2018-2019学年高中物理人教版（京津琼鲁专用）选修3-1教师用书：第一章+静电场+章末总结+Word版含答案
文档属性
| 名称 | 2018-2019学年高中物理人教版（京津琼鲁专用）选修3-1教师用书：第一章+静电场+章末总结+Word版含答案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 249.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 其它版本 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2018-11-19 09:20:27 | ||
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文档简介
章末总结
一、电场的力的性质
1.库仑力实质上就是电场力，与重力、弹力一样，它也是一种基本力.带电粒子在电场中的平衡问题实际上属于力学平衡问题，只是多了一个电场力而已.
2.电场力作用下带电体的平衡和加速问题的分析步骤是：先进行正确的受力分析，然后利用平衡条件或牛顿第二定律求解，主要方法有合成法、正交分解法等.
例1 (多选)如图1所示，在一电场强度沿纸面方向的匀强电场中，用一绝缘细线系一带电小球，小球的质量为m，电荷量为q.为了保证当细线与竖直方向的夹角为60°时，小球处于平衡状态，则匀强电场的场强大小可能为(细线不会断开)( )
图1
A. B. C. D.
答案 ACD
解析 取小球为研究对象，它受到重力mg、细线的拉力F和电场力Eq的作用.因小球处于平衡状态，则它受到的合外力等于零，由平衡条件知，F和Eq的合力与mg是一对平衡力.根据力的平行四边形定则可知，当电场力Eq的方向与细线拉力方向垂直时，电场力最小，如图所示，则Eq＝mgsin 60°，得最小场强E＝.所以，选项A、C、D正确.
例2 如图2所示，质量为m的小球A放在绝缘固定斜面上，斜面的倾角为α，小球A带正电，电荷量为q.在斜面上B点处固定一个电荷量为Q的正电荷，将小球A由距B点竖直高度为H处无初速度释放.小球A下滑过程中电荷量不变.不计A与斜面间的摩擦，整个装置处在真空中.已知静电力常量k和重力加速度g.
图2
(1)A球刚释放时的加速度是多大？
(2)当A球的动能最大时，求此时A球与B点的距离.
答案 (1)gsin α－ (2)
解析 (1)根据牛顿第二定律得mgsin α－F＝ma
根据库仑定律：F＝k，r＝
联立以上各式解得a＝gsin α－.
(2)当A球受到的合力为零，即加速度为零时，速度最大，动能最大.设此时A球与B点间的距离为d，则mgsin α＝，解得d＝ .
二、电场的能的性质
1.电荷在电场中具有电势能，正电荷在电势高的地方电势能大，负电荷在电势低的地方电势能大.电场力做功引起电势能的变化，电场力做正功，电荷的电势能减小，电场力做负功，电荷的电势能增大.
2.电场中的功能关系
功能关系也贯穿于电场当中，要会运用动能定理、能量守恒定律分析电场问题.
例3 如图3所示，在粗糙的绝缘水平面上固定一个点电荷Q，在M点无初速度释放一个带有恒定电荷量的小物块，小物块在Q的电场中沿水平面运动到N点停止，不计空气阻力，则从M到N的过程中，下列说法错误的是( )
图3
A.小物块所受的静电力逐渐减小
B.小物块具有的电势能逐渐减小
C.M点的电势一定高于N点的电势
D.小物块电势能的减少量一定等于克服摩擦力做的功
答案 C
解析 小物块在从M运动到N的过程中，一定受到向右的摩擦力，所以静电力一定向左.由M运动到N，离点电荷Q距离越来越大，所以小物块受到的静电力一定减小，A正确；由动能定理可得μmgx－WE＝0，即WE＝μmgx，静电力做正功，小物块具有的电势能减小，其减少量等于克服滑动摩擦力做的功，B、D正确；因点电荷Q的电性未知，不能判断M、N两点电势的高低，C错误.
