专题29 电荷守恒定律 库仑定律（讲）-2019年高考物理一轮复习讲练测

专题29 电荷守恒定律 库仑定律（讲）-2019年高考物理一轮复习讲练测

‎ ‎ 第七章 静电场 ‎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，判断电势高低、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决定因素的理解，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.‎ 第29讲 电荷守恒定律 库仑定律 ‎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判断.‎ ‎2.会解决库仑力参与的平衡及动力学问题．‎ 一、电荷及电荷守恒定律 ‎1．元电荷：最小的电荷量，其值为e＝1.60×10－19C．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；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，它们的电荷量如何分配？‎ 答案　同种电荷的电荷量平均分配，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)是一种理想化的物理模型；‎ ‎(2)当带电体本身的大小和形状对研究的问题影响很小时，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：，其中比例系数k叫做静电力常量，k＝9.0×109 N·m2/C2.‎ ‎(3)适用条件：①真空中；②点电荷．‎ 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，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．如果把金属箔换成指针，并用金属做外壳，这样的验电器又叫静电计．注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，它们张开角度的原因都是同种电荷相互排斥的结果．‎ ‎★重点归纳★‎ ‎1.对物体带电的理解 ‎(1)使物体带电有三种方式 ‎(2)库仑电荷分配法——接触共有分半 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，异种电荷先中和后平分．‎ ‎2.电荷量、元电荷、点电荷和检验电荷的区别 电荷量是物体带电荷的多少，电荷量只能是元电荷的整数倍；元电荷是电荷量为1.6×10－19 C的电荷，不是电子也不是质子，而是最小的电荷量，电子和质子带最小的电荷量；点电荷要求“线度远小于研究范围的空间尺度”，是一种理想化物体模型，对其带电荷量无限制；检验电荷是用来研究电场的电荷，要求放入电场后对原来的电场不产生影响，故应为带电荷量足够小的点电荷．‎ ‎★典型案例★如图所示，a、b、c为真空中三个带电小球，b球带电量为+Q, 用绝缘支架固定，a、c两小球用绝缘细线悬挂，处于平衡状态时三小球球心等高，且a、b和b、c间距离相等，悬挂a小球的细线向左倾斜，悬挂c小球的细线竖直 A． a、b、c三小球带同种电荷 B． a、c两小球带异种电荷 C． a小球带电量为-4Q D． c小球带电量为+4Q ‎【答案】 C 点睛：本小题通过同一水平线上的三个带电小球，考查了学生对于库仑定律和受力平衡的掌握情况。学生可以通过基础模型转化——三自由电荷平衡问题（两大夹一小，两同夹一异）来解决本题，一定程度上也考查了学生知识迁移的能力。‎ ‎★针对练习1★下列关于点电荷的说法中,正确的是（　　）‎ A.体积大的带电体一定不是点电荷 B.当两个带电体的形状对它们间相互作用力的影响可忽略时,这两个带电体可看做点电荷 C.点电荷就是体积足够小的电荷 D.点电荷是电荷量和体积都很小的带电体 ‎【答案】B ‎【解析】‎ 试题分析：带电体能否看成点电荷,不能以体积大小、电荷量多少而论.一个带电体能否看成点电荷,要依具体情况而定,只要在测量精度要求的范围内,带电体的形状、大小等因素的影响可以忽略,即可视为点电荷,故选项B正确.‎ 考点：点电荷.xk*w ‎【名师点睛】此题考查了学生对点电荷的理解；要知道点电荷是人们为了研究电场而引入的理想的物理模型；一个带电体能否看作质点要根据具体的情况而定，而不能只有带电体的体积或者带电量而定，点电荷不是带电量很小的带电体.