高中物理电场专题.doc

1、电荷和电荷守恒定律电场电场力的性质场强 E=F/q 矢量 电场线匀强电场 E=U/d 真空中点电荷的电场E=KQ/r2电场能的性质电势： =/ q 标量 等势面电势差：U AB=UAUB=/q =w AB /q电场力F=Eq（任何电场）F=Kq 1q2/r2(真空中点电荷)电势能：=Q AB=qUAB电场力的功 W=qUAB= AB 做功与路径无关带电粒子在电场中运动平衡 直线加速 偏转电场中的导体 静电感应 静电平衡电容器 电容：C=Q/U电 场知识网络：单元切块：按照考纲的要求，本章内容可以分成三部分，即：电场的力的性质；电场的能的性质；带电粒子在电场中的运动。其中重点是对电场基本性质的理

2、解、熟练运用电场的基本概念和基本规律分析解决实际问题。难点是带电粒子在电场中的运动。电场的力的性质教学目标：1两种电荷，电荷守恒，真空中的库仑定律，电荷量。2电场，电场强度，电场线，点电荷的场强，匀强电场，电场强度的迭加。教学重点：库仑定律，电场强度教学难点：对电场强度的理解教学方法：讲练结合，计算机辅助教学教学过程：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：其中 k 为静电力常量， k=9010 9 Nm2/c221rqkF1成立条件真空中（空气中也近似成立） ，点电荷。即带电体的形状和大小对相互作

3、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。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？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 QA、Q B，OA=OB，都用长 L 的丝线悬挂在

4、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 OABmBgFNLd+4QA B C -QB 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 E0（对应的动量大小为 p0）开始相向运动且刚好

5、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E1 和 E2，动量大小分别为 p1 和 p2。有下列说法：E 1=E2 E0，p 1=p2 p0E 1=E2= E0，p 1=p2= p0 接触点一定在两球初位置连线的中点右侧某点 两球必将同时返回各自的出发点。其中正确的是A B C D【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

6、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。 qFE这是电场强度的定义式，适用于任何电场。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） 。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。AB -Q-2QAB CFAB FBFCBF匀强电场等量异种点电荷的电场 等量同种点电荷的电场 点电荷与带电平板+孤立点电荷周围的电场（2）点电荷周围的场强公式是： ，其中 Q 是产生该电场的电荷，叫场电荷。2rk

7、E（3）匀强电场的场强公式是： ，其中 d 是沿电场线方向上的距离。U【例 5】 图中边长为 a 的正三角形 ABC 的三点顶点分别固定三个点电荷+q、 +q、-q，求该三角形中心 O 点处的场强大小和方向。【例 6】 如图，在 x 轴上的 x = -1 和 x =1 两点分别固定电荷量为- 4Q 和+9 Q 的点电荷。求： x 轴上合场强为零的点的坐标。并求在 x = -3 点处的合场强方向。2电场线要牢记以下 6 种常见的电场的电场线注意电场线的特点和电场线与等势面间的关系：电场线的方向为该点的场强方向，电场线的疏密表示场强的大小。电场线互不相交。【例 7】 如图所示，在等量异种点电荷的电

8、场中，将一个正的试探电荷由 A 点沿直线移到 O 点，再沿直线由 O 点移到 c 点。在该过程中，检验电荷所受的电场力大小和方向如何改变？其电势能又如何改变？三、针对练习1电场强度 E 的定义式为 E=F/q，根据此式，下列说法中正确的是此式只适用于点电荷产生的电场 式中 q 是放入电场中的点电荷的电荷量，F 是该点电荷在电场中某点受到的电场力，E 是该点的电场强度 式中 q 是产生电场的点电荷的电荷量，F 是放在电场中的点电荷受到的电场力，E 是电场强度 在库仑定律的表达式AB COEBEAEC-5 -3 -1 1-4Q +9Q+ a OcF=kq1q2/r2 中，可以把 kq2/r2 看作