例4 (2018·山东滨州市高一下期末)如图4所示，绝缘光滑斜面AB与绝缘光滑水平面BC平滑连接，AB斜面的倾角为45°，AB与BC的长度均为L.空间中存在一匀强电场，带电荷量为＋q的小球以初速度v0＝自A点开始下滑，小球在AB段做匀速直线运动，在BC段做匀减速直线运动，运动到C点时速度恰好减小到零.已知小球的质量为m，重力加速度为g.若取B点为零势能点，求：
图4
(1)A、C两点的电势；
(2)电场强度E.
答案 (1)－ (2)，方向水平向左
解析 (1)对AB过程由动能定理得qUAB＋mgL＝0
UAB＝φA－φB且φB＝0
联立解得
φA＝－
对BC过程由动能定理得
qUBC＝0－mv02
UBC＝φB－φC且φB＝0
联立解得φC＝
(2)在CB的延长线上存在一点D，使得φD＝φA，由电场知识可知BD的长度BD＝L
AD的连线即是电场的等势面，由几何知识可知，
AD⊥CD
因此，电场强度的方向水平向左，电场强度的大小E＝＝－＝.
三、带电体在电场中的运动
1.带电体在电场中的运动是指带电体在运动过程中同时受到电场力及其他力的作用.较常见的是在运动过程中，带电体同时受到重力和电场力的作用.
2.带电体在电场和重力复合场中的运动是一个综合电场力、电势能的力学问题，研究的方法与质点动力学的研究方法相同，它同样遵循牛顿运动定律、动能定理、功能关系等力学规律.
例5 如图5所示，MN为水平放置的金属板，板中央有一个小孔O，板下存在竖直向上的匀强电场，电场强度为E.AB是一根长为l、质量为m的均匀带正电的绝缘细杆.现将杆下端置于O处，然后将杆由静止释放，杆运动过程中始终保持竖直，不计空气阻力.当杆下落时速度达到最大，求：
图5
(1)细杆带电荷量；
(2)杆下落的最大速率；
(3)若杆没有全部进入电场时速度减小为零，求此时杆下落的位移大小.
答案 (1) (2) (3)l
解析 (1)由于下落时速度最大，此时加速度a＝0.
所以有mg＝qE，即q＝.
(2)从静止释放到下落的过程中，由动能定理得
mg·－×＝mvm2－0.
所以vm＝.
(3)设下落的高度为h时，速度为零，由动能定理得
mgh－×h＝0－0.
所以h＝＝＝l.
一、电场的力的性质
1.库仑力实质上就是电场力，与重力、弹力一样，它也是一种基本力.带电粒子在电场中的平衡问题实际上属于力学平衡问题，只是多了一个电场力而已.
2.电场力作用下带电体的平衡和加速问题的分析步骤是：先进行正确的受力分析，然后利用平衡条件或牛顿第二定律求解，主要方法有合成法、正交分解法等.
例1 (多选)如图1所示，在一电场强度沿纸面方向的匀强电场中，用一绝缘细线系一带电小球，小球的质量为m，电荷量为q.为了保证当细线与竖直方向的夹角为60°时，小球处于平衡状态，则匀强电场的场强大小可能为(细线不会断开)( )
图1
A. B. C. D.
答案 ACD
解析 取小球为研究对象，它受到重力mg、细线的拉力F和电场力Eq的作用.因小球处于平衡状态，则它受到的合外力等于零，由平衡条件知，F和Eq的合力与mg是一对平衡力.根据力的平行四边形定则可知，当电场力Eq的方向与细线拉力方向垂直时，电场力最小，如图所示，则Eq＝mgsin 60°，得最小场强E＝.所以，选项A、C、D正确.
例2 如图2所示，质量为m的小球A放在绝缘固定斜面上，斜面的倾角为α，小球A带正电，电荷量为q.在斜面上B点处固定一个电荷量为Q的正电荷，将小球A由距B点竖直高度为H处无初速度释放.小球A下滑过程中电荷量不变.不计A与斜面间的摩擦，整个装置处在真空中.已知静电力常量k和重力加速度g.
图2
(1)A球刚释放时的加速度是多大？
(2)当A球的动能最大时，求此时A球与B点的距离.
答案 (1)gsin α－ (2)
解析 (1)根据牛顿第二定律得mgsin α－F＝ma
根据库仑定律：F＝k，r＝
联立以上各式解得a＝gsin α－.
