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2019-2020年人教版高中選修3-1 《第一章 靜電場(chǎng)》章末總結(jié)（教案） 【教學(xué)過(guò)程】 1．本章知識(shí)是高考的熱點(diǎn)，考查頻率較高的是電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的變化，帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)等知識(shí)點(diǎn)，尤其是與力學(xué)知識(shí)的結(jié)合構(gòu)成力電綜合題，能力要求較高，以計(jì)算題形式出現(xiàn)。 2．對(duì)庫(kù)侖定律、電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)線、電勢(shì)、電勢(shì)能、等勢(shì)面、平行板電容器等的考查，通常以選擇題形式出現(xiàn)，對(duì)概念理解要求較高。 3．本章知識(shí)與生產(chǎn)技術(shù)、生活實(shí)際、科學(xué)研究聯(lián)系密切，如靜電屏蔽、尖端放電、示波器原理、靜電分選器、直線加速器等都可以成為新情景命題素材，要密切關(guān)注。 ★知識(shí)結(jié)構(gòu) ★重難點(diǎn)一、電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)、電勢(shì)差、電勢(shì)能的比較★ 1、電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)、電勢(shì)差、電勢(shì)能的比較 電場(chǎng)強(qiáng)度 電勢(shì) 電勢(shì)差 電勢(shì)能 意義 描述靜電場(chǎng)力的性質(zhì) 描述電場(chǎng)能的性質(zhì) 描述電場(chǎng)做功本領(lǐng) 描述電荷在電場(chǎng)中的能量，表示電荷做功本領(lǐng)大小 定義 E＝ φ＝ UAB＝ Ep＝qφ 矢 標(biāo) 性 矢量，方向與放在該點(diǎn)的正電荷的受力方向相同 標(biāo)量，有正負(fù)，正負(fù)只表示大小 標(biāo)量，有正負(fù)，正負(fù)表示電勢(shì)高低 標(biāo)量，有正負(fù)，正負(fù)由電勢(shì)正負(fù)和電荷正負(fù)共同決定，簡(jiǎn)記為：正正得正，負(fù)負(fù)得正，正負(fù)得負(fù) 決 定 因 素 由電場(chǎng)本身決定，與試探電荷無(wú)關(guān) 由電場(chǎng)本身決定，其大小有相對(duì)性，與參考點(diǎn)的選取有關(guān)，與試探電荷無(wú)關(guān) 由電場(chǎng)本身的兩點(diǎn)決定，與參考點(diǎn)的選取及試探電荷無(wú)關(guān) 由電荷量和該點(diǎn)電勢(shì)兩者決定，與參考點(diǎn)的選取有關(guān) 聯(lián)系 勻強(qiáng)電場(chǎng)中UAB＝φA－φB＝Ed；電勢(shì)沿電場(chǎng)強(qiáng)度方向降低得最快； φ＝，UAB＝；WAB＝ΔEpAB＝EpA－EpB 【特別提醒】 場(chǎng)強(qiáng)為零的點(diǎn)，電勢(shì)、電勢(shì)能不一定為零；電勢(shì)為零的點(diǎn)，場(chǎng)強(qiáng)不一定為零，電勢(shì)能一定為零；電勢(shì)能為零的點(diǎn)，場(chǎng)強(qiáng)不一定為零，電勢(shì)一定為零。 2、三個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度表達(dá)式的應(yīng)用 3、如何比較電場(chǎng)中任兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小和方向呢？ （1）判斷電場(chǎng)強(qiáng)度大小的幾種方法： 方法一: 由定義式E=F／q決定； 方法二: 在點(diǎn)電荷電場(chǎng)中，E=kQ／r2； 方法三:在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，場(chǎng)強(qiáng)處處相等； 方法四:電場(chǎng)線密（疏）處強(qiáng)大（?。?。 （2）判斷電場(chǎng)強(qiáng)度方向的幾種方法： 方法一:根據(jù)規(guī)定，正電荷所受電場(chǎng)力的方向即是該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向； 方法二:電場(chǎng)線上每一點(diǎn)的切線方向即是該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向； 方法三:電勢(shì)降低最快的方向就是場(chǎng)強(qiáng)的方向。 4、如何比較電場(chǎng)中任兩點(diǎn)電勢(shì)的高低呢？ 方法一: 根據(jù)電場(chǎng)線方向判斷，順著電場(chǎng)線方向，電勢(shì)越來(lái)越低； 方法二: 根據(jù)電勢(shì)的定義式ψ= Ep/q= -W/q，從電勢(shì)的物理意義上分析判斷;如：將+q從無(wú)窮遠(yuǎn)處移至+Q電場(chǎng)中的某點(diǎn)，外力克服電場(chǎng)力做功越多，則該點(diǎn)的電勢(shì)越高； 方法三: 根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)方向判斷，場(chǎng)強(qiáng)方向即為電勢(shì)降低最快的方向. 