9、是点电荷 q2 产生的电场在点电荷 q1 处的场强大小，也可以把 kq1/r2 看作是点电荷 q1 产生的电场在点电荷 q2 处的场强大小A只有 B只有 C只有 D只有2一个检验电荷 q 在电场中某点受到的电场力为 F，以及这点的电场强度为 E，图中能正确反映 q、E、F 三者关系的是3处在如图所示的四种电场中 P 点的带电粒子，由静止释放后只受电场力作用，其加速度一定变大的是4如图所示，一电子沿等量异种电荷的中垂线由 AO 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

10、向水平向右5如图所示，带箭头的线段表示某一电场中的电场线的分布情况一带电粒子在电场中运动的轨迹如图中虚线所示若不考虑其他力，则下列判断中正确的是A若粒子是从 A 运动到 B，则粒子带正电；若粒子是从 B 运动到 A，则粒子带负电B不论粒子是从 A 运动到 B，还是从 B 运动到 A，粒子必带负电C若粒子是从 B 运动到 A，则其加速度减小D若粒子是从 B 运动到 A，则其速度减小6如图所示，一根长为 2 m 的绝缘细管 AB 被置于匀强电场 E 中，其 A、 B 两端正好处于电场的左右边界上，倾角 =37,电场强度 E=103 V/m，方向竖直向下，管内有一个带负电的小球，重 G=10-3 N

11、,电荷量 q=210-6 C，从 A 点由静止开始运动，已知小球与管壁的动摩擦因数为 05，则小球从 B 点射出时的速度是（取 g=10 m/s2；sin37=0.6，cos37 =0.8）A2 m/s B3 m/s C2 m/s D2 m/s37在图所示的竖直向下的匀强电场中，用绝缘的细线拴住的带电小球在竖直平面内绕悬点 O 做圆周运动，下列说法正确的是 带电小球有可能做匀速率圆周运动 带电小球有可能做变速率圆周运动 带电小球通过最高点时，细线拉力一定最小带电小球通过最低点时，细线拉力有可能最小A B C D8质量为 m 的带正电小球 A 悬挂在绝缘细线上，且处在场强为 E 的匀强电场中，当

12、小球 A 静止时，细线与竖直方向成 30角，已知此电场方向恰使小球受到的电场力最小，则小球所带的电量应为A B C D Eg3Emg3Eg2Emg29带负电的两个点电荷 A、 B 固定在相距 10 cm 的地方，如果将第三个点电荷 C 放在AB 连线间距 A 为 2 cm 的地方，C 恰好静止不动，则 A、 B 两个点电荷的电荷量之比为_AB 之间距 A 为 2 cm 处的电场强度 E=_10有一水平方向的匀强电场，场强大小为 9103 N/C，在电场内作一半径为 10 cm 的圆，圆周上取 A、 B 两点，如图所示，连线 AO 沿 E 方向，BO AO，另在圆心 O 处放一电荷量为 10-8

13、 C 的正电荷，则 A 处的场强大小为 _；B 处的场强大小和方向为_11在场强为 E，方向竖直向下的匀强电场中，有两个质量均为 m 的带电小球，电荷量分别为+2 q 和- q，两小球用长为 L 的绝缘细线相连，另用绝缘细线系住带正电的小球悬挂于 O 点处于平衡状态，如图所示，重力加速度为 g，则细绳对悬点 O 的作用力大小为_12长为 L 的平行金属板，板间形成匀强电场，一个带电为+q，质量为 m 的带电粒子，以初速度 v0 紧贴上板垂直于电场线方向射入该电场，刚好从下板边缘射出，末速度恰与下板成 30角，如图所示，则：（ 1）粒子末速度的大小为_；（2）匀强电场的场强为_；（3）两板间的距

14、离 d 为_13如图 所示，在正点电荷Q 的电场中， A 点处的电场强度为 81 N/C，C 点处的电场强度为 16 N/C，B 点是在 A、 C连线上距离 A 点为五分之一 AC 长度处，且 A、B 、 C 在一条直线上，则 B 点处的电场强度为多大?14在一高为 h 的绝缘光滑水平桌面上，有一个带电量为+q、质量为 m 的带电小球静止，小球到桌子右边缘的距离为 s，突然在空间中施加一个水平向右的匀强电场E，且 qE= 2 mg，如图所示，求：（1）小球经多长时间落地？（2）小球落地时的速度15如图所示，一半径为 R 的绝缘圆形轨道竖直放置，圆轨道最低点与一条水平轨道相连，轨道都是光滑的轨道

