2021高考物理滬科版新課程一輪復(fù)習(xí)關(guān)鍵能力·題型突破7.1　庫侖定律　電場力的性質(zhì)

溫馨提示：    此套題為Word版，請按住Ctrl,滑動鼠標(biāo)滾軸，調(diào)節(jié)合適的觀看比例，答案解析附后。關(guān)閉Word文檔返回原板塊。關(guān)鍵能力·題型突破考點一　庫侖定律的理解與應(yīng)用【典例1】真空中有兩個靜止的點電荷，它們之間靜電力的大小為F。若保持這兩個點電荷之間的距離不變，而將它們的電荷量都變?yōu)樵瓉淼?/span>，則它們之間靜電力的大小變?yōu)?/span>????????????? 世紀金榜導(dǎo)學(xué)號(　　)A.        B.C.4F        D.16F【解析】選A。由庫侖定律F=可知：若保持這兩個點電荷之間的距離不變，而將它們的電荷量都變?yōu)樵瓉淼?/span>，則它們之間靜電力的大小變?yōu)樵瓉淼?/span>，即，A正確。庫侖定律的四點提醒(1)庫侖定律適用于真空中靜止點電荷間的相互作用。(2)對于兩個均勻帶電絕緣球體，可將其視為電荷集中在球心的點電荷，r為球心間的距離。(3)對于兩個帶電金屬球，要考慮表面電荷的重新分布，如圖所示。①同種電荷：F<k；②異種電荷：F>k。(4)不能根據(jù)公式錯誤地認為r→0時，庫侖力F→∞，因為當(dāng)r→0時，兩個帶電體已不能看作點電荷了。【加固訓(xùn)練】兩個大小相同的金屬小球A、B分別帶有qA∶qB=4∶1數(shù)值的電荷量，相距較遠，相互間引力為F?，F(xiàn)將另一個不帶電的，與A、B完全相同的金屬小球C，先與A接觸，再與B接觸，然后分離，則A、B間的作用力變?yōu)?/span>????????????? (　　)A.F　　　 B.F　　　 C.F　　　 D.F【解析】選B。金屬小球A、B之間是庫侖引力，故金屬小球A、B帶異種電荷，設(shè)金屬小球A為正電荷，B為負電荷。原來金屬小球A、B之間的庫侖引力為F=k=4。第三個不帶電的金屬小球C與A接觸后，金屬小球A和C的電荷量都為2q，金屬小球C與B接觸時先中和再平分，則金屬小球C、B分開后電荷量均為=，這時A、B兩球之間的相互作用力的大小F′=k=k=，故選項B正確，A、C、D錯誤。考點二　庫侖力作用下的平衡問題共點力作用下的平衡【典例2】如圖所示，直徑為L的光滑絕緣半圓環(huán)固定在豎直平面內(nèi)，電荷量為q1、q2的兩個正點電荷分別置于半圓環(huán)的兩個端點A、B處，半圓環(huán)上穿著一帶正電的小球(可視為點電荷)，小球靜止時位于P點，PA與AB間的夾角為α。若不計小球的重力，下列關(guān)系式中正確的是????????????? 世紀金榜導(dǎo)學(xué)號(　　)A.tan3α=　      B.tan2α=C.tan3α=　      D.tan2α=【解析】選A。對小球進行受力分析如圖所示：根據(jù)庫侖定律有F1=，r1=Lcosα ①F2=k，r2=Lsinα ②小球在與FN垂直的方向平衡根據(jù)平衡條件有F1sinα=F2cosα ③聯(lián)立①②③解得tan3α=，故B、C、D錯誤，A正確。三個自由電荷的平衡問題【典例3】(多選)如圖所示，光滑絕緣水平面上有三個帶電小球A、B、C(可視為點電荷)，三球沿一條直線擺放，僅在它們之間的靜電力作用下靜止，則以下判斷正確的是????????????? (　　)A.A對B的靜電力一定是引力B.A對B的靜電力可能是斥力C.A的電荷量可能比B少D.A的電荷量一定比B多【解析】選A、D。根據(jù)電場力方向來確定各自電性，從而得出“兩同夾一異”，因此A對B的靜電力一定是引力，選項A正確，B錯誤；根據(jù)庫侖定律來確定電場力的大小，并由平衡條件來確定各自電荷量的大小，因此在大小上一定為“兩大夾一小”，因此A的電荷量一定比B多。