第九章 章末复习--人教版高中物理必修第三册教学课件(共29张PPT)

(共29张PPT)
章末复习课
第九章 静电场及其应用
物理
电闪雷鸣，是一种常出现在暴风雨中的自然现象，它是那样的神秘，来去匆匆，稍纵即逝。它给人们带来甘霖，同时也给人们带来恐惧。几千年以来，人们一直想探究其中的奥秘，更想将它驾驭于手中。美国科学家富兰克林就曾冒着生命危险，尝试用风筝去捕捉雷电。
雷电是怎样形成的？物体带电是怎么回事？电荷有哪些特性？电荷间的相互作用遵从什么规律？人类应该怎样利用这些规律？……
情景引入
（一）基础知识回顾
电荷 元电荷 电荷守恒定律 点电荷 库仑定律
电场 电场强度 电场线 静电感应 静电平衡
尖端放电 静电屏蔽
知识再现
(二)易错问题讨论
1.元电荷是最小的电荷
2.当两个物体距离非常小时库仑定律还适用吗？
3.电场强度是矢量，电场叠加遵循什么规律？
4.电场线真实存在吗？电场线有什么特点？
5.等量同种、等量异种点电荷的电场线有什么特点？
知识再现
知识网络建构
重点问题提炼
1.点电荷平衡问题：
分析方法与纯力学平衡问题的分析方法是相同的，只是在原来受力的基础上多分析一个电场力。具体步骤如下：
(一)库仑力作用下的平衡问题
重点问题提炼
(2)模型规律
“三点共线”——三个点电荷分布在同一直线上；
“两同夹异”——正负电荷相互间隔；
“两大夹小”——中间电荷的电荷量最小；
“近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷。
(1)模型构建：两个点电荷在第三个点电荷处的合电场强度为零，或每个点电荷受到的两个库仑力必须大小相等，方向相反。
2．三个自由点电荷的平衡
重点问题提炼
矢量性 电场强度E是表示电场力性质的一个物理量。规定正电荷受力方向为该点电场强度的方向
唯一性 电场中某一点的电场强度E是唯一的，它的大小和方向与放入该点的电荷q无关，它决定于形成电场的电荷(场源电荷)及空间位置
叠加性 如果有几个静止电荷在空间同时产生电场，那么空间某点的电场强度是各场源电荷单独存在时在该点所产生的电场强度的矢量和
(二)电场强度和电场线
1．电场强度的性质
重点问题提炼
2.电场强度的计算公式
项目 公式 适用条件 特点
定义式 任何电场 某点的电场强度为确定值，大小及方向与F及q无关
决定式 真空中的点电荷的电场 某点的电场强度E由场源电荷Q和该点到场源电荷的距离r决定
关系式 匀强电场 d是沿电场方向的距离
重点问题提炼
3.点电荷电场强度的叠加(如图所示)
重点问题提炼
4.等量点电荷的电场强度及电场线
比较 等量异种点电荷 等量同种点电荷
电场线 分布图
电荷连线上的电场强度 沿连线先变小后变大 O点最小，但不为零 O点为零
中垂线上的电场强度 O点最大，向外逐渐减小 O点最小，向外先变大后变小
关于O点对称位置的电场强度 A与A′、B与B′、C与C′ 等大同向 等大反向
疑难问题剖析
电场线与运动轨迹问题
1.电场线与带电粒子在电场中的运动轨迹的比较
内容 电场线 运动轨迹
客观性 电场中并不存在，是为研究电场方便而人为引入的 粒子在电场中的运动轨迹是客观存在的
切线意义 曲线上各点的切线方向即为该点的电场强度的方向，同时也是正电荷在该点的受力方向，即正电荷在该点产生加速度的方向 轨迹上每一点的切线方向即为粒子在该点的速度方向，但加速度的方向与速度的方向不一定相同
疑难问题剖析
(1)根据带电粒子的运动轨迹及其弯曲方向，判断出受力方向和速度方向；
(2)根据受力方向，判断出电场方向或粒子电性；
(3)根据电场线的分布情况，判断静电力大小，由牛顿第二定律判断出粒子加速度和速度的变化情况；
(4)根据功能关系或能量守恒求出粒子的能量变化情况。
2.分析此类问题的具体步骤
典例探究
