第一讲-电场力的性质(原卷版)

第一讲电场力的性质知识梳理一、电荷守恒定律1．电荷(1)两种电荷：自然界中只存在两种电荷——正电荷和负电荷。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。(2)电荷量：电荷的多少叫作电荷量，用Q(或q)表示。在国际单位制中，它的单位是库仑，简称库，符号是C。正电荷的电荷量为正值，负电荷的电荷量为负值。(3)元电荷：通常把e＝1.60×10－19C的电荷量叫做元电荷，电子和质子所带的电荷量与元电荷相同，电性相反。2．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)物体带电的实质：物体带电的实质是电子的得失。二、库仑定律1．点电荷当带电体本身的形状和大小对研究的问题影响很小时，可以将带电体视为点电荷。2．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＝keq\f(q1q2,r2)，式中k＝9.0×109N·m2/C2，叫做静电力常量。(3)适用条件：①真空中；②点电荷。三、电场、电场强度及电场线1．电场：基本性质：对放入其中的电荷有电场力的作用。2．电场强度(1)定义式：E＝eq\f(F,q)，单位：N/C或V/m。(2)方向：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。(3)点电荷的电场强度：E＝keq\f(Q,r2)，适用于计算真空中的点电荷产生的电场。(4)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矢量和。(5)匀强电场：如果电场中各点的电场强度的大小相等、方向相同，这个电场叫作匀强电场。3．电场线(1)定义：为了形象地描述电场中各点电场强度的强弱及方向，在电场中画出一些有方向的曲线，曲线上每点的切线方向都跟该点的电场强度方向一致，曲线的疏密表示电场的强弱。(2)电场线的特点①电场线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向。

