第37讲静电力的性质（讲义）（原卷版）

第37讲静电力的性质目录复习目标网络构建考点一电荷守恒定律库仑定律【夯基·必备基础知识梳理】知识点1电荷守恒定律知识点2库仑定律【提升·必考题型归纳】考向1库仑力作用下的平衡问题考向2库仑力作用下的加速运动问题考点二电场强度【夯基·必备基础知识梳理】知识点1电场强度大小和方向知识点2电场强度的叠加【提升·必考题型归纳】考向1叠加法求电场强度考向2对称法求电场强度考向3补偿法求电场强度考向4微元法求电场强度考点三电场线【夯基·必备基础知识梳理】知识点1电场线的特点知识点2常见的电场线知识点3“电场线+运动轨迹”组合模型【提升·必考题型归纳】考向1电场线的应用考向2电场线+运动轨迹”组合模型真题感悟理解和掌握库仑定律，并会用库仑定律处理有关带电体的平衡和加速问题。理解和掌握电场强度的概念，并会求解有关电场强度的叠加问题。3、理解和掌握电场线的特点，并会根据其特点处理有关问题。考点要求考题统计考情分析（1）库仑定律（2）电场强度（3）电场线2023年山东卷第11题2023年湖北卷第3题2023年海南卷第12题高考对电场力性质的考查非常频繁，大多在选择题中出现，题目难度各省份大多不是太难，主要围绕着电场线展开考查有关电场力的性质。考点一电荷守恒定律库仑定律知识点1电荷守恒定律1.内容：电荷既不会创生，也不会消灭，它只能从一个物体到另一个物体，或者从物体的一部分到另一部分，在转移过程中，电荷的总量保持。2.起电方式：、、感应起电。3.带电实质：物体带电的实质是。知识点2库仑定律1.内容：中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的成正比，与它们的距离的成反比。作用力的方向在它们的连线上。2.表达式：F＝keq\f(q1q2,r2)，式中k＝N·m2/C2，叫作静电力常量。3.适用条件：(1)；(2)。4.当两个电荷间的距离r→0时，电荷不能视为点电荷，它们之间的静电力不能认为趋于无限大。5.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)。6.库仑力作用下的平衡问题(1)四步解决库仑力作用下的平衡问题：(2)三个自由点电荷的平衡问题：①平衡条件：每个点电荷受另外两个点电荷的合力为零或每个点电荷平衡的位置是另外两个点电荷的合场强为零的位置。②平衡规律：(3)利用三角形相似法处理带电小球的平衡问题：常见模型几何三角形和力的矢量三角形比例关系考向1库仑力作用下的平衡问题1．如图所示，质量为m的小物块P和小球Q均可视为点电荷，电荷量相同。置于粗糙水平面上的斜面体倾角为θ、质量为M，将小物块P放在粗糙的斜面体上。当小球Q放在与P等高（PQ连线水平）时，P静止且受斜面体的摩擦力为0，斜面体保持静止，此时经测量小物块与小球Q的距离为r。设静电力常量为k，则下列说法正确的是（）

