第21讲　电场的力的性质 课件 -2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦“电场的力的性质”专题，覆盖电荷守恒与库仑定律、电场叠加、电场线理解及静电现象四大核心考点，依据高考评价体系分析库仑定律应用、电场强度叠加等高频考点权重，归纳点电荷模型、平衡问题等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题引领+方法归纳+素养提升”，如2025湖南卷库仑力平衡题运用科学推理分析受力，点电荷电场叠加题通过模型建构和对称性简化计算，培养科学思维与相互作用观念。特设易错点警示和母题变式训练，助力学生掌握答题技巧，教师可据此高效指导复习。

第21讲　电场的力的性质 考点一　电荷守恒与库仑定律 必备知识•全方位凝练 1.内容:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成正比,与它们间距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上。 2.表达式:F=k,式中k=9.0×109 N·m2/C2,叫作静电力常量。 3.适用条件:真空中静止的点电荷。 关键能力•多维度提升 考向1　库仑定律的理解 典例1　真空中两个完全相同、带等量同种电荷的金属小球A和B(可视为点电荷),分别固定在两处,它们之间的静电力为F。用一个不带电的同样金属球C先后与A、B球接触,然后移开球C,此时A、B球间的静电力为(　　) A. B. C. D. C 解析 设A、B两金属小球开始所带电荷量为Q,距离为r,F=k,用一个不带电的金属球C先后与A、B接触,与A接触完后,A、C所带电荷量均为,再与B接触后,B、C所带电荷量均为Q,F'=kF,因此选C。 议题说法 (1)若使两个完全相同的金属球所带电荷量分别为q1、q2,接触后再分开,两球所带电荷量分别为q1'、q2',则有q1'=q2'=(q1、q2应带+、-号)。 (2)此规律只适用于两个相同的金属球(材料、大小都相同)。 考向2　库仑定律与平衡问题 典例2　(2025湖南卷)如图所示,两带电小球的质量均为m,小球A用一端固定在墙上的绝缘轻绳连接,小球B用固定的绝缘轻杆连接。小球A静止时,轻绳与竖直方向的夹角为60°,两球连线与轻绳的夹角为30°,整个系统在同一竖直平面内,重力加速度大小为g。下列说法正确的是(　　) A.小球A静止时,轻绳上拉力为2mg B.小球A止时,小球A与小球B间的库仑力为2mg C.若将轻绳剪断,则剪断瞬间小球A加速度大小为g D.若将轻绳剪断,则剪断瞬间轻杆对小球B的作用力变小 C 解析 小球A静止时,对小球A受力分析,如图所示,由平行四边形定则及几何关系可知,轻绳上拉力为FT=mg,小球A与小球B间的库仑力F库=2mgcos 30° =mg,故A、B错误;若将轻绳剪断,则剪断瞬间小球A受到轻绳的拉力消失,其他两力保持不变,根据力的平衡可知,此时小球A所受的合力大小为mg,则加速度大小为g,故C正确;若将轻绳剪断,则剪断瞬间小球B受到的库仑力、重力不变,小球B仍然处在静止状态,则轻杆对小球B的作用力不变,故D错误。 考点二　电场的叠加 必备知识•全方位凝练 1.电场:电荷之间的相互作用是通过电场产生的。 2.电场强度 (1)公式:①E=(E与F、q无关);②真空中点电荷的电场强度E=k;③匀强电场的电场强度E=。 (2)单位:牛每库(N/C)或伏每米(V/m)。 (3)方向:规定某点的电场强度方向与正电荷在该点所受的静电力的方向相同。 [练一练] 判断下列说法对错 (1)由E=知,在以Q为球心、r为半径的球面上,各处电场强度相同。(　　) (2)若空间中只有两个点电荷,则该空间某点的电场强度等于这两个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。(　　) × √ 关键能力•多维度提升 考向1　点电荷平面模型 典例1　如图所示,O为半径为R的正六边形外接圆的圆心,在正六边形的一个顶点放置一电荷量为+q的点电荷,其余顶点分别放置电荷量均为-q的点电荷。