静电场 电场力和能的性质要点

静电场  电场力和能的性质要点
静电场  电场力和能的性质要点

静电场 第1课时 电场力的性质

考点梳理

一、电场强度 1.静电场

(1)电场是存在于电荷周围的一种物质,静电荷产生的电场叫静电场.

(2)电荷间的相互作用是通过电场实现的.电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用. 2.电场强度

(1)物理意义:表示电场的强弱和方向.

(2)定义:电场中某一点的电荷受到的电场力F 跟它的电荷量q 的比值叫做该点的电场强度. (3)定义式:E =F

q

.

(4)标矢性:电场强度是矢量,正电荷在电场中某点受力的方向为该点电场强度的方向,电场强度的叠加遵从平行四边形定则. 二、电场线 1.定义:

为了直观形象地描述电场中各点电场强度的强弱及方向,在电场中画出一系列的曲线,使曲线上各点的切线方向表示该点的电场强度方向,曲线的疏密表示电场强度的大小. 2.特点:

(1)电场线从正电荷或无限远处出发,终止于负电荷或无限远处; (2)电场线在电场中不相交;

(3)在同一电场里,电场线越密的地方场强越大; (4)电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向; (5)沿电场线方向电势逐渐降低; (6)电场线和等势面在相交处互相垂直. 3.几种典型电场的电场线(如图1所示).

图1

[基本知识运用]

1.[对电场强度的理解]关于电场强度的概念,下列说法正确的是

( )

A .由E =F

q

可知,某电场的场强E 与q 成反比,与F 成正比

B.正、负试探电荷在电场中同一点受到的电场力方向相反,所以某一点场强方向与放入试探电荷的正负有关

C.电场中某一点的场强与放入该点的试探电荷的正负无关

D.电场中某一点不放试探电荷时,该点场强等于零

2.[电场强度的矢量合成]在如图所示的四个电场中,均有相互对称分布的a、b两点,其中a、b两点电势和场强都相同的是()

3.[对电场线性质和特点的理解]以下关于电场和电场线的说法中正确的是() A.电场、电场线都是客观存在的物质,因此电场线不仅能在空间相交,也能相切

B.在电场中,凡是电场线通过的点,场强不为零,不画电场线区域内的点场强为零

C.同一试探电荷在电场线密集的地方所受电场力大

D.电场线是人们假想的,用以形象表示电场的强弱和方向,客观上并不存在

4.[应用电场线分析电场性质]如图2是某静电场的一部分电场线分布情况,下列说法中正确的是()

A.这个电场可能是负点电荷的电场

B.A点的电场强度大于B点的电场强度

C.A、B两点的电场强度方向不相同

D.负电荷在B点处受到的电场力的方向沿B点切线方向图2

5.[电场线与带电粒子轨迹问题分析]如图3所示,图中实线是一簇未

标明方向的由点电荷产生的电场线,虚线是某带电粒子通过该电场

区域时的运动轨迹,a、b是轨迹上的两点,若带电粒子在运动过程

中只受到电场力作用,根据此图可以作出的正确判断是()

A.带电粒子所带电荷的正、负

B.带电粒子在a、b两点的受力方向

C.带电粒子在a、b两点的加速度何处较大

D.带电粒子在a、b两点的速度何处较大图3

6.[带电粒子在电场中的运动分析]一负电荷从电场中的A点由静止释放,只受电场力作用,沿电场线运动到B点,它运动的速度—时间图象如图4所示,则A、B两点所在区域的电场线分布情况可能是下列图中的

()

图4

方法提炼解答电场线与粒子运动轨迹问题的方法

1.由轨迹弯曲方向判断电场力的方向. 2.由电场线的疏密判断加速度的大小. 3.根据动能定理分析速度的大小.

[考点例题讲解]

考点一 电场强度的叠加与计算 1.场强的公式

三个公式????

??

?

E =

F q ???

?? 适用于任何电场与检验电荷是否存在无关

E =kQ

r 2?

???? 适用于点电荷产生的电场

Q 为场源电荷的电荷量E =U d ??

??

?

适用于匀强电场

U 为两点间的电势差,d 为沿电场方向两点间的距离

2.电场的叠加

(1)电场叠加:多个电荷在空间某处产生的电场强度为各电荷单独在该处所产生的电场强度的矢量和. (2)运算法则:平行四边形定则.

例1 在电场强度为E 的匀强电场中,取O 点为圆心,r 为半径 作一圆周,在O 点固定一电荷量为+Q 的点电荷,a 、b 、c 、d 为相互垂直的两条直线和圆周的交点.当把一检验电荷+q 放 在d 点恰好平衡(如图5所示,不计重力).问: (1)匀强电场电场强度E 的大小、方向如何?

图5

(2)检验电荷+q 放在点c 时,受力F c 的大小、方向如何? (3)检验电荷+q 放在点b 时,受力F b 的大小、方向如何?

电场叠加问题的求解方法

1.确定要分析计算的位置;

2.分析该处存在几个分电场,先计算出各个分电场电场强度的大小,判断 其方向;

3.利用平行四边形定则作出矢量图,根据矢量图求解.

突破训练1 AB 和CD 为圆上两条相互垂直的直径,圆心为O .将电荷量分别为+q 和 -q 的两点电荷放在圆周上,其位置关于AB 对称且距离等于圆的半径,如图6所示. 要使圆心处的电场强度为零,可在圆周上再放一个适当的点电荷Q ,则该点电荷Q ( )

A .应放在A 点,Q =2q

B .应放在B 点,Q =-2q 图6

C .应放在C 点,Q =-q

D .应放在D 点,Q =-q

考点二 两个等量点电荷电场的分布特点

1.电场线的作用

(1)表示场强的方向

电场线上每一点的切线方向和该点的场强方向一致.

(2)比较场强的大小

电场线的疏密程度反映了场强的大小,即电场的强弱.同一幅图中,电场线越密的地方场强越大,电场线越疏的地方场强越小.

(3)判断电势的高低

在静电场中,顺着电场线的方向电势越来越低.

2.等量点电荷的电场线比较

深化拓展一般情况下,带电粒子在电场中的运动轨迹不会与电场线重合,只有同时满足以下三个条件时,两者才会重合:

(1)电场线为直线;

(2)电荷初速度为零或速度方向与电场线平行;

(3)电荷仅受电场力或所受其他力的合力的方向与电场线平行.

例2在光滑的绝缘水平面上,有一个正三角形abc,顶点a、b、c处分别固定一个正

点电荷,电荷量相等,如图7所示,D点为正三角形外接圆的圆心,E、G、H点分别

为ab、ac、bc的中点,F点为E关于c电荷的对称点,则下列说法中正确的是() 图7 A.D点的电场强度一定不为零、电势可能为零B.E、F两点的电场强度等大反向

C.E、G、H三点的电场强度相同D.若释放c电荷,c电荷将一直做加速运动

突破训练2如图8所示,a、b两点处分别固定有等量异种点电荷+Q和-Q,

c是线段ab的中点,d是ac的中点,e是ab的垂直平分线上的一点,将一个

正点电荷先后放在d、c、e点,它所受的电场力分别为F d、F c、F e,

则下列说法中确的是() 图8

A.F d、F c、F e的方向都是水平向右

B.F d、F c的方向水平向右,F e的方向竖直向上

C.F d、F e的方向水平向右,F c=0

D.F d、F c、F e的大小都相等

突破训练3如图6所示,两个带等量正电荷的小球A、B(可视为点电荷),被固定

在光滑的绝缘水平面上.P、N是小球连线的中垂线上的两点,且

PO=ON.现将一个电荷量很小的带负电的小球C(可视为质点),由

P点静止释放,在小球C向N点运动的过程中,下列关于小球C的

速度、加速度的图象中,可能正确的是() 图6

突破训练4用电场线能很直观、很方便地比较电场中各点场强的强弱.如图7甲是等量异种点电荷形成电场的电场线,图乙是场中的一些点:O是电荷连线的中点,E、F是连线中垂线上相对O对称的两点,

B、C和A、D也相对O对称.则()

A.B、C两点场强大小和方向都相同

B.A、D两点场强大小相等,方向相反

C.E、O、F三点比较,O点场强最强

D.B、O、C三点比较,O点场强最弱

考点三带电体的力电综合问题的分析方法

1.基本思路

2.运动情况反映受力情况

(1)物体静止(保持):F合=0.

(2)做直线运动

①匀速直线运动,F合=0.

②变速直线运动:F合≠0,且F合与速度方向总是一致.

