2018-2019高中物理 第1章 從富蘭克林到庫侖 1.3 物質(zhì)的又一種形態(tài)學(xué)案 滬科版選修1 -1.doc

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1．3　物質(zhì)的又一種形態(tài) 1．(3分)在絕緣光滑水平面上，相隔一定距離有兩個(gè)帶同種電荷的小球，同時(shí)由靜止釋放，則兩小球的加速度和速度大小隨時(shí)間變化的情況是(　　) A．速度變大，加速度變大 B．速度變小，加速度變小 C．速度變大，加速度變小 D．速度變小，加速度變大 【解析】　根據(jù)庫侖定律知，同種電荷的小球由靜止釋放后，由于互相排斥，兩球間的距離增大，排斥力減小，根據(jù)牛頓第二定律知加速度減小，但兩球運(yùn)動(dòng)方向與排斥力同向，應(yīng)做加速運(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)C正確，A、B、D錯(cuò)誤． 【答案】　C 2．(3分)如圖131所示，A、B兩點(diǎn)分別固定著電荷量為＋Q和－Q的點(diǎn)電荷，A、B、C、D四點(diǎn)在同一直線上，且AC＝CD＝DB.現(xiàn)將一帶正電的電荷從C點(diǎn)沿直線移到D點(diǎn)，則庫侖力對(duì)試探電荷(　　) 圖131 A．一直做正功　　　　　 B．一直做負(fù)功 C．先做正功再做負(fù)功 D．先做負(fù)功再做正功 【解析】　由于A帶正電，B帶負(fù)電，正電荷從C運(yùn)動(dòng)到D的過程中受力始終向右，所以庫侖力一直對(duì)電荷做正功，故A正確． 【答案】　A 3．(4分)(多選)要使真空中的兩個(gè)點(diǎn)電荷間的庫侖力增大到原來的4倍，下列方法可行的是(　　) A．每個(gè)點(diǎn)電荷的帶電荷量都增大到原來的2倍，點(diǎn)電荷間的距離不變 B．保持點(diǎn)電荷的帶電荷量不變，使兩個(gè)點(diǎn)電荷間的距離增大到原來的2倍 C．使一個(gè)點(diǎn)電荷的帶電荷量加1倍，另一個(gè)點(diǎn)電荷帶電荷量保持不變，同時(shí)使兩點(diǎn)電荷間的距離減小為原來的 D．保持點(diǎn)電荷的帶電荷量不變，將兩點(diǎn)電荷間的距離減小為原來的 【解析】　據(jù)庫侖定律F＝k知FA＝＝4F，A項(xiàng)正確；FB＝＝，B項(xiàng)錯(cuò)誤；FC＝＝8F；C項(xiàng)錯(cuò)誤．FD＝＝4F，D項(xiàng)正確． 【答案】　AD 課 標(biāo) 導(dǎo) 思 1.認(rèn)識(shí)電荷間的相互作用是通過電場(chǎng)發(fā)生的，電場(chǎng)具有力的性質(zhì). 2.理解電場(chǎng)強(qiáng)度的概念，會(huì)用電場(chǎng)強(qiáng)度描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向，并會(huì)利用E＝F/q進(jìn)行有關(guān)計(jì)算．(重點(diǎn)) 3.認(rèn)識(shí)電場(chǎng)線，會(huì)用電場(chǎng)線來定性描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向．(難點(diǎn)) 4.理解勻強(qiáng)電場(chǎng). 一、什么是電場(chǎng) 1．電場(chǎng)的產(chǎn)生：電荷周圍存在著一種物質(zhì)，叫做電場(chǎng)．電荷之間是通過電場(chǎng)發(fā)生相互作用的． 2．性質(zhì)：電場(chǎng)的基本性質(zhì)是對(duì)放入場(chǎng)中的電荷有力的作用． 3．電場(chǎng)力：電場(chǎng)對(duì)電荷的作用力叫做電場(chǎng)力． 4．物質(zhì)性：電場(chǎng)和磁場(chǎng)一樣，都是物質(zhì)的一種形態(tài)． 二、電場(chǎng)的形象化描述 1．電場(chǎng)線：在電場(chǎng)中畫出一條條曲線，并規(guī)定電場(chǎng)線從正電荷出發(fā)，終止于負(fù)電荷；電場(chǎng)線上某點(diǎn)的切線方向表示正電荷在該點(diǎn)的受力方向；電場(chǎng)線的疏密程度表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱． 2．意義：為了形象地描述電場(chǎng)而人為引入的． 三、電場(chǎng)的定量表示 1．電場(chǎng)強(qiáng)度 (1)定義：放入電場(chǎng)中某點(diǎn)的電荷所受電場(chǎng)力F跟它的電荷量q的比值叫做該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，簡稱場(chǎng)強(qiáng)． (2)定義式：E＝. (3)單位：在國際單位制中其單位是N/C，也可寫成V/m. (4)方向：電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量，人們規(guī)定電場(chǎng)強(qiáng)度的方向跟放在該點(diǎn)的正電荷所受電場(chǎng)力方向相同． 