高三物理 一轮复习静电场必备精品课件.docx
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高三物理一轮复习静电场必备精品课件
2019-2020年高三物理一轮复习静电场必备精品课件
课程内容标准：
1.知道点电荷，体会科学研究中的理想模型方法。
知道两个点电荷之间的相互作用的规律。
通过静电力与万有引力的对比，体会自然规律的多样性与统一性。
例如（09年江苏物理）第1题就考查了库仑定律。
2.了解静电场，初步了解场是物质存在的形式之一。
理解电场强度。
会用电场线描述电场。
例如（09年广东理科基础）第12题就考到了电场线的相关知识。
3.知道电势能、电势，理解电势差。
了解电势差与电场强度的关系。
例如（09年全国卷Ⅰ）第18题就考到了此方面的知识点
4.观察常见电容器的构造，了解电容器的电容。
例如（09年福建卷）第15题涉及到电容器的问题。
复习导航
依据《考试说明》要求，结合近几年高考考查情况，本部分复习时应该注意把握：
1.抓住和理清两条主线：
一是电场力的性质：
例如库仑定律的应用、电场强度的定义法、、电场对电荷的作用力。
二是电场的能的性质：
充分理解电势、电势能、电势差、等势面等基本重要概念；电场力做功和电势能变化的关系。
2.掌握问题的处理方法：
⑴注意比较理解电场强度、电势、电势能概念。
⑵类比重力做功特点，应用电场力做功与电势能变化的关系解题；在只有电场力、重力、弹力的做功的情况下，“机械能+电势能”在相互转化中的总量保持不变，主要应用动能定理充分解决。
⑶平行板电容器问题抓住引起变化的因素，应用
讨论，分清是Q或者U哪个量变化。
⑷带电粒子在电场中的加速和偏转，类比平抛运动的处理以及周围运动的处理方法灵活应用牛顿运动定律、动能定理等解决。
第1课时库仑定律、电场力的性质
1、高考解读
真题品析
知识：
在历年高考中考查电场（电场强度、电场线）、电势、等势线等
例1.（08江苏）6．如图所示，实线为电场线，虚线为等势线，且AB=BC，电场中的A、B、C三点的场强分别为EA、EB、EC，电势分别为、、，AB、BC间的电势差分别为UAB、UBC，则下列关系中正确的有（）
A.＞＞
B.EC＞EB＞EA
C. UAB＜UBC
D. UAB＝UBC
解析：
A选项依据沿电场线的方向电势降低A对.
B选项依据电场线越密，电场强度越大B对.
C、D选项类比匀强电场,AB处的平均电场强度小于BC处的平均电场强度，C对D错.
点评：
像考这样的知识点多数是以选择题的形式出现（因为出题者考虑到覆盖知识点要全的原则，选择题可以多考几个选项），这就需要同学们把重要的基本概念搞清楚，针对不同的知识点选择不同解法。
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知识：
库仑定律
例2.（09年浙江卷）16．如图所示，在光滑绝缘水平面上放置3个电荷量均为的相同小球，小球之间用劲度系数均为的轻质弹簧绝缘连接当3个小球处在静止状态时，每根弹簧长度为已知静电力常量为，若不考虑弹簧的静电感应，则每根弹簧的原长为
A．B．C．D．
解析：
最右侧小球受三个力的作用，它们的关系是
，得
点评：
应用库仑定律时要注意
①两带电体均可以看成点电荷
②两带电体的电荷量均以其绝对值代入计算库仑力
2、知识网络
考点1.电荷、电荷守恒定律
1.自然界中存在两种电荷：
正电荷和负电荷。
例如：
用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电。
2.元电荷：