(3)做曲线运动:F合≠0,F合与速度方向不在一条直线上,且总指向运动轨迹曲线凹的一侧.

(4)F合与v的夹角为α,加速运动:0°≤α<90°;减速运动:90°<α≤180°.

(5)匀变速运动:F合=恒量.

突破训练5质量为m、电荷量为+q的小球在O点以初速度v0与水平方向成θ角射出,

如图10所示,如果在某方向加上一定大小的匀强电场后,能保证小球仍沿v0方向做直线

运动,试求所加匀强电场的最小值,加了这个电场后,经多少时间速度变为零?图10

突破训练6.如图10所示,光滑绝缘的细圆管弯成半径为R的半圆形,

固定在竖直面内,管口B、C的连线水平.质量为m的

带正电小球从B点正上方的A点自由下落,A、B两点间

距离为4R.从小球(小球直径小于细圆管直径)进入管口开

始,整个空间中突然加上一个斜向左上方的匀强电场,图10

小球所受电场力在竖直方向上的分力方向向上,大小与重力相等,结果小球从管口C处离开圆管后,又能经过A点.设小球运动过程中电荷量没有改变,重力加速度为g,求:

(1)小球到达B点时的速度大小;

(2)小球受到的电场力大小;

(3)小球经过管口C处时对圆管壁的压力.

静电场 第2课时 电场能的性质

考点梳理

一、电场力做功与电势能 1.电场力做功的特点

(1)在电场中移动电荷时,电场力做功与路径无关,只与初末位置有关,可见电场力做功与重力做功相似. (2)在匀强电场中,电场力做的功W =Eqd ,其中d 为沿电场线方向的位移. 2.电势能

(1)定义:电荷在电场中具有的势能.电荷在某点的电势能,等于把它从该点移到零势能位置时电场力所做的功.

(2)电场力做功与电势能变化的关系

电场力做的功等于电势能的减少量,即W AB =E p A -E p B .

(3)电势能的相对性:电势能是相对的,通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零,或把电荷在大地表面上的电势能规定为零. 二、电势 1.电势

(1)定义:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值. (2)定义式:φ=E p q

.

(3)标矢性:电势是标量,其大小有正负之分,其正(负)表示该点电势比电势零点高(低). (4)相对性:电势具有相对性,同一点的电势因零电势点的选取的不同而不同. (5)沿着电场线方向电势逐渐降低. 2.等势面

(1)定义:电场中电势相等的各点构成的面. (2)特点

①电场线跟等势面垂直,即场强的方向跟等势面垂直. ②在等势面上移动电荷时电场力不做功.

③电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面. ④等差等势面越密的地方电场强度越大;反之越小. ⑤任意两等势面不相交.

深化拓展 (1)电势是描述电场本身的能的性质的物理量,由电场本身决定,而电势能反映电荷在电场中某点所具有的电势能,由电荷与电场共同决定. (2)φ=E p

q 或E p =φq .

三、电势差

1.电势差:电荷q 在电场中A 、B 两点间移动时,电场力所做的功W AB 跟它的电荷量q 的比值,叫做A 、B

间的电势差,也叫电压. 公式:U AB =W AB

q

.单位:伏(V).

2.电势差与电势的关系:U AB =φA -φB ,电势差是标量,可以是正值,也可以是负值,而且有U AB =-U BA . 3.电势差U AB 由电场中A 、B 两点的位置决定,与移动的电荷q 、电场力做的功W AB 无关,与零电势点的选取也无关.

4.电势差与电场强度的关系:匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场线方向的距离的乘积.即U =Ed ,也可以写作E =U

d

.

[基本知识运用] 图1

1.[对电场力做功与电势能变化的理解]如图1所示,a 、b 为某电场线上的两点,那么以下结论正确的是 ( ) A .把正电荷从a 移到b ,电场力做正功,电荷的电势能减小 B .把负电荷从a 移到b ,电场力做负功,电荷的电势能增加 C .把负电荷从a 移到b ,电场力做正功,电荷的电势能增加 D .不论正电荷还是负电荷,从a 到b 电势能都逐渐降低 2.[对电势差的理解]关于电势差的计算公式,下列说法正确的是

( )

A .电势差的公式U A

B =

W AB

q

说明两点间的电势差U AB 与电场力做功W AB 成正比,与移动电荷的电荷量q 成反比

B .把正电荷从A 点移到B 点电场力做正功,则有U AB >0

C .电势差的公式U AB =

W AB

q

中,U AB 与移动电荷的电荷量q 无关 D .电场中A 、B 两点间的电势差U AB 等于把正电荷q 从A 点移动到B 点时电场力所做的功 3.[对电势和场强关系的理解]在静电场中,下列说法正确的是

( )

A .电场强度处处为零的区域内,电势一定也处处为零

B .电场强度处处相同的区域内,电势一定也处处相同

C .电场强度的方向总是跟等势面垂直

D .电势降低的方向就是电场强度的方向

4.[对电场线和等势面关系的理解]图2甲、乙、丙分别是等量异种点电荷、等量正点电荷、正点电荷的电场线与等势面的分布情况.问:

甲 乙 丙

图2

(1)在图甲中,比较A 、B 、C 三点的电势大小? (2)在图乙中,O 点、M 点电势一样吗?

(3)在图丙中,A、B、C三点场强关系如何?电势关系如何?

5.[电场力做功与重力做功特点的比较]下列说法中错误的是() A.重力做功与路径无关,与移动物体的初末位置的竖直高度差有关,即W AB=mgh AB

B.电场力做功与路径无关,与移动电荷的初末位置的电势差有关,即W AB=qU AB

C.重力对物体做正功,其重力势能减少,做负功,则重力势能增加

D.电场力对正电荷做正功,正电荷电势能减少,对负电荷做正功,负电荷电势能增加

6.[几个功能关系的理解]如图3为一匀强电场,某带电粒子从A点运动到B点,

在这一运动过程中克服重力做的功为3.0 J,电场力做的功为2.0 J.则下列说法正

确的是()

A.粒子带正电图3

B.粒子在A点的电势能比在B点少2.0 J

C.粒子在A点的机械能比在B点少1.0 J

D.粒子在A点的动能比在B点多1.0 J

规律总结

1.电场力做功的特点是:与路径无关,只与初末位置有关.

2.电场力做的功等于电势能的减少量.

3.电场力做功时,伴随着能量的转化与守恒.

[考点例题讲解]

考点一电势高低及电势能大小的判断与比较

1.比较电势高低的方法

(1)沿电场线方向,电势越来越低.

(2)判断出U AB的正负,再由U AB=φA-φB,比较φA、φB的大小,若U AB>0,则φA>φB,若U AB<0,则φA<φB.

(3)取无穷远处电势为零,则正电荷周围电势为正值,负电荷周围电势为负值;靠近正电荷处电势高,靠

近负电荷处电势低.

2.电势能大小的比较方法

(1)做功判断法

电场力做正功,电荷(无论是正电荷还是负电荷)从电势能较大的地方移向电势能较小的地方,反之,如果电荷克服电场力做功,那么电荷将从电势能较小的地方移向电势能较大的地方.

特别提醒其他各种方法都是在此基础上推理出来的,最终还要回归到电场力做功与电势能变化关系上.

(2)场电荷判断法

①离场正电荷越近,正电荷的电势能越大;负电荷的电势能越小.

②离场负电荷越近,正电荷的电势能越小;负电荷的电势能越大.

(3)电场线法

①正电荷顺着电场线的方向移动时,电势能逐渐减小;逆着电场线的方向移动时,电势能逐渐增大.

②负电荷顺着电场线的方向移动时,电势能逐渐增大;逆着电场线的方向移动时,电势能逐渐减小. (4)公式法

由E p =qφ,将q 、φ的大小、正负号一起代入公式,E p 的正值越大,电势能越大;E p 的负值越大,电势能越小.

例1 如图4所示,xOy 平面内有一匀强电场,场强为E ,方向未知,电场线跟x 轴的负方向夹角为θ,电子在坐标平面xOy 内,从原点O 以大小为v 0、方向沿x 轴正方向的初速

度射入电场,最后打在y 轴上的M 点.电子的质量为m ,电荷量为e ,重力不计.则( ) A .O 点电势高于M 点电势 图4 B .运动过程中,电子在M 点电势能最大 C .运动过程中,电子的电势能先减少后增加 D .电场力对电子先做负功,后做正功

电势、电势能的高低的判断方法有多种,选择哪种方法要根据 具体情况而定.例如在本题中,可根据电场线的方向直接判断电势的 高低,也可根据电场力的做功情况来判断.