方法四: 根據(jù)電勢(shì)差判斷，若UAB＞0，則ψA＞ψB 5、如何比較電荷電勢(shì)能的大小呢？ 方法一:根據(jù)電場(chǎng)力做功的正負(fù)判斷，若電場(chǎng)力對(duì)移動(dòng)電荷做正（負(fù)）功，則電勢(shì)能減少（增加）； 方法二:根據(jù)公式Ey=qφ；WAB＝qUAB計(jì)算。 【典型例題】如圖是一簇未標(biāo)明方向、由單一點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)線，虛線是某一帶電粒子通過(guò)該電場(chǎng)區(qū)域時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡，a、b是軌跡上的兩點(diǎn)，若帶電粒子在運(yùn)動(dòng)中只受電場(chǎng)力作用，根據(jù)此圖可判斷出該帶電粒子（） A. 在a、b兩點(diǎn)加速度的大小 B. 電性與場(chǎng)源電荷的電性相同 C.在a、b兩點(diǎn)時(shí)速度大小va< vb D.在a、b兩點(diǎn)的電勢(shì)能Ea >Eb 【答案】A ★重難點(diǎn)二、帶電體在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)★ 1、用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)解決帶電體在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 1）帶電的物體在電場(chǎng)中受到電場(chǎng)力作用，還可能受到其他力的作用，如重力、彈力、摩擦力等，在諸多力的作用下物體可能處于平衡狀態(tài)，靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)；物體也可能所受合力不為零，做勻變速運(yùn)動(dòng)或變加速運(yùn)動(dòng)。 （2）處理這類問(wèn)題，就像處理力學(xué)問(wèn)題一樣，首先對(duì)物體進(jìn)行受力分析(包括電場(chǎng)力)，再明確其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，最后根據(jù)所受的合力和所處的狀態(tài)選擇相應(yīng)的規(guī)律解題。 （3）相關(guān)規(guī)律： ①力的平衡條件，即F合＝0或Fx＝0，F(xiàn)y＝0。 ②牛頓第二定律F合＝ma或Fx＝max，F(xiàn)y＝may， ③運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，如勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度公式、位移公式等，平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)、圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)等。 2、用能量觀點(diǎn)解決帶電體在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) （1）帶電的物體在電場(chǎng)中具有一定的電勢(shì)能，同時(shí)還可能具有動(dòng)能和重力勢(shì)能等，用能量的觀點(diǎn)處理問(wèn)題是一種簡(jiǎn)便的方法。處理這類問(wèn)題，首先要進(jìn)行受力分析以及各力做功的情況分析，再根據(jù)做功情況選擇合適的規(guī)律列式求解。常用的規(guī)律有動(dòng)能定理和能量守恒定律。 （2）常見(jiàn)的幾種功能關(guān)系 ①只要外力做功不為零，物體的動(dòng)能就要改變(動(dòng)能定理)。 ②靜電力只要做功，物體的電勢(shì)能就要改變，且靜電力做的功等于電勢(shì)能的減少量。如果只有靜電力做功，物體的動(dòng)能和電勢(shì)能之間相互轉(zhuǎn)化，總量不變(類似機(jī)械能守恒定律)。 ③如果除了重力和靜電力之外，無(wú)其他力做功，則物體的動(dòng)能、重力勢(shì)能和電勢(shì)能三者之和不變。 【典型例題】下面是一個(gè)示波管工作原理圖，初速度為零的電子經(jīng)電壓為的電場(chǎng)加速后垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，兩平行板間的距離為d，板長(zhǎng)L，偏轉(zhuǎn)電壓為。S為屏，與極板垂直，到極板的距離也為L(zhǎng)。已知電子電量e，電子質(zhì)量m。不計(jì)電子所受的重力。 （1）電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的速度是多少？ （2）電子離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)量為多少?（用、、d、L表示）； （3）電子到達(dá)屏S上時(shí)，它離O點(diǎn)的距離y是多少？