高考复习静电场.docx
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第七章 静电场一、知识目标内 容要 求说 明1.两种电荷 电荷守恒Ⅰ2.真空中的库仑定律 电荷量Ⅱ3.电场 电场强度 电场线 点电荷的场强 匀强电场电场强度的叠加Ⅱ4.电势能 电势差 电势 等势面Ⅱ5.匀强电场中电势差跟电场强度的关系Ⅱ6.静电屏蔽Ⅰ7.带电粒子在匀强电场中的运动Ⅱ8.示波管 示波器及其应用Ⅰ9.电容器的电容Ⅱ10.平行板电容器的电容 常用的电容器Ⅰ二、能力要求1.会用库仑定律计算电荷间的静电力.2.会用电场强度、电场线、电势、等势面等概念描述电场的强弱、方向以及电势的高低.3.会用电场力做功与电势能变化的关系解决电荷在电场中的能量转化问题.4.会用牛顿运动定律、功能关系等解决带电物体在电场中平衡和运动问题.5.理解电容,会用电场相关知识处理平行板电容器的问题.三、解题示例例1 在真空中有两个点电荷A和B,相距为l,分别带有Q和4Q的正电荷,现放入第三个点电荷C,欲使三个点电荷A、B、C都处于静止状态,那么点电荷C应放在什么位置?带正电还是负电?所带电量是多少?分析与解答:要使三个点电荷都处于静止状态,那么每个点电荷所受的两个库仑力一定大小相等、方向相反、作用在一条直线上.由于A、B都带正电荷,显然只有C带负电荷且放置在A、B之间才有可能满足三个点电荷受力平衡,又因为B带的电量多,所以C应该靠近A一些,如图所示.由库仑定律和共点力平衡条件,有对C:对A:解得,讨论:由上例可见,如果三个点电荷只在库仑力作用下处于平衡状态,它们一定在一条直线上,两同夹异(电性),两大夹小(电量).另外,若A和B是两个固定的点电荷,放入第三个点电荷C,使C处于平衡状态.这时只需考虑C放置的位置即可,对C的电性、电量都没有要求.例2 图中实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线,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.若带电粒子在运动中只受电场力作用,根据此图可作出正确判断的是A.带电粒子所带电荷的电性B.带电粒子在a、b两点的受力方向C.带电粒子在a、b两点的速度何处较大D.带电粒子在a、b两点的电势能何处较大分析与解答:根据带电粒子的运动轨迹,可以判断出粒子的受力方向.带电粒子动能的变化和电势能的变化可以通过电场力做功的情况来判断.如图所示,若粒子从a向b运动,电场力做负功,由动能定理可知,粒子的动能减小;由电场力做功与电势能变化的关系可知,粒子的电势能增大.可见,这种情况下粒子在a点的动能大,在b点的电势能大.若粒子从b向a运动,电场力做正功,则粒子的动能增大,粒子的电势能减小.可见,这种情况下仍然是粒子在a点的动能大,在b点的电势能大.正确的选项是B、C、D.讨论:带电粒子在电场中运动的过程中,只有电场力做功,粒子的动能与电势能相互转化,总能量守恒.例3 如图所示,M、N是在真空中竖直放置的两块平行金属板.质量为m,电量为-q的带电粒子,以初速v0由小孔进入电场,当M、N间电压为U时,粒子刚好能到达N极.不计带电粒子所受重力.如果要使这个带电粒子能到达M、N两板间距的处返回,则下述措施能满足要求的是A.使初速度减为原来的B.使M、N间电压加倍C.使M、N间电压提高到原来的4倍D.使初速度和M、N间电压减为原来的分析:带电粒子只受电场力作用,而且电场力为恒力.假设两板之间的电场强度为E,则E=.在粒子刚好到达N极的过程中,由动能定理得: (1)即两板之间的距离改变条件后,设带电粒子离开正极板的最远距离为x,选项A.若使初速度减为原来的,则最远距离选项B.使M、N间电压加倍,则电场强度变为2E,最远距离选项C.使M、N间电压提高到原来的4倍,则电场强度变为4E,最远距离选项D.使初速度和M、N间电压减为原来的,则电场强度变为,最远距离解:正确答案为选项B、D讨论:本题也可以使用牛顿运动定律来解决.假设带电粒子在电场中减速运动的加速度大小为a,.带电粒子以初速度v0进入电场,能前进的最大距离为x,则题意中x=d.其余求解过程同上.例4 氢核(H)和氦核(He)垂直射入同一平行板电容器两板间的匀强电场,且都能从穿过电场不计它们受到的重力.分别在下列情况下,求它们离开电场时的侧移量之比:(1)初速度相同;(2)初动能相同;(3)初动量相同;(4)先经过同一加速电场加速后射入平行板电容器两板间的匀强电场.分析:氢核(H)和氦核(He)垂直射入同一平行板电容器两板间的匀强电场后,做平抛运动,把该运动分解为垂直电场方向的匀速直线运动和沿电场方向的匀加速直线运动.解:假设经过时间t,带电粒子(质量为m,电量为q)穿过电场,则垂直电场方向,带电粒子做匀速直线运动L=v0t (1)其中L为极板长,v0为带电粒子垂直于电场方向的初速度.沿电场方向,带电粒子做初速度为零的匀加速直线运动: (2)其中,y为带电粒子穿
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