高中物理 第1章 靜電與靜電場章末分層突破教師用書 魯科版選修1-1

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第1章 靜電與靜電場 [自我校對] ①摩擦 ②感應(yīng) ③轉(zhuǎn)移 ④守恒 ⑤相斥 ⑥相吸 ⑦理想 ⑧F＝k ⑨9.0109_Nm2/C2 ⑩真空中，點(diǎn)電荷 ?特殊物質(zhì) ?E＝ ?E＝k ?正電荷 ?疏密 ?導(dǎo)走 ?靜電屏蔽 　 電荷守恒定律和庫侖定律的應(yīng)用 1.任何孤立系統(tǒng)的電荷總數(shù)保持不變．在一個系統(tǒng)的內(nèi)部，電荷可以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體．但是，在這個過程中系統(tǒng)總的電荷是不改變的． 2．庫侖定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式F＝k中k是靜電力常量；F是兩個點(diǎn)電荷間的靜電力，q1、q2是兩點(diǎn)電荷所帶的電荷量，r是兩點(diǎn)電荷間的距離．上式適用于真空中的點(diǎn)電荷，若計算靜電力時將電荷的電性符號代入，結(jié)果若F電>0表示電荷間為斥力，F(xiàn)電<0，表示電荷間為引力． 　有3個完全一樣的金屬小球A、B、C，A帶電荷量為7Q，B帶電荷量為－Q，C球不帶電，今將A、B固定起來，然后讓C反復(fù)與A、B球接觸，最后移去C球，求A、B的相互作用力變?yōu)樵瓉淼亩嗌伲? 【解析】　在本題中C球不帶電，讓其分別與A、B接觸，三個小球滿足電荷守恒定律，電荷量會重新分配，最后三個小球都具有相同的電荷量．再分別利用庫侖定律求解在不同時刻的庫侖力即可． C與A、B反復(fù)接觸，最后A、B、C三者電荷量均分，即qA′＝qB′＝qC′＝＝2Q A、B間的作用力為 F′＝k＝ 原來A、B間作用力F＝k＝，所以＝.即為原來的. 【答案】　 電場、電場強(qiáng)度與電場線 1.電場的基本性質(zhì)是對放入其中的電荷有力的作用，無論電荷是靜止還是運(yùn)動、運(yùn)動方向如何．電場強(qiáng)度的定義就是抓住電場的這一性質(zhì)而導(dǎo)出的．并且通過電荷受的力與電荷量的比值，給出了定義式E＝.接著又結(jié)合庫侖定律給出了真空中點(diǎn)電荷電場的決定式E＝k.應(yīng)用時要注意它們的區(qū)別． 2．電場線是為了形象地描述電場而假想的線．它能形象地表示出電場強(qiáng)度的大小和方向，并能清楚地描述不同種類的電場，如勻強(qiáng)電場、點(diǎn)電荷的電場、以及等量同種電荷、等量異種電荷的電場等． 　關(guān)于電場，下列敘述正確的是(　　) A．以點(diǎn)電荷為圓心、r為半徑的球面上，各點(diǎn)的場強(qiáng)都相同 B．正電荷周圍的電場一定比負(fù)電荷周圍的電場場強(qiáng)大 C．在電場中某點(diǎn)放入檢驗電荷q，該點(diǎn)的場強(qiáng)為E＝F/q，取走q后，該點(diǎn)場強(qiáng)不變 D．電荷所受電場力很大，該點(diǎn)電場強(qiáng)度一定很大 【解析】　場強(qiáng)是矢量，不僅有大小，而且有方向．以點(diǎn)電荷Q為圓心，半徑為r的球面上，場強(qiáng)的大小E＝kQ/r2，但方向不同，故選項A錯誤．在正電荷和負(fù)電荷周圍確定場強(qiáng)的方法相同，用檢驗電荷q放到被考察點(diǎn)，q所受的電場力為F，那么E＝F/q.由此可見，何處場強(qiáng)大，何處場強(qiáng)小，與電荷的正負(fù)并沒有什么關(guān)系，故選項B也錯誤．電場強(qiáng)度E是電場的性質(zhì)，檢驗電荷是用來體現(xiàn)這一性質(zhì)的“工具”，就像用溫度計測量水的溫度一樣，溫度計插入水中，水的溫度就由溫度計顯示出來，取走溫度計，水的溫度仍然如此，不會消失，故C正確．E＝F/q一式中，E的大小并不是由F、q來決定的．在電場中某一點(diǎn)放入一檢驗電荷q，那么q越大，F(xiàn)越大，而F/q這一比值將不變．故選項D錯誤． 