【例题1】(多选)如图所示，a、b是两个带有同种电荷的小球，用绝缘细线悬挂于同一点，两球静止时，它们距水平面的高度相等，线与竖直方向的夹角分别为α、β，且β>α，若同时剪断两根细线，空气阻力不计，两球所带电荷量不变，则(　　)
A.a、b两球飞行的水平距离相等
B.a、b两球同时落地
C.a球所带的电荷量比b球的大
D.a球的质量比b球的大
BD
解析：对a、b球受力分析，如图所示，
根据共点力平衡条件有 mag tan α＝F1，mbg tan β＝F2，根据牛顿第三定律有F1 ＝ F2，根据题意有β>α，则有ma>mb，D正确；不管两个小球电荷量大小关系如何，它们间的电场力是相互作用力，总是等大、反向、共线，故无法知道所带电荷量大小的关系，C错误；剪断细线后，a、b两球竖直方向做自由落体运动，故同时落地，水平方向受库仑斥力作用做加速运动，由于ma>mb，故水平方向a的加速度小于b的加速度，故b的水平位移大于a的水平位移，A错误，B正确。
典例探究
【例题2】 如图所示，A、B、C是边长为L的等边三角形的三个顶点，O为该三角形中心，在A点和B点分别固定一个电荷量均为q的正电荷，在O点固定某未知电荷q′后，C点的电场强度恰好为零，则O点处的电荷q′为(　　)
A.负电荷，电荷量为q
B.负电荷，电荷量为 q
C.正电荷，电荷量为q
D.正电荷，电荷量为 q
典例探究
B
典例探究
解析：在A点和B点分别固定一个电荷量均为q的正电荷，它们两个在C点产生的场强大小E＝ =，方向由O指向C，在O点固定某未知电荷q′后，C点的电场强度恰好为零，则O点点电荷在C处产生的场强E′＝k ＝－E＝ - ，解得q′＝- q，“－”表示点电荷带负电。
变式训练
【变式训练1】 (多选)电场线能直观、方便地反映电场的分布情况。图甲是等量异种点电荷形成电场的电场线，图乙是电场中的一些点；O点是电荷连线的中点，E、F是连线中垂线上关于O点对称的两点，B、C和A、D是两电荷连线上关于O点对称的两点，则(　　)
A.E、F两点电场强度相同
B.A、D两点电场强度不同
C.B、O、C三点中，O点电场强度最小
D.从E点向O点运动的电子加速度逐渐减小
解析：E和F、A和D是关于O点对称，电场强度大小相等，方向相同，故A正确，B错误。沿着两点电荷的连线，中点O的电场强度最小，垂直连线方向，O点电场强度最大，故C正确，D错误。
AC
典例探究
【例题3】某电场的电场线分布如图所示，下列说法正确的是　(　　)
A.c点的电场强度大于b点的电场强度
B.若将一试探电荷＋q由a点释放，它将沿电场线运动到b点
C.b点的电场强度大于d点的电场强度
D.a点和b点的电场强度方向相同
解析：电场线的疏密表示电场强度的大小，由题图可知Eb>Ec，Eb>Ed，C正确，A错误；由于电场线是曲线，由a点释放的正电荷不可能沿电场线运动，B错误；电场线的切线方向为该点电场强度的方向，a点和b点的切线不同向，D错误。
C
变式训练
【变式训练2】真空中静止点电荷Q1、Q2所产生的电场线分布如图所示，图中A、B两点关于点电荷Q2水平对称。某带电粒子(仅受静电力作用)在电场中的运动轨迹如图中虚线所示，C、D是轨迹上的两个点。以下选项正确的是(　　)
A．A、B两点的电场强度大小相等
B．A、B两点的电场强度方向相等
C．该粒子带正电，在C点的加速度小于D点的加速度
D．该粒子带负电，在C点的加速度大于D点的加速度
解析：根据电场线的方向可知，点电荷Q1带正电，Q2带负电，电场线的疏密表示电场的强弱，所以A处电场较强，A错误；由题图可知，A点电场强度方向向右，B点电场强度方向向左，B错误；静电力指向运动轨迹的凹侧，所以该粒子带正电，C点电场线较疏，电场较弱，静电力较小，加速度较小，所以在C点的加速度小于D点的加速度，C正确，D错误。
C
小微专题