[突破训练1 如图5是某一点电荷形成的电场中的一条电场线,A 、B 是电场线上的两点,一负电荷q 仅在电场力作用下以初速度v 0从A 向B 运动并经过B 点,一段时间后q 以速度v 又一次经过A 点,且v 与v 0的方向相反,则以下说法中正确的是

( )

A .A 、

B 两点的电场强度是E A φB

C .负电荷q 在A 、B 两点的电势能E p A

D .负电荷q 先后经过A 点的速度大小v 0=v

考点二 电场线、等势面及带电粒子的运动轨迹的综合问题 1.几种常见的典型电场的等势面比较

2.解决该类问题应熟练掌握以下知识及规律

(1)带电粒子所受合力(往往仅为电场力)指向轨迹曲线的内侧. (2)该点速度方向为轨迹切线方向. (3)电场线或等差等势面密集的地方场强大. (4)电场线垂直于等势面. (5)顺着电场线电势降低最快.

(6)电场力做正功,电势能减小;电场力做负功,电势能增大.有时还要用到牛顿第二定律、动能定理等知识.

例2 (2011·江苏单科·8)一粒子从A 点射入电场,从B 点射出,电场的等势面和粒子的运动轨迹如图6所示,图中左侧前三个等势面彼此平行,不计粒子的重力.下列说法正确的有( ) A .粒子带负电荷

B .粒子的加速度先不变,后变小

C .粒子的速度不断增大

D .粒子的电势能先减小,后增大

解题突破口:根据所给的等势面,明确电场分布 情况,画出 电场线,再根据电荷电性找到电荷的受力方向、受力大小变化;根据 运动轨迹或路径,判断功的正负、动能及电势能的变化.

突破训练2 如图7所示,O 是一固定的点电荷,虚线是该点电荷产生的电场中的三条等势线,正点电荷q 仅受电场力的作用下沿实线所示的轨迹从a 处运动到b 处,然后又运动到c 处.由此可知

( )

A .O 为负电荷

B .在整个过程中q 的速度先变大后变小

C .在整个过程中q 的加速度先变大后变小

D .在整个过程中,电场力做功为零 考点三 电势差与电场强度的关系

1.在匀强电场中U =Ed ,即在沿电场线方向上,U ∝d .

2.在非匀强电场中U =Ed 虽不能直接应用,但可以做定性判断.

例3 如图8所示,匀强电场中有a 、b 、c 三点,在以它们为顶点 的三角形中,∠a =30°,∠c =90°.电场方向与三角形所在平面平行.已知

a

、b

和c 点的电势分别为(2-3) V 、(2+3) V 和2 V .该三角形的外接圆上最低、最高电势分别为

( )

图8

A .(2-3) V 、(2+3) V

B .0、4 V

C.????2-433 V 、????2+433 V

D .0、2 3 V

1.在匀强电场中,电势沿直线是均匀变化的,即直线上距离相等的

线段两端的电势差值相等.

2.等分线段找等势点法:将电势最高点和电势最低点连接后根据需要平分成 若干段,必能找到第三点电势的等势点,它们的连线即等势面(或等势线), 与其垂直的线即为电场线.

突破训练3 a 、b 、c 、d 是匀强电场中的四个点,它们正好是一个矩形的四个顶

点.电场线与矩形所在平面平行.已知a 点的电势为20 V ,b 点的电势为24 V ,d 点的电势为4 V ,如图9所示,由此可知c 点的电势为

( )

A .4 V

B .8 V 图9

C .12 V

D .24 V

考点四 电场中的功能关系 1.功能关系

(1)若只有电场力做功,电势能与动能之和保持不变;

(2)若只有电场力和重力做功,电势能、重力势能、动能之和保持不变; (3)除重力外,其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化. (4)所有力对物体所做功的代数和,等于物体动能的变化. 2.电场力做功的计算方法

(1)由公式W =Fl cos α计算,此公式只适用于匀强电场,可变形为:W =qEl cos α. (2)由W =qU 来计算,此公式适用于任何形式的静电场. (3)由动能定理来计算:W 电场力+W 其他力=ΔE k . (4)由电势能的变化来计算:W AB =E p A -E p B .

例4 如图10所示,竖直向上的匀强电场中,绝缘轻质弹簧竖直立于水平地面上,上面放

一质量为m 的带正电小球,小球与弹簧不连接,施加外力F 将小球向下压至某位置静止.现撤去F ,小球从静止开始运动到离开弹簧的过程中,重力、电场力对小球所做的功分别为W 1和W 2,小球离开弹簧时速度为v ,不计空气阻力,则上述过程图10中 ( )

A .小球与弹簧组成的系统机械能守恒 图10

B .小球的重力势能增加-W 1

C .小球的机械能增加W 1+1

2m v 2

D .小球的电势能减少W 2

在解决电场中的能量问题时常用到的基本规律有动能定理、能量守恒

定律,有时也会用到功能关系.

(1)应用动能定理解决问题需研究合外力的功(或总功).

(2)应用能量守恒定律解决问题需注意电势能和其他形式能之间的转化.

(3)应用功能关系解决该类问题需明确电场力做功与电势能变化之间的对应关系.

突破训练4在电场和重力场都存在的空间中,一带电小球从A点运动到B点,电场力做了10 J的功,重力做了6 J的功,克服阻力做了7 J的功,则此过程中带电小球的()

A.机械能增加了10 J,动能减少了7 J

B.机械能减少了7 J,动能增加了10 J

C.电势能增加了10 J,动能增加了9 J

D.电势能减少了10 J,重力势能减少了6 J

考点五静电场中涉及图象问题的处理方法和技巧

1.主要类型:

(1)v-t图象;(2)φ-x图象;(3)E-t图象.

2.应对策略:

(1)v-t图象:根据v-t图象的速度变化、斜率变化(即加速度大小的变化),确定电荷所受电场力的方向

与电场力的大小变化情况,进而确定电场的方向、电势的高低及电势能的变化.

(2)φ-x图象:①电场强度的大小等于φ-x图线的斜率大小,电场强度为零处,φ-x图线存在极值,其

切线的斜率为零.②在φ-x图象中可以直接判断各点电势的大小,并可根据电势大小关系确定电场强度的方向.③在φ-x图象中分析电荷移动时电势能的变化,可用W AB=qU AB,进而分析W AB的正负,然后作出判断.

(3)E-t图象:根据题中给出的E-t图象,确定E的方向的正负,再在草纸上画出对应电场线的方向,

根据E的大小变化,确定电场的强弱分布.

例5(2010·江苏单科·5)空间有一沿x轴对称分布的电场,其电场

强度E随x变化的图象如图11所示.下列说法中正确的是()

A.O点的电势最低

B.x2点的电势最高图11

C.x1和-x1两点的电势相等

D.x1和x3两点的电势相等

和q2的点电荷放在x轴上的O、M

例6两电荷量分别为q

两点,两电荷连线上各点电势φ随x变化的关系如图12

所示,其中A、N两点的电势为零,ND段中C点电势最

高,则()

A.C点的电场强度大小为零图12

B.A点的电场强度大小为零

C.NC间场强方向沿x轴正方向

D.将一负点电荷从N点移到D点,电场力先做正功后做负功

突破训练5a、b是x轴上两个点电荷,电荷量分别为q1

和q2,沿x轴a、b之间各点对应的电势高低如图13中

曲线所示,a、p间距离大于p、b间距离.从图中可以

判断以下说法正确的是()

A.a和b均为负电荷且q1一定大于q2

B.电势最低的p点的电场强度为零图13

C.将一负的检验电荷从b处移到p处,电荷电势能增加

D.a、p间的电场方向都指向a点

高考题组

1.(2012·山东理综·19)图14中虚线为一组间距相等的同心圆,圆心处

固定一带正电的点电荷.一带电粒子以一定初速度射入电场,实线

为粒子仅在电场力作用下的运动轨迹,a、b、c三点是实线与虚线

的交点.则该粒子()

A.带负电图14

B.在c点受力最大

C.在b点的电势能大于在c点的电势能

D.由a点到b点的动能变化大于由b点到c点的动能变化

2.(2012·天津理综·5)两个固定的等量异号点电荷所产生电场的

等势面如图15中虚线所示,一带负电的粒子以某一速度从

图中A点沿图示方向进入电场在纸面内飞行,最后离开电场,

粒子只受静电力作用,则粒子在电场中() 图15

A.做直线运动,电势能先变小后变大

B.做直线运动,电势能先变大后变小

C.做曲线运动,电势能先变小后变大

D.做曲线运动,电势能先变大后变小

3.(2011·上海单科·14)两个等量异种点电荷位于x轴上,相对原点对称分布,正确描述电势φ随位置x变化规律的是图()

