向做加速运动，静电力做正功，电势能减少，故选项C正确，D错误；由于不知道带电粒子的电性，故无法判断电势的高低，选项A错误；图线的斜率表示粒子的加速度，即a＝＝，又由题图可知aB>aA>aC，则A、B、C三点的电场强度大小关系为EB>EA>EC，故选项B错误。 例4　(多选)(2021·全国甲卷)某电场的等势面如图所示，图中a、b、c、d、e为电场中的5个点，则(　　) A．一正电荷从b点运动到e点，电场力做正功 B．一电子从a点运动到d点，电场力做功为4 eV C．b点电场强度垂直于该点所在等势面，方向向右 D．a、b、c、d四个点中，b点的电场强度大小最大 答案　BD 解析　由题图可知φb＝φe，则正电荷从b点运动到e点，静电力不做功，A错误；由题图可知φa＝3 V，φd＝7 V，根据静电力做功与电势能的变化关系有Wad＝Epa－Epd＝(φa－φd)·(－e)＝4 eV，B正确；沿电场线方向电势逐渐降低，则b点处的场强方向向左，C错误；等差等势面越密的地方电场强度越大，由题图可看出a、b、c、d四个点中，b处的等势面最密集，则b点处的电场强度大小最大，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　(多选)(2023·南昌市莲塘第一中学高二期中)如图所示，半径为L的四分之一光滑绝缘圆弧槽AB竖直固定在水平地面上方，圆弧槽B端的切线与水平地面平行，整个系统处在竖直向下、电场强度为E的匀强电场中。一质量为m、电荷量为＋q的小球从A点由静止沿圆弧槽滑下，至B点后水平飞出，落在地面的C点。已知B、C两点的高度差等于圆弧槽的半径，下列说法正确的是(　　) A．小球从B点运动到C点，速度在水平方向和竖直方向的分量都未发生变化 B．小球从B点运动到C点，水平位移大小为2L C．小球从A点运动到C点，电势能减少了2EqL D．小球从B点到C点，电场力的平均功率为Eq 答案　BC 解析　小球从B点运动到C点过程，水平方向不受力的作用，速度在水平方向的分量不变，竖直方向受向下的重力和电场力，速度在竖直方向的分量变大，故A错误；小球由A到B过程，根据动能定理(qE＋mg)L＝mv2，由B到C，小球做类平抛运动，有L＝at2，a＝，x＝vt，解得x＝2L，t＝，故B正确；小球从A点运动到C点过程，电场力做功W1＝qE×2L＝2qEL，电场力做正功，则电势能的减少了2EqL，故C正确；小球从B点到C点，电场力的平均功率P＝＝，故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $