高考物理大一轮复习 第7章 静电场配套教案

第7章 静电场第1节电场力的性质一、电荷及其守恒定律库仑定律1元电荷、点电荷(1)元电荷：e1.601019 C，所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍(2)点电荷：代表带电体的有一定电荷量的点，忽略带电体的大小和形状的理想化模型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、感应起电、接触起电(3)带电实质：物体得失电子(4)电荷的分配原则：两个形状、大小相同且带同种电荷的导体，接触后再分开，二者带相同电荷；若两导体原来带异种电荷，则电荷先中和，余下的电荷再平分3感应起电(1)起电原因：电荷间的相互作用，或者说是电场对电荷的作用(2)当有外加电场时，电荷向导体两端移动，出现感应电荷，当无外加电场时，导体两端的电荷发生中和4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：Fk，式中k9.0109 Nm2/C2，叫做静电力常量(3)适用条件：真空中的点电荷在空气中，两个点电荷的作用力近似等于真空中的情况，可以直接应用公式；当两个带电体的间距远大于本身的大小时，可以把带电体看成点电荷(4)库仑力的方向：由相互作用的两个带电体决定，且同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引二、电场、电场强度1电场(1)定义：存在于电荷周围，能传递电荷间相互作用的一种特殊物质(2)基本性质：对放入其中的电荷有力的作用2电场强度(1)定义：放入电场中某点的电荷受到的电场力F与它的电荷量q的比值(2)定义式：E.单位：N/C或V/m.(3)矢量性：规定正电荷在电场中某点受电场力的方向为该点电场强度的方向三、电场线1电场线的特点(1)电场线从正电荷或无限远处出发，终止于负电荷或无限远处(2)电场线在电场中不相交(3)电场线不是电荷在电场中的运动轨迹2电场线的应用(1)在同一电场里，电场线越密的地方场强越大(2)电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向(3)沿电场线方向电势逐渐降低(4)电场线和等势面在相交处互相垂直自我诊断1判断正误(1)任何带电体所带的电荷量都是元电荷的整数倍()(2)根据Fk，当r0时，F.()(3)电场强度反映了电场力的性质，所以电场中某点的电场强度与试探电荷在该点所受的电场力成正比()(4)电场中某点的电场强度方向即为正电荷在该点所受的电场力的方向()(5)在真空中，电场强度的表达式E中的Q就是产生电场的点电荷()(6)在点电荷产生的电场中，以点电荷为球心的同一球面上各点的电场强度都相同()(7)电场线的方向即为带电粒子的运动方向()2两个分别带有电荷量Q和3Q的相同金属小球(均可视为点电荷)，固定在相距为r的两处，它们之间库仑力的大小为F.两小球相互接触后将其固定，距离变为2r，则两球间库仑力的大小为()A.FBFC.F DF解析：选C.两球接触前F，接触后所带电量均为2Q，库仑力大小为Fk F，C正确3(多选)以下关于电场和电场线的说法中正确的是()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，凡是电场线通过的点，场强不为零，没有电场线的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，用以形象表示电场的强弱和方向，客观上并不存在解析：选CD.电场线是假想的，不是物质，在空间不相交、不相切，没有电场线的区域内的点，场强不一定为零，A、B错误，C、D正确4. 如图所示，电荷量为q1和q2的两个点电荷分别位于P点和Q点已知在P、Q连线上某点R处的电场强度为零，且PR2RQ.则()Aq12q2 Bq14q2Cq12q2 Dq14q2解析：选B.由于R处的合场强为0，故两点电荷的电性相同，结合点电荷的场强公式Ek可知kk0，又r12r2，故q14q2，本题选B.考点一电荷守恒定律和库仑定律1库仑定律适用条件的三点理解(1)对于两个均匀带电绝缘球体，可以将其视为电荷集中于球心的点电荷，r为两球心之间的距离(2)对于两个带电金属球，要考虑金属球表面电荷的重新分布(3)不能根据公式错误地推论：当r0时，F.其实，在这样的条件下，两个带电体已经不能再看成点电荷了2应用库仑定律的三条提醒(1)在用库仑定律公式进行计算时，无论是正电荷还是负电荷，均代入电量的绝对值计算库仑力的大小(2)两个点电荷间相互作用的库仑力满足牛顿第三定律，大小相等、方向相反(3)库仑力存在极大值，由公式Fk可以看出，在两带电体的间距及电量之和一定的条件下，当q1q2时，F最大1. 