静电场(一)

第八章 静电场和稳恒电场 静电场(一) 一、教学学时数: 8学时 二、教学要求:(重点、 难点) 1、掌握静电场的电场强度和电势的概念以及电场强度叠加原理。 掌握电势与电场强度的积分关系。能计算一些简单问题中的电场强度 和电势。 2、理解静电场的规律:高斯定理和环路定理。理解用高斯定理计 算电场强度的条件和方法。 三、教学参考书 1、F. S. Crawford, Berkeley Physics Course, Vol 2. 2 、University Physics , part 2. 3、《大学物理学》张三慧,清华大学出版社,电磁学部分。 4、《大学物理学》扬仲耆,高教出版社,电磁学部分。 本章从静电场的三条基本实验规律——电荷守恒定律、库仑定律、场强叠加原理出发,推导出反映静电场性质的两条基本定理——Gauss定理、场强的环路

定理。 前言:直到十八世纪前半期,人们才开始明确有、且只有两种电荷——正电荷、负电荷。且同号相斥,异号相吸。表示一个物体所带电荷多寡程度的物理量称电量。电荷是怎样产生的呢?这就需要了解物质的电结构理论。 (1)物质的电结构理论:实物(固、液、气)都是由分子或原子组成的。最早的原子结构模型是汤姆孙提出的。散射实验推翻了汤姆孙原子结构的假说,在散射实验的基础上,卢瑟福提出了原子的核型结构,即原子是由原子核和核外电子组成,且。把能量子假说及后来被发展的光子假说运用到原子系统,在卢瑟福原子模型的基础上,又提出三条基本假设:1)定态假设;2)频率假设;3)轨道角动量量子化假设,就形成了现今被广泛承认的原子模型的主要内容。 (2)电荷守恒定律:借助于摩擦、感应均可起电。在任何起电过程中,等量的正、负电荷总是同时产生。如玻璃棒与丝绸摩擦并不产生电荷,只不过把原来聚在一起的正、负电荷分开,使一种电荷从一个物体转移到另一个物体而已;又如静电感应过程中,也是等量的正、负电荷同时产生。因此“一个孤立系统的总电量决不改变。”在第五节讲静电场中的导体时要用它来求解导体表面的电荷密度分布。 (3)电荷的量子化:当一种物理量只能以分立的、不连续的数量存在,而不是以连续的、可取任意数量的形式存在时,我们就说这种物理量是量子化的。1890年斯通尼(stoney)引入电子这一名称,来表示带有负的基元电荷的粒子。到目前为止,所有实验都表明,电子是自然界具有最小电量的粒子。密立根在其著名的油滴实验中直接测得电子电荷的数值。后来发现,正电子的电荷与质子的电荷以及其他带电的基本粒子的电荷的数值都是。在自然界中存在的任何电荷 不论其来源如何,数值都等于。是任意正整数,可取正或负值。这种电量只能取分立的、不连续的数值的性质,叫电荷的量子化。近代物理从理论上预言,最小带电量的基本粒子是由若干种夸克或反夸克组成,每一夸克或反夸克可能带有的电量,但至今单独存在的夸克尚未在实验中发现。即使发现了,也不过是把基本电量的大小缩小到目前的三分之一,电荷的量子性依然不变。 (4)电荷的不变性:在不同参照系中观察,同一电荷的运动状态不同,但观察其电量不变。即电量不因坐标系的变换而改变。 本章共讲八个问题: 一、库仑定律 库仑定律给出了两点电荷之间相互作用的规律。所谓点电荷是指这样的带电体,它本身的几何线度比起它到其他带电体的距离小得多。 1、真空中的情况:在真空中,和两个点电荷间的相互作用力的方向沿着这两个点电荷的连线,同号相斥,异号相吸。作用力大小与电量的乘积成正比,而与这两个点电荷之间的距离的平方成反比。

一电荷在电场中受力与电场的力的性质

第八章电场 考试内容和要求 一.电荷在电场中受力与电场的力的性质 1.电荷 自然界只存在两种电荷,即正电荷和负电荷。同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。电荷带电量的多少叫做电量。点电荷是电荷的理想化模型,如果带电体间的距离比带电体本身的大小大得多,以至带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计,这样的带电体就可以看成是点电荷。 基本(元)电荷 既不是电子,也不是质子,而是最小的电量单位,任何带电体的带电量都是这个最小电量的整数倍。e=库仑。

2.库仑定律 F =k q 1q 2r 2 :静电力、库仑力、电场力 k :静电力恒量k =9.0×109牛·米2/库2 【注意】 ①库仑定律适用条件:真空中、点电荷。 ②在应用库仑定律求力的大小时,只用电量的绝对值进行计算,然后根据两电荷的电性,确定作用力是引力还是斥力再确定力的方向。 【典型例题】 1.在光滑绝缘水平面上,有一个不导电的弹簧,其两端分别与两个金 属球相连,如图所示,如果让两球带上电荷,此时弹簧的伸长量为L , 如果两金属球上的电量都慢慢减少到原来的一半,则弹簧的伸长量将 ( ) (A )减小到L/4 (B )减小到大于L/4的某一值 (C )减小到小于L/4的某一值 (D )减小到L/2 2.有两个完全相同的绝缘导体球A 、B ,A 带有正电荷q 1,B 带有负电荷-q 2,两者相距为r 时,相互作用力为F ,现使两球接触,然后再将它们放回原处,则两球间的相互作用力( ) (A )增大 (B )减小 (C )不变 (D )都有可能 3.电场、电场强度 (1)电荷之间的相互作用是通过 发生的。电场的基本性质是对放入其中的电荷有 的作用,因此电场强度是描写电场的 的性质的物理量。 (2)电荷在电场中某一点所受的电场力与该电荷电量的比值叫做这一点的电场强度,简称“场强”。电场强度是矢量。 大小:E =F/q ,单位:牛/库,伏/米。方向: 。电场强度描述的是电场的 。电场中某点处场强的大小、方向,仅由 所确定。 点电荷的场强公式:E =k Q r 2 (3)电场的叠加:电场的叠加符合平行四边形定则。

静电场力的性质1

选修3-1 静电场 ——第1讲 静电场力的性质 知识点总结 一 库仑定律的理解与应用 1.库仑定律适用条件的三点理解 (1)对于两个均匀带电绝缘球体,可以将其视为电荷集中于球心的点电荷,r 为两球心之间的距离。 (2)对于两个带电金属球,要考虑金属球表面电荷的重新分布。 (3)库仑力在r =10 -15 ~10- 9m 的范围内均有效,但不能根据公式错误地推论:当r →0 时,F →∞。其实,在这样的条件下,两个带电体已经不能再看成点电荷了。 2.应用库仑定律的四条提醒 (1)在用库仑定律公式进行计算时,无论是正电荷还是负电荷,均代入电量的绝对值计算库仑力的大小。 (2)作用力的方向判断根据:同性相斥,异性相吸,作用力的方向沿两电荷连线方向。 (3)两个点电荷间相互作用的库仑力满足牛顿第三定律,大小相等、方向相反。 (4)库仑力存在极大值,由公式F =k q 1q 2 r 2可以看出,在两带电体的间距及电量之和一定

的条件下,当q 1=q 2时,F 最大。 3.解决库仑力作用下平衡问题的方法步骤 库仑力作用下平衡问题的分析方法与纯力学平衡问题的分析方法是相同的,只是在原来受力的基础上多了电场力。具体步骤如下: 4.“三个自由点电荷平衡”的问题 (1)平衡的条件:每个点电荷受到另外两个点电荷的合力为零或每个点电荷处于另外两个点电荷产生的合电场强度为零的位置。 (2) (3)r Q Q r Q Q r Q Q BC C B BA A B AC C A k k 222= = Q Q Q Q Q Q C B A B C A + = 二.电场强度 1.电场强度三个表达式的比较 (1)叠加原理:多个电荷在空间某处产生的电场为各电荷在该处所产生的电场强度的矢量和。 (2)运算法则:平行四边形定则。

库仑定律电场力的性质

库仑定律 电场力的性质 一、库仑定律 电荷守恒定律 1.点电荷 有一定的电荷量,忽略形状和大小的一种理想化模型. 2.电荷守恒定律 (1)起电方式:摩擦起电、接触起电、感应起电. (2)带电实质:物体带电的实质是得失电子. (3)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. 3.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)表达式:F =k q 1q 2 r 2,式中k =9.0×109 N·m 2/C 2,叫做静电力常量. (3)适用条件:①真空中;②静止;③点电荷. [深度思考] 计算两个带电小球之间的库仑力时,公式中的r 一定是指两个球心之间的距离吗?为什么? 答案 不一定.当两个小球之间的距离相对于两球的直径较小时,两球不能看做点电荷,这时公式中的r 大于(带同种电荷)或小于(带异种电荷)两个球心之间的距离. 二、电场、电场强度 1.电场 (1)定义:存在于电荷周围,能传递电荷间相互作用的一种特殊物质. (2)基本性质:对放入其中的电荷有力的作用. 2.电场强度 (1)定义:放入电场中某点的电荷受到的电场力F 与它的电荷量q 的比值. (2)定义式:E =F q ,q 为试探电荷. (3)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电场强度的方向.

