高考物理一轮复习讲义专题7.1　电场力的性质（原卷版）

专题7.1电场力的性质【讲】【讲核心素养】1.物理观念：静电现象、库仑力、电场、电场强度、电场线。（1）通过实验，了解静电现象。能用原子结构模型分析静电现象。（2）知道电场是一种物质。了解电场强度，体会用物理量之比定义新物理量的方法。会用电场线描述电场。2.科学思维：电荷守恒定律、点电荷、库仑定律、电场的叠加原理。（1）.知道点电荷模型。知道两个点电荷间相互作用的规律。（2）了解静电现象，能用电荷守恒的观念分析静电现象（3）掌握电场强度的概念和公式，会用平行四边形法则对电场进行叠加3.科学探究：库仑力与电荷量及电荷间距离的关系学会利用控制变量法探究库仑定律，并从中体会其中的科学思想和方法。4.科学态度与责任：静电现象应用与安全。了解生产生活中关于静电的利用与防护。【讲考点题型】【知识点一】库仑定律的理解及其相关平衡问题1．库仑定律适用于真空中静止点电荷间的相互作用．2．对于两个均匀带电绝缘球体，可将其视为电荷集中在球心的点电荷，r为球心间的距离．对于两个带电金属球，要考虑表面电荷的重新分布，如图所示．（1）同种电荷：F＜keq\f(q1q2,r2)；（2）异种电荷：F＞keq\f(q1q2,r2).【方法总结】完全相同的带电体接触后电荷的分配原则1.若两带电体带同种电荷q1、q2，则接触后电荷量平均分配，即q1′＝q2′＝eq\f(q1＋q2,2).2.若两带电体带异种电荷q1、q2，则接触后电荷量先中和后平分，即q1′＝q2′＝eq\f(|q1＋q2|,2)，电性与带电荷量大的带电体相同．【例1】（2021·海南·高考真题）如图，V型对接的绝缘斜面M、N固定在水平面上，两斜面与水平面夹角均为SKIPIF1<0，其中斜面N光滑。两个质量相同的带电小滑块P、Q分别静止在M、N上，P、Q连线垂直于斜面M，已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力。则P与M间的动摩擦因数至少为（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。【变式训练1】（2020·浙江·高考真题）如图所示，在倾角为SKIPIF1<0的光滑绝缘斜面上固定一个挡板，在挡板上连接一根劲度系数为SKIPIF1<0的绝缘轻质弹簧，弹簧另一端与A球连接。A、B、C三小球的质量均为M，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，当系统处于静止状态时，三小球等间距排列。已知静电力常量为k，则（

）A．SKIPIF1<0B．弹簧伸长量为SKIPIF1<0C．A球受到的库仑力大小为2MgD．相邻两小球间距为SKIPIF1<0【方法技巧】三个孤立共线点电荷平衡问题（1）条件：每个点电荷所受合力为零．（2）平衡规律“两同夹异”——正、负电荷相互间隔；“三点共线”——三个点电荷分布在同一条直线上；“两大夹小”——中间电荷的电荷量最小；“近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷．【知识点二】库仑力作用下的平衡和变速运动【例2】（多选）（2021·湖北·高考真题）如图所示，一匀强电场E大小未知、方向水平向右。两根长度均为L的绝缘轻绳分别将小球M和N悬挂在电场中，悬点均为O。两小球质量均为m、带等量异号电荷，电荷量大小均为q（q>0）。平衡时两轻绳与竖直方向的夹角均为θ=45°。若仅将两小球的电荷量同时变为原来的2倍，两小球仍在原位置平衡。已知静电力常量为k，重力加速度大小为g，下列说法正确的是（）A．M带正电荷 B．N带正电荷C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维。要求考生对物体的运动状态或物理过程所遵循的物理规律，来研究和处理受力问题。【变式训练2】（2022·全国·高三课时练习）如图甲所示，电荷量为q=2×10-4C的带正电的小物块置于绝缘水平面上，所在空间存在方向沿水平向右的电场，电场强度E的大小与时间的关系如图乙所示，物块运动速度与时间t的关系如图丙所示，取重力加速度g=10m/s2。求（1）前2秒内电场力做的功；（2）物块的质量；（3）物块与水平面间的动摩擦因数。【必备知识】1.