如图所示，两个质量均为m的完全相同的金属球壳a与b，壳层的厚度和质量分布均匀，将它们分别固定于绝缘支座上，两球心间的距离为l，为球半径的3倍若使它们带上等量异种电荷，两球电荷量的绝对值均为Q，那么，a、b两球之间的万有引力F引、库仑力F库分别为()AF引G，F库kBF引G，F库kCF引G，F库k DF引G，F库k解析：选D.万有引力定律适用于两个可看成质点的物体，虽然两球心间的距离l只有半径的3倍，但由于壳层的厚度和质量分布均匀，两球壳可看做质量集中于球心的质点因此，可以应用万有引力定律对于a、b两带电球壳，由于两球心间的距离l只有半径的3倍，表面的电荷分布并不均匀，不能把两球壳看成相距l的点电荷，故D正确2三个相同的金属小球1、2、3分别置于绝缘支架上，各球之间的距离远大于小球的直径球1的带电荷量为q，球2的带电荷量为nq，球3不带电且离球1和球2很远，此时球1、2之间作用力的大小为F.现使球3先与球2接触，再与球1接触，然后将球3移至远处，此时1、2之间作用力的大小仍为F，方向不变由此可知()An3 Bn4Cn5 Dn6解析：选D.由于各球之间距离远大于小球的直径，小球带电时可视为点电荷由库仑定律Fk知两点电荷间距离不变时，相互间静电力大小与两球所带电荷量的乘积成正比又由于三小球相同，则接触时平分总电荷量，故有Fqnq，解得n6，D正确3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OB为直径在球内挖一球形空腔，若静电力常量为k，球的体积公式为Vr3，则A点处检验电荷q受到的电场力的大小为()A. B.C. D.解析：选B.实心大球对q的库仑力F1，实心小球的电荷QQ，实心小球对q的库仑力F2，检验电荷q所受的电场力FF1F2，选项B正确考点二库仑力作用下的平衡问题和动力学问题考向1：“三个自由点电荷平衡”的问题(1)平衡的条件：每个点电荷受到另外两个点电荷的合力为零或每个点电荷处于另外两个点电荷产生的合场强为零的位置(2) 1. 如图所示，在一条直线上有两个相距0.4 m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，则C的带电性质及位置应为()A正电荷，在B的右边0.4 m处B正电荷，在B的左边0.2 m处C负电荷，在A的左边0.2 m处D负电荷，在A的右边0.2 m处解析：选C.要使三个电荷均处于平衡状态，必须满足“两同夹异”、“两大夹小”的原则，所以C正确2(2017福建宁德质检)如图所示，足够大的光滑绝缘水平面上有三个带电质点，A和C围绕B做匀速圆周运动，B恰能保持静止，其中A、C和B的距离分别是L1和L2.不计三个质点间的万有引力，则A和C的比荷(电荷量与质量之比)应是()A.2B2C.3 D.3解析： 选C.根据B恰能保持静止可得k k； A做匀速圆周运动， kk mA2L1，C做匀速圆周运动，kkmC2L2，联立解得A和C的比荷(电荷量与质量之比)之比应是3，选项C正确考向2：共点力作用下的平衡问题解决库仑力作用下平衡问题的方法步骤库仑力作用下平衡问题的分析方法与纯力学平衡问题的分析方法是相同的，只是在原来受力的基础上多了电场力具体步骤如下： 3(多选) 如图所示，水平地面上固定一个光滑绝缘斜面，斜面与水平面的夹角为.一根轻质绝缘细线的一端固定在斜面顶端，另一端系有一个带电小球A，细线与斜面平行小球A的质量为m、电量为q.小球A的右侧固定放置带等量同种电荷的小球B，两球心的高度相同、间距为d.静电力常量为k，重力加速度为g，两带电小球可视为点电荷小球A静止在斜面上，则()A小球A与B之间库仑力的大小为B当 时，细线上的拉力为0C当 时，细线上的拉力为0D当 时，斜面对小球A的支持力为0解析：选AC.根据库仑定律可得两小球之间的库仑力大小为F，选项A正确；当细线上的拉力为0时，小球A受到库仑力、斜面支持力、重力，由平衡条件得mgtan ，解得 ，选项B错误，C正确；由受力分析可知，斜面对小球的支持力不可能为0，选项D错误4(2017广东第二次大联考)(多选) 如图所示，A、B两球所带电荷量均为2105C，质量均为0.72 kg，其中A球带正电荷，B球带负电荷，且均可视为点电荷A球通过绝缘细线吊在天花板上，B球固定在绝缘棒一端，现将B球放在某一位置，能使绝缘细线伸直，A球静止且与竖直方向的夹角为30，则A、B球之间的距离可能为()A0.5 mB0.8 mC1.2 m D2.5 m解析：选AB.