3.场强公式的比较 4.电场的叠加 (1)电场叠加:多个电荷在空间某处产生的电场强度为各电荷单独在该处所产生的电场强度的矢量和. (2)运算法则:平行四边形定则. 5.等量同种和异种点电荷的电场强度的比较 连线上O点场强最小,指 1.定义 为了形象地描述电场中各点场强的强弱及方向,在电场中画出一些曲线,曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致,曲线的疏密表示电场的强弱. 2.电场线的三个特点 (1)电场线从正电荷或无限远处出发,终止于无限远或负电荷处; (2)电场线在电场中不相交; (3)在同一幅图中,电场强度较大的地方电场线较密,电场强度较小的地方电场线较疏. 1.如图所示,两个不带电的导体A和B,用一对绝缘柱支持使它们彼此接触.把一带正电荷的物体C置于A

静电场基本性质

冯老师补课资料――全能专题系列 2017-10-8 静电场基本性质1 1. 如图示,A 、B 、C 、D 、E 、F 为匀强电场中一个边长为10 cm 的正六边形的六个顶点, A 、C 、D 三点电势分别为1.0V 、2.0V 、3.0V ,正六边形所在平面与电场线平 行.则( ) A .E 点的电势与C 点的电势相等 B .U EF 与U B C 相同 C V /m D . 电场强度的大小为/m 2. 在匀强电场中有a 、b 、c 三点,如图所示,ab=5cm ,ac=3cm ,bc=4cm ,已知Uac=12 V ,E=400N/C ,则 A .电子在a 处的电场力方向由a 指向b B .电子在a 处的电场力方向由a 指向c C .bc 是一条等势线 D .ab 是一条等势线 3. 如图A-6所示,真空中OX 坐标轴上的某点有一个点电荷Q,坐标 轴上A 、B 两点的坐标分别为0.2m 和0.7m ,在A 点放一个带正电的试探电荷,在B点放一个带负电的试探电荷,A 、B 两点的试探电荷受到电场力的方向都沿小x 轴正方向,电场力的大小F 跟试探电荷电荷量q 的关系分别如图A-7中的直线a 、 b 所示,下列说法正确的是( ) A . B 点的电场强度的大小为0.25N/C B .A 点的电场强度的方向沿X 轴负方向 C.点电荷Q 是负电荷 D .点电荷Q 的位置坐标为0.3m 4. 一空间存在匀强电场,场中A 、B 、C 、D 四个点恰构成正四面体,如图所示。已知电场强度大小为E ,方向平行于正四面体的底面ABC ,正四面体棱长为23cm 。 已知U AC =6V 、U BC =6 V ,则可判断( ) A .U DC =4 V B .U D C =3 V C .E=200v /m D .E=3 400V /m 5. 如图示,平行板电容器与电动势为E 的直流电源连接,下极板接地.一带电油滴位于容器中的P 点且恰好处于平衡状态.现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离( ) A .带电油滴的电势能将减少 B .P 点的电势将降低 C .带电油滴将沿竖直方向向上运动 D .电容器容量减小,极板带电量增大

电场力的性质复习教案

《电场力的性质》复习教案 重庆巴蜀中学王仁春 一、教学目标: 1.知识目标 加深理解库仑定律、电场强度、电场线等重点概念。 2.能力目标 在熟练掌握基本概念的基础上,能够分析和解决一些物理问题。 3.物理方法教育目标 通过复习,培养学生归纳知识和进一步运用知识的能力,学习一定的研究问题的科学方法。 二、重难点: 物理概念的深刻含义、对物理概念的综合性运用 静电场部分的内容概念性强,规律内容含义深刻,是有关知识应用的基础.但由于概念和规律较抽象,对掌握这些概念和规律造成了一定的难度.所以,恰当地建立有关的知识结构,处理好概念之间、规律之间的关系,是解决复习困难的有效方式. 三、教学方法: 复习提问,讲练结合,学案导学 四、教具: 多媒体,学案, 五、教学过程 引入新课: 教师:从本节课开始,我们复习静电场的有关知识,请同学们回顾一下,我们原来学过的规律和概念都有哪些? 学生思考,回忆已学的有关知识,相互提醒,相互启发.然后老师带动学生一起回答。 教师:大家基本上能够把静电场的有关内容列举出来,但一般来说,每个同学在整理知识时,方式方法又有所区别.为了使知识在我们头脑中更有利于理解和记忆,建立一个适合于自己的知识结构网络是必要的和有效的.下面,我们来共同构造这个静电场部分的知识结构网络.(带领学生整理和建立静电场的知识结构)

主要教学过程: (一)电荷 在初中的学习中,我们已经知道,自然界存在两种电荷,叫做正电荷与负电荷。用毛皮摩擦橡胶棒,用丝绸摩擦有机玻璃棒后,橡胶棒带负电,毛皮带正电,有机玻璃棒带正电,丝绸带负电。物体带电后,能吸引轻小物体,而且带电越多,吸引力就越大。 在实践中使物体带电有三种方式: 1、起电的方法 (1)、摩擦起电的实质: (2)、接触起电: (3)、感应起电: 各种起电方式的实质:电子从一个物体转移到另一个物体 2、电荷守恒定律: 电荷既不能被创造,也不能被消灭,它们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;在转移的过程中,电荷的总量不变。 3、元电荷: 电荷的多少叫电量,电量的单位是库仑。电子带有最小的负电荷,质子带有最小的正电荷,它们电量的绝对值相等,一个电子电量e=1.6×10-19 C 。任何带电物体所带电量要么等于电子(或质子)电量,要么是它们的整数倍,因此,把1.6×10-19 C 称为元电荷。 (二)库仑定律 1、法国物理学家库仑,他用精确实验研究了电荷间的相互作用力,于1785年发现了后来用他的名字命名的库仑定律。 真空中两个静止电荷间的相互作用力,跟它们的电量的乘积成正比,跟它们间的距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上,这就是库仑定律。 适用条件:真空中的点电荷 2、点电荷 简而言之,带电的质点就是点电荷。点电荷的电量、位置可以准确地确定下来。点电荷也是理想化模型。真正的点电荷是不存在的,但是,如果带电体间的距离比它们的大小大得多,以致带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时,这样的带电体就可以看成点电荷。均匀带电球体或均匀带电球壳也可看成一个处于该球球心,带电量与该球相同的点电荷。 2 2 1r Q Q k F

