人教高中物理选修31 第一章 电场力的性质知识点及经典基础题（无答案）

/教学专题电场力的性质教学目标1.知道两种电荷,元电荷及其带电量,理解摩擦起电、感应起电、接触带电的实质.2.理解点电荷这一理想化模型,掌握库仑定律.3.理解电场强度的定义式及其物理意义.4.知道几种典型的电场线的分布,知道电场线的特点.教学重难点根本概念的理解;电场强度的意义;电场线及其分布授课节次授课内容：一、电荷及相关知识：1.元电荷e：①e=1.60×10-19C②质子或电子所带的电量就是元电荷③元电荷是世界上电最小的电量④任何带电体的电量都是元电荷的整数倍2.检验电荷(试探点荷)：电量要求：不影响原电场；体积充分小；一定是点电荷。3.点电荷:理想的模型.类似于质点4.荷质比(比荷)：带电粒子的电荷量与质量之比称为“荷质比〞5.电荷守恒定律二、使物体带电的几种方式:(起电实质:得失电子)1.摩擦起电2.接触带电:两个完全相同的带电金属小球接触时电荷量分配规律:原带异种电荷的先中和后平分,原带同种电荷的总电荷量平分。3.感应起电：导体接近〔不接触〕带电体,使导体靠近一端带上相异的电荷,远端带上相同的电荷。三.库仑定律1.内容：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.公式：,F叫做库仑力或静电力,也叫电场力。叫静电力常量=3.适用条件：〔1〕真空；〔2〕点电荷．引申:同一直线上三个点电荷的讨论和计算::::::::::::::两同夹异,两大夹小,近小远大。:四.电场1.概念：是电荷周围客观存在的一种特殊物质,是电荷间相互作用的媒体。2.电场的根本性质：〔1〕对放入电场的电荷有力的作用〔2〕能使放入电场中的导体产生静电感应现象3.场:〔1〕但凡在有电荷的地方,周围都存在电场〔2〕在变化的磁场周围也有电场；变化的电场周围存在磁场。〔3〕电场与磁场是不同于实体的另一种形态物质。(电场\磁场\重力场)五、电场强度(矢量)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。用E来表示。2.定义式：〔适用于一切电场〕3.单位：牛/库(N/C)伏/米(v/m)4.电场强度方向：规定正电荷受电场力的方向为该点的场强方向;电场线的切线方向是该点场强的方向.5.物理意义：描述电场强弱的物理量。6.说明〔1〕电场强度是从力的角度来反映电场本身性质的物理量〔2〕电场强度E的大小,方向是由电场本身决定的,是客观存在的,与放不放检验电荷,以及放入检验电荷电性多少都无关(3)电场的叠加满足平行四边形法那么eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝\f(F,q)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(适用于任何电场,与检验电荷是否存在无关)),E＝\f(kQ,r2)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(适用于点电荷产生的电场,Q为场源电荷的电荷量)),E＝\f(U,d)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(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))))六、电场线1.概念：为了直观形象地描述电场中各点的强弱及方向,在电场中画出一系列曲线,曲线上各点的切线方向表示该点的场强方向,曲线的疏密表示电场的弱度。这些曲线就是电场线。(第一个用电场线描述电场的科学家是——法拉第)2.电场线的特点：〔1〕电场线是假想曲线,不是真实。〔2〕切线方向表示该点场强的方向．〔3〕疏密表示该处电场的强弱大小．〔4〕匀强电场的电场线平行且等间距直线表示．(平行板电容器间的电场,边缘除外)〔5〕始于正电荷〔或无穷远〕,终止负电荷〔或无穷远〕〔6〕任意两条电场线都不相交,不中断,不闭合。〔7〕沿着电场线方向,电势越来越低．但E不一定减小；沿E方向电势降低最快的方向。〔8〕电场线⊥等势面．电场线由高等势面批向低等势面。〔9〕电场线只能描述电场的方向及定性地描述电场的强弱,并不是带电粒子在电场中的运动轨迹。3.几种电场电场线的分布本节课作业：学生课堂表现：电场力的性质练习例1.如图,在一条直线上有两个相距0.4m的点电荷A、B,A带电+Q,B带电–9Q．现引入第三个点电荷C,恰好使三个点电荷均在电场力的作用下处于平衡状态,那么C的带电性质及位置应为〔〕A．正B的右边0.4m处B．正B的左边0.2m处C．负A的左边0.2m处D．负A的右边0.2m处例2．两个半径相同的金属小球,电荷量之比为1∶7,相距为r,两者相互接触后再放回原来的位置上,那么相互作用力可能为原来的A．B．C．D．1．以下说法中正确的选项是〔〕A．由E=F/q知,电场中某点的电场强度与检验电荷在该点所受的电场力成正比B．电场中某点的电场强度等于F/q,但与检验电荷的受力大小及带电量无关C．电场中某点的电场强度方向即检验电荷在该点的受力方向D．