2．勻強(qiáng)電場(chǎng) (1)定義：如果空間某個(gè)區(qū)域內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向處處相同，這個(gè)區(qū)域內(nèi)的電場(chǎng)叫做勻強(qiáng)電場(chǎng)． (2)電場(chǎng)線特點(diǎn)：勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線可以用一組等間距的平行直線來表示． 根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度的定義及庫侖定律推導(dǎo)點(diǎn)電荷周圍電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算公式． 提示：設(shè)距點(diǎn)電荷Q為r處，場(chǎng)強(qiáng)為E，在r處放一電荷q，q受到Q的電場(chǎng)給它的力，且F＝，所以E＝＝，即距點(diǎn)電荷Q為r處，電場(chǎng)強(qiáng)度E＝. 一、對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的理解 電場(chǎng)強(qiáng)度是描述電場(chǎng)的力的性質(zhì)的物理量． 1．E＝是電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式，適用于任何情況．雖然E＝，但E與F和q都無關(guān)，電場(chǎng)強(qiáng)度是由電場(chǎng)本身決定的量．電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)是確定的，其大小、方向只與建立電場(chǎng)的本身(或場(chǎng)源電荷)有關(guān)，而與放入的試探電荷無關(guān)． 2．E＝k是點(diǎn)電荷所形成的電場(chǎng)的決定式．E由場(chǎng)源電荷Q和試探電荷到場(chǎng)源電荷的距離決定，與是否放入試探電荷無關(guān)． 【特別提醒】　電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量，當(dāng)空間的電場(chǎng)是由幾個(gè)電荷共同產(chǎn)生時(shí)，某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)是每個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的矢量和. 二、對(duì)電場(chǎng)線的理解 1．電場(chǎng)線是為了形象地描述電場(chǎng)而假想的，實(shí)際并不存在，因此電場(chǎng)線是一種理想化的模型． 2．電場(chǎng)線始于正電荷，止于負(fù)電荷．在正電荷形成的電場(chǎng)中，電場(chǎng)線起于正電荷，延伸到無窮遠(yuǎn)處；在負(fù)電荷形成的電場(chǎng)中，電場(chǎng)線起于無窮遠(yuǎn)處，止于負(fù)電荷． 3．電場(chǎng)線分布的疏密反映了電場(chǎng)的強(qiáng)弱．表示場(chǎng)強(qiáng)的大?。鄬?duì)而言，電場(chǎng)線越密的區(qū)域，電場(chǎng)強(qiáng)度就越大． 4．電場(chǎng)線上任意一點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向一致． 5．電場(chǎng)線在電場(chǎng)中不相交，不中斷． 【深化探究】　電場(chǎng)線是電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡嗎？ 提示：電場(chǎng)線是為了形象地描述電場(chǎng)而引入的假想線，規(guī)定電場(chǎng)線上每點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向沿該點(diǎn)的切線方向，也就是正電荷在該點(diǎn)受電場(chǎng)力產(chǎn)生的加速度的方向(負(fù)電荷受力方向相反).運(yùn)動(dòng)軌跡是帶電粒子在電場(chǎng)中實(shí)際通過的軌跡，徑跡上每點(diǎn)的切線方向?yàn)閹щ娏Ｗ釉谠擖c(diǎn)的速度方向.結(jié)合力學(xué)知識(shí)我們知道.