则O点的电场强度大小为(　　) A. B. C. D.0 B 解析 根据对称性可得,B点和E点的点电荷在O点的合电场强度等于零,C点和F点的点电荷在O点的合电场强度等于零,根据电场的叠加原理可得A点和D点的点电荷在O点的合电场强度为E=EA+ED=k×2=,则O点的电场强度大小为,故选B。 方法总结 点电荷的电场强度公式E=k。如果某空间有多个点电荷同时存在,则某点的电场强度应为多个点电荷在该处产生的电场强度的矢量和,叠加时应遵从平行四边形定则。一般应用合成法计算点电荷电场叠加。 考向2　点电荷　三维空间模型 典例2　(2025浙江杭州期末)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,一半径为R的球壳表面均匀带有正电荷,电荷量为2q,O为球心,直线ab是过球壳中心的一条水平线,球壳表面与直线ab交于C、D两点,直线ab上有两点P、Q,且PC=DQ=R。现垂直于CD将球面均分为左右两部分,并把右半部分移去,左半球面所带电荷仍均匀分布,此时P点电场强度大小为E,则Q点的电场强度大小为(　　) A. B. C.+E D.-E D 解析 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,则在P、Q两点所产生的电场强度为E0=k,左半球面所带电荷在P点的电场强度大小为E,由对称性可知去掉的右半球面所带电荷在Q点的电场强度大小为E,则EQ=E0-E=-E,故选D。 考向3　非点电荷模型 典例3　如图所示,均匀带正电的半圆环放置在绝缘水平桌面上,半圆环上AB、BC、CD的弧长相等。已知BC在圆心O点的电场强度大小为E、方向水平向右,则O点的合电场强度大小为(　　) A.E B.2E C.E D.(1+)E B 解析 由对称性可知,AB、BC、CD每段在O点产生的电场强度大小均为E,且AB、CD在O点产生的电场强度方向与AD夹角为30°,则O点的合电场强度大小为E合=2Ecos 60°+E=2E,故选B。 议题说法 微元法:将均匀带电体分成许多元电荷,每个元电荷看成点电荷,先根据库仑定律求出每个元电荷的电场强度,再结合对称性和电场强度叠加原理求出合电场强度。 考点三　电场线的理解和应用 必备知识•全方位凝练 五种典型电场的电场线 关键能力•多维度提升 考向1　电场线的理解 典例1　MN为足够大的不带电的金属板,在其右侧距离为d的位置放一个电荷量为+q的点电荷O,金属板右侧空间的电场分布如图甲所示,P是金属板表面上与点电荷O距离为r的一点。几位同学想求出P点的电场强度大小,但发现问题很难,经过研究,他们发现图甲所示的电场分布与图乙中虚线右侧的电场分布 是一样的。图乙中是两等量异种点电荷的电场线分布,其电荷量的大小均为q,它们之间的距离为2d,虚线是两点电荷连线的中垂线。由此他们分别对图甲P点的电场强度方向和大小作出以下判断,其中正确的是(　　) A.方向沿P点和点电荷的连线向左,大小为 B.方向沿P点和点电荷的连线向左,大小为 C.方向垂直于金属板向左,大小为 D.方向垂直于金属板向左,大小为 答案 C　 解析 据题意,从题图乙可以看出,P点电场方向为水平向左;由题图乙可知,正、负电荷在P点电场叠加,其大小为E=2kcos θ=2k=2k,故选项C正确。 考向2　电场线和带电粒子轨迹问题 典例2　某电场的电场线分布如图中实线所示,虚线为某带电粒子只在静电力作用下的运动轨迹。a、b、c是轨迹上的三个点,则(　　) A.粒子带负电 B.粒子一定是从a点运动到b点 C.粒子在c点的加速度大于在b点的加速度 D.粒子在c点的动能大于在a点的动能 C 解析 带电粒子只受静电力作用,根据曲线运动特点可知,静电力方向指向轨迹的凹侧,可知粒子受到的静电力与电场强度方向相同,则粒子带正电,故A错误;粒子不一定是从a点运动到b点,也可能是从b点运动到a点,故B错误;根据电场线的疏密程度可知,c点的电场强度大于b点的电场强度,则粒子在c点受到的静电力大于在b点受到的静电力,粒子在c点的加速度大于在b点的加速度,故C正确;根据电势沿电场线方向降低,可知c点的电势高于a点的电势,由于粒子带正电,所以粒子在c点的电势能大于在a点的电势能,由于粒子只受静电力作用,电势能和动能之和保持不变,则粒子在c点的动能小于在a点的动能,故D错误。 