公式E=F/q和E=kQ/r2对于任何静电场都是适用的2．如下图为电场中的一条电场线,在该电场线上有a、b两点,用Ea、Eb分别表示两点电场强度的大小,那么〔〕A．a、b两点的场强方向相同B．因为电场线由a指向b,所以Ea>EbC．因为电场线是直线,所以Ea=EbD．Ea、Eb的大小关系不能确定1．关于电场强度的概念,以下说法正确的选项是()A．由E＝eq\f(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．如图,M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三点,O点为半圆弧的圆心,∠MOP＝60°.电荷量相等、符号相反的两个点电荷分别置于M、N两点,这时O点电场强度的大小为E1；假设将N点处的点电荷移至P点,那么O点电场强度的大小变为E2.E1与E2之比为()A．1∶2B．2∶1C．2∶eq\r(3)D．4∶eq\r(3)3．以下关于电场和电场线的说法中正确的选项是()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,但凡电场线通过的点,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,用以表示电场的强弱和方向,客观上并不存在4．对于由点电荷Q产生的电场,以下说法正确的选项是()A．电场强度的定义式仍成立,即E＝eq\f(F,Q),式中的Q就是产生电场的点电荷B．在真空中,电场强度的表达式为E＝eq\f(kQ,r2),式中Q就是产生电场的点电荷C．在真空中,电场强度的表达式E＝eq\f(kq,r2),式中q是检验电荷D．以上说法都不对5．实线为三条方向未知的电场线,从电场中的M点以相同的速度飞出a、b两个带电粒子,a、b的运动轨迹如图2中的虚线所示(a、b只受电场力作用),那么()A．a一定带正电,b一定带负电B．电场力对a做正功,对b做负功C．a的速度将减小,b的速度将增大D．a的加速度将减小,b的加速度将增大利用补偿法和对称法求电场强度N(N>1)个电荷量均为q(q>0)的小球,均匀分布在半径为R的圆周上,如图4所示．假设移去位于圆周上P点(图中未标出)的一个小球,那么圆心O点处的电场强度大小为________,方向________．(静电力常量为k)(1)补偿法：(2)对称法：利用带电体(如球体、薄板等)产生的电场具有对称性的特点来求电场强度的方法．练1如图5所示,在水平向右、大小为E的匀强电场中,在O点固定一电荷量为Q的正电荷,A、B、C、D为以O为圆心、半径为r的同一圆周上的四点,B、D连线与电场线平行,A、C连线与电场线垂直．那么()A．A点的场强大小为eq\r(E2＋k2\f(Q2,r4))B．B点的场强大小为E－keq\f(Q,r2)C．D点的场强大小不可能为0D．A、C两点的场强相同练2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6所示,在半球面AB上均匀分布正电荷,总电荷量为q,球面半径为R,CD为通过半球顶点与球心O的直线,在直线上有M、N两点,eq\x\to(OM)＝eq\x\to(ON)＝2R.M点的场强大小为E,那么N点的场强大小为()A.eq\f(kq,2R2)－EB.eq\f(kq,4R2)C.eq\f(kq,4R2)－ED.eq\f(kq,4R2)＋E等量同种点电荷和等量异种点电荷的电场线的比拟比拟工程等量异种点电荷等量同种点电荷电场线分布图连线中点O处的场强连线上O点场强最小,指向负电荷一方为零连线上的场强大小(从左到右)沿连线先变小,再变大沿连线先变小,再变大沿中垂线由O点向外场强大小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点对称的A与A′、B与B′的场强等大同向等大反向例2如图7所示,两个带等量负电荷的小球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A、B连线的水平中垂线上的两点,且PO＝ON.现将一个电荷量很小的带正电的小球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,以下关于小球C的说法可能正确的选项是()A．速度先增大,再减小B．速度一直增大C．加速度先增大再减小,过O点后,加速度先减小再增大D．加速度先减小,再增大练1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Fd、Fc、Fe,那么以下说法中正确的选项是()A．Fd、Fc、Fe的方向都是水平向右B．Fd、Fc的方向水平向右,Fe的方向竖直向上C．Fd、Fe的方向水平向右,Fc＝0D．Fd、Fc、Fe的大小都相等练2如图9所示,在两等量异种点电荷的电场中,MN为两电荷连线的中垂线,a、b、c三点所在直线平行于两电荷的连线,且a和c关于MN对称,b点位于MN上,d点位于两电荷的连线上．以下判断正确的选项是()A．