【答案】　C  章末綜合測評(一)　靜電與靜電場 (分值：100分　時間：60分鐘) 一、選擇題(本題共8個小題，每小題6分，共48分．在每小題給出的四個選項中，有的小題只有一個選項正確，有的小題有多個選項正確．全部選對的得6分，選不全的得3分，有選錯或不答的得0分．) 1．用毛皮摩擦橡膠棒，會使橡膠棒帶負(fù)電．摩擦前后，橡膠棒上的質(zhì)子數(shù)將(　　) A．增加　　　　　　 B．減少 C．不變 D．先增加后減少 【解析】　摩擦過程中，橡膠棒帶負(fù)電，是毛皮的電子轉(zhuǎn)移至橡膠棒上，而不是橡膠棒上的質(zhì)子減少所至，故C正確． 【答案】　C 2．如圖1所示，是點(diǎn)電荷Q周圍的電場線，以下判斷正確的是(　　) 圖1 A．Q是正電荷，A點(diǎn)的電場強(qiáng)度大于B點(diǎn)的電場強(qiáng)度 B．Q是正電荷，A點(diǎn)的電場強(qiáng)度小于B點(diǎn)的電場強(qiáng)度 C．Q是負(fù)電荷，A點(diǎn)的電場強(qiáng)度大于B點(diǎn)的電場強(qiáng)度 D．Q是負(fù)電荷，A點(diǎn)的電場強(qiáng)度小于B點(diǎn)的電場強(qiáng)度 【解析】　因電場線方向背離點(diǎn)電荷Q，故Q為正電荷；由于電場線的疏密表示場強(qiáng)的大小，A點(diǎn)電場線密，A點(diǎn)的電場強(qiáng)度就大，故選項A正確． 【答案】　A 3．關(guān)于點(diǎn)電荷，以下說法正確的是(　　) A．所有的帶電體在任何情況下都可以看成點(diǎn)電荷 B．帶電體的大小和形狀對研究它們之間的作用力的影響可以忽略不計時，帶電體可以看成點(diǎn)電荷 C．通常把帶電小球看成點(diǎn)電荷，帶電小球靠得很近時，它們之間的作用力為無限大 D．以上說法都不對 【解析】　帶電體的大小和形狀對研究它們之間的作用力的影響可以忽略不計時，帶電體才可以看成點(diǎn)電荷．故A錯，B對；當(dāng)帶電小球靠得很近時，庫侖定律不適用，故C錯；綜合以上可知D錯． 【答案】　B 4．(2016龍巖高二測試)把一不帶電的金屬小球移近一個帶電的金箔驗電器，金箔的張角將(　　) A．變大　　　　　　　 B．變小 C．不變 D．不能確定 【解析】　把一不帶電的金屬小球移近一個帶電的金箔驗電器，金屬小球與驗電器會帶上同種電荷，根據(jù)電荷守恒定律可知，驗電器上帶電荷量將比原來的少，則金箔的張角將變小，故只有B正確． 【答案】　B 5.如圖2是模擬避雷針作用的實驗裝置，金屬板M接高壓電源的正極，金屬板N接負(fù)極．金屬板N上有兩個等高的金屬柱A、B，A為尖頭，B為圓頭．逐漸升高電源電壓，當(dāng)電壓達(dá)到一定數(shù)值時，可看到放電現(xiàn)象．先產(chǎn)生放電現(xiàn)象的是(　　) 避雷針模擬實驗 圖2 A．A金屬柱 B．B金屬柱 C．A、B金屬柱同時 D．可能是A金屬柱，也可能是B金屬柱 【解析】　根據(jù)導(dǎo)體表面電荷分布與尖銳程度有關(guān)可知，A金屬柱尖端電荷密集，容易發(fā)生尖端放電現(xiàn)象，故選項A正確． 【答案】　A 6．雷雨天氣，應(yīng)謹(jǐn)防雷電，下面做法正確的是(　　) A．雷雨天氣外出時，可以在孤立的高大建筑物和大樹下避雨 B．雷雨天氣外出時，在空地上應(yīng)立即蹲下，以免成為雷電的襲擊目標(biāo) C．雷雨天氣外出時，可以在戶外打手機(jī) D．在室內(nèi)，如果聽到打雷，應(yīng)馬上關(guān)好門窗，以防雷電進(jìn)屋 【解析】　雷雨天氣，為防止雷電襲擊，在外出時，不能在戶外接打手機(jī)，C錯誤，由于高大建筑物和大樹積累電荷較多，易發(fā)生尖端放電而遭雷擊，故A錯誤，B正確，在室內(nèi)，如果聽到打雷，應(yīng)馬上關(guān)閉用電器，以防雷電襲擊，D錯誤． 【答案】　B 7．如圖所示，電荷量為q1和q2的兩個點(diǎn)電荷分別位于P點(diǎn)和Q點(diǎn)．已知在P、Q連線上某點(diǎn)R處的電場強(qiáng)度為零，且PR＝2RQ，則(　　) 圖3 A．q1＝2q2 B．q1＝4q2 C．q1＝－2q2 D．