A．小球Q所带电荷量为 B．P对斜面体的压力为FN=mgcosθC．斜面体对地面的压力为（M+m）g D．斜面体受到地面的摩擦力为02．如图所示，水平天花板下方固定一光滑小定滑轮O，在定滑轮的正下方C处固定一带正电的点电荷，不带电的小球A与带正电的小球B通过跨过定滑轮的绝缘轻绳相连。开始时系统在图示位置静止，。若B球所带的电荷量缓慢减少（未减为零），在B球到达O点正下方前，下列说法正确的是（）A．A球的质量小于B球的质量 B．此过程中A球保持静止状态C．此过程中点电荷对B球的库仑力逐渐增大 D．此过程中滑轮受到轻绳的作用力逐渐减小考向2库仑力作用下的加速运动问题3．如图所示，光滑绝缘水平面上有质量分别为和的小球、，两小球带异种电荷。将方向水平向右、大小为的力作用在上，当、间的距离为时，两小球可保持相对静止。若改用方向水平向左的力作用在上，欲使两小球间的距离保持为并相对静止，则外力的大小应为（）A． B． C． D．4．质量均为m的三个带电小球A、B、C用三根长度均为l的绝缘丝线相互连接，放置在光滑绝缘的水平面上，A球的电荷量为＋q。在C球上施加一个水平向右的恒力F之后，三个小球一起向右运动，三根丝线刚好都伸直且没有弹力，F的作用线的反向延长线与A、B间的丝线相交于丝线的中点，如图所示。已知静电力常量为k，下列说法正确的是（）A．B球的电荷量可能为＋2qB．C球的电荷量为－2qC．三个小球一起运动的加速度大小为D．恒力F的大小为考点二电场强度知识点1电场强度大小和方向1．定义：放入电场中某点的电荷受到的静电力F与它的电荷量q的。2．定义式：E＝eq\f(F,q)。单位为N/C或V/m。3．点电荷的电场强度：真空中点电荷形成的电场中某点的电场强度，E＝eq\f(kQ,r2)。4．方向：规定在电场中某点所受的方向为该点的电场强度方向。5．电场强度的叠加：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和，遵从定则。知识点2电场强度的叠加1.叠加法：多个点电荷在空间某处产生的电场强度为各电荷在该处所产生的电场强度的矢量和。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。3.补偿法：将有缺口的带电圆环补全为圆环，或将半球面补全为球面，然后再应用对称的特点进行分析，有时还要用到微元思想。4.微元法：将带电体分成许多电荷元，每个电荷元看成点电荷，先根据库仑定律求出每个电荷元的场强，再结合对称性和场强叠加原理求出合场强。考向1叠加法求电场强度1．若田径场跑道是圆形，在跑道上等间距的三个点A、B、C（其中C点为正南点）上各固定一个带均匀等量正电荷的篮球，如图所示。设单个带电篮球在田径场中心产生的电场强度大小为，则这三个带电篮球在跑道上的正北点产生的合场强大小E为（）A． B． C． D．2．如图所示，真空中有一个三棱锥，三棱锥各边长均为，在A、三点分别放置电荷量为的正点电荷，现在要外加一个匀强电场，使点的场强为0，则匀强电场的场强为（）

A． B． C． D．考向2对称法求电场强度3．半径为R的绝缘圆环固定放置，圆心为O，环上均匀分布着电荷量为Q的负电荷．如图所示，在A、B两处分别取走弧长为的圆弧，圆环上剩余电荷的分布不变，、分别是A、B间两段圆弧的中点，已知，静电力常量为k，则圆环上剩余电荷在O点产生的场强的大小和方向为（

）

A．，由O指向B．，由O指向C．，由O指向D．，由O指向4．电荷量为+Q的点电荷与半径为R的均匀带电圆形薄板相距2R，点电荷与圆心O连线垂直薄板，A点位于点电荷与圆心O连线的中点，B与A关于O对称，若A点的电场强度为0，则（）A．圆形薄板所带电荷量为+QB．圆形薄板所带电荷在A点的电场强度大小为，方向水平向左C．B点的电场强度大小为，方向水平向右D．B点的电场强度大小为，方向水平向右考向3补偿法求电场强度5．均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的电场．如图所示，在半球面AB上均匀分布正电荷，其电荷量为q，球面半径为R，CD为通过半球顶点与球心O的轴线，在轴线上有M、N两点，OM=ON=2R．已知M点的场强大小为E，则N点的场强大小为（

）A． B． C． D．6．已知均匀带电球体在球的外部产生的电场与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相同.如图所示，半径为R的球体上均匀分布着电荷量为Q的电荷，在过球心O的直线上有A、B两个点，O和B、B和A间的距离均为R.现以为直径在球内挖一球形空腔，已知静电力常量为k，球的体积公式为，则A点处场强的大小为（