对A受力分析，受重力mg、细线的拉力FT、B对A的吸引力F，由分析知，A平衡时，F的最小值为Fmgsin 30，解得r1 m，所以两球的距离d1 m，A、B正确考向3：库仑力作用下的动力学问题解决与电场力有关的动力学问题的一般思路：(1)选择研究对象(多为一个带电体，也可以是几个带电体组成的系统)；(2)对研究对象进行受力分析，包括电场力、重力(电子、质子、正负离子等基本粒子在没有明确指出或暗示时一般不计重力，带电油滴、带电小球、带电尘埃等带电体一般计重力)；(3)分析研究对象所处的状态是平衡状态(静止或匀速直线运动)还是非平衡状态(变速运动等)；(4)根据平衡条件或牛顿第二定律列方程求解5如图所示，竖直平面内有一圆形光滑绝缘细管，细管截面半径远小于半径R，在中心处固定一电荷量为Q的点电荷一质量为m、电荷量为q的带电小球在圆形绝缘细管中做圆周运动，当小球运动到最高点时恰好对细管无作用力，求当小球运动到最低点时对管壁的作用力是多大？解析：设小球在最高点时的速度为v1，根据牛顿第二定律mgm设小球在最低点时的速度为v2，管壁对小球的作用力为F，根据牛顿第二定律有Fmgm小球从最高点运动到最低点的过程中只有重力做功，故机械能守恒，则mvmg2Rmv由式得F6mg由牛顿第三定律得小球对管壁的作用力F6mg.答案：6mg6. 如图所示，在光滑绝缘水平面上放置一带正电的长直细棒，其周围产生垂直于带电细棒的辐射状电场，场强大小E与距细棒的垂直距离r成反比，即E.在带电长直细棒右侧，有一长为l的绝缘细线连接了两个质量均为m的带电小球A和B，小球A、B所带电荷量分别为q和4q，A球距直棒的距离也为l，两个球在外力F2mg的作用下处于静止状态不计两小球之间的静电力作用(1)求k的值；(2)若撤去外力F，求在撤去外力瞬时A、B小球的加速度和A、B小球间绝缘细线的拉力解析： (1)对小球A、B及细线构成的整体，受力平衡，有q4q2mg解得k.(2)若撤去外力瞬时， A、B间细线拉力突然变为零，则对A球：qmaA得aA，方向向右对B球：4qmaB得aB，方向向右因为aAaB，所以在撤去外力瞬时A、B将以相同的加速度a一起向右运动，A、B间绝缘细线张紧，有拉力T.因此，对A、B整体，由牛顿第二定律，有q4q2ma解得ag对A：qTma解得Tmg故撤去外力瞬时，A、B的加速度ag；A、B小球间绝缘细线的拉力Tmg.答案：(1)(2)aAaBgmg考点三电场强度的理解和计算1三个场强公式的比较表达式比较EEkE公式意义电场强度定义式真空中点电荷的电场强度决定式匀强电场中E与U的关系式适用条件一切电场真空；点电荷匀强电场决定因素由电场本身决定，与检验电荷q无关由场源电荷Q和场源电荷到该点的距离r共同决定由电场本身决定，d为两点沿场强方向的距离2.电场的叠加(1)叠加原理：多个电荷在空间某处产生的电场为各电荷在该处所产生的电场场强的矢量和(2)运算法则：平行四边形定则1. A、B、C三点在同一直线上，ABBC12，B点位于A、C之间，在B处固定一电荷量为Q的点电荷当在A处放一电荷量为q的点电荷时，它所受到的电场力为F；移去A处电荷，在C处放一电荷量为2q的点电荷，其所受电场力为()ABCF DF解析：选B.设A处电场强度为E，则FqE；由点电荷的电场强度公式E可知，C处的电场强度为，在C处放电荷量为2q的点电荷，其所受电场力为F2q，选项B正确2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.，沿y轴正向 B.，沿y轴负向C.，沿y轴正向 D.，沿y轴负向解析：选B.处于O点的正点电荷在G点处产生的场强E1k，方向沿y轴负向；又因为G点处场强为零，所以M、N处两负点电荷在G点共同产生的场强E2E1k，方向沿y轴正向；根据对称性，M、N处两负点电荷在H点共同产生的场强E3E2k，方向沿y轴负向；将该正点电荷移到G处，该正点电荷在H点产生的场强E4k，方向沿y轴正向，所以H点的场强EE3E4，方向沿y轴负向3对于真空中电荷量为q的静止点电荷而言，当选取离点电荷无穷远处的电势为零时，离点电荷距离为r位置的电势为(k为静电力常量)，如图所示，两电荷量大小均为Q的异号点电荷相距为d，现将一质子(电荷量为e)从两电荷连线上的A点沿以负电荷为圆心、半径为R的半圆形轨迹ABC移到C点，在质子从A到C的过程中，系统电势能的变化情况为()A减少B增加C减少 D增加解析：选A.A、C两点关于Q对称，故Q对质子不做功，质子由A到C只有Q做正功，电势能减小，Ep，A正确求电场强度的两种特殊方法(1)对称法：巧妙而合理地假设放置额外电荷，或将电荷巧妙地分割使问题简化而求得未知电场强度，这都可采用对称法求解(2)微元法：微元法就是将研究对象分割成若干微小的单元，或从研究对象上选取某一“微元”加以分析，从而可以化曲为直，使变量、难以确定的量转化为常量、容易确定的量考点四电场线的理解及应用考向1：几种典型电场的电场线分布特点 (1)孤立点电荷的电场(如图甲、乙所示)正(负)点电荷的电场线呈空间球对称分布指向外(内)部；离点电荷越近，电场线越密(场强越大)；以点电荷为球心作一球面，则电场线处处与球面垂直，在此球面上场强大小相等，但方向不同(2)两种等量点电荷的电场比较等量异种点电荷等量同种点电荷连线上的电场强度沿连线先变小后变大，中点O处电场强度最小中垂线上的电场强度O点最大，向外逐渐减小O点为零，向外先变大后变小1. 如图所示为两个点电荷在真空中所产生电场的电场线(方向未标出)图中C点为两点电荷连线的中点，MN为两点电荷连线的中垂线，D为中垂线上的一点，电场线的分布关于MN左右对称，则下列说法中正确的是()A这两点电荷一定是等量异种电荷B这两点电荷一定是等量同种电荷CD、C两点的电场强度一定相等DC点的电场强度比D点的电场强度小解析：选A.由电场线分布的特征可知，产生电场的两点电荷一定是等量异种电荷，A正确，B错误；C点电场线的密度比D点大，所以C点的电场强度大，C、D错误2. 如图所示，Q1和Q2是两个电荷量大小相等的点电荷，MN是两电荷的连线，HG是两电荷连线的中垂线，O是垂足下列说法正确的是()A若两电荷是异种电荷，则OM的中点与ON的中点电势一定相等B若两电荷是异种电荷，则O点的电场强度大小，与MN上各点相比是最小的，而与HG上各点相比是最大的C若两电荷是同种电荷，则OM中点与ON中点处的电场强度一定相同D若两电荷是同种电荷，则O点的电场强度大小，与MN上各点相比是最小的，与HG上各点相比是最大的解析：选B.若两电荷是异种电荷，则OM的中点与ON的中点电势一定不相等，选项A错误若两电荷是异种电荷，根据两异种电荷电场特点可知，O点的电场强度大小，与MN上各点相比是最小的，而与HG上各点相比是最大的，选项B正确若两电荷是同种电荷，则OM中点与ON中点处的电场强度大小一定相同，方向一定相反，选项C错误若两电荷是同种电荷，则O点的电场强度为零，与MN上各点相比是最小的，与HG上各点相比也是最小的，选项D错误考向2：电场线与带电粒子在电场中运动轨迹的关系一般情况下带电粒子在电场中的运动轨迹不会与电场线重合，只有同时满足以下三个条件时，两者才会重合(1)电场线为直线；(2)带电粒子初速度为零，或速度方向与电场线平行；(3)带电粒子仅受电场力或所受其他力的合力方向与电场线平行3. (2017山东济宁质检)(多选) 某电场的电场线分布如图所示，下列说法正确的是()Ac点电场强度大于b点电场强度Ba点电势高于b点电势C若将一试探电荷q由a点释放，它将沿电场线运动到b点D若在d点再固定一点电荷Q，将一试探电荷q由a移至b的过程中，电势能减小解析：选BD.电场线越密的地方电场强度越大，Ecb，B正确；将试探电荷q由a点释放，它将沿电场线的切线方向运动而不是沿电场线运动，C错误；在原电场中，将一试探电荷q由a移至b的过程中，电场力做正功，在d点再固定一点电荷Q，将一试探电荷q由a移到b的过程中，在Q形成的电场中电场力对试探电荷也做正功，所以在合电场中，将一试探电荷q由a移至b的过程中，电场力做正功，电势能将减小，D正确4. (多选)如图所示，实线为不知方向的三条电场线，从电场中M点以相同速度飞出a、b两个带电粒子，仅在电场力作用下的运动轨迹如图中虚线所示则() Aa一定带正电，b一定带负电Ba的速度将减小，b的速度将增大Ca的加速度将减小，b的加速度将增大D两个粒子的电势能都减少解析：选CD.因为电场线方向未知，不能确定a、b的电性，所以选项A错误；由于电场力对a、b都做正功，所以a、b的速度都增大，电势能都减少，选项B错误、D正确；粒子的加速度大小取决于电场力的大小，a向电场线稀疏的方向运动，b向电场线密集的方向运动，所以选项C正确电场线与轨迹问题判断方法(1)“运动与力两线法”画出“速度线”(运动轨迹在初始位置的切线)与“力线”(在初始位置电场线的切线方向)，从两者的夹角情况来分析曲线运动的情况(2)“三不知时要假设”电荷的正负、场强的方向或等势面电势的高低、电荷运动的方向若已知其中的任一个，可顺次向下分析判定各待求量；若三个都不知，则要用“假设法”分别讨论各种情况课时规范训练基础巩固题组1静电现象在自然界中普遍存在，我国早在西汉末年已有对静电现象的记载，春秋纬考异邮中有“玳瑁吸衣若”之说，但下列不属于静电现象的是()A梳过头发的塑料梳子吸起纸屑B带电小球移至不带电金属球附近，两者相互吸引C小线圈接近通电线圈过程中，小线圈中产生电流D从干燥的地毯上走过，手碰到金属把手时有被电击的感觉解析：选C.用塑料梳子梳头发时相互摩擦，塑料梳子会带上电荷吸引纸屑，选项A属于静电现象；带电小球移至不带电金属球附近，由于静电感应，金属小球在靠近带电小球一端会感应出与带电小球异号的电荷，两者相互吸引，选项B属于静电现象；小线圈接近通电线圈过程中，由于电磁感应现象，小线圈中产生感应电流，选项C不属于静电现象；从干燥的地毯上走过，由于摩擦生电，当手碰到金属把手时瞬时产生较大电流，人有被电击的感觉，选项D属于静电现象2关于电场强度的概念，下列说法正确的是()A由E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，该点场强等于零解析：选C.