电荷量的电荷，叫元电荷。
说明任意带电体的电荷量都是元电荷电荷量的整数倍。
3.电荷守恒定律：
电荷既不能被创造，又不能被消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，电荷的总量保持不变。
考点2.库仑定律
1.内容：
在真空中静止的两个点电荷之间的作用力跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们之间的距离的平方成反比，作用力的方向在他们的连线上。
2.公式：
3.适用条件：
真空中的点电荷。
4.点电荷：
如果带电体间的距离比它们的大小大得多，以致带电体的形状对相互作用力的影响可忽略不计，这样的带电体可以看成点电荷。
考点3.电场强度
1.电场
1定义：
存在电荷周围能传递电荷间相互作用的一种特殊物质。
2基本性质：
对放入其中的电荷有力的作用。
2.电场强度
1.定义：
放入电场中的电荷受到的电场力F与它的电荷量q的比值，叫做改点的电场强度
2.单位：
N/C或V/m。
3.电场强度的三种表达方式的比较
定义式
决定式
关系式
表达式
适用
范围
任何电场
真空中的点电荷
匀强电场
说明
E的大小和方向与检验电荷
的电荷量以及电性以及存在与否无关
Q：
场源电荷的电荷量
r:
研究点到场源电荷的距离
U:
电场中两点的电势差
d：
两点沿电场线方向的距离
⑷矢量性：
规定正电荷在电场中受到的电场力的方向为改点电场强度的方向，或与负电荷在电场中受到的电场力的方向相反。
⑸叠加性：
多个电荷在电场中某点的电场强度为各个电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和，这种关系叫做电场强度的叠加，电场强度的叠加尊从平行四边形定则。
考点4.电场线、匀强电场
1.电场线：
为了形象直观描述电场的强弱和方向，在电场中画出一系列的曲线，曲线上的各点的切线方向代表该点的电场强度的方向，曲线的疏密程度表示场强的大小。
2.电场线的特点
1电场线是为了直观形象的描述电场而假想的、实际是不存在的理想化模型。
2始于正电荷或无穷远，终于无穷远或负电荷，电场线是不闭合曲线。
3任意两条电场线不相交。
4电场线的疏密表示电场的强弱，某点的切线方向表示该点的场强方向，它不表示电荷在电场中的运动轨迹。
5沿着电场线的方向电势降低；电场线从高等势面（线）垂直指向低等势面（线）。
3.匀强电场
⑴定义：
场强方向处处相同，场强大小处处相等的区域称之为匀强电场。
⑵特点：
匀强电场中的电场线是等距的平行线。
平行正对的两金属板带等量异种电荷后，在两板之间除边缘外的电场就是匀强电场。
4.几种典型的电场线
孤立的正电荷、负电荷、等量异种电荷、等量同种电荷、正点电荷与大金属板间、带等量异种电荷的平行金属板间的电场线
3、复习方案
基础过关
重难点：
库仑电荷分配法
例3.（09年江苏物理）1．两个分别带有电荷量和+的相同金属小球（均可视为点电荷），固定在相距为的两处，它们间库仑力的大小为。
两小球相互接触后将其固定距离变为，则两球间库仑力的大小为
A．B．C．D．
解析：
本题考查库仑定律及带电题电量的转移问题。
接触前两个点电荷之间的库仑力大小为，两个相同的金属球各自带电，接触后再分开，其所带电量先中和后均分，所以两球分开后各自带点为+Q，距离又变为原来的，库仑力为，所以两球间库仑力的大小为，C项正确。
如两球原来带正电，则接触各自带电均为+2Q。
答案：
C
点评：
两个完全相同的带电金属球相接触，同种电荷总电荷量平均分配，异种电荷先中和在平均分配。
典型例题
