2012《优化课堂》课件：物理粤教版选修3-1 第一章 章末整合

(共29张PPT)
负电荷
正电荷
创造
消灭
总量不变
正比
反比
真空中的静止的点电荷
电场力
电荷量
正电荷
密
大
疏
小
电荷始末位置
比值
电势
垂直
最快
绝缘
106
1012
0
匀速直线运动
初速度为零的匀加速运动
专题一 静电力作用下物体的平衡问题
1．同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．库仑力与重力、
弹力一样，它也是一种基本力，因此一般的力学规律对它也适
用，在对物体进行受力分析时应一起分析在内．
2．明确带电粒子在电场中的平衡问题，实际上属于力学平
衡问题，其中仅多了一个静电力而已．
3．求解这类问题时，需应用有关力的平衡知识，在正确的
受力分析基础上，运用平行四边形定则、三角形定则或建立平
面直角坐标系，应用共点力作用下物体的平衡条件去解决．
kg，所带电荷量为＋2.0×10－8
【例 1】用一条绝缘轻绳悬挂一个带电小球，小球质量为
1.0×10－2
C．现加一水平方向的
匀强电场，平衡时绝缘绳与竖直方向成 30°角，如图 1－1 所示．
求这个匀强电场的电场强度．(取 g＝10 m/s2)
图 1－1
答案：C
电场强度 E 电场力 F
反映电场力的性质的物理量，
F
E＝
q 电荷在电场中受的作用力，
F＝qE
E 的大小和方向仅决定于电场
本身，与试探电荷 q 无关 F 的大小和方向由电场和放入
的电荷(电荷量及电性)共同决
定
单位：N/C 单位：N
专题二
电场强度、电场力、电势差、电势能、重力势能之间
的区别与联系
1.电场强度与电场力
电势差 电势能 Ep
反映电场能的性质的物理量 电荷在电场中具有的势能
电势差是指电场中两点的电
势的差，ΔU＝φA－φB 电势能差是指电荷在电场中两点
间的电势能的差，ΔE＝EpA－EpB
单位：V 单位：J
2.电势差与电势能
电场强度 E 电势差
反映电场力的性质的物理量 反映电场能的性质的物理量
矢量：规定其方向同正电荷受
力的方向一致 标量：仅有大小，没有方向
E 的大小和方向仅决定于电场
本身，与试探电荷 q 无关 电势差的大小由电场决定，与
放入的电荷无关
单位：N/C 或 V/m 单位：V
U
联系：①在匀强电场中，U＝Ed 或 E＝
d
　　②沿电场强度的方向电势降低
3.电场强度与电势差
重力势能 电势能
质点在重力场中具有的跟位置
有关的能量 电荷在电场中具有的跟位置有
关的能量
标量：仅有大小，没有方向，其正负表示其大小
重力势能差是指质点在重力场
中两点间的重力势能的差，数
值上等于质点在这两点间移动
时重力做的功，ΔE＝EpA－EpB
＝W 重 电势能差是指电荷在电场中两
点间的电势能的差，数值上等
于电荷在这两点间移动时电场
力做的功，ΔE＝EpA－EpB＝W 电
4.重力势能与电势能
【例 2】(2011 年广东六校联考)如图 1－4 所示，O 点为等
量异种点电荷连线的中点，a、b 两点的连线与两电荷连线垂直．
今在外力作用下将带电荷量为＋q 的点电荷从 a 点移动到 b 点．
关于点电荷的电势能，下列说法中正确的是(　　)
图 1－4
A．不变
B．减少
C．增加
D．无法判断
解析：由等量异种点电荷的等势面分布特点可知，a 点的
电势低于 b 点电势，将正电荷从 a 点移动到 b 点的过程中电场
力做负功，电势能增加，故 C 正确．
答案：C
【例 3】(2012 年惠州实验中学期中)下列关于电场的叙述
中正确的是(　　)
A．点电荷产生的电场中，以点电荷为圆心，r 为半径的球
面上，各点的场强都相同
B．正电荷周围的场强一定比负电荷周围的场强大
C．取走电场中某点的试探电荷后，该点的场强为零
D．电荷在电场中某点所受电场力的方向与该点场强的方
向不一定相同
方向不同，A错误．由E＝k 知E与场源电荷的正负无关，与
解析：由点电荷的电场线的特点可知这些点场强大小相等、
Q
r2
试探电荷无关，B、C 错误．负电荷在电场中的受力方向与该点
场强方向相反，故 D 正确．
答案：D
过 c 点)移到 b 点，在这两个过程中(　　)
　　　　　　　　　　　　图 1－5
【针对训练】
2．如图 1－5 所示，在点电荷－Q 的电场中， M、N 是两
个等势面．现将一点电荷＋q，从 a 点分别经路径①和路径②(经
A．都是电场力做功，沿路径①做的功比沿路径②做的功少
B．都是电场力做功，沿路径①做的功等于沿路径②所做的功