带电粒子在电场中除了受到静电力作用，还可能受到其他力的作用，在各个力的作用下，所受合力可能为零，处于静止或匀速直线运动状态；也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，首先对物体进行受力分析，再明确其运动状态，最后根据其所受的合力和所处的状态，合理的选择相应的规律解题，如平衡条件、牛顿第二定律、运动学公式、平抛运动知识、圆周运动知识等。
电场中的动力学问题：
【例题4】如图所示，用一条绝缘轻绳在竖直平面内悬挂一个带正电小球，小球质量为1.0×10－3 kg，所带电荷量为2.0×10－8 C。现加水平向右的匀强电场，平衡时绝缘轻绳与竖直方向夹角为30°，g取10 m/s2。
(1)求匀强电场的电场强度大小。
(2)若可以加任意方向的匀强电场，平衡时小球所处位置
与(1)相同，则所加匀强电场电场强度大小的最小值是多大，
方向如何？
答案：(1) ×105 N/C　(2)2.5×105 N/C　方向与绳垂直斜向右上方
小微专题
解析：(1)根据题意，小球的受力情况如图甲所示，根据几何关系有 ＝tan 30°
解得E＝ ×105 N/C。
(2)当电场方向与绳垂直时，电场强度最小，如图乙所示，根据平衡条件有 ＝sin 30°解得E′＝2.5×105 N/C,方向应与绳垂直斜向右上方。
小微专题
【变式训练3】如图所示，A球用细绳(绷直)悬挂，现在A球的右边放置一个B球，使A球向左偏转了53°。待A球静置后，小明发现A球与B球处于同一水平线上。已知A球的质量为m，B球的带电荷量为q，A、B之间的距离为r，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，静电力常量为k。
(1)若B球带负电，判断A球的电性并说明理由；
(2)求细绳的拉力及A球所带的电荷量；
(3)若此时剪断细绳，求剪断瞬间A球的合加速度。
答案：(1)带负电　在右边放置B球时，A球向左偏，说明两者相互排斥，两者带同种电荷　(2) mg (3) g，方向朝左下角(与水平方向成37°角)
小微专题
小微专题
解析：(1)带负电，理由：在右边放置B球时，A球向左偏，说明两者相互排斥，两者带同种电荷。
(2)对A球进行受力分析，则
F绳＝＝mg
F绳水平＝F绳·sin 53°＝mg
又F绳水平＝F电＝
得Q＝qA＝。
(3)剪断瞬间A球受水平向左的静电力以及重力，则F合＝mg
此时F合＝ma 得a＝g 方向朝左下角(与水平方向成37°角)。
1.(多选)在雷云形成的过程中，由于摩擦起电一些云层带正电，另一些云层带负电，它们对大地的静电感应使地面产生异种电荷。当云层与云层间或云层与地面间的“电压”达到几万伏以上时，空气被击穿，暴发电闪雷鸣。假如在户外我们遭遇雷电，下列防雷措施可行的是( )
A.在大树下避雷雨
B.停留在山顶、山脊的凉亭等地方避雷雨
C.不要快速开摩托、快骑自行车和在雨中狂奔
D.在空旷地带，最好关掉手机电源
CD
解析：表面具有突出尖端的导体，在尖端的电荷分布密度很大，使得其周围电场很强，就可能使其周围的空气发生电离而引发尖端放电。因此假如我在户外遭遇雷电时，不要在大树下避雨；不要停留在山顶、山脊的凉亭等地方；不要快速开摩托、快骑自行车和在雨中狂奔；不要在空旷地带使用手机通话。
情境融合
情境融合
2.(多选)如图所示，电力工作人员在几百万伏的高压线上进行带电作业，电工全身穿戴带电作业用的屏蔽服，屏蔽服是用导电金属材料与纺织纤维混纺交织成布后再做成的服装，根据以上描述，下列说法正确的是( )
A.采用金属材料编织的衣服目的是使衣服不易拉破
B.采用金属材料编织的衣服目的是利用静电屏蔽
C.电工穿上屏蔽服后，体内电场强度为零
D.电工穿上屏蔽服后，体内电流为零
BC
解析：屏蔽服的作用是在穿上后，使处于高压电场中的人体外表面各部位形成一个等势屏蔽面，从而保护人体免受高压电场及电磁波的危害；人体内没有电流,电场中的导体内的电场强度为0,所以B、C正确，A、D错误。
小结
谢谢大家