高考物理一轮复习讲义：库仑定律、电场强度及电场线

第第页课题：库仑定律、电场强度及电场线知识点总结：一、电荷1．点电荷：当一个带电体本身的线度比它到其他带电体的距离小很多，以至在研究它与其他带电体的相互作用时，该带电体的形状以及电荷在其上的分布状况均无关紧要，该带电体可看做一个带电的点，这样的电荷称为点电荷．点电荷就是一个理想化的物理模型．二、库仑定律1．库仑定律的表达式：F＝keq\f(Q1Q2,r2)．式中的k为静电力常量，数值为k＝9．0×109_N·m2/C2．2．库仑定律的适用条件：真空中、点电荷．3．如果存在两个以上点电荷，那么每个点电荷都要受到其他所有点电荷对它的作用力．两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而有所改变．因此，两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的矢量和．4．任何一个带电体都可以看成是由许多点电荷组成的．所以，如果知道带电体上的电荷分布，根据库仑定律和平行四边形定则就可以求出带电体间的静电力的大小和方向．三、电场电场强度的定义式是E＝F/q，它是表示电场的强弱和方向的物理量：1．电场强度的唯一性：决定于电场本身，与是否放入试探电荷、放入电荷的电性、电荷量的多少均无关（填“有关”或“无关”）．2．电场强度的矢量性：电场强度的方向与在该点的正电荷所受静电力的方向相同，与负电荷的受力方向相反．所以比较电场强度是否相同时，一定要考虑大小和方向两个因素．四、点电荷的场强1．点电荷电场的场强：（1）公式E＝keq\f(Q,r2)，适用条件：真空中的点电荷．（2）方向：沿某点和Q的连线，Q为正电荷时，沿连线向外，Q为负电荷时，沿连线向里．如果以Q为中心，r为半径作一球面，则球面上各点的电场强度大小相等．当Q为正电荷时，E的方向沿半径向外；当Q为负电荷时，E的方向沿半径向里．2．场强是矢量，当空间存在多个点电荷产生的电场时，电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和．五、电场线1．电场线的特点有：（1）起始于无限远或正电荷，终止于负电荷或无限远．（2）任意两条电场线不相交．（3）在同一幅图中，电场线的疏密表示场强的大小，电场线某点的切线方向表示该点电场强度的方向．2．匀强电场中各点的电场强度大小相等，方向相同；电场线是间距相等的平行线．六、常见的电场线1．点电荷的电场：正电荷的电场线从正电荷出发延伸到无限远处，负电荷的电场线由无限远处延伸到负电荷，如图所示，其特点有：（1）点电荷形成的电场中，不存在场强相同的点．（2）若以点电荷为球心作一个球面，电场线处处与球面垂直．在此球面上场强大小处处相等，方向各不相同．2．等量同号点电荷的电场：电场线分布如图所示（以等量正点电荷为例），其特点有：（1）两点电荷连线上，中点O处场强为零，向两侧场强逐渐增大，方向指向中点．（2）两点电荷连线中点O沿中垂面（中垂线）到无限远，电场线先变密后变疏，即场强先变大后变小，方向背离中点．3．等量异号点电荷的电场：电场分布如图所示，其特点有：（1）两点电荷连线上的各点场强方向从正电荷指向负电荷，沿电场线方向场强先变小再变大，中点处场强最小．（2）两点电荷连线的中垂面（中垂线）上，电场线的方向均相同，即电场强度方向都相同，总与中垂面（或中垂线）垂直且指向负点电荷一侧．沿中垂面（中垂线）从中点到无限远处，场强大小一直减小，中点处场强最大．七、电场线与运动轨迹的区别电场线是为了形象地描述电场而引入的假想曲线，规定电场线上每点的切线方向为该点的场强方向，也是正电荷在该点的受力方向（与负电荷受力方向相反）．运动轨迹是带电粒子在电场中实际通过的径迹，径迹上每点的切线方向为粒子在该点的速度方向．在力学的学习中我们就已经知道，物体运动速度的方向和它的加速度的方向是两回事，不一定相同，因此，电场线与运动轨迹不能混为一谈，不能认为电场线就是带电粒子在电场中运动的轨迹．只有当电场线是直线，且带电粒子只受静电力作用（或受其他力，但方向沿电场线所在直线），同时带电粒子的初速度为零或初速度方向沿电场线所在直线时，运动轨迹才和电场线重合，这只是一种特殊情况．典例强化例1、如图所示，左边是一个原先不带电的导体，右边C是后来靠近的带正电的导体球．若用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开，分导体为A、B两部分，这两部分所带电荷量的数值分别为QA、QB，则下列结论正确的有（）A．沿虚线d切开，A带负电，B带正电，且QA>QBB．只有沿虚线b切开，才有A带正电，B带负电，且QA＝QBC．沿虚线a切开，A带正电，B带负电，且QA＜QBD．沿任意一条虚线切开，都有A带正电，B带负电，而QA、QB的值与所切的位置有关例2、两个半径为R的带电球所带电荷量分别为q1和q2，当两球心相距3R时，相互作用的静电力大小为（）A．F＝keq\f(q1q2,3R2) B．F＞keq\f(q1q2,3R2)C．F＜keq\f(q1q2,3R2) D．无法确定例3、如图所示，在光滑绝缘水平面上放置3个电荷量均为q（q>0）的相同小球，小球之间用劲度系数均为k0的相同轻质弹簧绝缘连接．