C．都是克服电场力做功，沿路径①做的功小于沿路径②做的功
D．都是克服电场力做功，沿路径①做的功等于沿路径②做的功
答案：B
专题三 用能量观点处理带电体在电场中的运动
1．只要外力做功不为零，物体的动能就要改变，合外力做
正功，动能增加；合外力做负功，动能减少．此类问题可以使
用动能定理求解．
2．静电力做正功，物体的电势能就要改变，且静电力做的
功等于电势能的减少量，W 电＝Ep1－Ep2.静电力做正功，电势能
减少；静电力做负功，电势能增加．如果只有静电力做功，物
体的动能和电势能之间相互转化，总量保持不变．
3．如果除了重力和静电力之外，无其他力做功，则物体的
动能、重力势能和电势能三者之和不变．
【例 4】(双选)如图 1－6 为一匀强电场，某带电粒子从 A
点运动到 B 点．在这一运动过程中克服重力做的功为 2.0 J，电
场力做的功为 1.5 J．则下列说法正确的是(　　)
图 1－6
A．粒子带负电
B．粒子在 A 点的电势能比在 B 点少 1.5 J
C．粒子在 A 点的动能比在 B 点多 0.5 J
D．粒子在 A 点的机械能比在 B 点少 1.5 J
解析：粒子从 A 点运动到 B 点，电场力做正功，且沿着电
场线，故粒子带正电，所以选项 A 错；粒子从 A 点运动到 B 点，
电场力做正功，电势能减少，故粒子在 A 点的电势能比在 B 点
多 1.5 J，故选项 B 错；由动能定理，WG＋W 电＝ΔEk，－2.0 J
＋1.5 J＝EkB－EkA，所以选项 C 对；由其他力(在这里指电场力)
做功等于机械能的增加，所以选项 D 对．
答案：CD
题后反思：在解决电场中的能量问题时常用到的基本规律
有动能定理、能量守恒定律，有时也会用到功能关系．
(1)应用动能定理解决问题需研究合外力的功(或总功)．
(2)应用能量守恒解决问题需注意电势能和其他形式能间
的转化．
(3)应用功能关系解决该类问题需明确电场力做功与电势
能改变之间的对应关系．
【针对训练】
3．(双选)如图 1－7 所示，在绝缘的斜面上方，存在着匀
强电场，电场方向平行于斜面向上，斜面上的带电金属块在平
行于斜面的力 F 作用下沿斜面移动．已知金属块在移动的过程
中，力 F 做功 32 J，金属块克服电场力做功 8 J，金属块克服摩
擦力做功 16 J ，重力势能增加 18 J ，则在此过程中金属块的
(　　)
图 1－7
A．动能减少 10 J
B．电势能增加 24 J
C．机械能减少 24 J
D．内能增加 16 J
解析：由动能定理可知ΔEk＝32 J－8 J－16 J－18 J＝－10 J，
A 正确；克服电场力做功为 8 J，则电势能增加 8 J，B 错误；
机械能的改变量等于除重力以外的其他力所做的总功，故应为
ΔE＝32 J－8 J－16 J＝8 J，C 错误；物体内能的增加量等于克
服摩擦力所做的功，D 正确．
答案：AD
专题四
用动力学观点解决带电物体在电场中的运动
1．带电粒子在电场中的运动综合了静电场和力学的知识，
分析方法和力学的基本相同．带电的物体在电场中受到电场力
作用，还可能受到其他力的作用，如重力、弹力、摩擦力等，
在诸多力的作用下物体可能所受合力不为零，做匀变速运动或
变加速运动．处理这类问题，就像处理力学问题一样，首先对
物体进行受力分析(包括电场力)，再明确其运动状态，最后根
据所受的合力和所处的状态选择相应的规律解题．
2．相关规律：牛顿第二定律 F 合＝ma、运动学公式(如匀
变速直线运动速度公式、位移公式等)、平抛运动知识、圆周运
动知识等．
【例 5】两平行金属板 A、B 水平放置，一个质量 m＝
5×10－6 kg 的带电微粒以 v0＝2 m/s 的水平初速度从两板正中央
位置射入电场，如图 1－8 所示，A、B 两板间的距离 d＝4 cm，
板长 L＝10 cm.当 A、B 间的电压 UAB＝1 000 V 时，微粒恰好不
偏转，沿图中直线射出电场，求该粒子的电荷量．(取 g＝10 m/s2)
图 1－8
【针对训练】
4．(双选)如图 1－9，A、B 两点各放一电荷量均为 Q 的等
量异种电荷，有一竖直放置的光滑绝缘细杆在两电荷连线的垂
直平分线上，a、b、c 是杆上的三点，且 ab＝bc＝l，b、c 关于
两电荷连线对称．质量为 m、带正电荷 q 的小环套在细杆上，
自 a 点由静止释放，则(　　)
图 1－9
解析：中垂线上各点的合场强均为水平向右，与环的运动
方向垂直，不做功，故小环做自由落体运动．
答案：AD