电场中某点场强的大小由电场本身决定，与有无试探电荷、试探电荷的受力情况及所带电荷性质无关，A、B、D错误，C正确3.如图所示，电量为q和q的点电荷分别位于正方体的顶点，正方体范围内电场强度为零的点有 ()A体中心、各面中心和各边中点B体中心和各边中点C各面中心和各边中点D体中心和各面中心解析：选D.根据点电荷场强公式E及正方体的对称性可知正方体的体中心点及各面的中心点处场强为零，故答案为D.4. 两个可自由移动的点电荷分别放在A、B两处，如图所示A处电荷带正电荷量Q1，B处电荷带负电荷量Q2，且Q24Q1，另取一个可以自由移动的点电荷Q3，放在AB直线上，欲使整个系统处于平衡状态，则()AQ3为负电荷，且放于A左方BQ3为负电荷，且放于B右方CQ3为正电荷，且放于A、B之间DQ3为正电荷，且放于B右方解析：选A.因为每个电荷都受到其余两个电荷的库仑力作用，且已知Q1和Q2是异种电荷，对Q3的作用力一为引力，一为斥力，所以Q3要平衡就不能放在A、B之间根据库仑定律知，由于B处的电荷Q2电荷量较大，Q3应放在离Q2较远而离Q1较近的地方才有可能处于平衡，故应放在Q1的左侧要使Q1和Q2也处于平衡状态，Q3必须带负电，故应选A.5有一负电荷自电场中的A点自由释放，只受电场力作用，沿电场线运动到B点，它运动的速度图象如图所示，则A、B所在电场区域的电场线分布可能是选项中的()解析：选B.由vt图象可知，负电荷的a和v均增加，故EBEA，B点的电场线比A点的密，且电场力与v同向，E与v反向，故选项B正确6. 如图所示，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，以下结论正确的是()AEaBEaEb CEaEb DEa3Eb解析：选D.由题图可知，rbra，再由E可得，故D正确7. 如图所示，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(q0)的固定点电荷已知b点处的场强为零，则d点处场强的大小为(k为静电力常量)()Ak BkCk Dk解析：选B.由于在a点放置一点电荷q后，b点电场强度为零，说明点电荷q在b点产生的电场强度与圆盘上Q在b点产生的电场强度大小相等，即EQEqk，根据对称性可知Q在d点产生的场强大小EQEQk，则EdEQEqkkk，B正确综合应用题组8(多选)如图所示，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POON.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，下列关于小球C的说法可能正确的是()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，再增大解析：选AD.在AB的中垂线上，从无穷远处到O点，电场强度先变大后变小，到O点变为零，故正电荷所受库仑力沿连线的中垂线运动时，电荷的加速度先变大后变小，速度不断增大，在O点加速度变为零，速度达到最大；由O点到无穷远处时，速度变化情况与另一侧速度的变化情况具有对称性如果P、N相距很近，加速度则先减小，再增大9(多选) 如图所示，把A、B两个相同的导电小球分别用长为0.10 m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0.12 m已测得每个小球质量是8.0104 kg，带电小球可视为点电荷，重力加速度g取10 m/s2，静电力常量k9.0109 Nm2/C2，则()A两球所带电荷量相等BA球所受的静电力为1.0102 NCB球所带的电荷量为4108 CDA、B两球连线中点处的电场强度为0解析：选ACD.由接触起电的电荷量分配特点可知，两相同金属小球接触后带上等量同种电荷，选项A正确；对A受力分析如图所示，有，而F库k，得F库6103 N，q4108 C，选项B错误，选项C正确；等量同种电荷连线的中点电场强度为0，选项D正确10如图所示，xOy平面是无穷大导体的表面，该导体充满z0的空间为真空将电荷量为q的点电荷置于z轴上zh处，则在xOy平面上会产生感应电荷空间任意一点处的电场皆是由点电荷q和导体表面上的感应电荷共同激发的已知静电平衡时导体内部电场强度处处为零，则在z轴上z处的电场强度大小为(k为静电力常量)()AkBkCk Dk解析：选D. 设点电荷为正电荷(不影响结果)，则导体表面的感应电荷为负电荷如图所示，设所求点为A点，取其关于xOy平面的对称点为B，点电荷q在A、B两点的场强大小分别为E1、E2，感应电荷在A、B两点的电场强度的大小分别为EA、EB.由题意可知，B点的合场强为零，EBE2，由对称性可知，EAEB，故A点场强为EEAE1，D正确11. 