只有當(dāng)電場(chǎng)線是直線，而帶電粒子又只受電場(chǎng)力作用由靜止開始或初速度沿電場(chǎng)線方向運(yùn)動(dòng)時(shí)軌跡才有可能與電場(chǎng)線重合. 6．幾種常見電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布及特點(diǎn). 電場(chǎng) 電場(chǎng)線圖樣 簡要描述 電場(chǎng)特點(diǎn) 正點(diǎn)電荷 發(fā)散狀直線 離點(diǎn)電荷近處電場(chǎng)強(qiáng)度大，方向背離正點(diǎn)電荷 負(fù)點(diǎn)電荷 會(huì)聚狀直線 離點(diǎn)電荷近處電場(chǎng)強(qiáng)度大，方向指向負(fù)點(diǎn)電荷 等量同種電荷 相斥狀曲線 兩點(diǎn)電荷連線上：中點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)最小(為零)，靠近電荷變大； 兩點(diǎn)電荷連線的中垂線：中點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)最小(為零)，向外移動(dòng)先變大后變小 等量異種電荷 相吸狀曲線 兩點(diǎn)電荷連線上：中點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)最小，靠近電荷變大 兩點(diǎn)電荷連線的中垂線：中點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)最大，向外移動(dòng)逐漸變小 勻強(qiáng)電場(chǎng) (二平行板正對(duì)，中間部分為勻強(qiáng)電場(chǎng))平行的、等間距的、同向的直線 大小相等，方向相同 點(diǎn)電荷與帶電極板 上部為發(fā)散狀曲線 下部為相吸狀曲線 離點(diǎn)電荷越遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)越小 【特別提醒】　沒有畫出電場(chǎng)線的地方不一定沒有電場(chǎng).只有在同一幅電場(chǎng)線圖中，才能根據(jù)電場(chǎng)線的疏密比較電場(chǎng)的強(qiáng)弱. 一、電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算 　在真空中O點(diǎn)放一個(gè)點(diǎn)電荷Q＝＋1.010－9 C，直線MN通過O點(diǎn)，OM的距離r＝30 cm，M點(diǎn)放一個(gè)試探點(diǎn)電荷q＝－1.010－10 C，如圖132所示，求： 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：17592011】 圖132 (1)q在M點(diǎn)受到的作用力． (2)M點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)． (3)拿走q后M點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)． (4)M、N兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)哪點(diǎn)大？ (5)如果把Q換成－1.010－9 C的點(diǎn)電荷，情況又如何？ 【導(dǎo)析】　電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)由電場(chǎng)本身決定，與該點(diǎn)所放電荷無關(guān)，但是可以利用E＝來量度電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)． 【解析】　(1)q在M點(diǎn)受到的電場(chǎng)力由庫侖定律可得 F＝k＝9.0109 N ＝1.010－8 N (2)M點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng) E＝＝ N/C＝100 N/C， 方向由M指向N. (3)拿走q后M點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)不變，場(chǎng)強(qiáng)與試探電荷q無關(guān)． (4)由E＝k可知，離場(chǎng)源電荷Q越遠(yuǎn)，E越小，由于rOMEN， (5)若把Q換成－1.010－9 C的點(diǎn)電荷，各處的場(chǎng)強(qiáng)大小不變，但方向與原來相反． 【答案】　見解析 E＝的應(yīng)用 此題重點(diǎn)考查了對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度概念的理解，試探電荷q只是用來量度電場(chǎng)中某點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小的，電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)由電場(chǎng)本身性質(zhì)決定，與試探電荷無關(guān)． 