2021高考物理一轮复习经典组合之电荷守恒定律-库仑定律Word版含答案.docx
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1、考点内容要求说明考纲解读电荷;电荷守恒定律;点电荷1.多个电荷库仑力的平衡和场强叠加问题2利用电场线和等势面确定场强的大小和方向,推断电势凹凸、电场力变化、电场力做功和电势能的变化等3带电体在匀强电场中的平衡问题及其他变速运动的动力学问题4对平行板电容器电容打算因素的理解,解决两类有关动态变化的问题5分析带电粒子在电场中的加速和偏转问题6示波管、静电除尘等在日常生活和科学技术中的应用.库仑定律静电场;电场线电场强度;点电荷的场强电场强度的计算最多考虑两个电场的叠加电势能;电势;等势面电势差匀强电场中电势差与电场强度的关系带电粒子在匀强电场中的运动(示波管)只限于带电粒子进入电场时速度平行或垂直
2、于场强的状况电容;电容器电荷守恒定律库仑定律考纲解读1.了解静电现象的有关解释,能利用电荷守恒定律进行相关推断.2.会解决库仑力参与的平衡及动力学问题1对接触带电和电荷守恒定律的理解用一绝缘柄将一带正电玻璃棒a接触另一不带电玻璃棒b,使之接触起电,以下说法正确的是()A在此接触起电过程中,玻璃棒a上的正电荷向玻璃棒b上转移B在此接触起电过程中,玻璃棒b上的电子向玻璃棒a上转移C在此接触起电过程中,它们的电荷的代数和不变D此接触起电过程并不愿定遵循电荷守恒定律答案BC解析带正电的玻璃棒a与不带电的另一玻璃棒b接触时,由于电荷间的相互作用,使b棒中的电子向a棒转移,此时b棒失去电子而带正电,a棒得
3、到电子与原有的部分正电荷中和,因而a棒上所带的电荷量削减,但a、b两棒所带电荷的代数和不变,遵循电荷守恒定律2对感应起电过程的理解如图1所示,A、B为相互接触的用绝缘支柱支持的金属导体,起初它们不带电,在它们的下部贴有金属箔片,C是带正电的小球,下列说法正确的是()A把C移近导体A时,A、B上的金属箔片都张开图1B把C移近导体A,先把A、B分开,然后移去C,A、B上的金属箔片仍张开C先把C移走,再把A、B分开,A、B上的金属箔片仍张开D先把A、B分开,再把C移走,然后重新让A、B接触,A上的金属箔片张开,而B上的金属箔片闭合答案AB解析虽然A、B起初都不带电,但带正电的导体C对A、B内的电荷有
4、力的作用,使A、B中的自由电子向左移动,从而使A端积累了负电荷,B端积累了正电荷,其下部贴有的金属箔片由于接触带电,也分别带上了与A、B同种的电荷由于同种电荷间的斥力,所以金属箔片都张开,A正确C只要始终在A、B四周,先把A、B分开,A、B将带等量异种的感应电荷,此时即使再移走C,因A、B已经绝缘,所带电荷量也不会变,故金属箔片仍张开,B正确但假如先移走C,A、B上的感应电荷会马上中和,不再带电,所以金属箔片都不会张开,C错先把A、B分开,再移走C,A、B照旧带电,但重新让A、B接触后,A、B上的感应电荷完全中和,金属箔片都不会张开,D错3对库仑定律适用条件的理解关于库仑定律的公式Fk,下列说
5、法正确的是()A当真空中的两个点电荷间的距离r时,它们之间的静电力F0B当真空中的两个电荷间的距离r0时,它们之间的静电力FC当真空中的两个电荷之间的距离r时,库仑定律的公式就不适用了D当真空中的两个电荷之间的距离r0时,电荷不能看成是点电荷,库仑定律的公式就不适用了答案AD解析r时,电荷可以看做点电荷,库仑定律的公式适用,由公式可知,它们之间的静电力F0;r0时,电荷不能看成点电荷,库仑定律的公式就不适用了4电荷守恒定律和库仑定律的应用如图2所示,半径相同的两个金属小球A、B带有电荷量大小相等的电荷,相隔确定的距离,两球之间的相互吸引力大小为F.今用第三个半径相同的不带电的金属小球图2C先后
6、与A、B两个球接触后移开,这时,A、B两个球之间的相互作用力大小是()A.F B.F C.F D.F答案A解析由于A、B间有吸引力,故A、B带异种电荷设A、B带的电荷量分别为Q、Q,则两球之间的相互吸引力即为静电力:Fk.当C球与A球接触后,A、C两球的电荷量都为:q1.当C球再与B球接触后,B、C两球的电荷量都为:q2.所以此时A、B两球之间的相互作用力的大小为Fk,故A正确考点梳理一、电荷及电荷守恒定律1元电荷:最小的电荷量,其值为e1.601019_C其他带电体的电荷量皆为元电荷的整数倍2电荷守恒定律(1)内容:电荷既不会创生,也不会毁灭,它只能从一个物体转移到另一个物体,或者从物体的一