）A． B． C． D．考向4微元法求电场强度7．如图所示，长为4l，倾角为37°的光滑绝缘细杆AD垂直穿过半径为l、带电量为－Q的固定大圆环圆心O，细杆上B、O、C三点等分细杆长度。现从细杆的顶端A无初速度地释放一个质量为m，带电量为＋q的套在细杆上的可视为点电荷的小滑环。已知静电力常量为k，重力加速度为g，sin37°=0.6，cos37°=0.8，大圆环上的电荷均匀分布，小滑环上的电荷不影响电场分布，则下列说法正确的是（）A．大圆环在B点产生的场强大小为B．小滑环在B点的加速度大小为C．小滑环从B到C的过程中电场力所做的功为D．小滑环在D点的速度大小为8．如图所示，一半径为r的圆环上均匀分布着正电荷，电量为+Q，x轴垂直于环面且过圆心O．在x轴上距圆心O距离s处有一点P，则A．O点的电场强度为零，电势最低B．从O点沿x轴正方向，电场强度先增大后减小C．P点的场强大小D．P点的场强大小考点三电场线知识点1电场线的特点定义：为了形象地描述电场中各点电场强度的及，在电场中画出一些曲线，曲线上每一点的都跟该点的电场强度方向一致，曲线的表示电场强度的大小。2．电场线的特点知识点2常见的电场线1.两种等量点电荷的电场强度及电场线的比较比较等量异种点电荷等量同种点电荷电场线分布图电荷连线上的电场强度沿连线先变小后变大O点最小,但不为零O点为零中垂线上的电场强度O点最大,向外逐渐减小O点最小,向外先变大后变小关于O点对称位置的电场强度A与A'、B与B'、C与C'等大同向等大反向2.电场线的应用(涉及电势部分将在下一节进一步研究)知识点3“电场线+运动轨迹”组合模型模型特点:当带电粒子在电场中的运动轨迹是一条与电场线不重合的曲线时,这种现象简称为“拐弯现象”,其实质为“运动与力”的关系。运用牛顿运动定律的知识分析:(1)“运动与力两线法”——画出“速度线”(运动轨迹在某一位置的切线)与“力线”(在同一位置电场线的切线方向且指向轨迹的凹侧),从二者的夹角情况来分析带电粒子做曲线运动的情况。(2)“三不知时要假设”——电荷的正负、电场的方向、电荷运动的方向,是题目中相互制约的三个方面。若已知其中一个,可分析判定各待求量;若三个都不知(三不知),则要用“假设法”进行分析。考向1电场线的应用1．如图所示，在真空中固定两个等量的异号点电荷+Q和－Q，O点为两点电荷连线的中点，MN为过O点的一条线段，且M点与N点关于O点对称。P点与M点关于两点电荷的连线对称。则下列说法正确的是（）A．P、N两点的电势相等B．M、N两点的电场强度相同C．将试探电荷从M点沿直线移到P点的过程中，电荷所受电场力先减小后增大D．将带负电的试探电荷从M点沿直线移到N点的过程中，电荷的电势能一直减少2．如图所示，两等量同种点电荷+q（q>0）固定在菱形的两个顶点A、C上。E、F是该菱形对角线AC与其内切圆的交点，O点为内切圆的圆心，a、b、c、d四点为切点。现有一带正电的点电荷从E点由静止释放，下列说法正确的是（）A．a、b、c、d四点的电场强度相同B．D、O、B三点的电势相等C．点电荷在从E点运动到O点的过程中电场力做正功D．点电荷从E点运动到F点的过程中速度一直增大考向2电场线+运动轨迹”组合模型3．如图，是利用高压电场来干燥中药的基本原理图．在大导体板MN上铺一薄层中药材，针状电极O和平板电极MN接高压直流电源，其间产生非匀强电场E；水分子是极性分子，可以看成棒状带电体，一端带正电荷，另一端带等量负电荷；水分子在电场力的作用下会加速从中药材中分离出去，在鼓风机的作用下飞离电场区域从而达到快速干燥的目的。已知虚线ABCD是某一水分子从A处由静止开始的运动轨迹．则下列说法正确的是（）A．水分子在B处时，上端带负电荷，下端带正电荷B．在水分子运动轨迹上，B、C和D三点的电势大小关系为C．如果把高压直流电源的正、负极反接，此装置达不到干燥的作用D．水分子在B处时，带负电荷一端受到的电场力大于带正电荷一端受到的电场力4．真空中静止点电荷Q1、Q2所产生的电场线分布如图所示，图中A、B两点关于点电荷Q2水平对称。某带电粒子（仅受电场力作用）在电场中的运动轨迹如图中虚线所示，C、D是轨迹上的两个点。以下说法正确的是（）A．A、B两点的场强大小相等B．A点的电势大于B点电势C．该粒子带正电，在C点的加速度小于D点的加速度D．该粒子带负电，在C点的加速度大于D点的加速度1．（2023年湖南卷高考真题）如图，真空中有三个点电荷固定在同一直线上，电荷量分别为Q1、Q2和Q3，P点和三个点电荷的连线与点电荷所在直线的夹角分别为90°、60°、和30°