1．空間存在電場(chǎng)，在電場(chǎng)中的A點(diǎn)放入電荷量為210－9 C的正電荷，電荷受到方向向右、大小為410－4 N的電場(chǎng)力，A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為多少，方向向哪？ 【解析】　根據(jù)E＝，代入數(shù)據(jù)可求A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，大小為E＝ N/C＝2105 N/C，方向?yàn)檎姾墒芰Ψ较颍蛴遥? 【答案】　2105 N/C　方向向右 二、電場(chǎng)線的應(yīng)用 　如圖133所示為靜電場(chǎng)的一部分電場(chǎng)線的分布，下列說法正確的是(　　) 圖133 A．這個(gè)電場(chǎng)可能是負(fù)點(diǎn)電荷形成的 B．C點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)為零，因?yàn)槟抢餂]有電場(chǎng)線 C．點(diǎn)電荷q在A點(diǎn)受到的電場(chǎng)力比在B點(diǎn)受到的電場(chǎng)力大 D．負(fù)電荷在B點(diǎn)時(shí)受到的電場(chǎng)力的方向沿B點(diǎn)切線方向 【導(dǎo)析】　(1)由電場(chǎng)線的疏密程度可以判斷電場(chǎng)強(qiáng)度的大?。? (2)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向沿電場(chǎng)線在該點(diǎn)的切線方向． (3)電荷所受電場(chǎng)力的方向與電荷的電性有關(guān)． 【解析】　負(fù)電荷的電場(chǎng)線是指向負(fù)電荷的直線，故A錯(cuò)誤；電場(chǎng)線只是形象地描述電場(chǎng)，沒有電場(chǎng)線的地方，場(chǎng)強(qiáng)不一定為零，故B錯(cuò)誤；電場(chǎng)線的疏密表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱，因EA>EB，F(xiàn)＝qE，所以FA>FB，故C正確；負(fù)電荷在B點(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向與B點(diǎn)的切線方向相反，故D錯(cuò)誤． 【答案】　C 對(duì)電場(chǎng)線的理解 分析這類題目時(shí)，要理解電場(chǎng)線的特點(diǎn)，并能應(yīng)用其特點(diǎn)根據(jù)實(shí)際情況分析判斷． 2．如圖134所示為兩個(gè)帶電量相等的點(diǎn)電荷周圍的電場(chǎng)線分布(電場(chǎng)線方向未標(biāo)出)，則(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：17592012】 圖134 A．A只能帶正電 B．A只能帶負(fù)電 C．若A帶正電，則B肯定是帶負(fù)電的 D．若A帶正電，則B肯定是帶正電的 【解析】　圖示的電場(chǎng)線為兩個(gè)帶等量異種電荷的點(diǎn)電荷形成電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布，由電場(chǎng)的分布可以判斷C正確、D錯(cuò)誤；但沒有標(biāo)注電場(chǎng)線的方向，所以不能判斷A、B的電性，A、B錯(cuò)誤． 【答案】　C 1．有關(guān)對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的理解，下述正確的是(　　) A．由E＝可知，電場(chǎng)強(qiáng)度E跟放入電荷q所受的電場(chǎng)力成正比 B．當(dāng)電場(chǎng)中存在試探電荷時(shí)，電荷周圍才出現(xiàn)電場(chǎng)這種特殊的物質(zhì)，才存在電場(chǎng)強(qiáng)度 C．由E＝kQ/r2可知，在離點(diǎn)電荷很近，r接近于零時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)無窮大 D．