‎ ‎★针对练习2★两个分别带有电荷量为－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 D．12F ‎【答案】C ‎【解析】‎ 考点：库仑定律 ‎【名师点睛】注意当两个完全相同的带电荷接触时，带电量先中和后均分，这是电荷分配原则，当然本题题中库仑定律的适用范围是真空中的点电荷，而我们在平时应用时，基本上只要说带电小球，带电液滴，在空气中也适用库仑定律。‎ 考点二 库仑定律的理解及其应用 库仑定律的适用条件是真空中的静止点电荷．点电荷是一种理想化的物理模型，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．‎ ‎★重点归纳★‎ ‎1.处理点电荷的平衡问题及动力学问题的方法 ‎（1）确定研究对象．如果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）对研究对象进行受力分析，多了库仑力()；‎ ‎（3）列平衡方程(F合＝0或Fx＝0，Fy＝0)．‎ ‎2. 库仑定律应用应注意的问题 ‎（1）在审题过程中，不但要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仔细领会，从中获取有效信息，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．‎ ‎（2）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：‎ ‎①“三点共线”——三个点电荷分布在同一直线上；‎ ‎②“两同夹异”——正负电荷相互间隔；‎ ‎③“两大夹小”——中间电荷的电荷量最小；‎ ‎④“近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷。‎ ‎（3）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．‎ ‎（4）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（如两个点电荷间的库仑力满足牛顿第三定律），值得注意的两点是：(1)列方程时，注意库仑力的方向， (2)若库仑力总与速度方向垂直，库仑力不做功．‎ ‎★典型案例★如图甲所示，把一个带正电的球体A放在绝缘支架上，再把一个质量为m、带电量为q的带电小球B用绝缘细绳悬挂在铁架台上，小球静止在P点时细绳与竖直方向的夹角为θ，电场力方向水平向右。球A与球B之间的距离远大于两球的直径。求:‎ ‎(1)球B在P点所受电场力F0的大小及球A产生的电场在P点的电场强度E0的大小;‎ ‎(2)现缓慢移动铁架台，使球B从P点沿水平方向右移，近似认为移动过程中电场力方向始终水平向右，用刻度尺测出P点右侧不同位置到P点的水平距离x，采取(1)中方法确定出该位置球B所受电场力F，然后作出F-x图像，如图乙所示。其中M点为水平移动方向上的一点，已知x轴上每小格代表的距离为x0，根据图像估算P、M两点间电势差UPM的大小。xk,w ‎ ‎【答案】 (1) (2) (3) ‎ ‎★针对练习1★如图所示，竖直固定放置的光滑绝缘杆上O点套有一个质量为m、带电量为-q的小环。在杆的左侧固定一个带电量为+Q的点电荷，杆上a、b两点与Q正好构成等边三角形。已知Oa之间距离为h1，ab 之间距离为h2，静电常量为k。现使小环从图示位置的O点由静止释放，若通过a点的速率为。试求：‎ ‎（1）小环运动到a点时对杆的压力大小及方向；‎ ‎（2）小环通过b点的速率。‎ ‎【答案】 （1），方向水平向左（2）‎ ‎【解析】‎ ‎（2）小环从a运动到b的运动过程，根据动能定理 由于Qa=Qb，所以可得 ‎★针对练习2★如图所示，在一条直线上有两个相距0.4 m的点电荷A、B，A带电＋Q，B带电－9Q，现引入第三个点电荷C，恰好使三个点电荷均在电场力的作用下处于平衡状态，问：C应带什么性质的电？应放于何处？所带电荷量为多少？‎ ‎【答案】 C带负电 放在A的左边0.2 m处 ‎【解析】‎ 试题分析：A、B、C三个电荷要平衡，必须三个电荷在一条直线上，外侧两电荷排斥，中间电荷吸引外侧两电荷，因为外侧两电荷距离大，所以外侧电荷电荷量大，中间电荷电荷量小，因此，C只能带负电，并且只能放在二者连线的延长线上，靠近A，如图所示.设C与A间距为x，电荷量为qC.‎ 考点：库仑定律。‎ ‎【名师点睛】：（1）对于三个电荷平衡问题可总结为：近大远小，两同夹一异 ‎（2）对于处于平衡状态的物体，在解决此类问题时，先对物体进行受力分析，然后根据力的平衡条件，列出平衡方程求解，不管是电场力，还是磁场力都一样。‎ ‎ ‎