選項C錯誤，D正確。1.四步解決庫侖力作用的平衡問題：2.三個自由點電荷的平衡條件及規(guī)律：(1)平衡條件：每個點電荷受另外兩個點電荷的合力為零或每個點電荷的位置處于另外兩個點電荷的合場強為零的位置。(2)平衡規(guī)律。【加固訓(xùn)練】如圖所示，已知兩個帶正電的點電荷Q1、Q2的電荷量分別為1 C和4 C，在水平面上能自由移動，它們之間的距離d=3 m，現(xiàn)引入點電荷Q3，試求：當(dāng)Q3滿足什么條件，并把它放在何處時才能使整個系統(tǒng)處于平衡？【解析】由于Q1、Q2電性相同，合電場強度為零處必在兩點電荷連線中間某處，Q3帶負電。再根據(jù)=，得==，即點電荷Q3離電荷量較小的電荷Q1較近，又因r1+r2=d，d=3 m，所以Q3到Q1距離r1=1 m。根據(jù)=得：Q3= C。答案：Q3為負電荷，電荷量為 C，且放在Q1Q2中間離Q11 m處考點三　電場強度的疊加與計算點電荷電場強度的疊加【典例4】(2018·全國卷Ⅰ)如圖，三個固定的帶電小球a、b和c，相互間的距離分別為ab=5 cm，bc=3 cm，ca=4 cm。小球c所受庫侖力的合力的方向平行于a、b的連線。設(shè)小球a、b所帶電荷量的比值的絕對值為k，則????????????? 世紀金榜導(dǎo)學(xué)號(　　)A.a、b的電荷同號，k=B.a、b的電荷異號，k=C.a、b的電荷同號，k=D.a、b的電荷異號，k=【解析】選D。假設(shè)a、b的電荷同號，若小球c與a、b的電荷同號，則小球c所受庫侖力的合力有向上的分量；若小球c與a、b的電荷異號，則小球c所受庫侖力的合力有向下的分量，這樣與已知條件“小球c所受庫侖力的合力的方向平行于a、b的連線”相矛盾，故a、b的電荷異號。設(shè)ac與ab的夾角為θ，則tan θ==，根據(jù)庫侖定律有：Fbc=k0、Fac=k0， 而tan θ=，解得k==。非點電荷電場強度的計算方法1　等效法求電場強度【典例5】經(jīng)過探究，某同學(xué)發(fā)現(xiàn)：點電荷和無限大的接地金屬平板間的電場(如圖甲所示)與等量異種點電荷之間的電場分布(如圖乙所示)完全相同。圖丙中點電荷q到MN的距離OA為L，AB是以電荷q為圓心、L為半徑的圓上的一條直徑，則B點電場強度的大小是(　　)世紀金榜導(dǎo)學(xué)號A.   B.   C.   D.【解析】選C。根據(jù)題意，圖甲所示的電場分布與圖乙中虛線右側(cè)的電場分布是一樣的，只要求出乙圖上+q右側(cè)距離L處的場強，即等于丙圖B點的場強，再由等量異號電荷的電場分布特點和場強的疊加進行求解。根據(jù)B點的電場線方向可以得B點的電場強度方向是垂直于金屬板向右，兩個異號點電荷電荷量的大小均為q，它們之間的距離為2L，乙圖上+q右側(cè)L處的場強大小為：E=k-k=k，根據(jù)題意可知，B點的電場強度大小與乙圖上+q右側(cè)L處的場強大小相等，即為k，故A、B、D錯誤，C正確。方法2　對稱法求電場強度【典例6】如圖所示，一圓盤上均勻分布著電荷，在垂直于圓盤且過圓心c的軸線上有a、b、d三個點，a和b、b和c、c和d間的距離均為R，在a點處有一電荷量為q(q>0)的固定點電荷，已知b點處的場強為零，則d點處場強為(　　)世紀金榜導(dǎo)學(xué)號A.k　水平向左    B.k　水平向右C.k　水平向左　　　  D.k　水平向右【解析】選D。電荷量為q的點電荷在b點處產(chǎn)生的電場強度為E=k，方向向右，而b點處的場強為零，則圓盤在此處產(chǎn)生電場強度也為E=k，方向向左。由對稱性可知圓盤在d點處產(chǎn)生電場強度大小仍為E=k，方向向右。而電荷量為q的點電荷在d點處產(chǎn)生的電場強度大小為E′=k=k，方向向右，由于兩者在d點處產(chǎn)生電場強度方向相同，所以d點處合場強大小為E+E′=k，方向水平向右，故選項D正確，A、B、C錯誤。