電場(chǎng)強(qiáng)度是反映電場(chǎng)本身特性的物理量，與是否存在試探電荷無關(guān) 【解析】　電場(chǎng)對(duì)處于其中的電荷有電場(chǎng)力的作用是電場(chǎng)的基本性質(zhì)，我們?yōu)榱朔从畴妶?chǎng)具有這一力的性質(zhì)，引入了物理量電場(chǎng)強(qiáng)度E，E反映了電荷周圍存在的特殊物質(zhì)——電場(chǎng)本身的特性，試探電荷的引入僅僅是用來檢驗(yàn)這一特性，因此與試探電荷是否存在無關(guān)，物理學(xué)中的點(diǎn)電荷是一種理想化的模型，對(duì)實(shí)際的帶電體在滿足它本身的線度遠(yuǎn)小于問題中所涉及的空間距離時(shí)，都可看成是點(diǎn)電荷，但當(dāng)r→0時(shí)，則不能把電荷看成是點(diǎn)電荷了，即E＝kQ/r2，在r→0時(shí)已不適用，由上述可知只有D選項(xiàng)正確． 【答案】　D 2．在電場(chǎng)中某一點(diǎn)放一試探電荷q，它受到的靜電力為F，則該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為E＝，那么下列說法正確的是(　　) A．若移去試探電荷，該點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度為0 B．若該點(diǎn)放一電荷量為2q的試探電荷，則該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為2E C．若該點(diǎn)放一電荷量為2q的試探電荷，則該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為 D．若該點(diǎn)放一電荷量為2q的試探電荷，則該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為E 【解析】　電場(chǎng)強(qiáng)度是根據(jù)試探電荷受力情況用比值的方法定義的，公式E＝中，雖然有試探電荷的電荷量q，但更換試探電荷時(shí)，F(xiàn)與q的比值不變，電場(chǎng)強(qiáng)度由電場(chǎng)本身決定． 【答案】　D 3．A、B為帶電荷量分別為＋Q和－Q的兩個(gè)等量異種點(diǎn)電荷，c、d為A、B連線上的兩點(diǎn)，且Ac＝Bd，如圖135所示，關(guān)于c、d兩點(diǎn)間電場(chǎng)強(qiáng)度的情況是(　　) 圖135 A．由c到d電場(chǎng)強(qiáng)度由大變小 B．由c到d電場(chǎng)強(qiáng)度由小變大 C．由c到d電場(chǎng)強(qiáng)度不變 D．由c到d電場(chǎng)強(qiáng)度先變小后變大 【解析】　c、d兩點(diǎn)處于A、B兩異種點(diǎn)電荷所形成的疊加場(chǎng)，各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)可由EA＋EB表示，但計(jì)算起來較為繁雜，可借助電場(chǎng)線來描繪．如圖所示，從電場(chǎng)線分布看，從c→d過程中電場(chǎng)線密→疏→密，因此電場(chǎng)強(qiáng)度先變小后變大． 【答案】　D 4．如圖所示的各電場(chǎng)中，A、B兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度相等的是(　　) 【解析】　電場(chǎng)強(qiáng)度相等是指大小相等，方向相同．A選項(xiàng)中A、B兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小相等，方向不同；B選項(xiàng)中A、B兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小不相等，但方向相同；C選項(xiàng)中兩平行金屬板間電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng)，故大小、方向相同；D選項(xiàng)中，A、B兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的大小不同，方向相同． 【答案】　C 5．為了確定電場(chǎng)中P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小，用細(xì)絲線懸掛一個(gè)帶負(fù)電的小球去探測(cè)，當(dāng)球在P點(diǎn)靜止后，測(cè)出懸線與豎直方向夾角為37，如圖136所示，已知P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向是水平方向，小球重力為4.010－3 N，帶電荷量為0.01 C，則P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小是多少？ 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：17592013】 圖136 【解析】　對(duì)小球受力分析如圖所示，根據(jù)平衡條件可知： F電＝mgtan 37＝4.010－3 N＝3.010－3 N E＝＝＝0.3 N/C. 【答案】　0.3 N/C