如图，在光滑绝缘水平面上，三个带电小球a、b和c分别位于边长为l的正三角形的三个顶点上；a、b带正电，电荷量均为q，c带负电整个系统置于方向水平的匀强电场中已知静电力常量为k.若三个小球均处于静止状态，则匀强电场电场强度的大小为()A. B.C. D.解析：选B.以小球c为研究对象，其受力如图甲所示，其中F库，由平衡条件得：2F库cos 30Eqc.即：Eqc，E，此时a的受力如图乙所示，222，解得qc2q，即当qc2q时a可处于平衡状态，同理b亦恰好平衡，故选项B正确12. (多选)如图所示，用两根长度相同的绝缘细线把一个质量为0.1 kg的小球A悬挂到水平板的M、N两点，A上带有Q3.0106 C的正电荷两线夹角为120，两线上的拉力大小分别为F1和F2.A的正下方0.3 m处放有一带等量异种电荷的小球B，B与绝缘支架的总质量为0.2 kg(重力加速度取g10 m/s2；静电力常量k9.0109 Nm2/C2，A、B球可视为点电荷)，则()A支架对地面的压力大小为2.0 NB两线上的拉力大小F1F21.9 NC将B水平右移，使M、A、B在同一直线上，此时两线上的拉力大小F11.225 N，F21.0 ND将B移到无穷远处，两线上的拉力大小F1F20.866 N解析： 选BC.当B在A的正下方时，A、B受到彼此的库仑引力，大小为F库1k0.9 N，则支架对地面的压力大小为NBmBgF库11.1 N，A选项是错误的；A球所受的重力与库仑引力的合力为FAmAgF库11.9 N，由平行四边形定则可得F1F21.9 N，B选项是正确的；当M、A、B在同一直线上时，库仑引力大小为F库2k0.225 N，再对A受力分析，进行正交分解，可得F11.225 N，F21.0 N，C选项是正确的；当B移至无穷远处时，A、B之间的库仑力为零，两线上的拉力大小F1F21.0 N，D选项是错误的13如图所示，真空中xOy平面直角坐标系上的ABC三点构成等边三角形，边长L2.0 m若将电荷量均为q2.0106 C的两点电荷分别固定在A、B点，已知静电力常量k9.0109Nm2/C2，求：(1)两点电荷间的库仑力大小；(2)C点的电场强度的大小和方向解析：(1)根据库仑定律，A、B两点电荷间的库仑力大小为Fk代入数据得F9.0103 N(2)A、B两点电荷在C点产生的场强大小相等，均为E1kA、B两点电荷形成的电场在C点的合场强大小为E2E1cos 30由式并代入数据得E7.8103 N/C场强E的方向沿y轴正方向答案：(1)9.0103 N (2)7.8103 N/C方向沿y轴正方向第2节电场能的性质一、电势等势面和电势能1电势(1)定义：电荷在电场中某点具有的电势能与它的电荷量的比值(2)定义式：.(3)矢标性：电势是标量，有正负之分，其正(负)表示该点电势比零势点高(低)(4)相对性：电势具有相对性，同一点的电势因选取零势点的不同而不同，通常取无限远或地球的电势为零2等势面的特点(1)同一等势面上的任意两点间移动电荷电场力不做功(2)等势面一定跟电场线垂直，即跟场强的方向垂直(3)电场线总是从电势较高的等势面指向电势较低的等势面(4)等差等势面越密的地方场强越大，反之越小3电势能(1)定义：电荷在电场中某点具有的势能，等于将电荷从该点移到零势点位置时电场力所做的功(2)电场力做功与电势能变化的关系：电场力做的功等于电势能的减少量，即WABEpAEpBEp.二、电势差匀强电场中电势差与场强的关系1电势差(1)定义：电荷在电场中，由一点A移到另一点B时，电场力F做的功与移动的电荷的电荷量的比值(2)定义式：UAB.(3)电势差与电势的关系：UABAB，UABUBA.(4)影响因素：电势差UAB由电场本身的性质决定，与移动的电荷q及电场力做的功WAB无关，与零电势点的选取无关2匀强电场中电势差与电场强度的关系(1)电势差与场强的关系式：UABEd，其中d为电场中两点间沿场强方向的距离(2)在匀强电场中，场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上降低的电势；注意：电场中，场强方向是指电势降落最快的方向自我诊断1判断正误(1)电场力做功与重力做功相似，均与路径无关()(2)电场中电场强度为零的地方电势一定为零()(3)电场强度处处相同的区域内，电势一定也处处相同. ()(4)沿电场线方向电场强度越来越小，电势逐渐降低()(5)A、B两点间的电势差等于将正电荷从A移到B点时静电力所做的功()(6)电场线越密集的地方，等差等势线也越密集()2(多选)关于电势差的计算公式，下列说法正确的是()A电势差的公式UAB说明两点间的电势差UAB与电场力做功WAB成正比，与移动电荷的电荷量q成反比B把正电荷从A点移到B点电场力做正功，则有UAB0C电势差的公式UAB中，UAB与移动电荷的电荷量q无关D电场中A、B两点间的电势差UAB等于把正电荷q从A点移动到B点时电场力所做的功解析：选BC.