②电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷。

③电场线在电场中不相交、不闭合、不中断。

④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。

⑤沿电场线的方向电势逐渐降低。

⑥电场线和等势面在相交处垂直。

(3)几种典型电场的电场线

如图所示是几种典型电场的电场线分布图。

知识训练考点一、库仑定律的理解与应用1．对库仑定律的理解(1)F＝keq\f(q1q2,r2)，r指两点电荷间的距离。对可视为点电荷的两个均匀带电球，r为两球的球心间距。(2)当两个电荷间的距离r→0时，电荷不能再视为点电荷，它们之间的静电力不能认为趋于无穷大。2．库仑力具有力的共性(1)两个点电荷之间相互作用的库仑力遵从牛顿第三定律。(2)库仑力可使带电体产生加速度。(3)库仑力可以和其他力平衡。(4)某个点电荷同时受几个点电荷的作用时，要用平行四边形定则求合力。例1、如图是库仑做实验用的库仑扭秤．带电小球A与不带电小球B等质量，带电金属小球C靠近A，两者之间的库仑力使横杆旋转，转动旋钮M，使小球A回到初始位置，此时A、C间的库仑力与旋钮旋转的角度成正比．现用一个电荷量是小球C的三倍、其他完全一样的小球D与C完全接触后分开，再次转动旋钮M使小球A回到初始位置，此时旋钮旋转的角度与第一次旋转的角度之比为()A．1B．eq\f(1,2)C．2D．4例2、(2018·全国卷Ⅰ)如图，三个固定的带电小球a、b和c，相互间的距离分别为ab＝5cm，bc＝3cm，ca＝4cm。小球c所受库仑力的合力的方向平行于a、b的连线。设小球a、b所带电荷量的比值的绝对值为k，则()A．a、b的电荷同号，k＝eq\f(16,9) B．a、b的电荷异号，k＝eq\f(16,9)C．a、b的电荷同号，k＝eq\f(64,27) D．a、b的电荷异号，k＝eq\f(64,27)例3、(多选)内半径为R，内壁光滑的绝缘球壳固定在桌面上。将三个完全相同的带电小球放置在球壳内，平衡后小球均紧靠球壳静止。小球的电荷量均为Q，可视为质点且不计重力。则小球静止时，以下判断正确的是()A.三个小球之间的距离均等于eq\r(2)RB．三个小球可以位于球壳内任一水平面内C．三个小球所在平面可以是任一通过球壳球心的平面D．每个小球对球壳内壁的作用力大小均为eq\f(\r(3)kQ2,3R2)，k为静电力常量例4、如图所示，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静电力的作用下处于平衡状态，则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5、如图所示，真空中三个质量相等的小球A、B、C，带电量分别为QA＝6q、QB＝3q、QC＝8q。现用适当大小的恒力F拉C，可使A、B、C沿光滑水平面做匀加速直线运动，运动过程中A、B、C保持相对静止，且A、B间距离与B、C间距离相等。不计电荷运动产生磁场的影响，小球可视为点电荷，则此过程中B、C之间的作用力大小为()A．eq\f(4,3)F B．FC．eq\f(2,3)F D．eq\f(1,3)F课堂随练训练1、两个分别带有电荷量－Q和＋5Q的相同金属小球(均可视为点电荷)，固定在相距为r的两处，它们间库仑力的大小为F，两小球相互接触后将其固定距离变为eq\f(r,2)，则两球间库仑力的大小为()A．eq\f(5F,16) B．eq\f(F,5)C．eq\f(4F,5) D．eq\f(16F,5)训练2、如图所示，在边长为l的正方形的每个顶点都放置一个点电荷，其中a和b的电荷量为＋q，c和d的电荷量为－q，则a电荷受到的其他三个电荷的静电力的合力大小是()A．0 B．eq\f(\r(2)kq2,l2)C．eq\f(kq2,l2) D．eq\f(3kq2,2l2)训练3、(多选)如图所示，把A、B两个相同的导电小球分别用长为0.10m的绝缘细线悬挂于OA和OB两点．用丝绸摩擦过的玻璃棒与A球接触，棒移开后将悬点OB移到OA点固定．两球接触后分开，平衡时距离为0.12m．已测得每个小球质量是8.0×10－4kg，带电小球可视为点电荷，重力加速度g＝10m/s2，静电力常量k＝9.0×109N·m2/C2，则()A．两球所带电荷量相等B．A球所受的静电力为1.0×10－2NC．B球所带的电荷量为4eq\r(6)×10－8CD．A、B两球连线中点处的电场强度为0训练4、有两个完全相同的小球A、B，质量均为m，带等量异种电荷，其中A所带电荷量为＋q，B所带电荷量为－q。现用两长度均为L、不可伸长的细线悬挂在天花板的O点上，两球之间夹着一根绝缘轻质弹簧。在小球所挂的空间加上一个方向水平向右、大小为E的匀强电场。如图所示，系统处于静止状态时，弹簧位于水平方向，两根细线之间的夹角为θ＝60°，则弹簧的弹力为(静电力常量为k，重力加速度为g)()A．eq\f(kq2,L2) B．eq\f(\r(3),3)mg＋eq\f(kq2,L2)C．qE＋eq\f(kq2,L2) D．eq\f(\r(3),3)mg＋eq\f(kq2,L2)＋qE考点二、电场强度的理解及计算1．电场强度的性质