q1＝－4q2 【解析】　設(shè)PR＝2RQ＝2r，因為R處的電場強(qiáng)度為零，兩點(diǎn)電荷在R處的場強(qiáng)等大反向，由k＝k，解得q1＝4q2，B正確． 【答案】　B 8．光滑絕緣水平面上有一帶正電的小球正在做勻速直線運(yùn)動，當(dāng)小球運(yùn)動到a點(diǎn)時突然加上一個平行水平面的電場，發(fā)現(xiàn)小球沿曲線abc運(yùn)動且速率逐漸增大，則下列關(guān)于所加電場在b點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向合理的是(虛線是曲線在b點(diǎn)的切線)(　　) 【解析】　由題知，小球原來只受重力和支持力作用，加上電場后，小球運(yùn)動狀態(tài)的改變僅由電場力引起，因小球帶正電，所受電場力方向(指向軌跡凹側(cè))與電場強(qiáng)度方向一致，又因小球速率是增加的，所以電場力方向與速度方向夾角應(yīng)小于90，C對． 【答案】　C 二、非選擇題(本題共4個小題，共52分，解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟，只寫出最后答案的不得分．有數(shù)值計算的題，答案中應(yīng)明確寫出數(shù)值和單位．) 9．(10分)真空中的兩個點(diǎn)電荷A、B相距20 cm，A帶正電QA＝4.010－10 C．已知A對B的吸引力F＝5.410－8 N，則B在A處產(chǎn)生的場強(qiáng)大小是________N/C，方向________；A在B處產(chǎn)生的場強(qiáng)大小是____________N/C，方向________． 【解析】　EA＝F/QA＝135 N/C，EB＝＝90 N/C. 【答案】　135　A指向B　90　A指向B 10．(8分)在真空中有兩個點(diǎn)電荷，它們之間距離是L時，相互作用的庫侖力大小是F，如果把兩個電荷之間的距離縮短10 cm，則相互作用的庫侖力大小變?yōu)?F，由此可知L的大小是________cm. 【解析】　設(shè)兩個點(diǎn)電荷的電荷量分別為Q1和Q2，由庫侖定律，F(xiàn)＝k，4F＝k，所以L＝2L′＝2(L－0.1 m)，L＝0.2 m＝20 cm. 【答案】　20 11．(16分)如圖4所示，一根置于水平面上的光滑玻璃管(絕緣體)，內(nèi)部有兩個完全相同的彈性金屬球A、B，帶電荷量分別為9Q和－Q，從圖示位置由靜止開始釋放，問：兩球再次經(jīng)過圖中位置時，兩球的加速度是釋放時的多少倍？ 圖4 【解析】　釋放時由庫侖定律得F1＝k， 由于兩球帶異種電荷相互吸引兩球相碰后電荷先中和再平分，電量都變?yōu)椋?Q 再次回到原位置時，F(xiàn)2＝k 所以a1∶a2＝F1∶F2＝9∶16 即a2變?yōu)閍1的倍． 【答案】　倍 12．(18分)把一個電荷量為1.010－6C的負(fù)電荷q，依次放在帶正電的點(diǎn)電荷Q周圍的A、B兩點(diǎn)，受到的電場力大小分別是FA＝510－3N，F(xiàn)B＝310－3N. 圖5 (1)畫出負(fù)電荷q在A、B兩點(diǎn)的受力方向； (2)求出A、B兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度； (3)如在A、B兩點(diǎn)依次放上另一個電荷量為q′＝1.010－5C的正電荷，受到的電場力多大？ 【解析】　(1)電荷在A、B兩點(diǎn)的受力方向沿著它們與點(diǎn)電荷Q的連線向內(nèi)．如圖中FA、FB所示． (2)A、B兩點(diǎn)的場強(qiáng)大小依次為 EA＝＝N/C＝5103N/C EB＝＝N/C＝3103N/C 電場強(qiáng)度的方向與放入其中的負(fù)電荷的受力方向相反，因此電場強(qiáng)度的方向分別沿著A、B兩點(diǎn)與點(diǎn)電荷Q的連線向外(如圖所示)． (3)當(dāng)在A、B兩點(diǎn)放上電荷q′時，受到的電場力分別為 FA′＝EAq′＝51031.010－5N＝510－2N 方向與EA同向 FB′＝EBq′＝31031.010－5N＝310－2N 方向與EB同向． 【答案】　見解析