7、部分转移到另一部分;在转移过程中,电荷的总量保持不变(2)起电方式:摩擦起电、接触起电、感应起电(3)带电实质:物体带电的实质是得失电子思考:当两个完全相同的带电金属球相互接触时,它们的电荷量如何支配?答案同种电荷的电荷量平均支配,异种电荷的先中和后平分二、点电荷及库仑定律1点电荷(1)是一种抱负化的物理模型;(2)当带电体本身的大小和外形对争辩的问题影响很小时,可以将带电体视为点电荷2库仑定律(1)内容:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成正比,与它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上(2)公式:Fk,其中比例系数k叫做静电力常量,k9.0109 Nm2
8、/C2.(3)适用条件:真空中;点电荷5库仑力作用下的共线、平衡问题两个可自由移动的点电荷分别放在A、B两处,如图3所示A处电荷带正电荷量Q1,B处电荷带负电荷量Q2,且Q24Q1,另取一个可以自由移动的点电荷Q3,放在AB直图3线上,欲使整个系统处于平衡状态,则()AQ3为负电荷,且放于A左方BQ3为负电荷,且放于B右方CQ3为正电荷,且放于A、B之间DQ3为正电荷,且放于B右方答案A解析由于每个电荷都受到其余两个电荷的库仑力作用,且已知Q1和Q2是异种电荷,对Q3的作用力一为引力,一为斥力,所以Q3要平衡就不能放在A、B之间依据库仑定律知,由于B处的电荷Q2电荷量较大,Q3应放在离Q2较远
9、而离Q1较近的地方才有可能处于平衡,故应放在Q1的左侧要使Q1和Q2也处于平衡状态,Q3必需带负电,故应选A.6应用力学方法解决含库仑力的平衡问题两个质量分别是m1、m2的小球,各用丝线悬挂在同一点,当两球分别带同种电荷,且电荷量分别为q1、q2时,两丝线张开确定的角度1、2,如图4所示,此时两个小球处于同一水平面上,则下列说法正确的是()图4A若m1m2,则12B若m1m2,则12C若m12D若q1q2,则12答案BC解析以m1为争辩对象,对m1受力分析如图所示由共点力平衡得FTsin 1F库FTcos 1m1g由得tan 1,同理tan 2,由于不论q1、q2大小如何,两带电小球所受库仑力
10、属于作用力与反作用力,永久相等,故从tan 知,m大,则tan 小,亦小,m相等,亦相等,故B、C正确方法提炼1三个自由点电荷仅在它们系统的静电力作用下处于平衡状态时,满足的规律是:两同夹异、两大夹小、近小远大(中间电荷靠近电荷量较小的端电荷)2库仑力参与下的共点力平衡问题:分析方法与力学问题相同,只是多了一个库仑力而己,可以用正交分解法,也可以用矢量三角形法考点一静电现象及电荷守恒定律1使物体带电的三种方法及其实质摩擦起电、感应起电和接触带电是使物体带电的三种方法,它们的实质都是电荷的转移而实现电荷转移的动力是同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引2验电器与静电计的结构与原理玻璃瓶内有两片金属箔
11、,用金属丝挂在一根导体棒的下端,棒的上端通过瓶塞从瓶口伸出(如图5甲所示)假如把金属箔换成指针,并用金属做外壳,这样的验电器又叫静电计(如图乙所示)留意金属外壳与导体棒之间是绝缘的不管是静电计的指针还是验电器的箔片,它们张开角度的缘由都是同种电荷相互排斥的结果图5例1使带电的金属球靠近不带电的验电器,验电器的箔片张开下列各图表示验电器上感应电荷的分布状况,其中正确的是()解析由于静电感应,当带电的金属球靠近不带电的验电器时,验电器达到静电平衡,近端(靠近金属球端)感应出异种电荷,远端(金属箔片)感应出同种电荷,只有B正确答案B突破训练1把两个完全相同的金属球A和B接触一下,再分开一段距离,发觉