方法3　補償法求電場強度【典例7】均勻帶電的球殼在球外空間產(chǎn)生的電場等效于電荷集中于球心處產(chǎn)生的電場。如圖所示，在半球面AB上均勻分布正電荷，總電荷量為q，球面半徑為R，CD為通過半球面頂點與球心O的軸線，在軸線上有M、N兩點，OM=ON=2R。已知M點的場強大小為E，則N點的場強大小為????????????? 世紀金榜導(dǎo)學(xué)號(　　)A.-E　　　　　     B.C.-E　　　　　     D.+E【解析】選A。左半球面AB上的正電荷產(chǎn)生的電場等效為帶正電荷量為2q的整個球面的電場和帶電荷量為-q的右半球面的電場的合電場，則E=k-E′，E′為帶電荷量為-q的右半球面在M點產(chǎn)生的場強大小。帶電荷量為-q的右半球面在M點的場強大小與帶正電荷量為q的左半球面AB在N點的場強大小相等，則EN=E′=k-E=-E，A正確。計算電場強度的四種方法疊加法多個電荷在空間某處產(chǎn)生的電場為各電荷在該處所產(chǎn)生的電場強度的矢量和等效法在保證效果相同的前提下，將復(fù)雜的電場情境變換為簡單的或熟悉的電場情境對稱法空間上對稱分布的電荷形成的電場具有對稱性補償法將有缺口的帶電圓環(huán)補全為圓環(huán)，或?qū)肭蛎嫜a全為球面等考點四　電場線的理解與應(yīng)用1.(多選)如圖所示，實線為不知方向的三條電場線，從電場中M點以相同速度垂直于電場線方向飛出a、b兩個帶電粒子，僅在電場力作用下的運動軌跡如圖中虛線所示，則????????????? (　　)A.a一定帶正電，b一定帶負電B.a的速度將減小，b的速度將增加C.a的加速度將減小，b的加速度將增大D.兩個粒子的動能均增加【解析】選C、D。根據(jù)兩粒子的偏轉(zhuǎn)方向，可知兩粒子帶異性電荷，但無法確定其具體電性，故A錯誤；由粒子受力方向與速度方向的關(guān)系，可判斷電場力對兩粒子均做正功，兩粒子的速度、動能均增大，故B錯誤，D正確；從兩粒子的運動軌跡判斷，a粒子經(jīng)過的電場的電場線逐漸變得稀疏，b粒子經(jīng)過的電場的電場線逐漸變密，說明a的加速度減小，b的加速度增大，故C正確。2.一負電荷從電場中A點由靜止釋放，只受電場力作用，沿電場線運動到B點，它運動的v-t圖象如圖所示。則A、B兩點所在區(qū)域的電場線分布情況可能是圖中的????????????? (　　)【解析】選C。由v-t圖象可知負電荷運動的速度越來越大，加速度也越來越大，可見其受到電場力越來越大，電場強度也就越來越大，又因負電荷的受力方向與電場強度方向相反，故選項C符合題意，A、B、D錯誤。電場線的應(yīng)用【加固訓(xùn)練】(多選)如圖所示，P，Q處固定有等量的同種正電荷，O為P、Q連線的中點，在P、Q連線的垂直平分線上，一個帶電粒子在A點由靜止釋放，結(jié)果粒子在A、B、C三點的加速度大小相等，且A、C關(guān)于P、Q連線對稱，不計粒子受到的重力，則下列說法正確的是????????????? (　　)A.粒子在C點的速度大小為零B.帶電粒子在O點的速度最大C.帶電粒子在O點的加速度為零D.帶電粒子從A點運動到B點的過程中，加速度先減小后增大【解析】選A、B、C。A、C關(guān)于P、Q連線對稱，則A、C兩點的電勢相等，則粒子在A、C兩點的電勢能相等，由于粒子只受電場力作用，則電勢能和動能之和守恒，在A點的速度為零，則粒子在C點的速度大小為零，選項A正確；O點電場強度為零，則帶電粒子在O點時，受到的電場力為零，加速度為零，此時的速度最大，選項B、C正確；粒子在A、B兩點加速度相同，則兩點電場強度相同，根據(jù)等量同種電荷的電場線分布可知，由A到B電場強度先增大后減小，帶電粒子從A點運動到B點的過程中，電場力先增大后減小，則加速度先增大后減小，選項D錯誤。 關(guān)閉Word文檔返回原板塊