一、三自由点电荷共线平衡问题
例4．（改编）已知真空中的两个自由点电荷A和B,,,
相距L如图1所示。
若在直线AB上放一自由电荷C,让A、B、C
都处于平衡状态，则对C的放置位置、电性、电量有什么要求？
解析：
此问题属于力学的平衡问题，每个点电荷都处于另外两个点电荷的电场中，
都符合。
找出点电荷A、B的合场强为零的点放C，根据题
中A、B的电性可知的点必定在A、B外侧，再根据，
结合A、B的电量得出的点必定在B的外侧靠近电量较小的B。
设C的带电量,距B的距离为X，如图2所示
对C：
代入数据解得X=2L
因为约去，所以对于C只要放的位置符合它就可以平衡，A、B要平衡就得对C电性、电量有要求。
C若带负电A、B都不能平衡，故C带正电。
对B：
代入数据解得Q=9Q
ABC
此题也可以对A和B或者A和C列出二个力的平衡等式，解答结果一样。
实质是三个物体共受3对相互作用力，根据平衡条件和牛
FCAFBAFABFCBFBCFAC
顿第三定律可以由“二平衡”推出“三平衡’，
即“六力三平衡”，如图3所示。
图3
小结：
由此题我们可以得出三自由点电荷
共线平衡问题有如下特点
①三自由点电荷电性必为“两同一异”。
若三者均带同种电荷，无论怎么放，外侧点电荷都不可能平衡。
②异种电荷必放中间。
若异种电荷B放外侧，它本身不可能平衡。
③放在内侧的异种电荷B电量最小。
因为若QB>QC，则FBA>FCa，A不能平衡。
若QB>QA，则FBC>FAC，C不能平衡。
即共线平衡的三个自由电荷，电性是“两侧同，中间异”，电量是“夹小”—指中间电荷电量最小，“靠小”—指中间电荷靠近电量较小的电荷。
例5．（原创）下列各组共线的三个自由电荷,可以平衡的是（）
A、4Q4Q4QB、4Q－5Q3QC、9Q－4Q36QD、－4Q2Q－3Q
解析：
由“两同一异”排除A项，由“两侧同，中间异”且“夹小”排除B项,其实三点电荷的电量还有定量关系,借用图3可得
对A：
①对B：
②对C：
③
由①②③结合牛顿第三定律有:
而
再结合数学知识可以推得，即
，
代入数据可得D项不合，应选C。
二、三自由点电荷共线不平衡（具有共同的加速度）问题
例6．质量均为m的三个小球A、B、C放置在光滑的绝缘水平面的同一直线上，彼此相隔L。
A球带电量，，若在小球C上外加一个水平向右的恒力F，如图4所示，要使三球间距始终保持L运动，则外力F应为多大？
C球的带电量有多大？
解析：
题中每个小球都具有共同的向右加速度，显然C应带负电，才对AB均有向右引力。
根据库仑定律和牛顿第二定律，选向右为正方向
对A：
①
对B：
②
由①②解得，,
对A、B、C整体：
小结：
如果多个物体具有共同的恒定的加速度，那就得灵活运用隔离法与整体法解题。
图像问题。
第2课时电场能的性质
1、高考解读
真题品析
知识：
考查电场、电势、等势线、以及带电粒子在电场中的运动.
例1.（09年全国卷Ⅰ）18.如图所示，一电场的电场线分布关于y轴（沿竖直方向）对称，O、M、N是y轴上的三个点，且OM=MN，P点在y轴的右侧，MP⊥ON，则
A.M点的电势比P点的电势高
B.将负电荷由O点移动到P点，电场力做正功
C.M、N两点间的电势差大于O、M两点间的电势差
D.在O点静止释放一带正电粒子，该粒子将沿y轴做直线运动
答案：
AD
解析：
A选项由电场线的弯曲程度与题意中的MP⊥ON可以知道M和P两点不处在同一等势线上而且有,A对.
B选项由电场线的方向结合负电荷，将负电荷由O点移到P电场力做负功,B错.
C选项类比匀强电场,O到M的平均电场强度大于M到N的平均电场强度,所以有,C错.