§1 电场的力的性质

第九章 电场 §1 电场的力的性质 一、库仑定律 真空中两个点电荷之间相互作用的电力,跟它们的电荷量的乘积成正比,跟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。即: 221r q kq F = 其中k 为静电力常量, k =9.0×10 9 N m 2/c 2 1.成立条件 ①真空中(空气中也近似成立),②点电荷。即带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计。(这一点与万有引力很相似,但又有不同:对质量均匀分布的球,无论两球相距多近,r 都等于球心距;而对带电导体球,距离近了以后,电荷会重新分布,不能再用球心距代替r )。 2.同一条直线上的三个点电荷的计算问题 【例1】 在真空中同一条直线上的A 、B 两点固定有电荷量分别为+4Q 和-Q 的点电荷。①将另一个点电荷放在该直线上的哪个位置,可以使它在电场力作用下保持静止?②若要求这三个点电荷都只在电场力作用下保持静止,那么引入的这个点电荷应是正电荷还是负电荷?电荷量是多大? 【例2】已知如图,带电小球A 、B 的电荷分别为Q A 、Q B ,OA=OB ,都用长L 的丝线悬挂在O 点。静止时A 、B 相距为d 。为使平衡时AB 间距离减为d /2,可采用以下哪些方法 A .将小球A 、 B 的质量都增加到原来的2倍 B .将小球B 的质量增加到原来的8倍 C .将小球A 、B 的电荷量都减小到原来的一半 D .将小球A 、B 的电荷量都减小到原来的一半,同时将小球B 的质量增加到原来的2倍 3.与力学综合的问题。 【例3】 已知如图,光滑绝缘水平面上有两只完全相同的金属球A 、B ,带电量分 别为-2Q 与-Q 。现在使它们以相同的初动能E 0(对应的动量大小为p 0)开始相向运动且刚好能发生接触。接触后两小球又各自反向运动。当它们刚好回到各自的出发点时的动能分别为E 1和E 2,动量大小分别为p 1和p 2。有下列说法: ①E 1=E 2> E 0,p 1=p 2> p 0 ②E 1=E 2= E 0,p 1=p 2= p 0 ③接触点一定在两球初位置连线的中点右侧某点 ④两球必将同时返回各自的出发点。其中正确的是 A .②④ B .②③ C .①④ D .③④ 【例4】 已知如图,在光滑绝缘水平面上有三个质量都是m 的相同小球,彼此间的距离都是l ,A 、B 电荷量都是+q 。给C 一个外力F ,使三个小球保持相对静止共同加速运动。求:C 球的带电性和电荷量;外力F 的大小。 二、电场的力的性质 电场的最基本的性质是对放入其中的电荷有力的作用,电荷放入电场后就具有电势能。 1.电场强度 电场强度E 是描述电场的力的性质的物理量。 (1)定义:放入电场中某点的电荷所受的电场力F 跟它的电荷量q 的比值,叫做该点的电场 强度,简称场强。q F E = ①这是电场强度的定义式,适用于任何电场。 ②其中的q 为试探电荷(以前称为检验电荷),是电荷量很小的点电荷(可正可负)。 ③电场强度是矢量,规定其方向与正电荷在该点受的电场力方向相同。 (2)点电荷周围的场强公式是:2 r kQ E =,其中Q 是产生该电场的电荷,叫场电荷。 -2 +4Q A B C -Q

完整版库仑定律电场力的性质

库仑定律电场力的性质 一、库仑定律电荷守恒定律 1点电荷有一定的电荷量,忽略形状和大的二种理想化模型. 2. 电荷守恒定律 (1) 起电方式:摩擦起电、接触起电、感应起电. (2) 带电实质:物体带电的实质是得失电子. (3) 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. 3. 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) 表达式:F = k q J q2,式中k= 9.0 x 109N?m/C2,叫做静电力常量. (3) 适用条件:①真空中;②静止;③点电荷. [深度思考]计算两个带电小球之间的库仑力时,公式中的r一定是指两个球心之间的距离吗?为什么? 答案不一定.当两个小球之间的距离相对于两球的直径较小时,两球不能看做点电荷,这时公式中的r大 于(带同种电荷)或小于(带异种电荷)两个球心之间的距离. 、电场、电场强度 1. 电场 (1) 定义:存在于电荷周围,能传递电荷间相互作用的一种特殊物质. (2) 基本性质:对放入其中的电荷有力的作用. 2. 电场强度 (1) 定义:放入电场中某点的电荷受到的电场力F与它的电荷量q的比值. (2) 定义式:E = q,q为试探电荷. ⑶矢量性:规定正虫荷在电场中某点所受电场力的方向为该点电场强度的方向.

3. 场强公式的比较 [适用于任何电场 "=石[与试探电荷是否存在无关 =八I iQ,f适用丁点屯荷产牛的电场 F= :E=^1Q为场源电荷的屯荷址 4 |适用于匀强电场 E=#Ju为荫点间的电弊差7为沿电场方向曲 I丨点间的S1离 4. 电场的叠加 (1) 电场叠加:多个电荷在空间某处产生的电场强度为各电荷单独在该处所产生的电场强度的矢量和. (2) 运算法则:平行四边形定则. 5. 等量同种和异种点电荷的电场强度的比较 三、电场线 1. 定义 为了形象地描述电场中各点场强的强弱及方向,卫电场中画出一些曲线,曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致,曲线的疏密表示电场的强弱. ______ 2. 电场线的三个特点 (1) 电场线从正电荷或无限远处出发,终止于无限远或负电荷处: (2) 电场线在电场中不相交; (3) 在同一幅图中,电场强度较大的地方电场线较密,电场强度较小的地方电场线较疏. _______

备战2021届高考物理23个命题热点九电场中力和能的性质(解析版)

备战2021年高考物理23个命题热点巧练 热点九电场中力和能的性质 一、单选题 1.(2020·四川省攀枝花市第二次统考)如图所示,一电子沿等量异种点电荷连线的中垂线由A→O→B匀速飞过,电子重力不计,则电子所受另一个力的大小和方向变化情况是() A.先变大后变小,方向水平向左B.先变大后变小,方向水平向右 C.先变小后变大,方向水平向左D.先变小后变大,方向水平向右 【答案】B 【解析】根据等量异种点电荷周围的电场线分布知,从A→O→B,电场强度的方向不变,水平向右,电场强度的大小先增大后减小,则电子所受电场力的大小先变大后变小,方向水平向左,则外力的大小先变大后变小,方向水平向右,故B正确,A、C、D错误. 2.(2020·贵州省黔东南州一模)如图,xOy平面直角坐标系所在空间有沿x轴负方向的匀强电场(图中未画出),电场强度大小为E.坐标系上的A、B、C三点构成边长为L的等边三角形.若将两电荷量相等的正点电荷分别固定在A、B两点时,C点处的电场强度恰好为零.则A处的点电荷在C点产生的电场强度大小为() A.E B. 3 3E C.3E D. 3 2E 【答案】B

【解析】 C 点三个电场方向如图所示, 根据题意可知E 1cos 30°+E 2cos 30°=E ,又E 1=E 2,故解得E 2= 3 3 E ,B 正确. 3.(2020·山东省菏泽市上学期期末)如图所示,正方形线框由边长为L 的粗细均匀的绝缘棒组成,O 是线框的中心,线框上均匀地分布着正电荷,现在线框上侧中点A 处取下足够短的带电荷量为q 的一小段,将其沿OA 连线延长线向上移动L 2的距离到B 点处,若线框的其他部分的带电荷量与电荷分布保持不变,则此时O 点的电场强度大小为(k 为静电力常量)( ) A .k q L 2 B .k 3q 2L 2 C .k 3q L 2 D .k 5q L 2 【答案】 C 【解析】 设想将线框分为n 个小段,每一小段都可以看成点电荷,由对称性可知,线框上的电荷在O 点产生的场强等效为与A 点对称的电荷量为q 的电荷在O 点产生的场强,故 E 1=kq (L 2 )2=4kq L 2 B 点的电荷在O 点产生的场强为 E 2=kq L 2 由场强的叠加可知E =E 1-E 2=3kq L 2. 4.(2020·江苏南通第三次调研)如图所示,在正方形四个顶点分别放置一个点电荷,所带电荷量已在图中标出,则下列四个选项中,正方形中心处场强最大的是 ( )

2021版高三物理一轮复习选修3-1第七章静电场第1讲电场的力的性质

[高考导航] 考点内容要求 全国卷三年考情分析 201720182019 物质的电结构、电 荷守恒 Ⅰ Ⅰ卷·T20:φ-r图象、电场强度及电场力做功 T25:带电粒子在电场中的运动、牛顿第二定律 Ⅱ卷·T25:带电粒子在电场中的运动、动能定理 Ⅲ卷·T21:电场线与等势面的关系、电场强度与电势差的关系Ⅰ卷·T16:电场 强度的叠加、 库仑定律 T21:等势面、 电场力做功 以及电势能 Ⅱ卷·T21:电场 强度方向和 大小、电场力 做功、电势差 Ⅲ卷·T21:带电 粒子在匀强 电场中的运 动 Ⅰ卷·T15:电场 中的平衡 Ⅱ卷·T20:电场 力、电场线、电 场力做功与电 势能变化的关 系 T24:电场强度与 电势差的关系, 带电粒子在电 场中的偏转运 动 Ⅲ卷·T21:等量 异种电荷的电 场线、电势、电 场强度等 T24:带电小球在 电场中做类平 抛运动 静电现象的解释Ⅰ点电荷Ⅰ 库仑定律Ⅱ 静电场Ⅰ电场强度、点电荷 的场强 Ⅱ电场线Ⅰ电势能、电势Ⅰ电势差Ⅱ匀强电场中电势差 与电场强度的关系 Ⅱ带电粒子在匀强电 场中的运动 Ⅱ示波管Ⅰ常见电容器Ⅰ电容器的电压、电 荷量和电容的关系 Ⅰ

