高中物理 新教材人教版必修第三册 学案第9章 章末提升 Word版含解析

【例1】　如图所示，在光滑绝缘水平面上，三个带电小球a、b和c分别位于边长为l的正三角形的三个顶点上。a、b带正电，电荷量均为q，c带负电。整个系统置于方向水平的匀强电场中。已知静电力常量为k。若三个小球均处于静止状态，则匀强电场电场强度的大小为(　　)
A．　　　 B．　　　
C．　　　 D．
B　[设小球c带电荷量为Q，由库仑定律可知小球a对小球c的库仑引力为F＝k，小球b对小球c的库仑引力为F＝k，两个力的合力为2Fcos 30°。设水平匀强电场的电场强度的大小为E，对小球c，由平衡条件可得QE＝2Fcos 30°，解得E＝，选项B正确。]
[一语通关]　
分析库仑力作用下的平衡问题时，要先受力分析，再利用平衡条件列方程求解，与力学部分的唯一区别是多考虑库仑力的作用。
电场强度及其叠加
1.场强的公式
E＝
E＝
2．电场的叠加
(1)电场叠加：多个电荷在空间某处产生的电场强度为各电荷单独在该处所产生的电场强度的矢量和。
(2)运算法则：平行四边形定则。
(3)注意事项：
①弄清场源电荷是正电荷还是负电荷。
②弄清求哪一点的场强，各场源电荷在该点产生场强的大小和方向。
③明确场强是矢量，矢量的合成满足平行四边形定则。
【例2】　如图所示，一个绝缘圆环，当它的均匀带电且电荷量为＋q时，圆心O处的电场强度大小为E，现使半圆ABC均匀带电＋2q，而另一半圆ADC均匀带电－2q，则圆心O处电场强度的大小和方向为(　　)
A．2E，方向由O指向D
B．4E，方向由O指向D
C．2E，方向由O指向B
D．0
A　[当圆环的均匀带电，电荷量为＋q时，圆心O处的电场强度大小为E，当半圆ABC均匀带电＋2q时，由如图所示的矢量合成可得，在圆心处的电场强度大小为E，方向由O到D；当另一半圆ADC均匀带电－2q时，同理，在圆心处的电场强度大小为E，方向由O到D；根据矢量的合成法则，圆心O处的电强度的大小为2E，方向由O到D，选项A正确，B、C、D错误。]
[一语通关]　
(1)场源电荷不是点电荷时不能应用E＝直接求电场强度。
(2)电场强度叠加时要先确定各分电场强度的大小和方向。
电场线及其应用
1.电场线的应用
(1)判断电场强度的大小：
电场线越密的地方电场强度越大，电场线越疏的地方电场强度越小。
(2)判断电场力的方向：
电场线上某点的切线方向为电场强度的方向。正电荷所受的电场力方向与电场强度方向相同，负电荷所受的电场力方向与电场强度方向相反。
2．电场线与电荷运动的轨迹
(1)电荷运动的轨迹与电场线一般不重合。若电荷只受电场力的作用，在以下条件均满足的情况下两者重合：
①电场线是直线。
②电荷由静止释放或有初速度，且初速度方向与电场线方向平行。
(2)由粒子运动轨迹判断粒子运动情况：
①粒子受力方向指向曲线的内侧，且与电场线相切。
②由电场线的疏密判断加速度大小。
③由电场力做功的正负判断粒子动能的变化。
【例3】　(多选)图中的实线表示电场线，虚线表示只受电场力作用的带正电粒子的运动轨迹，粒子先经过M点，再经过N点，下列说法正确的是(　　)
A．粒子在M点受到的电场力大于在N点受到的电场力
B．粒子在M点的加速度小于在N点的加速度
C．粒子在M点的速度小于在N点的速度
D．粒子从M点到N点做的是变加速运动