D选项正电子受力沿y轴正方向又静止释放且电场线在y轴上又是直线,该粒子将沿y轴做加速直线运动，D对
点评：
对电场中电势高低的判断要一步到位，对电场力做功的方法要活学活用。
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知识：
电势能大小的判断方法
例2.（xx海南单科7）如图所示，固定在Q点的正点电荷的电场中有M、N两点，已知。
下列叙述正确的是
A．若把一正的点电荷从M点沿直线移动到N点，则电场力对该电荷做正功，电势能减小
B．若把一正的点电荷从M点沿直线移动到N点，则该电荷克服电场力做功，电势能增加
C．若把一负的点电荷从M点沿直线移动到N点，则电场力对该电荷做正功，电势能减小
D．若把一负的点电荷从M点沿直线移动到N点，再从N点沿直线移动到M点，则该电荷克服电场力做的功等于电场力对该电荷做的功，电势能不变
解析：
AB选项：
由于是正点电荷形成的电场，而，故M点电势大于N点电势，故故A对B错。
C选项：
由于是正点电荷形成的电场，而，故M点电势大于N点电势，故故C错。
D选项：
电场力做功的特点是只与带电粒子所处的始末位置有关与运动路径无关，D正确。
点评：
电势能大小的判断方法
1.场源电荷判断法：
离场源正电荷越近，检验正电荷的电势能越大，检验负电荷的电势能越小。
2.电场线法：
正电荷沿电场线移动时电势能减小，逆着电场线移动时电势能增加，负电荷沿电场线移动时电势能增加，逆着电场线移动时电势能减小。
3做功判断法：
无论是正电荷还是负电荷，只要电场力做正功电势能就减小，电场力做负功电势能就增加。
2、知识网络
考点1.电势差
1.定义：
电荷在电场中由一点A移动到另一点B时，电场力所做的功与该电荷电荷量的比值就叫做AB两点的电势差，用表示。
2.定义式：
3.单位：
4.矢标性：
是标量，当有正负，正负代表电势的高低
考点2.电势
1.定义：
电势实际上是和标准位置的电势差，即电场中某点的电势。
在数值上等于把1C正电荷从某点移到标准位置（零电势点）是静电力说做的功。
2.定义式：
3.单位：
4.矢标性：
是标量，当有正负，电势的正负表示该点电势比零电势点高还是低。
考点3.电势能
1.定义：
电荷在电场中某点的电势能在数值上等于把电荷从这一点到电势能为零处（电势为零）静电力所做的功。
2.定义式：
3.单位：
焦耳（J）
4.矢标性：
是标量，当有正负，电势能的正负表示该点电势能比零电势能点高还是低。
5.电场力做功与电势能变化的关系
⑴静电力对电荷做正功电势能就减小，静电力对电荷做负功电势能就增加。
⑵静电力对电荷做功等于电荷电势能的变化量，所以静电力的功是电荷电势能变化的量度。
用表示电势能，则将电荷从A点移到B点，有
考点4.等势面
1.定义：
电场中电势相等的点构成的面叫做等势面。
2.等势面的特点
⑴等势面一定跟电场线垂直
⑵电场线总是从电势较高的等势面指向电势较低的等势面
⑶任意两等势面都不会相交
⑷电荷在同一等势面上移动时，电场力做功为零
⑸电场强度较大的地方，等差等势面较密
⑹几种常见的等势面如下：
考点5.匀强电场中电势差和电场强度的关系
1.匀强电场中电势差U和电场强度E的关系式为：
2.说明⑴只适用于匀强电场的计算⑵式中的d的含义是某两点沿电场线方向上的距离，或两点所在等势面间距。
由此可以知道：
电场强度的方向是电势降落最快的方向。
3、复习方案
基础过关
重难点：
电场强度、电势、电势差、电势能的比较
电场强度
电势
电势差
电势能
意义
描述电场的力的性质
描述电场的能的性质
描述电场的做功的本领
描述电荷在电场中的能量，电荷做功的本领
定义
矢标性
矢量：
方向为放在电场中的正电荷的受力方向
标量，有正负，正负只表示大小
标量，有正负，正负只表示电势的高低
正电荷在正电势位置有正电势能，简化为：
正正得正，正负的负，负负的正
决定因素
场强由本身决定，与试探电荷无关
场强由本身决定，与试探电荷无关，其大小与参考点的选取有关，有相对性
由电场本身的两点间差异决定，与试探电荷无关，与参考点的选取无关
由电荷量与该点电势二者决定，与参考点选取有关