第1讲 电场的力的性质 知识要点 一、点电荷、电荷守恒定律 1.点电荷 有一定的电荷量,忽略带电体形状和大小的一种理想化模型。 2.元电荷:e =1.60×10-19 C,所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍。 3.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)三种起电方式: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。 二、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,与它们距离的二次方成反比。作用力的方向在它们的连线上。 2.表达式:F =k q 1q 2r 2,式中k =9.0×109 N·m 2/C 2,叫静电力常量。 3.适用条件:真空中的点电荷。 三、电场、电场强度 1.电场 (1)定义:存在于电荷周围,能传递电荷间相互作用的一种特殊物质。 (2)基本性质:对放入其中的电荷有力的作用。 2.电场强度 (1)定义:放入电场中某点的电荷受到的电场力F 与它的电荷量q 的比值。 (2)定义式:E =F q ;单位:N/C 或V/m 。 (3)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电场强度的方向。 3.点电荷的电场:真空中距场源电荷Q 为r 处的场强大小为E =k Q r 2。 四、电场线

电场力的性质练习题(带详细答案)

电场力的性质练习题(带详细答案) 命题人: 审核人:物理组 试做人: 时间:45分钟 满分:100分 2014.12.17 编号:084 一、选择题 1.在如图所示的四种电场中,分别标记有a 、b 两点.其中a 、b 两点电场强度大小相等、方向相 反的是( ) A .甲图中与点电荷等距的a 、b 两点 B .乙图中两等量异种电荷连线的中垂线上与连线等距的a 、b 两点 C .丙图中两等量同种电荷连线的中垂线上与连线等距的a 、b 两点 D .丁图中非匀强电场中的a 、b 两点 2. 如图所示,A 、B 为两个固定的等量同号正电荷,在它们连线的中点处有一个可以自由运动的正电荷C ,现给电荷C 一个垂直于连线的初速度v 0,若不计C 所受的重力,则关于电荷C 以后的运动情况,下列说法中正确的是( ) A .加速度始终增大 B .加速度先增大后减小 C .速度先增大后减小 D .速度始终增大 3. 如图所示,两个带同种电荷的带电球(均可视为带电质点),A 球固定, B 球穿在倾斜直杆上处于静止状态(B 球上的孔径略大于杆的直径), 已知A 、B 两球在同一水平面上,则B 球受力个数可能为( ) A .3 B .4 C .5 D .6 4. 如图所示,实线是一簇未标明方向的由点电荷Q 产生的电场线, 已知在a 、b 两点粒子所受电场力分别为F a 、F b ,若带电粒子q (|Q |?|q |)由a 点运动到b 点,电场力做正功,则下列判断正确的是( ) A .若Q 为正电荷,则q 带正电,F a >F b B .若Q 为正电荷,则q 带正电,F a F b D .若Q 为负电荷,则q 带正电,F a

17-18版:1.4 习题课 静电场力的性质

第5讲 习题课 静电场力的性质 [目标定位] 1.会处理电场中的平衡问题.2.会处理库仑力与牛顿第二定律结合的综合问题. 1.共点力的平衡条件:物体不受力或所受外力的合力为零. 2.物体运动的加速度相同时,常用整体法求加速度,隔离法求相互作用力. 3.F =k q 1q 2 r 2,适用条件:(1)真空中;(2)点电荷. 4.电场强度 (1)E =F q ,适用于任何电场,是矢量,单位:N /C 或V/m. (2)E =kQ r 2,适用于计算真空中的点电荷产生的电场. (3)规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点的电场强度方向.电场中某一点的电场强度E 与试探电荷q 无关,由场源电荷(原电场)和该点在电场中位置决定. 5.电场的叠加原理和应用 (1)如果在空间同时存在多个点电荷,这时在空间某一点的场强等于各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和,这叫做电场的叠加原理, (2)场强是矢量,遵守矢量合成的平行四边形定则. 6.合力指向曲线凹的一侧,速度的方向沿轨迹切线方向. 一、库仑力作用下的平衡 1.两带电体间的静电力遵循牛顿第三定律.处理过程中选取研究对象时,要注意整体法和隔离法的灵活运用;常用的数学知识和方法有直角三角形、相似三角形和正交分解法等. 2.三电荷系统的平衡问题 同一直线上的三个自由点电荷,彼此间存在相互作用的库仑力,都处于平衡的情况下,每个电荷受其余两个电荷的作用力的合力为零,因此可以对三个电荷分别列平衡方程求解(解题时只需列其中两个电荷的平衡方程即可). 例1 如图1所示,光滑水平面上相距为L 的A 、B 两个带正电小球,电荷量分别为4Q 和Q .要在它们之间引入第三个带电小球C ,使三个小球都只在相互库仑力作用下而处于平衡,求:

静电场 电场力和能的性质

静电场 第1课时 电场力的性质 考点梳理 一、电场强度 1.静电场 (1)电场是存在于电荷周围的一种物质,静电荷产生的电场叫静电场. (2)电荷间的相互作用是通过电场实现的.电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用. 2.电场强度 (1)物理意义:表示电场的强弱和方向. (2)定义:电场中某一点的电荷受到的电场力F 跟它的电荷量q 的比值叫做该点的电场强度. (3)定义式:E =F q . (4)标矢性:电场强度是矢量,正电荷在电场中某点受力的方向为该点电场强度的方向,电场强度的叠加遵从平行四边形定则. 二、电场线 1.定义: 为了直观形象地描述电场中各点电场强度的强弱及方向,在电场中画出一系列的曲线,使曲线上各点的切线方向表示该点的电场强度方向,曲线的疏密表示电场强度的大小. 2.特点: (1)电场线从正电荷或无限远处出发,终止于负电荷或无限远处; (2)电场线在电场中不相交; (3)在同一电场里,电场线越密的地方场强越大; (4)电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向; (5)沿电场线方向电势逐渐降低; (6)电场线和等势面在相交处互相垂直. 3.几种典型电场的电场线(如图1所示). 图1 [基本知识运用] 1.[对电场强度的理解]关于电场强度的概念,下列说法正确的是 ( ) A .由E =F q 可知,某电场的场强E 与q 成反比,与F 成正比

B.正、负试探电荷在电场中同一点受到的电场力方向相反,所以某一点场强方向与放入试探电荷的正负有关 C.电场中某一点的场强与放入该点的试探电荷的正负无关 D.电场中某一点不放试探电荷时,该点场强等于零 2.[电场强度的矢量合成]在如图所示的四个电场中,均有相互对称分布的a、b两点,其中a、b两点电势和场强都相同的是() 3.[对电场线性质和特点的理解]以下关于电场和电场线的说法中正确的是() A.电场、电场线都是客观存在的物质,因此电场线不仅能在空间相交,也能相切 B.在电场中,凡是电场线通过的点,场强不为零,不画电场线区域内的点场强为零 C.同一试探电荷在电场线密集的地方所受电场力大 D.电场线是人们假想的,用以形象表示电场的强弱和方向,客观上并不存在 4.[应用电场线分析电场性质]如图2是某静电场的一部分电场线分布情况,下列说法中正确的是() A.这个电场可能是负点电荷的电场 B.A点的电场强度大于B点的电场强度 C.A、B两点的电场强度方向不相同 D.负电荷在B点处受到的电场力的方向沿B点切线方向图2 5.[电场线与带电粒子轨迹问题分析]如图3所示,图中实线是一簇未 标明方向的由点电荷产生的电场线,虚线是某带电粒子通过该电场 区域时的运动轨迹,a、b是轨迹上的两点,若带电粒子在运动过程 中只受到电场力作用,根据此图可以作出的正确判断是() A.带电粒子所带电荷的正、负 B.带电粒子在a、b两点的受力方向 C.带电粒子在a、b两点的加速度何处较大 D.带电粒子在a、b两点的速度何处较大图3 6.[带电粒子在电场中的运动分析]一负电荷从电场中的A点由静止释放,只受电场力作用,沿电场线运动到B点,它运动的速度—时间图象如图4所示,则A、B两点所在区域的电场线分布情况可能是下列图中的 () 图4 方法提炼解答电场线与粒子运动轨迹问题的方法