15、所在空间存在水平向右的匀强电场，场强为 E从水平轨道上的 A 点由静止释放一质量为 m 的带正电的小球，为使小球刚好在圆轨道内做圆周运动，求释放点 A 距圆轨道最低点 B 的距离 s已知小球受到的电场力大小等于小球重力的 倍43参考答案1C 2D 3D4B 根据电场线分布和平衡条件判断5BC6C 利用等效场处理7D8D 依题意做出带正电小球 A 的受力图，电场力最小时，电场力方向应与绝缘细线垂直，qE =mgsin30，从而得出结论9116；0100；9 103 N/C；方向与 E 成 45角斜向右下方2112mg+Eq 先以两球整体作为研究对象，根据平衡条件求出悬线 O 对整体的拉力，再由牛

16、顿第三定律即可求出细线对 O 点的拉力大小12 （1） v0 （2） （3） L3gLmv20613约为 52 N/C14 （1）小球在桌面上做匀加速运动，t 1= ,小球在竖直方向做自由gsqEmds2落体运动，t 2= ,小球从静止出发到落地所经过的时间： t=t1+t2= gh h(2)小球落地时 vy=gt2= ,vx=at= t=2gt=2 mqgs落地速度 v= hgsyx 2810415 R 将电场和重力场等效为一个新的重力场，小球刚好沿圆轨道做圆周运动可视623为小球到达等效重力场“最高点 ”时刚好由等效重力提供向心力求出等效重力加速度g及其方向角，再对全过程运用动能定理即可求

17、解附：课前预习，知识梳理提纲一电荷及电荷守恒定律1两种电荷：自然界只存在正、负两种电荷，基元电荷电量 e= C2物体的带电方式有三种：（1）摩擦起电 （2）接触起电 （3）感应起电3电荷守恒定律：电荷既不能 ，也不能 ，它只能从一个物体转移到另一个物体或从物体的一部分转移到另一部分。4点电荷：点电荷是一种理想化带电体模型，当带电体间的距离 带电体的线度，以致带电体的形状和大小对作用力的影响可以 时，此带电体可以看作点电荷。二库仑定律1内容：真空中两个点电荷间的作用力跟它们 成正比，跟它们的 成反比，作用力的方向在 。2公式： ，式中 ，称为静电力29/10cmNk常量，数值上等于 。3适用条件

18、：（1） （2） 4注意：1）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“同种电荷相斥，异种电荷相吸”的规律定性判定。2）研究微观带电粒子（电子、质子、 粒子、各种离子）相互作用时，万有引力或重力可以忽略不计。3）库仑分取电量的方法：两个大小、形状完全相同的带电金属球相碰后，带电量一定相等。三电场、电场强度1电场：电场是电荷周围存在的电荷发生相互作用的媒介物质；电场的最基本性质是 。 2电场强度物理意义：描述电场 的物理量。定义： 。定义式： ，此式适用于 电场。式中 q 是 ，F是 。场强的大小和方向与检验电荷 ，由 决定。场强 E 是矢量，方向规定为 。叠加：E= E1+E2+

19、（矢量和） ，空间同时存在多个电场时，合场强可用平行四边形定则计算特例：1）点电荷电场 ：E= （Q 为场源电荷，r 为电场中某点到场源电荷间的距离）2）匀强电场：场强大小及方向处处相同 E=U/d（d 是沿电场方向的距离，不一定等于两点间的距离） 。四电场线1定义：在电场中画出一系列曲线，使曲线 ，这些曲线叫电场线。2作用：形象化地描述电场；电场线上 表示场强方向；电场线的 表示场强大小。3特点：1）不闭合（始于正电荷或无穷远处，终于负电荷或无穷远处）2）不相交（空间任何一点只能有一个确定的场强方向） 3）沿电场线的方向，电势降低。4注意：在一般情况下，电场线不是电荷的运动轨迹。仅当电场线是直线，不计电荷重力，电荷无初速或初速方向沿电场线方向时，电荷才会沿电场线运动。5几种典型电场的电场线分布情况：五电场力： F=qE 该式适用于 电场， 在匀强电场中电场力是恒力。