关系
场强为零的地方电势不一定为零
电势为零的地方场强不一定为零
零场强区域两点间电势一定为零，电势差为零的区域场强不一定为零
场强为零，电势能不一定为零，电势为零，电势能一定为零
联系
匀强电场中（d为AB间沿场强方向上的距离）；电势沿着场强方向降低最快；
例3.（原创）在静电场中，一个电子由a点移到b点时电场力做功为5eV，则以下认识中错误的是 （）
A．电场强度的方向一定由b沿直线指向a．B．a、b两点间电势差Uab=5V．
C．电子的电势能减少5eV．D．电子的电势能减少5J．
解析：
A选项：
电场强度的方向与运动路径无关，A错。
B选项：
，B错
C选项：
电场力做5eV正功，电势能减小5eV，C对，D单位错。
答案：
ABD
点评：
熟练掌握电势差的计算方法，电势能增大减小的判断途径等。
典型例题：
场强与电势差的关系
例4．匀强电场中的三点A、B、C是三角形的三个顶点，AB的长度为1m，D为AB的中点，如图所示。
已知电场线平行于ΔABC所在平面，A、B、C三点的电势分别为14V、6V和2V。
设场强大小为E，一电量为1×10－6C的正电荷从D点移到C点电场力所做的功为W，则（）
A．W＝8×10－6J，E≤6V/m
B．W＝6×10－6J，E＞6V/m
C．W＝6×10－6J，E≤8V/m
D．W＝8×10－6J，E＞8V/m
解析：
做功直接由公式就可得到，判断场强时由选项出发无需具体找出等势面，但找等势面确定电场线很重要。
答案：
D
例5.如图
（1），A、B、C、D、E、F为匀强电场中一个边长为10cm的正六边形的六个顶点，A、B、C三点电势分别为1.0V、2.0V、3.0V，则下列说法正确的是（）
A．匀强电场的场强大小为10V/m
B．匀强电场的场强大小为V/m
C．电荷量为1.6×10－19C的正点电荷从E点移到F点，电荷克服电场力做功为1.6×10－19J
D．电荷量为1.6×10－19C的负点电荷从F点移到D点，电荷的电势能减少4.8×10－19J
解析：
AB选项：
要找出等势面，求出两个等势面之间的距离。
CD选项：
直接利用计算电场力做功的公式，和电场力的功与电势能的关系解决。
答案：
B
点评：
找等势面是解决场强问题的一条重要途径尤其是在匀强电场中，在匀强电场中有目的性的找出电势相等的两点，用直尺连线就为这种电势的等势面。
第3课时电容器、带电粒子在电场中的运动
1、高考解读
真题品析
知识：
带电粒子在匀强电场中的偏转
例1．（09年安徽卷）23．（16分）如图所示，匀强电场方向沿轴的正方向，场强为。
在点有一个静止的中性微粒，由于内部作用，某一时刻突然分裂成两个质量均为的带电微粒，其中电荷量为的微粒1沿轴负方向运动，经过一段时间到达点。
不计重力和分裂后两微粒间的作用。
试求
（1）分裂时两个微粒各自的速度；
（2）当微粒1到达（点时，电场力对微粒1做功的瞬间功率；
（3）当微粒1到达（点时，两微粒间的距离。
解析：
（1）微粒1在y方向不受力，做匀速直线运动；在x方向由于受恒定的电场力，做匀加速直线运动。
所以微粒1做的是类平抛运动。
设微粒1分裂时的速度为v1，微粒2的速度为v2则有：
在y方向上有①
在x方向上②
由①②得③
根号外的负号表示沿y轴的负方向。
中性微粒分裂成两微粒时，遵守动量守恒定律，有
④
⑤
方向沿y正方向。
（2）设微粒1到达（0，-d）点时的速度为v，则电场力做功的瞬时功率为
⑥
其中由运动学公式⑦
所以⑧
（3）两微粒的运动具有对称性，如图所示，当微粒1到达（0，-d）点时发生的位移
⑨
则当微粒1到达（0，-d）点时，两微粒间的距离为⑩
点评：
对于带电粒子以垂直匀强电场的方向进入电场后，受到的电场力恒定且与初速度方向垂直，做匀变速曲线运动（类平抛运动）。
处理方法往往是利用运动的合成与分解的特性：
分合运动的独立性、分合运动的等时性、分运动与合运动的等效性。
沿初速度方向为匀速直线运动、沿电场力方向为初速度为零的匀加速运动。
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知识：
平行板电容器问题