(1)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。

(2)唯一性：电场中某一点的电场强度E是唯一的，它的大小和方向与放入该点的电荷q无关，它决定于形成电场的电荷(场源电荷)及空间位置。

(3)叠加性：如果有几个静止点电荷在空间同时产生电场，那么空间某点的电场强度是各场源电荷单独存在时在该点所产生的电场强度的矢量和。

2．电场强度的三个公式的比较例1、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静电力的方向都跟x轴正方向相同，静电力的大小F跟试探电荷电荷量q的关系分别如图中直线a、b所示．忽略A、B间的作用力．下列说法正确的是()A．B点的电场强度大小为0.25N/CB．A点的电场强度的方向沿x轴负方向C．点电荷Q的位置坐标为0.3mD．点电荷Q是正电荷例2、如图在半径为R的圆周上均匀分布着六个不同的点电荷，则圆心O处的电场强度大小和方向为()A．eq\f(2kq,R2)；由O指向FB．eq\f(4kq,R2)；由O指向FC．eq\f(2kq,R2)；由O指向CD．eq\f(4kq,R2)；由O指向C例3、(2021·湖南高考)如图，在(a,0)位置放置电荷量为q的正点电荷，在(0，a)位置放置电荷量为q的负点电荷，在距P(a，a)为eq\r(2)a的某点处放置正点电荷Q，使得P点的电场强度为零。则Q的位置及电荷量分别为()A．(0,2a)，eq\r(2)q B．(0,2a)，2eq\r(2)qC．(2a,0)，eq\r(2)q D．(2a,0)，2eq\r(2)q例4、直角坐标系xOy中，M、N两点位于x轴上，G、H两点坐标如图所示．M、N两点各固定一负点电荷，一电荷量为Q的正点电荷置于O点时，G点处的电场强度恰好为零．静电力常量用k表示．若将该正点电荷移到G点，则H点处场强的大小和方向分别为()A．eq\f(3kQ,4a2)，沿y轴正向 B．eq\f(3kQ,4a2)，沿y轴负向C．eq\f(5kQ,4a2)，沿y轴正向 D．eq\f(5kQ,4a2)，沿y轴负向课堂随练训练1、一边长为r的正三角形的三个顶点，固定有3个点电荷，电荷量分别为＋q、＋q和－2q，如图，静电力常量为k，则三角形中心处O点的电场强度大小和方向()A．eq\f(12kq,r2)，指向电荷量为－2q的点电荷B．eq\f(9kq,r2)，指向电荷量为－2q的点电荷C．eq\f(12kq,r2)，背离电荷量为－2q的点电荷D．eq\f(9kq,r2)，背离电荷量为－2q的点电荷训练2、直角三角形ABC中，∠A＝90°，∠B＝30°，在A点和C点分别固定两个点电荷，已知B点的电场强度方向垂直于BC边向下，则()A．两点电荷都带正电B．A点的点电荷带负电，C点的点电荷带正电C．A点处电荷的带电量与C点处电荷的带电量的绝对值之比为eq\f(\r(3),2)D．A点处电荷的带电量与C点处电荷的带电量的绝对值之比为eq\f(1,2)训练3、如图所示，MN是点电荷电场中的一条直线，a、b是直线上的两点，已知直线上a点的场强最大，大小为E，b点场强大小为eq\f(1,2)E，a、b间的距离为L，静电力常量为k，则场源电荷的电荷量为()A．eq\f(\r(2)EL2,k) B．eq\f(EL2,k)C．eq\f(2EL2,k) D．eq\f(EL2,2k)训练4、(2022·河南省3月适应性测试)如图，一电荷量为Q的点电荷P与均匀带电圆板相距2r，此点电荷到带电圆板的垂线通过板的几何中心，A、B为垂线上两点到圆板的距离均为r，静电力常量为k。若B点的电场强度为0，则A点的电场强度大小为()A．eq\f(10kQ,9r2) B．eq\f(9kQ,10r2)C．eq\f(8kQ,9r2) D．eq\f(3kQ,10r2)题型三、电场线的性质与应用1．判断电场强度的方向——电场线上任意一点的切线方向即为该点电场强度的方向。2．判断静电力的方向——正电荷的受力方向和电场线在该点切线方向相同，负电荷的受力方向和电场线在该点切线方向相反。3．判断电场强度的大小(定性)——同一电场，电场线密处电场强度大，电场线疏处电场强度小。4．判断电势的高低与电势降低的快慢——沿电场线方向电势逐渐降低，电场强度的方向是电势降低最快的方向。5．等量同种和异种点电荷的电场强度的比较比较项目等量异种点电荷等量同种点电荷电场线的分布图连线中点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，再变大沿连线中垂线由O点向外场强大小O点最大，向外逐渐变小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1、某电场的电场线分布如图所示，下列说法正确的是()A．