电场力的性质教学设计

2.1 探究电场的力的性质 教学目标: 1.知识与技能:理解场、静电场、电场力、电场强度的概念,掌握电场强度的定义式和点电荷场强的计算公式,能正确理解和使用电场强度的单位,了解一些典型的电场强度值。 2.过程与方法:通过引入试探电荷研究电场,知道用理想模型进行研究的方法,体会用比值定义电场强度的方法。 3.情感态度与价值观:了解引入“场”概念的探索过程,感受科学家的钻研精神,通过建立电场强度概念和推导点电荷场强的过程,训练学生的抽象思维能力。 教学重点: 本节课的教学重点是建立电场强度的概念,知道电场强度的定义式q F E =和点电荷的场强公式2 k r Q E =,并知道这两个公式的适用范围。 教学难点: 由于场是一种看不见摸不着的特殊形态的物质,如何引导学生用合适的方法来研究电场是教学的重点。在研究电场性质的过程中,如何引导学生认识用比值定义电场强度是教学的另一难点。 教学过程: ◆ 创设情境,引入新课 教师提供示波器实物,演示观察直流电和交流电的波形(或播放投影)。说明示波器在电子技术中有广泛的应用。同时简介示波管中的电子束受到力的作用而运动,打在荧光屏上形成图像。(不要求也不可能让学生在这里就明白示波器的工作原理,仅让学生有一个大概的了解)。 接着,引导学生汇报想要弄清的问题(即悬念):例如,电子受到的是一种什么力?是库仑力吗?是由谁提供的呢?电荷间的相互作用是靠什么传递的呢?……由此引入新课,简介本章所要学习的内容。

第二章电场与示波器 2.1 探究电场的力的性质 一、电场 在学生阅读教材的基础上,由学生理清科学家探索“场”概念的简要历程:牛顿时代的人提出“超距作用的观点”。法拉第提出“近距作用的观点”并用“电场”一词;麦克斯韦建立电磁理论。从此“场”成为现代物理学中最重要的基本概念之一。 ◆师生归纳 1.场:物质存在的一种特殊形态。即看不见有摸不着。 2.电场:电荷周围空间存在的场。可与引力场(重力场)类比 3.电场力:电场对放在其中的电荷的作用力。 4.电场的基本性质:对放入电场中的电荷有力的作用。 5.静电场:相对与观察者静止的电荷的电场。 ◆教师引导 二、怎样描述电场 教师引导学生,如何研究看不见摸不着的电场的性质呢?用什么样的办法能使原来隐含的电场的特性显露出来呢?启发学生思考:能否引入一个电荷,将其放到所要研究的电场中去,根据电荷受力的情况来研究电场?这个电荷叫做试探电荷。但是试探电荷也有自己的电场,会影响所要研究的电场的性质吗?什么样的电荷可以看做是试探电荷呢? ◆学生讨论后归纳 1.场源电荷:一个电荷周围空间存在着电场,产生该电场的电荷叫做场源电荷。 2.试探电荷(或称检验电荷):能忽略自身电场的点电荷。 ①试探电荷的电场几乎不影响待研究电场的性质。 ②试探电荷能确切反映它在电场中的位置。 ③试探电荷的电荷量和尺寸都必须充分小。 ④试探电荷是一种理想化的模型。 ◆引导学生“分析论证” 定量研究电场的力的性质。 利用教材图2-2,根据库仑定律计算电场力F并填入表1中的上面三行空格内。

电场力的性质知识点和联系

匀强电场 - - - - 点电荷与带电平板 + 等量异种点电荷的电场 等量同种点电荷的电场 孤立点电荷周围的电场 电场力的性质 知识目标 一、电荷、电荷守恒定律 1、两种电荷:用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷,用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷。 2、元电荷:一个元电荷的电量为1.6×10-19C ,是一个电子所带的电量。 说明:任何带电体的带电量皆为元电荷电量的整数倍。 3、起电:使物体带电叫起电,使物体带电的方式有三种①摩擦起电,②接触起电,③感应起电。 4、电荷守恒定律:电荷既不能创造,也不能被消灭,它们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,系统的电荷总数是不变的. 注意:电荷的变化是电子的转移引起的;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,异种电荷先中和后再平分。 二、库仑定律 1. 内容:真空中两个点电荷之间相互作用的电力,跟它们的电荷量的乘积成正比,跟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:F=kQ 1Q 2/r 2 k =9.0×109N ·m 2/C 2 3.适用条件:(1)真空中; (2)点电荷. 点电荷是一个理想化的模型,在实际中,当带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时,就可以把带电体视为点电荷.(这一点与万有引力很相似,但又有不同:对质量均匀分布的球,无论两球相距多近,r 都等于球心距;而对带电导体球,距离近了以后,电荷会重新分布,不能再用球心距代替r )。点电荷很相似于我们力学中的质点. 注意:①两电荷之间的作用力是相互的,遵守牛顿第三定律 ②使用库仑定律计算时,电量用绝对值代入,作用力的方向根据“同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引”的规律定性判定。 【例1】在光滑水平面上,有两个带相同电性的点电荷,质量m 1=2m 2,电量q 1=2q 2,当它们从静止开始运动,m 1的速度为v 时,m 2的速度为 ;m 1的加速度为a 时,m 2的加速度为 ,当q 1、q 2相距为r 时,m 1的加速度为a ,则当相距2r 时,m 1的加速度为多少? 解析:由动量守恒知,当m 1的速度为v 时,则m 2的速度为2v ,由牛顿第二定律与第三定律知:当m 1的加速度为 a 时,m 2的加速度为2a . 由库仑定律知:a=221r q kq /m ,a /=2214r q kq /m,由以上两式得a /=a/4 答案:2v ,2a ,a/4 点评:库仑定律中的静电力(库仑力)是两个电荷之间的作用力,是作用力与反作用力,大小相同,方向相反,在同一直线上,作用在两个物体上,二力属同种性质的力,而且同时产主同时消失。 三、电场: 1、存在于带电体周围的传递电荷之间相互作用的特殊媒介物质.电荷间的作用总是通过电场进行的。 2、电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用。 3、电场可以由存在的电荷产生,也可以由变化的磁场产生。 四、电场强度 1.定义:放入电场中某一点的电荷受到的电场力F 跟它的电量q 的比值叫做该点的电场强度,表示该处电场的强弱 2.表达式:E =F/q 单位是:N/C 或V/m ; E=kQ/r 2(导出式,真空中的点电荷,其中Q 是产生该电场的电荷) E =U/d (导出式,仅适用于匀强电场,其中d 是沿电场线方向上的距离) 3.方向:与该点正电荷受力方向相同,与负电荷的受力方向相反;电场线的切线方向是该点场强的方向;场强的方向与该处等势面的方向垂直. 4.在电场中某一点确定了,则该点场强的大小与方向就是一个定值,与放入的检验电荷无关,即使不放入检验电荷,该处的场强大小方向仍不变,这一点很相似于重力场中的重力加速度,点定则重力加速度定,与放入该处物体的质量无关,即使不放入物体,该处的重力加速度仍为一个定值. 5、电场强度是矢量,电场强度的合成按照矢量的合成法则.(平行四边形法则和三角形法则) 6、电场强度和电场力是两个概念,电场强度的大小与方向跟放入的检验电荷无关,而电场力的大小与方向则跟放入的检验电荷有关, 五、电场线: 是人们为了形象的描绘电场而想象出一些线,客观并不存在. 1.切线方向表示该点场强的方向,也是正电荷的受力方向. 2.从正电荷出发到负电荷终止,或从正电荷出发到无穷远处终止,或者从无穷远处出发到负电荷终止. 3.疏密表示该处电场的强弱,也表示该处场强的大小. 4.匀强电场的电场线平行且距离相等. 5.没有画出电场线的地方不一定没有电场. 6.顺着电场线方向,电势越来越低. 7.电场线的方向是电势降落陡度最大的方向,电场线跟等势面垂直. 8.电场线永不相交也不闭合, 9.电场线不是电荷运动的轨迹. 【例2】在匀强电场中,将质量为m ,带电量为q 的小球由静止释放,带电小球的运动轨迹为一直线,该直线与竖直方向的夹角为θ,如图所示,则电场强度的大小为( B ) A .有唯一值mgtan θ/q ; B .最小值是mgsin θ/q ; C ·最大值mgtan θ/q ; D ·mg/q 提示:如附图所示,利用三角形法则,很容易判断出AB 跟速度方向垂直.

相关文档
最新文档