电场中两点间的电势差是一个定值，不会随电场力做的功WAB和移动电荷的电荷量q的变化而变化，故A错误，C正确；又由UAB知，电场力做正功，且q为正电荷，则电势差为正，B正确；电场中A、B两点间的电势差UAB等于把单位正电荷从A点移动到B点时电场力所做的功，D错误3. (多选)某导体置于电场后周围的电场分布情况如图所示，图中虚线表示电场线，实线表示等势面，A、B、C为电场中的三个点下列说法正确的是()AA点的电场强度小于B点的电场强度BA点的电势高于B点的电势C将负电荷从A点移到B点，电场力做正功D将正电荷从A点移到C点，电场力做功为零解析：选ABD.电场线的疏密表示电场强度的大小，A处电场线比B处稀疏，A正确；在同一等势面上电势相等且沿着电场线的方向电势逐渐降低，所以A点的电势高于B点的电势，B正确；将负电荷从A点移到B点，电场力做负功，C错误；A点、C点在同一个等势面上，将正电荷从A点移到C点，电场力做功为零，D正确4. (多选)光滑绝缘水平面上有两个带等量异种电荷的小球A、B，小球A通过绝缘轻弹簧与竖直墙相连，如图所示今小球B在外力F作用下缓慢向右移动，移动中两小球带电荷量不变，则对两小球和弹簧组成的系统的分析正确的是() A外力F对系统做正功，弹性势能增大B外力F对系统做正功，弹性势能减小C静电力做正功，电势能减小D静电力做负功，两球间电势差增大解析：选BD.外力对小球做正功，当小球B向右运动时，两球距离增大，库仑力减小，因此弹簧的伸长量减小，弹性势能减小，A错误，B正确；由于两球距离增大，库仑力做负功，系统电势能增大，两球间电势差增大，C错误，D正确考点一电势等势面和电势能考向1：电势与电势能的判断1电势高低的判断判断角度判断方法依据电场线方向沿电场线方向电势逐渐降低依据场源电荷的正负取无穷远处电势为零，正电荷周围电势为正值，负电荷周围电势为负值；靠近正电荷处电势高，靠近负电荷处电势低依据电场力做功根据UAB，将WAB、q的正负号代入，由UAB的正负判断A、B的高低依据电势能的高低正电荷在电势较高处电势能大，负电荷在电势较低处电势能大2.电势能大小的判断判断角度判断方法做功判断法电场力做正功，电势能减小电场力做负功，电势能增加电荷电势法正电荷在电势高的地方电势能大负电荷在电势低的地方电势能大公式法将电荷量、电势连同正负号一起代入公式Epq，正Ep的绝对值越大，电势能越大；负Ep的绝对值越大，电势能越小能量守恒法在电场中，若只有电场力做功时，电荷的动能和电势能相互转化，动能增加，电势能减小，反之，动能减小，电势能增加1(多选)如图所示，在x轴上相距为L的两点固定两个等量异种点电荷Q、Q，虚线是以Q所在点为圆心、为半径的圆，a、b、c、d是圆上的四个点，其中a、c两点在x轴上，b、d两点关于x轴对称下列判断正确的是()Ab、d两点处的电势相同B四个点中c点处的电势最低Cb、d两点处的电场强度相同D将一试探电荷q沿圆周由a点移至c点，q的电势能减小解析：选ABD.由等量异种点电荷的电场线分布及等势面特点知，A、B正确，C错误四点中a点电势最高、c点电势最低，正电荷在电势越低处电势能越小，故D正确2. (多选)如图所示，有一对等量异种电荷分别位于空间中的a点和f点，以a点和f点为顶点作一正立方体现在各顶点间移动一试探电荷，关于试探电荷受电场力和具有的电势能，以下判断正确的是()A在b点和d点受力大小相等，方向不同B在c点和h点受力大小相等，方向相同C在b点和d点电势能相等D在c点和h点电势能相等解析：选ABC.根据对称性和等量异种电荷周围电场线的分布特点可知，试探电荷在b点和d点受力大小相等，方向不同，在c点和h点受力大小相等，方向相同，所以选项A、B正确；因为 b点和d点到两个场源电荷的距离都一样，所以试探电荷在 b点和d点电势能相等，选项C正确；c点离场源正电荷较h点远，所以试探电荷在c点和h点电势能不相等，或者根据等量异种电荷周围等势面的分布特点可知，中垂面是等势面，而c点和h点分居中垂面的两侧，它们的电势肯定不等，所以选项D错误带电粒子运动轨迹类问题的解题技巧(1)判断速度方向：带电粒子运动轨迹上某点的切线方向为该点处的速度方向(2)判断电场力(或场强)的方向：仅受电场力作用时，带电粒子所受电场力方向指向轨迹曲线的凹侧，再根据粒子的正负判断场强的方向(3)判断电场力做功的正负及电势能的增减：若电场力与速度方向成锐角，则电场力做正功，电势能减少；若电场力与速度方向成钝角，则电场力做负功，电势能增加考向2：几种常见的典型电场等势面的对比分析电场等势面(实线)图样重要描述匀强电场垂直于电场线的一簇等间距平面点电荷的电场以点电荷为球心的一簇球面等量异种点电荷的电场连线的中垂面上的电势为零等量同种正点电荷的电场连线上，中点电势最低，而在中垂线上，中点电势最高关于中点左右对称或上下对称的点电势相等3(2016高考全国丙卷) 关于静电场的等势面，下列说法正确的是()A两个电势不同的等势面可能相交B电场线与等势面处处相互垂直C同一等势面上各点电场强度一定相等D将一负的试探电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面，电场力做正功解析：选B.