解题思路（1）平衡问题，其解题思路与力学中的平衡问题一样，只是在原来受力的基础上多了库仑力，具体步骤如下：（2）变速运动：若物体在包含库仑力作用下，做变速运动时，是非平衡状态，要用牛顿第二定律分析，当涉及多个带电体时，常用整体与隔离法。2.特别提醒注意库仑力的方向：同性相斥，异性相吸，沿两电荷连线方向。【知识点三】电场强度的理解和计算1．电场强度的性质（1）矢量性：规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点场强的方向．（2）唯一性：电场中某一点的电场强度E是唯一的，它的大小和方向与放入该点的电荷q无关，它决定于形成电场的电荷（场源电荷）及空间位置．（3）叠加性：如果有几个静止点电荷在空间同时产生电场，那么空间某点的场强是各场源电荷单独存在时在该点所产生的场强的矢量和．2．三个计算公式3．电场强度的叠加（如图所示）4．“等效法”“对称法”和“填补法”（1）等效法在保证效果相同的前提下，将复杂的电场情景变换为简单的或熟悉的电场情景．例如：一个点电荷＋q与一个无限大薄金属板形成的电场，等效为两个异种点电荷形成的电场，如图甲、乙所示．（2）对称法：利用空间上对称分布的电荷形成的电场具有对称性的特点，使复杂电场的叠加计算问题大为简化．例如：如图所示，均匀带电的eq\f(3,4)球壳在O点产生的场强，等效为弧BC产生的场强，弧BC产生的场强方向，又等效为弧的中点M在O点产生的场强方向．（3）填补法将有缺口的带电圆环或圆板补全为完整的圆环或圆板，或将半球面补全为球面，从而化难为易、事半功倍．（4）选用技巧（1）点电荷电场、匀强电场场强叠加一般应用合成法即可．（2）均匀带电体与点电荷场强叠加一般应用对称法．（3）计算均匀带电体某点产生的场强一般应用补偿法或微元法．【例3】（2022·山东·高考真题）半径为R的绝缘细圆环固定在图示位置，圆心位于O点，环上均匀分布着电量为Q的正电荷。点A、B、C将圆环三等分，取走A、B处两段弧长均为SKIPIF1<0的小圆弧上的电荷。将一点电荷q置于SKIPIF1<0延长线上距O点为SKIPIF1<0的D点，O点的电场强度刚好为零。圆环上剩余电荷分布不变，q为（）A．正电荷，SKIPIF1<0 B．正电荷，SKIPIF1<0C．负电荷，SKIPIF1<0 D．负电荷，SKIPIF1<0【素养提升】本题考察的学科素养主要是科学思维。【变式训练3】（多选）（2022·全国·高考真题）如图，两对等量异号点电荷SKIPIF1<0、SKIPIF1<0固定于正方形的4个顶点上。L、N是该正方形两条对角线与其内切圆的交点，O为内切圆的圆心，M为切点。则（）A．L和N两点处的电场方向相互垂直B．M点的电场方向平行于该点处的切线，方向向左C．将一带正电的点电荷从M点移动到O点，电场力做正功D．将一带正电的点电荷从L点移动到N点，电场力做功为零【知识点四】电场线的理解和应用1．电场线的应用（1）在同一电场里，电场线越密的地方场强越大。（2）电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向。（3）沿电场线方向电势逐渐降低。（4）电场线和等势面在相交处互相垂直。2．两种等量点电荷的电场线比较等量异种点电荷等量同种点电荷电场线分布中垂线上的电场强度O点最大，向外逐渐减小O点为零，向外先变大后变小连线上的电场强度沿连线先变小后变大，中点O处的电场强度最小沿连线先变小后变大，中点O处的电场强度为零电场强度方向比较A、A′、B、B′四点场强方向相同，垂直于BB′连线A点场强方向向右，A′点场强方向向左，B点场强方向向上，B′点场强方向向下【例4】（2022·山东·胜利一中模拟预测）如图所示为真空中等量异种点电荷的电场，O为两电荷连线的中点，A、B是连线的中垂线上关于O点对称的两点、C、D为过O点的某一直线上关于O点对称的两点，在该电场中放一正的试探电荷。对这个试探电荷，以下说法正确的是（）A．在C、D两点的电势能相同B．在C、D两点所受电场力不同C．在外力作用下沿直线从C经O到D点的过程中，电场力先做正功后做负功再做正功D．在A点获得AB方向的速度后，仅电场力作用时一定沿直线SKIPIF1<0做匀速直线运动【素养提升】本题考察的学科素养主要是科学思维。【变式训练4】（多选）如图为某一电场的电场线，M、N、P为电场线上的三个点，M、N是同一电场线上两点，下列判断正确的是（）A．M、N、P三点中M点的场强最大B．M、N、P三点中M点的电势最高C．负电荷在N点的电势能大于在M点的电势能D．正电荷从M点自由释放，电荷将沿电场