(2)当A球受到的合力为零，即加速度为零时，速度最大，动能最大.设此时A球与B点间的距离为d，则mgsin α＝，解得d＝ .
二、电场的能的性质
1.电荷在电场中具有电势能，正电荷在电势高的地方电势能大，负电荷在电势低的地方电势能大.电场力做功引起电势能的变化，电场力做正功，电荷的电势能减小，电场力做负功，电荷的电势能增大.
2.电场中的功能关系
功能关系也贯穿于电场当中，要会运用动能定理、能量守恒定律分析电场问题.
例3 如图3所示，在粗糙的绝缘水平面上固定一个点电荷Q，在M点无初速度释放一个带有恒定电荷量的小物块，小物块在Q的电场中沿水平面运动到N点停止，不计空气阻力，则从M到N的过程中，下列说法错误的是( )
图3
A.小物块所受的静电力逐渐减小
B.小物块具有的电势能逐渐减小
C.M点的电势一定高于N点的电势
D.小物块电势能的减少量一定等于克服摩擦力做的功
答案 C
解析 小物块在从M运动到N的过程中，一定受到向右的摩擦力，所以静电力一定向左.由M运动到N，离点电荷Q距离越来越大，所以小物块受到的静电力一定减小，A正确；由动能定理可得μmgx－WE＝0，即WE＝μmgx，静电力做正功，小物块具有的电势能减小，其减少量等于克服滑动摩擦力做的功，B、D正确；因点电荷Q的电性未知，不能判断M、N两点电势的高低，C错误.
例4 (2018·山东滨州市高一下期末)如图4所示，绝缘光滑斜面AB与绝缘光滑水平面BC平滑连接，AB斜面的倾角为45°，AB与BC的长度均为L.空间中存在一匀强电场，带电荷量为＋q的小球以初速度v0＝自A点开始下滑，小球在AB段做匀速直线运动，在BC段做匀减速直线运动，运动到C点时速度恰好减小到零.已知小球的质量为m，重力加速度为g.若取B点为零势能点，求：
图4
(1)A、C两点的电势；
(2)电场强度E.
答案 (1)－ (2)，方向水平向左
解析 (1)对AB过程由动能定理得qUAB＋mgL＝0
UAB＝φA－φB且φB＝0
联立解得
φA＝－
对BC过程由动能定理得
qUBC＝0－mv02
UBC＝φB－φC且φB＝0
联立解得φC＝
(2)在CB的延长线上存在一点D，使得φD＝φA，由电场知识可知BD的长度BD＝L
AD的连线即是电场的等势面，由几何知识可知，
AD⊥CD
因此，电场强度的方向水平向左，电场强度的大小E＝＝－＝.
三、带电体在电场中的运动
1.带电体在电场中的运动是指带电体在运动过程中同时受到电场力及其他力的作用.较常见的是在运动过程中，带电体同时受到重力和电场力的作用.
2.带电体在电场和重力复合场中的运动是一个综合电场力、电势能的力学问题，研究的方法与质点动力学的研究方法相同，它同样遵循牛顿运动定律、动能定理、功能关系等力学规律.
例5 如图5所示，MN为水平放置的金属板，板中央有一个小孔O，板下存在竖直向上的匀强电场，电场强度为E.AB是一根长为l、质量为m的均匀带正电的绝缘细杆.现将杆下端置于O处，然后将杆由静止释放，杆运动过程中始终保持竖直，不计空气阻力.当杆下落时速度达到最大，求：
图5
(1)细杆带电荷量；
(2)杆下落的最大速率；
(3)若杆没有全部进入电场时速度减小为零，求此时杆下落的位移大小.
答案 (1) (2) (3)l
解析 (1)由于下落时速度最大，此时加速度a＝0.
所以有mg＝qE，即q＝.
(2)从静止释放到下落的过程中，由动能定理得
mg·－×＝mvm2－0.
所以vm＝.
(3)设下落的高度为h时，速度为零，由动能定理得
mgh－×h＝0－0.
所以h＝＝＝l.
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