b点场强大于d点场强B．b点场强小于d点场强C．a、b两点间的电势差等于b、c两点间的电势差D．试探电荷＋q在a点的电势能小于在c点的电势能例3如图10所示,一根长为L＝1.5m的光滑绝缘细直杆MN竖直固定在电场强度大小为E＝1.0×105N/C、与水平方向成θ＝30°角的斜向上的匀强电场中,杆的下端M固定一个带电小球A,带电荷量为Q＝＋4.5×10－6C；另一带电小球B穿在杆上可自由滑动,带电荷量为q＝＋1.0×10－6C,质量为m＝1.0×10－2kg.现将小球B从杆的N端由静止释放,小球B开始运动．(静电力常量k＝9.0×109N·m2/C2,g＝10m/s(1)求小球B开始运动时的加速度a；(2)当小球B的速度最大时,求小球距M端的高度h1；(3)假设小球B从N端运动到距M端的高度为h2＝0.61m时,速度v＝1.0m/s,求此过程中小球B电势能的改变量ΔEp.1．如图,一半径为R的圆盘上均匀分布着电荷量为Q的电荷,在垂直于圆盘且过圆心c的轴线上有a、b、d三个点,a和b、b和c、c和d间的距离均为R,在a点处有一电荷量为q(q>0)的固定点电荷．b点处的场强为零,那么d点处场强的大小为(k为静电力常量)()A．keq\f(3q,R2)B．keq\f(10q,9R2)C．keq\f(Q＋q,R2)D．keq\f(9Q＋q,9R2)2．如图,可视为质点的三物块A、B、C放在倾角为30°的固定斜面上,物块与斜面间的动摩擦因数μ＝eq\f(2\r(3),45),A与B紧靠在一起,C紧靠在固定挡板上,三物块的质量分别为mA＝0.60kg,mB＝0.30kg,mC＝0.50kg,其中A不带电,B、C均带正电,且qC＝1.0×10－5C,开始时三个物块均能保持静止且与斜面间均无摩擦力作用,B、C间相距L＝1.0m．现给A施加一平行于斜面向上的力F,使A在斜面上做加速度a＝1.0m/s2的匀加速直线运动,假定斜面足够长．静电力常量k＝9.0×109N·m2/C2,g＝10m/s2.求：(1)B物块的带电量qB；(2)A、B运动多长距离后开始别离．3．如图,绝缘光滑水平轨道AB的B端与处于竖直平面内的四分之一圆弧形粗糙绝缘轨道BC平滑连接,圆弧的半径R＝0.40m．在轨道所在空间存在水平向右的匀强电场,电场强度E＝1.0×104N/C.现有一质量m＝0.10kg的带电体(可视为质点)放在水平轨道上与B端距离s＝1.0m的位置,由于受到电场力的作用带电体由静止开始运动,当运动到圆弧形轨道的C端时,速度恰好为零．带电体所带电荷量q＝8.0×10－5C(1)带电体运动到圆弧形轨道的B端时对圆弧轨道的压力；(2)带电体沿圆弧形轨道从B端运动到C端的过程中,摩擦力做的功．►题组1电场强度的概念及计算1．以下关于电场强度的两个表达式E＝F/q和E＝kQ/r2的表达,正确的选项是()A．E＝F/q是电场强度的定义式,F是放入电场中的电荷所受的力,q是产生电场的电荷的电荷量B．E＝F/q是电场强度的定义式,F是放入电场中电荷所受的电场力,q是放入电场中电荷的电荷量,它适用于任何电场C．E＝kQ/r2是点电荷场强的计算式,Q是产生电场的电荷的电荷量,它不适用于匀强电场D．从点电荷场强计算式分析库仑定律的表达式F＝keq\f(q1q2,r2),式eq\f(kq2,r2)是点电荷q2产生的电场在点电荷q1处的场强大小,而eq\f(kq1,r2)是点电荷q1产生的电场在q2处场强的大小2．如图1所示,真空中O点有一点电荷,在它产生的电场中有a、b两点,a点的场强大小为Ea,方向与ab连线成60°角,b点的场强大小为Eb,方向与ab连线成30°角．关于a、b两点场强大小Ea、Eb的关系,以下结论正确的选项是()图1A．Ea＝eq\f(\r(3),3)EbB．Ea＝eq\f(1,3)EbC．Ea＝eq\r(3)EbD．Ea＝3Eb3．如图2甲所示,在x轴上有一个点电荷Q(图中未画出),O、A、B为轴上三点,放在A、B两点的试探电荷受到的电场力跟试探电荷所带电荷量的关系如图乙所示,那么()图2A．A点的电场强度大小为2×103N/CB．B点的电场强度大小为2×103N/CC．点电荷Q在A、B之间D．点电荷Q在A、O之间►题组2电场强度的矢量合成问题4．用电场线能很直观、很方便地比拟电场中各点场强的强弱．如图3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．那么()图3A．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三点比拟,O点场强最强D．B、O、C三点比拟,O点场强最弱5．如图4所示,A、B、C、D、E是半径为r的圆周上等间距的五个点,在这些点上各固定一个点电荷,除A点处的电荷量为－q外,其余各点处的电荷量均为＋q,那么圆心O处图4A．场强大小为eq\f(kq,r2),方向沿OA方向B．场强大小为eq\f(kq,r2),方向沿AO方向C．场强大小为eq\f(2kq,r2),方向沿OA方向D．场强大小为eq\f(2kq,r2),方向沿AO方向7．在电场强度为E的匀强电场中,取O点