当3个小球处在静止状态时，每根弹簧长度为l．已知静电力常量为k，若不考虑弹簧的静电感应，则每根弹簧的原长为（）A．l＋eq\f(5kq2,2k0l2) B．l－eq\f(kq2,k0l2)C．l－eq\f(5kq2,4k0l2) D．l－eq\f(5kq2,2k0l2)例4、有关电场强度的理解，下述说法正确的是（）A．由E＝eq\f(F,q)可知，电场强度E跟放入电场的电荷q所受的静电力成正比B．当电场中存在试探电荷时，电荷周围才出现电场这种特殊的物质，才存在电场强度C．由E＝eq\f(kQ,r2)可知，在离点电荷很近，r接近于零时，电场强度无穷大D．电场强度是反映电场本身特性的物理量，与是否存在试探电荷无关例5、关于电场线的特征，下列说法中正确的是（）A．如果某空间中的电场线是曲线，那么在同一条电场线上各处的场强不相同B．如果某空间中的电场线是直线，那么在同一条电场线上各处的场强相同C．如果空间中只存在一个孤立的点电荷，那么这个空间中的任意两条电场线相交；如果空间中存在两个以上的点电荷，那么这个空间中有许多电场线相交D．电场中任意两条电场线都不相交例6、如图所示，直线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场的电场线，曲线是某一带电粒子通过电场区域时的运动轨迹，a、b是轨迹上两点．若带电粒子运动过程中只受静电力作用，根据此图可以判断出的是（）A．带电粒子所带电荷的符号B．带电粒子在a、b两点的受力方向C．带电粒子在a、b两点的加速度何处大D．带电粒子在a、b两点的加速度方向例7、如图所示，两个带等量正电荷的点电荷，O点为两电荷连线的中点，a点在连线的中垂线上，若在a点由静止释放一个电子，关于电子的运动，下列说法正确的是（）A．电子在从a向O运动的过程中，加速度越来越大，速度越来越大B．电子在从a向O运动的过程中，加速度越来越小，速度越来越大C．电子运动到O时，加速度为零，速度最大D．电子通过O后，速度越来越小，加速度越来越大，一直到速度为零例8、如图所示，带电荷量为＋q的点电荷与均匀带电薄板相距2d，点电荷到带电薄板的垂线通过板的几何中心．若图中a点处的电场强度为零，根据对称性，带电薄板在图中b点处产生的电场强度大小为____________________，方向________．（静电力常量为k）例9、如图所示，在一电场强度沿纸面方向的匀强电场中，用一绝缘丝线系一带电小球，小球的质量为m、电荷量为q，为保证当丝线与竖直方向的夹角为θ＝60°时，小球处于平衡状态，则匀强电场的电场强度大小可能为（）A．eq\f(\r(3)mg,q) B．eq\f(mg,2q) C．eq\f(\r(3)mg,2q) D．eq\f(mg,q)例10、在真空中存在空间范围足够大、水平向右的匀强电场．若将一个质量为m、带正电且电荷量为q的小球在此电场中由静止释放，小球将沿与竖直方向夹角为37°的直线运动．现将该小球从电场中某点以初速度v0竖直向上抛出，求此运动过程中（取sin37°＝0．6，cos37°＝0．8）（1）小球受到的电场力的大小及方向；（2）小球运动的抛出点至最高点之间的电势差U．知识巩固练习1．如图所示，不带电的枕形导体的A、B两端各贴有一对金箔．当枕形导体的A端靠近一带电导体C时（）A．A端金箔张开，B端金箔闭合B．用手触摸枕形导体后，A端金箔仍张开，B端金箔闭合C．用手触摸枕形导体后，将手和C都移走，两对金箔均张开D．选项A中两对金箔分别带异号电荷，选项C中两对金箔带同号电荷2．关于电场强度E，下列说法正确的是（）A．由E＝eq\f(F,q)知，若q减半，则该处电场强度为原来的2倍B．由E＝keq\f(Q,r2)知，E与Q成正比，而与r2成反比C．由E＝keq\f(Q,r2)知，在以Q为球心，以r为半径的球面上，各处场强均相同D．电场中某点的场强方向就是正电荷在该点受到的静电力的方向3．如图所示，把一带正电的小球a放在光滑绝缘斜面上，欲使球a能静止在斜面上，需在MN间放一带电小球b，则b应（）A．带负电，放在A点B．带正电，放在B点C．带负电，放在C点D．带正电，放在C点4．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2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＝－2qC．应放在C点，Q＝－q D．应放在D点，Q＝－q5．某静电场中的电场线如图中实线所示，带电粒子在电场中仅受电场力作用，其运动轨迹如图中虚线所示，由M运动到N，以下说法正确的是（）A．粒子必定带正电荷B．粒子必定带负电荷C．粒子在M点的加速度大于它在N点的加速度D．粒子在M点的加速度小于它在N点的加速度6．如图所示，A、B是带有等量的同种电荷的两小球（可视为点电荷），它们的质量都是m，它们的悬线长度都是L，悬线上端都固定于同一点O，B球悬线竖直且被固定，A球在力的作用下，于偏离B球x的地方静止，此时A球受到绳的拉力为T；现在保持其他条件不变，用改变A球质量的方法，使A球在距B为eq\f(1,2)x处平衡，则此时A受到绳的拉力为（）A．TB．2TC．4TD．8T7．如图所示，光滑绝缘的水平面上固定着A、B、C三个带电小球，它们的质量均为m，间距均为r，