12、两球之间相互排斥,则A、B两球原来的带电状况可能是()A带等量异种电荷 B带等量同种电荷C带不等量异种电荷 D一个带电,另一个不带电答案BCD解析两球接触后所带总电荷量等于原来各自带电荷量的代数和,每个球所带电荷量为总电荷量的一半因此只要两球原来不带等量异种电荷,则总电荷量不为零,分开后两球就带同种电荷,有相互作用的斥力考点二对库仑定律的理解和应用库仑定律的适用条件是真空中的静止点电荷点电荷是一种抱负化的物理模型,当带电体间的距离远大于带电体的自身大小时,可以视其为点电荷而适用库仑定律,否则不能适用例2如图6所示,两个质量均为m的完全相同的金属球壳a与b,其壳层的厚度和质量分布均匀,将它们固定
13、于绝缘支架上,两球心间的距离为l,为球壳外半径r的3倍若使它们带上等量异种电荷,使其所带电荷量的确定值均为Q,那么a、b两球之间的图6万有引力F1与库仑力F2为()AF1G,F2kBF1G,F2kCF1G,F2kDF1G,F2k解析虽然两球心间的距离l只有其外半径r的3倍,但由于其壳层的厚度和质量分布均匀,两球壳可看做质量集中于球心的质点,因此,可以应用万有引力定律;而本题中由于a、b两球壳所带异种电荷相互吸引,使它们各自的电荷分布不均匀,即相互靠近的一侧电荷分布比较密集,又因两球心间的距离l只有其外半径r的3倍,不满足l远大于r的要求,故不能将两带电球壳看成点电荷,所以不能应用库仑定律,D正
14、确答案D突破训练2两个分别带有电荷量Q和3Q的相同金属小球(均可视为点电荷),固定在相距为r的两处,它们间库仑力的大小为F.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.F B.F C.F D12F答案C解析由库仑定律知,F,两小球接触后电荷量先中和再平分,使得两小球带电荷量均为Q,此时的库仑力FF.考点三库仑力作用下的平衡问题及动力学问题例3如图7所示,悬挂在O点的一根不行伸长的绝缘细线下端有一个带电荷量不变的小球A.在两次试验中,均缓慢移动另一带同种电荷的小球B.当B到达悬点O的正下方并与A在同一水平线上,A处于受力平衡时,悬线偏离竖直方向的角度为.若两次实验中B的电荷量
15、分别为q1和q2,分别为30和45,则为() 图7A2 B3 C2 D3解析对A受力分析如图所示,由库仑定律得Fk;又rlsin ,FGtan 由以上各式可解得qB,因G、l、qA、k不变,则2.故C正确答案C处理点电荷的平衡问题及动力学问题的方法1.确定争辩对象假如有几个物体相互作用时,要依据题意,适当选取“整体法”或“隔离法”;2对争辩对象进行受力分析,多了库仑力(F);3列平衡方程(F合0或Fx0,Fy0)突破训练3如图8所示,水平光滑的绝缘细管中,两相同的带电金属小球相向运动,当相距L时,加速度大小均为a,已知A球 图8带电荷量为q,B球带电荷量为3q.当两球相碰后再次相距为L时,两球
16、加速度大小为多大?答案aa解析设两球的质量均为m,开头两球相距L时,库仑力大小为F,则a相碰后两球电荷量先中和,后平分,所以带电荷量均为q,两球再次相距为L时,库仑力F,则两球加速度均为a由式得aa.28挖掘隐含条件,解决库仑力作用下的动力学问题 解析设小球在最高点时的速度为v1,依据牛顿其次定律有mgm(2分)设当小球在最低点时的速度为v2,管壁对小球的作用力为F,依据牛顿其次定律有Fmgm (2分)小球从最高点运动到最低点的过程中只有重力做功,故机械能守恒则mvmg2Rmv(2分)由式解得F6mg (1分)由牛顿第三定律得球对管壁的作用力FF6mg. (1分)答案6mg在审题过程中,不但要
17、了解题目所描述的是什 么物理现象,物理过程如何,求解什么问题,更重要的是要对题目文字和图象的关键之处认真领悟,从中猎取有效信息,即所谓要挖掘题目中的隐含条件对有些物理问题,能否快速正确地挖掘隐含条件可成为解题的关键本题中“细管截面半径远小于半径R”表明小球做圆周运动的半径就是R;“小球在最高点时恰好对细管无作用力”表明在最高点时小球所需向心力由重力和库仑力二力的合力供应另外,有库仑力参与的动力学问题与牛顿运动定律中的动力学问题本质上是相同的,值得留意的两点是:(1)列方程时,留意库仑力的方向,如本题中在最高点时向上,在最低点时向下;(2)本题中,库仑力总与速度方向垂直,库仑力不做功突破训练4如
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