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2021年高中物理 第九章 静电场及其应用 章末整合提升新人教版必修3

2021年高中物理 第九章 静电场及其应用 章末整合提升新人教版必修3

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章末整合提升

主题一　库仑力作用下带电体的平衡
1.库仑力是一种场力,具有力的一切性质,可以与其他力合成、分解,两点电荷间的库仑力是一对作用力和反作用力,遵从牛顿第三定律.
2.在受力分析时,若同时存在多个带电体,不要漏掉某个库仑力,同时要注意库仑力的作用距离.
3.分析步骤如下:

【典例1】如图所示,MON是固定的光滑绝缘直角杆,MO沿水平方向,NO沿竖直方向,A、B为两个套在此杆上的带有同种电荷的小球,水平向右的力F作用在A球上,使两球均处于静止状态,已知A、B两球连线与水平方向成θ角.下列说法正确的是 (　　)

A.杆MO对A球的弹力大小为Ftan θ
B.杆NO对B球的弹力大小为Fsin θ
C.B球的重力大小为Ftan θ
D.A、B两球间的静电力大小为Fcos θ
解析:设A的质量为m,对A球受力分析,A受到重力mg、拉力F、支持力FN1、两球间的静电力F1,如图所示.

根据平衡条件有
x方向:F=F1cos θ,
y方向:FN1=mg+F1sin θ.
设B的质量为m',再对B球受力分析,受重力m'g、静电力F2、杆对其向左的支持力FN2,如图所示.

根据平衡条件有
x方向:F2cos θ=FN2,
y方向:F2sin θ=m'g,
其中F1与F2等大反向.
由上述四式得到m'g=Ftan θ,F1=Fcosθ,FN1=mg+Ftan θ,FN2=F.故选项C正确.
答案:C
主题二　电场强度和电场线的理解和应用
电场强度的性质.
(1)矢量性:规定正电荷在电场中某点所受静电力的方向为该点电场强度的方向.
(2)客观性:电场中某一点的电场强度是唯一的,它的大小和方向与放入该点的试探电荷无关,它取决于形成电场的电荷(场源电荷)及空间位置.
(3)叠加性:如果几个静止点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.
【典例2】如图所示,电荷量的绝对值均为Q的四个点电荷分别固定在正方形的四个顶点上,正方形边长为a,则正方形两条对角线交点处的电场强度
(　　)

A.大小为42kQa2,方向竖直向上
B.大小为22kQa2,方向竖直向上
C.大小为42kQa2,方向竖直向下
D.大小为22kQa2,方向竖直向下
解析:一个点电荷在两条对角线交点O产生的电场强度大小为E=kQ22a2=2kQa2,对角线上的两异种点电荷在O处的合电场强度大小为E合=2E=4kQa2,故两对角线交点处的电场强度EO=E合2+E合2=42kQa2,方向竖直向下,选项C正确.
答案:C
主题三　静电力的性质
1.电场线与带电粒子运动轨迹的综合分析.
(1)带电粒子做曲线运动时,合力指向轨迹曲线的凹侧,速度方向沿轨迹的切线方向.
(2)分析方法.
①静电力的方向:由轨迹的弯曲情况结合电场线确定.
②带电粒子所带电荷的正负:由静电力和电场线的方向可判断.
③带电粒子加速度的大小:由电场线的疏密程度可确定静电力的大小,再根据牛顿第二定律F=ma可判断.
2.电场中力和运动的关系.
带电物体在电场中受到静电力作用,还可能受到其他力的作用,如重力、弹力、摩擦力等.在多个力的作用下物体所受合力可能不为0,此时物体做匀变速运动或非匀变速运动.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,合理地选择牛顿第二定律、运动学公式等相应的规律解题.
【典例3】(多选)在光滑绝缘的水平桌面上,存在着方向水平向右的匀强电场,电场线如图中实线所示.一初速度不为0的带电小球从桌面上的A点开始运动,到C点时,突然受到一个外加的水平恒力F作用而继续运动到B点,其运动轨迹如图中虚线所示,v表示小球经过C点时的速度,则 (　　)

A.小球带正电
B.恒力F的方向可能水平向左
C.恒力F的方向可能与v方向相反
D.在A、B两点小球的速率不可能相等
解析:由小球从A点到C点的轨迹可知,小球受到的静电力方向向右,带正电,选项A正确.小球从C点到B点,所受合力指向轨迹凹侧,当水平恒力F水平向左时,合力可能向左,符合要求;当恒力F的方向与v方向相反时,合力背离CB段轨迹凹侧,不符合要求.选项B正确,选项C错误.小球从A点到B点,由动能定理,当静电力与恒力F做功的代数和为0时,在A、B两点小球的速率相等,选项D错误.
答案:AB