BCD　[从题图中可以看出，M点处的电场线较疏，而N点处的电场线较密，所以粒子在M点所受的电场力要小于在N点所受的电场力，则粒子在M点的加速度小于在N点的加速度，A错误，B正确；因粒子只受电场力作用，由题图可以看出，电场力对其做正功，所以粒子的动能增加，速度增大，C正确；由于粒子在运动过程中受到的电场力是个变力，所以粒子所做的运动是变加速运动，D正确。]
[一语通关]　
可根据电场线分布的疏密程度判断粒子电场力和加速度的变化情况，根据电场力做功正负，判断速度变化情况，如电场线方向已知，也可判断粒子的带电性。
[培养层·素养升华]
滚筒式静电分选器
如图所示，滚筒式静电分选器由料斗A、导板B、导体滚筒C、刮板D、料槽E、F和放电针G等部件组成，C与G分别接于直流高压电源的正、负极上，并令C接地。电源电压很高，足以使放电针G附近的空气发生电离而产生大量离子，现有导电性能不同的两种物质粉粒a、b的混合物从料斗A下落，沿导板B到达转动的滚筒C上，粉粒a具有良好的导电性，粉粒b具有良好的绝缘性。
[设问探究]
1．两种物质粉粒经过放电针G时是否都带上电荷？带上什么电荷？
2．粉粒a和粉粒b分别落入哪个料槽中？
3．为避免发生触电事故，应将滚筒C接地，还是将放电针G接地？
提示：1.在放电针G附近空气电离后，电子在电场力作用下向滚筒C运动过程中附着在两种物质粉粒上，且都带负电。
2．粉粒a具有良好的导电性，到达滚筒C与正电荷中和，在重力作用下，落入料槽F中，而粉粒b具有良好的绝缘性，一直吸附在滚筒C上，到刮板D处被刮落到料槽E中。
3．为避免触电事故，应将电源的正极接地，即应将滚筒C接地。
[深度思考]　
1．(多选)如图所示是某种静电矿料分选器的原理示意图，带电矿粉经漏斗落入水平匀强电场后，分别落在收集板中央的两侧，对矿粉分离的过程，下列表述正确的是(　　)
A．带正电的矿粉落在右侧
B．电场力对带正电的矿粉做正功
C．带负电的矿粉落在右侧
D．电场力对带负电的矿粉做负功
BC　[带正电的矿粉因受到水平向左的电场力作用向左偏转，电场力做正功，落在左侧，选项A错误，B正确；带负电的矿粉因受到水平向右的电场力作用向右偏转，电场力做正功，落在右侧，选项C正确，D错误。]
2．(多选)对静电现象的认识，下列说法正确的是(　　)
A．高压带电作业工人的衣服里的金属丝，是为了增加衣服强度
B．夜间高压线周围有时会出现一层绿色光晕，这是尖端放电现象
C．三条高压输电线上方的两条接地导线，起到静电屏蔽作用
D．油罐车车尾拖在地上的铁链，它的作用是避免静电造成的危害
BCD　[高压带电作业的工人所穿衣服的织物中掺入金属丝不是为了增加衣服的强度，而是为了起到一定的静电屏蔽作用，A错误；夜间高压线周围出现的绿色光晕，由于电压高，是一种微弱的尖端放电现象，B正确；三条高压输电线上方的两条接地导线，是防止雷电直接击到输电线上，起到静电屏蔽作用，这两条线一般与铁塔相连，将电流引入大地，C正确；油罐车车尾拖在地上的铁链，它的作用是避免静电造成的危害，D正确。]
[素养点评]　
静电现象在实际生产、生活中的应用方面的考题，难度一般不大，题型多为选择题。不仅能考查学生分析问题，解决问题的能力，也能检验学生核心素养的高低。考生必须掌握静电感应、静电平衡、尖端放电、静电屏蔽等概念，同时对试题所描述的问题进行分析，抽象出合理的物理模型，最后应用相应的物理知识做出正确的判断。