第一章 静电场的描述 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（粤教版）

本高中物理单元复习讲义通过表格系统梳理静电场知识体系，整合物理观念中电荷、定律、电场力与能的性质等核心内容，以框架形式呈现点电荷模型、库仑定律、电场强度、电势能等重难点，清晰展现知识内在逻辑与联系。 该讲义亮点在于例题设计紧扣科学思维培养，如通过等势面轨迹分析（例1）、等量电荷场强电势判断（例2）等题型，强化模型建构与科学推理能力。例题覆盖选择、计算，难度递进，助力不同层次学生提升，为教师实施精准复习教学提供有力支持。

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(或质子)所带电荷量的绝对值 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：电荷既不能被创造，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·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2　(多选)(2023·广州市高二开学考试)如图，长方体左右两个正方形平面的中心固定两个等量同种正电荷A和B，AB连线中点为O。长方体的四条边的中点有a、b、c、d四个点。下列说法正确的是(　　) A．a、b、c、d电势均相同 B．a、b、c、d场强均相同 C．电子从a沿aO方向移动到c，电势能先减少后增加 D．abcd组成的平面是等势面 答案　AC 解析　如图所示为两个等量同种正电荷周围电场分布，对比题图可知，由于对称性，a、b、c、d电势均相同，场强大小相等、方向不同，A正确，B错误； aOc连线上，O点电势最高，故从a到c过程，电势先升高、后降低，由Ep＝－eφ可知，电子从a沿aO方向移动到c，电势能先减少后增加，C正确； 等势面始终垂直于电场线，由题图可知，abcd组成的平面不是等势面，D错误。 例3　(多选)(2024·湛江市高二期末)我国的特高压直流输电是中国在高端制造领域领先世界的一张“名片”，特别适合远距离输电，若直流高压线掉到地上时，它就会向大地输入电流，并且以高压线与大地接触的那个位置为圆心，形成一簇如图所示的等差等势线同心圆，A、B、C、D是等势线上的四点，当人走在地面上时，如果形成跨步电压就会导致两脚间有电势差而发生触电事故，如图所示，则(　　) A．电势的大小为φA>φB＝φD>φC B．电场强度的大小为EA>EB＝ED>EC C．AB间距离等于BC间距离的2倍 D．人从B沿着圆弧走到D会发生触电 答案　AB 解析　根据题意，圆心处的电势最高，向外越来越低，电势的大小为φA>φB＝φD>φC，故A正确； 电场强度可以通过等差等势线的疏密来判断，由题图可知电场强度的大小为EA>EB＝ED>EC，故B正确； AB间的平均场强大于BC间的平均场强，由题图可知AB的电势差等于BC电势差的二倍，根据E＝，可以定性判断出AB间距离小于BC间距离的2倍，故C错误； B和D在同一条等势线上，人从B沿着圆弧走到D，两脚间不会形成电势差，不会发生触电，故D错误。 例4　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＝UFC＝UAC＝2 V，则C、D两点的电势差UCD＝－UDC＝－2 V，故选C。 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变化的关系图像如图乙所示，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　如图所示，在一光滑绝缘、半径为R的竖直半圆弧槽ABC的圆心O处固定一电量为＋Q的带电小球，现将一质量为m、电量为＋q的光滑小球从A点由静止释放，求小球到达最低点B时对槽的压力大小。 答案　3mg＋k 解析　设小球到达B点时的速度大小为v，槽对小球的支持力为FN，小球从A到B的过程，静电力不做功，由动能定理得mgR＝mv2 在B点，合力提供向心力，有 FN－mg－k＝m 联立两式得FN＝3mg＋k 由牛顿第三定律得小球到达最低点B时对槽的压力大小为3mg＋k。 学科网（北京）股份有限公司 $