（用、、d、L表示） 【答案】（1）（2）（3） 【解析】（1）設(shè)電子經(jīng)加速電場(chǎng)U1加速后以速度v0進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，由動(dòng)能定理有 故電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的速度 （2）進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后在電場(chǎng)線方向有， 經(jīng)時(shí)間飛出電場(chǎng)有，飛出電場(chǎng)時(shí)偏轉(zhuǎn)量為 由以上各式得 故電子離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)量 （3）設(shè)電子從偏轉(zhuǎn)場(chǎng)穿出時(shí)，沿y方向的速度為，穿出后到達(dá)屏S所經(jīng)歷的時(shí)間為，在此時(shí)間內(nèi)電子在y方向移動(dòng)的距離為y2，有 由以上各式得 也可用相似比直接求y．即： 故電子到達(dá)屏S上時(shí)，它離O點(diǎn)的距離 ★重難點(diǎn)三、帶電體在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)★ 帶電體在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 1．當(dāng)帶電物體的重力不能忽略時(shí)，帶電物體就處在電場(chǎng)、重力場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng)中，處理相關(guān)問(wèn)題時(shí)要注意電場(chǎng)力和重力的影響． 2．相關(guān)問(wèn)題及處理方法 (1)帶電小球(液滴、塵埃、微粒)在電場(chǎng)中處于平衡狀態(tài)(靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài))，必滿足F電－mg＝0. (2)帶電物體沿某一方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，可通過(guò)分析其受力，畫(huà)出受力圖，將力分解，由牛頓定律列出方程，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式進(jìn)行有關(guān)解答． (3)若帶電物體的初速度方向與合加速度方向不同，則做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，可采用將運(yùn)動(dòng)分解，運(yùn)用牛頓定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式分別列方程求解；也可根據(jù)動(dòng)能定理、能量守恒定律列方程求解，后者更簡(jiǎn)捷一些． (4)用細(xì)繩拴一帶電小球在豎直方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)中給其一初速度，當(dāng)mg－F電＝0時(shí)，小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，繩子拉力充當(dāng)向心力，可由圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)分析解答． 3．整體運(yùn)用功能關(guān)系法 首先對(duì)帶電體受力分析，再分析運(yùn)動(dòng)形式，然后根據(jù)具體情況選用公式計(jì)算． (1)若選用動(dòng)能定理，則要分清有多少個(gè)力做功，是恒力功還是變力功，同時(shí)要明確初、末狀態(tài)及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能的增量． (2)若選用能量守恒定律，則要分清帶電體在運(yùn)動(dòng)中共有多少種能量參與轉(zhuǎn)化，哪些能量是增加的，哪些能量是減少的，表達(dá)式有幾種． ①初狀態(tài)和末狀態(tài)的能量相等，即E初＝E末 ②增加能量的總和等于減少能量的總和， 即ΔE增＝ΔE減 這種方法不僅適用于勻變速運(yùn)動(dòng)，對(duì)非勻變速運(yùn)動(dòng)(非勻強(qiáng)電場(chǎng)中)也同樣適用． 【典型例題】如圖，在水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)中有一表面光滑、與水平面成45角的絕緣直桿AC，其下端（C端）距地面高度h=0.8m，有一質(zhì)量為500g的帶電小環(huán)套在直桿上，正以某一速度沿桿勻速下滑，小環(huán)離開(kāi)桿后通過(guò)C端的正下方P點(diǎn)，求： （1）小環(huán)離開(kāi)直桿后運(yùn)動(dòng)的加速度大小和方向； （2）小環(huán)從C運(yùn)動(dòng)到P過(guò)程中的動(dòng)能增量； （3）小環(huán)在直桿上勻速運(yùn)動(dòng)速度的大小 【答案】（1），方向垂直于桿向下（或與水平方向成45角斜向下）（2）4J（3） 【解析】（1）對(duì)帶電小環(huán)受力分析 因帶電小環(huán)勻速下滑，加之電場(chǎng)強(qiáng)度水平向左，所以小環(huán)帶負(fù)電． 由幾何關(guān)系可知，小環(huán)所受電場(chǎng)力與重力大小相等．則小環(huán)離開(kāi)直桿后所受的合外力大小為： 由牛頓第二定律可得：，方向垂直于桿向下（或與水平方向成45角斜向下）． （2）設(shè)小環(huán)從C運(yùn)動(dòng)到P過(guò)程中動(dòng)能的增量為．由動(dòng)能定理有： 則電場(chǎng)力做功為零，所以 （3）小環(huán)離開(kāi)桿做類平拋運(yùn)動(dòng)．如圖所示建立坐標(biāo)x、y軸 垂直于桿方向做勻加速運(yùn)動(dòng)： 平行于桿方向做勻速運(yùn)動(dòng)：，解得：