c点的电场强度大于b点的电场强度B．若将一试探电荷＋q由a点释放，它将沿电场线运动到b点C．b点的电场强度大于d点的电场强度D．a点和b点的电场强度方向相同例2、两点电荷形成电场的电场线分布如图所示，A、B是电场线上的两点，下列判断正确的是()A．A、B两点的电场强度大小不等，方向相同B．A、B两点的电场强度大小相等，方向不同C．右边点电荷带正电，左边点电荷带负电D．两点电荷所带电荷量相等例3、(2022·山东临沂市调研)某静电场的电场线如图中实线所示，虚线是某个带电粒子仅在静电力作用下的运动轨迹，下列说法正确的是()A．粒子一定带负电B．粒子在M点的加速度小于在N点的加速度C．粒子在M点的动能大于在N点的动能D．粒子一定从M点运动到N点例4、(多选)电场线能直观、方便地反映电场的分布情况．如图甲是等量异号点电荷形成电场的电场线，图乙是电场中的一些点；O是电荷连线的中点，E、F是连线中垂线上关于O对称的两点，B、C和A、D是两电荷连线上关于O对称的两点．则()A．E、F两点场强相同B．A、D两点场强不同C．B、O、C三点中，O点场强最小D．从E点向O点运动的电子加速度逐渐减小例5、一负电荷从电场中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v­t图象如图所示，则A、B两点所在区域的电场线分布情况可能是下图中的()课堂随练训练1、如图所示为某区域的电场线分布，下列说法正确的是()A．这个电场可能是正点电荷形成的B．D处的电场强度为零，因为那里没有电场线C．点电荷q在A点所受的静电力比在B点所受静电力小D．负电荷在C点受到的静电力方向沿C点切线方向训练2、(多选)某电场区域的电场线如图所示，a、b是其中一条电场线上的两点，下列说法正确的是()A．负电荷在a点受到的电场力一定小于它在b点受到的电场力B．a点的场强方向一定沿着a点的电场线向右C．正电荷在a点受到的电场力一定大于它在b点受到的电场力D．a点的场强一定大于b点的场强训练3、如图所示，A、B两点有等量同种正点电荷，A、B连线的中垂线上的C、D两点关于AB对称，t＝0时刻，一带正电的点电荷从C点以初速度v0沿CD方向射入，点电荷只受电场力。则点电荷由C到D运动的v­t图象，以下可能正确的是()同步训练1、光滑绝缘水平面上固定一半径为R、带正电的球体A(可认为电荷量全部在球心)，另一带正电的小球B以一定的初速度冲向球体A，用r表示两球心间的距离，F表示B小球受到的库仑斥力，在r＞R的区域内，下列描述F随r变化关系的图像中可能正确的是()2、电荷量为4×10－6C的小球绝缘固定在A点，质量为0.2kg、电荷量为－5×10－6C的小球用绝缘细线悬挂，静止于B点。A、B间距离为30cm，AB连线与竖直方向夹角为60°。静电力常量为9.0×109N·m2/C2，小球可视为点电荷。下列图示正确的是()3、一带电荷量为＋Q的小球A固定在绝缘底座上，在它左侧还有一个用绝缘丝线悬挂的带电荷量为＋q的小球B，它们处于同一高度静止，如图所示，两球均视为点电荷，下列说法中正确的是()A．若小球A向左平移一段微小距离，则稳定后丝线与竖直方向的夹角减小B．小球A对小球B的库仑力大小等于小球B对小球A的库仑力大小C．若增加小球A的带电荷量，则稳定后丝线与竖直方向夹角不变D．若使小球A带电荷量变为－Q，则稳定后丝线与竖直方向夹角不变4、(2019·全国卷Ⅰ·15)如图，空间存在一方向水平向右的匀强电场，两个带电小球P和Q用相同的绝缘细绳悬挂在水平天花板下，两细绳都恰好与天花板垂直，则()A．P和Q都带正电荷B．P和Q都带负电荷C．P带正电荷，Q带负电荷D．P带负电荷，Q带正电荷5、如图所示，在电场强度大小为E的匀强电场中A、B、C三个点构成等边三角形。在B、C两点各放一个等量的正点电荷，A点的场强刚好为零。若把B点的正电荷换成等量的负点电荷，则A点的电场强度大小为()图6A．eq\f(\r(3),2)E B．eq\r(3)EC．E D．eq\f(2\r(3),3)E6、如图所示，在正方形的四个顶点各放一电荷量均为Q的点电荷，a、b、c、d是正方形各边长的中点，则以下说法中正确的是()A．a、b、c、d四点的电场强度相同B．a、c两点的电场强度相同C．b、d两点的电场强度一定等大且反向D．e点的电场强度不为零7、如图所示，带电荷量为＋Q1和－Q2的两个点电荷分别固定于x轴的负半轴上某点和坐标原点O处，将一个带正电的带电粒子放在x轴正半轴上的a点时恰好能处于静止，若将该粒子在x轴正半轴上b点(图中未标出)由静止释放时，该粒子向右运动，不计粒子的重力，则下列说法正确的是()A．Q1＜Q2B．b点一定在a点的右侧C．此粒子此后做往复运动D．此粒子此后运动的加速度一直减小8、为探测地球表面某空间存在的匀强电场电场强度E的大小，某同学用绝缘细线将质量为m、带电量为＋q的金属