考向3　带电体在电场中的平衡 典例3　如图所示,水平粗糙绝缘杆从物体A中心的孔穿过,A的质量为m0,用绝缘细线将另一质量为m的小球B与A连接,整个装置所在空间存在水平向右的匀强电场E,A不带电,B带正电且电荷量大小为q,A、B均处于静止状态,细线与竖直方向成θ角,则(　　) A.细线中拉力大小为mgcos θ B.细线中拉力大小为 C.杆对A的摩擦力大小为qE D.杆对A的支持力大小为m0g C 解析 对小球B进行受力分析,受力示意图如图甲所示,由于B小球处于静止状态,根据平衡条件可得FT=,故A、B错误;对物体A和小球B整体进行受力分析,受力示意图如图乙所示,由于整体处于静止状态,根据平衡条件可得Ff=qE,FN=m0g+mg,故C正确,D错误。 考点四　静电的防止和利用 必备知识•全方位凝练 1.静电平衡 不带电的导体放在电场中,由于静电感应,在导体两侧出现等量异号电荷,当导体内部各点的合电场强度为0时,导体内的自由电子不再发生定向移动,导体达到了静电平衡。处于静电平衡的导体,内部电场强度处处为0;表面上任何一点的电场强度方向跟该点的表面垂直;静电平衡时,导体内部没有净剩电荷,电荷只分布在导体的外表面。 2.静电屏蔽 处于电场中的封闭导体壳,由于壳内电场强度保持为0,外电场对壳内的仪器不会产生影响。 3.尖端放电 (1)空气的电离:强电场的作用下,使空气分子正负电荷分离的现象。 (2)尖端放电:导体的尖端的电荷密度很大,电场很强,容易使周围的空气电离并产生放电现象。 (3)尖端放电的应用和防止 应用:避雷针、电子打火器等。 防止:高压设备中导体的表面要尽量光滑。 4.静电吸附 (1)静电除尘:使空气中的尘埃带电,在静电力作用下,尘埃到达电极而被收集起来。 (2)静电喷漆:接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电,在静电力作用下,微粒向着作为正极的工件运动,并沉积在工件的表面,完成喷漆。 (3)静电复印:复印机也应用了静电吸附。 [练一练] 判断下列说法对错 (1)静电平衡时,导体内部表现为电中性,电荷都分布在外表面,导体内部没有净剩电荷。(　　) (2)油罐车尾部拖有落地金属链条,金属链条不能防止静电现象带来的危险。 (　　) √ × 关键能力•多维度提升 典例　(2025广西卷)用带电玻璃棒接触验电器的金属球,移走玻璃棒,验电器内的两片金属箔张开,稳定后如图。图中a、b、c、d四点电场强度最强的是(　　) A.a点 B.b点 C.c点 D.d点 D 解析 带电玻璃棒与金属球接触后,金属球与金属箔带上了同种电荷,净电荷分布在带电导体表面,并在尖锐的地方聚集,内部电场强度为0,因此b、c两点电场强度为0,d点附近电荷量比a点附近多,因此d点电场强度最强,故D正确。 [真题信息拓展] (多选)(2025山东卷)球心为O,半径为R的半球形光滑绝缘碗固定于水平地面上,所带电荷量分别为+2q和+q的小球甲、乙刚好静止于碗内壁A、B两点,过O、A、B的截面如图所示,C、D均为圆弧上的点,OC沿竖直方向, ∠AOC=45°,OD⊥AB,A、B两点间距离为R,E、F为AB连线的三等分点。下列说法正确的是(　　) A.甲的质量小于乙的质量 B.C点电势高于D点电势 C.E、F两点电场强度大小相等,方向相同 D.沿直线从O点到D点,电势先升高后降低 BD 解析 对小球甲、乙受力分析,如图所示,设AB与OC相交于点G,由相似三角形可得,则,又lBG>lAG,所以甲的质量大于乙的质量,故A错误; E点处电场强度E1=,方向由A指向B,F点处电场强度E2=,方向由B指向A,故C错误;正试探电荷从C点运动到D点,静电力做正功,电势能减小,电势减小,即C点电势大于D点电势,正试探电荷从O点运动到D点,在OH段静电力的分力由H指向O,静电力做负功,电势能增大,电势升高,HD段静电力的分力由H指向D,静电力做正功,电势能减小,电势降低,即从O到D电势先升高后降低,故B、D正确。 $