例2．如图8所示，D是一只二极管，它的作用是只允许电流从a流向b，不允许电流从b流向a，平行板电容器AB内部原有电荷P处于静止状态，当两极板A和B的间距稍增大一些的瞬间（两极板仍平行），P的运动情况将是（）
A．仍静止不动．B．向下运动
C．向上运动．D．无法判断．
解析：
此题利用二极管的单向导电性来判断电容器是Q还是U不变，若假设U不变马上判断出E变小，电场力变小，电荷向下运动，但是d变大又导致C变小结合U不变得出Q变小即电容器A板正电荷应该放出这是不可能的事，所以只能得出一个结论假设错误即Q不变可以根据
得出不变（与d无关）答案选A
点评：
此类题目新颖易错，不少同学以为电容器接在稳压电源两端即电压不变，其实不然。
还需要判断二极管的通断，充放电是否能正常进行。
2、知识网络
考点1。
电容器
1.构成：
两个互相靠近又彼此绝缘的导体构成电容器。
2.充放电：
（1）充电：
使电容器两极板带上等量异种电荷的过程。
充电的过程是将电场能储存在电容器中。
（2）放电：
使充电后的电容器失去电荷的过程。
放电的过程中储存在电容器中的电场能转化为其他形式的能量。
3．电容器带的电荷量：
是指每个极板上所带电荷量的绝对值
4.电容器的电压：
（1）额定电压：
是指电容器的对大正常工作即电容器铭牌上的标定数值。
（2）击穿电压：
是指把电容器的电介质击穿导电使电容器损坏的极限电压。
考点2.电容
1．定义：
电容器所带的电荷量Q与两极板间的电压U的比值
2．定义式：
3．电容的单位：
法拉，符号：
F。
4．物理意义：
电容是描述电容器容纳电荷本领大小的物理量，在数值上等于电容器两板间的电势差增加1V所需的电荷量。
5．制约因素：
电容器的电容与Q、U的大小无关，是由电容器本身的结构决定的。
对一个确定的电容器，它的电容是一定的，与电容器是否带电及带电多少无关。
考点3.平行板电容器
1．平行板电容器的电容的决定式：
即平行板电容器的电容与介质的介电常数成正比，与两板正对的面积成正比，与两板间距成反比。
2．平行板电容器两板间的电场：
可认为是匀强电场，E=U/d
考点4.带电粒子在电场中的运动
1.带电粒子的加速：
对于加速问题，一般从能量角度，应用动能定理求解。
若为匀变速直线运动，可用牛顿运动定律与运动学公式求解。
2.带电粒子在匀强电场中的偏转：
对于带电粒子以垂直匀强电场的方向进入电场后，受到的电场力恒定且与初速度方向垂直，做匀变速曲线运动（类平抛运动）。
⑴处理方法往往是利用运动的合成与分解的特性：
分合运动的独立性、分合运动的等时性、分运动与合运动的等效性。
沿初速度方向为匀速直线运动、沿电场力方向为初速度为零的匀加速运动。
⑵基本关系：
x方向：
匀速直线运动
Y方向：
初速度为零的匀加速直线运动
1．离开电场时侧向偏转量：
y
2．离开电场时的偏转角：
φ
推论1.粒子从偏转电场中射出时,其速度反向延长线与初速度方向交一点,此点平分沿初速度方向的位移。
推论2.位移和速度不在同一直线上，且tanφ=2tanα。
3、复习方案
基础过关：
重难点：
加速和偏转结合
例3.（原创）如图所示，在真空中竖直放置一对金属板,加速电压为U。
水平放置一对金属板，板间距离为d,偏转电压为U，一电荷量为-q质量为m的带电粒子从极板由静止出发。
试分析带电粒子的运动情况。
（不计粒子的重力）
解析：
电荷经加速电场（U0）加速后进入偏转电场（U），通过加速电场的末速度即为进入偏转电场的初速度（v0）请推导v0、y、tanφ的表达式？
发现：
y、tanφ与粒子的m、q无关！
点评：
带同种电荷的不同的粒子从静止开始经过同一加速电场和同一偏转电场后，运动轨迹相同。
典型例题
例4：
两个相距为d的平行金属板,有正对着的两小孔A、B,如图甲所示,两板间加如图乙所示的交变电场,一质量为m,带电量为+q的带电粒子,在t=0时刻在A孔处无初速释放,试判
断带电粒子能否穿过B孔？
（t=0时刻A板电势高）
解析：
第4课时静电场单元测试
1．如图所示，
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