静电场中的电场线不可能相交，等势面也不可能相交，否则的话会出现一个点有两个电场强度和两个电势值的矛盾，A错误；由WABqUAB可知，当电荷在等势面上移动时，电荷的电势能不变，如果电场线不与等势面垂直，那么电荷将受到电场力，在电荷运动时必然会做功并引起电势能变化，这就矛盾了，B正确；同一等势面上各点电势相等，但电场强度不一定相等，C错误；对于负电荷，q0，由电场力做功的公式WABqUAB可知WABbc，这一过程电子运动的v t图象可能是图乙中的()解析：选A.结合abc，由题图等势线的特点可确定此电场为非匀强电场，且Q点处电场强度小于P点处电场强度，电子仅在电场力作用下沿直线从P运动到Q，将做加速度越来越小的加速运动，A正确4. 如图所示的同心圆是电场中的一簇等势线，一个电子只在电场力作用下沿着直线由AC运动时的速度越来越小，B为线段AC的中点，则下列说法正确的是()A电子沿AC方向运动时受到的电场力越来越小B电子沿AC方向运动时它具有的电势能越来越大C电势差UABUBCD电势ABC解析：选B.该电场为负点电荷电场，电子沿AC方向运动时受到的电场力越来越大，选项A错误；根据电子只在电场力作用下沿着直线由AC运动时的速度越来越小，它具有的电势能越来越大，选项B正确；由于电场为非匀强电场，电势差UABBC，选项D错误考点三电场中的功能关系1求电场力做功的四种方法(1)定义式：WABFlcos qEdcos (适用于匀强电场)(2)电势的变化：WqUABq(AB)(3)动能定理：W电W其Ek.(4)电势能的变化：WABEpBAEpAEpB.2电场中的功能关系(1)若只有电场力做功，电势能与动能之和保持不变(2)若只有电场力和重力做功，电势能、重力势能、动能之和保持不变(3)除重力外，其他各力对物体做的功等于物体机械能的增量(4)所有外力对物体所做的总功，等于物体动能的变化典例1 如图所示， 虚线PQ、MN间存在如图所示的水平匀强电场， 一带电粒子质量为m 2.0 1011kg、电荷量为q1.0105 C，从a点由静止开始经电压为U100 V的电场加速后，垂直于匀强电场方向进入匀强电场中，从虚线MN上的某点b(图中未画出)离开匀强电场时速度与电场方向成30角已知PQ、MN间距离为20 cm，带电粒子的重力忽略不计求：(1)带电粒子刚进入匀强电场时的速度v1；(2)匀强电场的场强大小；(3)ab两点间的电势差解析(1)由动能定理得：qUmv代入数据得v1104 m/s(2)因带电粒子重力不计，则进入PQ、MN间电场中后，做类平抛运动，粒子沿初速度方向做匀速直线运动：dv1t.粒子沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动：vyat.由题意得：tan 30由牛顿第二定律得qEma联立以上相关各式并代入数据得：E103 N/C1.73103 N/C(3)由动能定理得：qUabmv2m(vv)联立以上相关各式代入数据得：Uab400 V答案(1)104 m/s(2)1.73103 N/C(3)400 V(1)电荷在电场中运动时，电场力做功将引起电势能与其他形式的能相互发生转化，电荷的机械能不再守恒(2)要搞清几个功能关系：重力做功等于重力势能的变化，电场力做功等于电势能的变化，弹簧弹力做功等于弹性势能的变化，合外力做功等于动能的变化(3)无论能量如何变化，总是满足能量守恒定律1. 如图所示，直线MN是某电场中的一条电场线(方向未画出)虚线是一带电的粒子只在电场力的作用下，由a到b的运动轨迹，轨迹为一抛物线下列判断正确的是()A电场线MN的方向一定是由N指向MB带电粒子由a运动到b的过程中动能一定逐渐减小C带电粒子在a点的电势能一定大于在b点的电势能D带电粒子在a点的加速度一定大于在b点的加速度解析：选C.由于带电粒子的电性不确定，所以电场线的方向不确定，A错误；带电粒子由a运动到b的过程中，只受电场力的作用，由轨迹的弯曲方向知电场力做正功，电势能减小，动能增加，故B错误、C正确；由于仅给出一条电场线，电场强度的大小关系不确定，D错误2. (多选)如图所示，竖直向上的匀强电场中，绝缘轻质弹簧竖直立于水平地面上，上面放一质量为m的带正电小球，小球与弹簧不连接，施加外力F将小球向下压至某位置静止现撤去F，小球从静止开始运动到离开弹簧的过程中，重力、电场力对小球所做的功分别为W1和W2，小球离开弹簧时速度为v，不计空气阻力，则上述过程中()A小球与弹簧组成的系统机械能守恒