高考一轮物理电场力的性质

考纲下载1.物质的电结构、电荷守恒(Ⅰ)2.静电现象的解释(Ⅰ)3．点电荷(Ⅰ)4.库仑定律(Ⅱ)5．静电场(Ⅰ)6.电场强度、点电荷的场强(Ⅱ)考纲下载7．电场线(Ⅰ)8.电势能、电势(Ⅰ)9．电势差(Ⅱ)10.匀强电场中电势差与电场强度的关系(Ⅰ)11．带电粒子在匀强电场中的运动(Ⅱ)12.示波管(Ⅰ)13．常见的电容器(Ⅰ)14.电容器的电压、电荷量和电容的关系(Ⅰ)高考地位考点点击高考对本章考查的频率较高，考查的题型有选择和计算等，考查的难度中等，分值一般为10～20分1.对电势、电势能、电场线、电场强度等基本概念的考查常以选择题形式出现2．平行板电容器的动态变化问题常被考查到3．电场和力学中的平衡、运动学、牛顿运动定律、功能关系等结合，考查带电粒子在电场中的运动问题返回返回[思维启动]如图6－1－1所示，在带电荷量为＋Q的带电体C右侧有两个相互接触的金属导体A和B，均放在绝缘支座上。若先将C移走，再把A、B分开，则A________图6－1－1电，B________电；若先将A、B分开，再移走C，则A________电，B________电，这一过程中电荷总量________。返回提示：不带不带带负带正不变返回[知识联动]1．元电荷、点电荷(1)元电荷：e＝1.6×10－19C，所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍，其中质子、正电子的电荷量与元电荷相同。电子的电荷量q＝－1.6×10－19C。(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。返回2．电荷守恒定律(1)内容：电荷既不能创生，也不能消失，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，在转移的过程中电荷的总量保持不变。(2)起电方法：摩擦起电、感应起电、接触起电。(3)带电实质：物体带电的实质是得失电子。(4)电荷的分配原则：两个形状、大小相同的导体，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。返回[应用升级]1．一带负电绝缘金属小球被放在潮湿的空气中，经过一段时间后，发现该小球上带有的负电荷几乎不存在了。这说明()A．小球上原有的负电荷逐渐消失了B．在此现象中，电荷不守恒C．小球上负电荷减少的主要原因是潮湿的空气将电子导走了D．该现象是由于电子的转移引起的，仍然遵循电荷守恒定律返回解析：带负电的金属小球在潮湿的空气中，经过一段时间后，小球上的负电荷(电子)被潮湿的空气导走了，但电荷转移的过程中，电荷守恒，故C、D正确。答案：CD返回[思维启动]可以自由移动的点电荷q1、q2、q3放在光滑绝缘水平面上，如图6－1－2所示，已知q1与q2之图6－1－2间的距离为l1，q2与q3之间的距离为l2，且每个电荷都处于平衡状态。返回(1)如果q2为正电荷，则q1为________电荷，q3为________电荷。(2)q1、q2、q3三者电荷量大小之比是________∶________∶________。返回提示：(1)q2为正电荷且处在平衡状态，所以q1、q3都为负电荷。(2)三个电荷都处在平衡状态，三个电荷的合外力都为零，则有：对q1：kq1q2l12＝kq1q3l1＋l22，对q2：kq1q2l12＝kq2q3l22，对q3：kq1q3l1＋l22＝kq2q3l22。以上三式联立整理得：q1∶q2∶q3＝(l1＋l2l2)2∶1∶(l1＋l2l1)2返回[知识联动]1．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＝kq1q2r2，式中k＝9.0×109N·m2/C2，叫静电力常量。返回(3)适用条件：真空中的点电荷。①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。②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。③两个点电荷间的距离r→0时，不能再视为点电荷，也不遵循库仑定律，它们之间的库仑力不能认为趋于无穷大。返回(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，为斥力；异种电荷相互吸引，为引力。2．三个自由点电荷的平衡问题(1)条件：两个点电荷在第三个点电荷处的合场强为零，或每个点电荷受到的两个库仑力必须大小相等，方向相反。返回(2)规律：“三点共线”——三个点电荷分布在同一直线上；“两同夹异”——正负电荷相互间隔；“两大夹小”——中间电荷的电荷量最小；“近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷。返回[应用升级]2．两个分别带有电荷量为－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r2，则两球间库仑力的大小为()A.112FB.34FC.43FD．12F返回解析：两带电金属球接触后，它们的电荷量先中和后均分，由库仑定律得：F＝k3Q2r2，F′＝kQ2r22＝k4Q2r2。联立得F′＝43F，C选项正确。答案：C返回[思维启动]在真空中O点放一个点电荷Q＝＋1.0×10－9C，直线MN通过O点，OM的距离r＝30cm，M点放一个点电荷q＝－1.0图6－1－3×10－10C，如图6－1－3所示。Q点的电场中M点的电场强度EM＝________，当拿走q后EM′＝________；M点右侧N点处的电场强度为EN，则EM________EN(填“”“＝”“”)。返回提示：电场是一种物质，电荷q在电场中M点所受的作用力是电荷Q通过它的电场对q的作用力，根据库仑定律，得FM＝kQqr2＝9.0×109×1.0×10－9×1.0×10－100.32N＝1.0×10－8N。返回M的场强EM＝FMq＝1.0×10－81.0×10－10N/C＝100N/C，在M点拿走检验电荷q，有的同学说M点的场强EM＝0，这是错误的，其原因在于不懂得场强是反映电场的力的性质的物理量，它是由形成电场的电荷Q决定的，与检验电荷q是否存在无关。据公式E＝kQr2知，M点场强大。返回[知识联动]1．电场带电体周围客观存在的一种物质，它是电荷间相互作用的媒体，具有力和能的性质。2．电场强度(1)意义：描述电场强弱和方向的物理量。(2)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。返回(3)公式：E＝Fq，单位：V/m或N/C。(4)方向：正电荷在该点的受力方向，是矢量。(5)决定因素：电场强度决定于电场本身，与q无关。返回3．场强的三个公式的比较三个公式E＝Fq适用于任何电场与检验电荷是否存在无关E＝kQr2适用于点电荷产生的电场Q为场源电荷的电荷量E＝Ud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返回4．电场的叠加(1)电场叠加：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)计算法则：平行四边形定则。返回[应用升级]3．在电场中的某点放一个检验电荷，其电荷量为q，受到的电场力为F，则该点的电场强度为E＝Fq，下列说法正确的是()A．若移去检验电荷，则该点的电场强度为0B．若检验电荷的电荷量变为4q，则该点的场强变为4E返回C．若放置到该点的检验电荷变为－2q，则场中该点的场强大小不变，但方向相反D．若放置到该点的检验电荷变为－2q，则场中该点的场强大小方向均不变解析：电场中某点的电场强度只取决于电场本身，与检验电荷无关，故选D。答案：D返回[知识联动]1．定义为了形象地描述电场中各点场强的强弱及方向，在电场中画出一些曲线，曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致，曲线的疏密表示电场的强弱。2．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；返回(3)在同一电场里，电场线越密的地方场强越大；(4)电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向；(5)沿电场线方向电势逐渐降低；(6)电场线和等势面在相交处互相垂直。返回3．几种典型电场的电场线分布图6－1－4返回4．等量同种和异种点电荷的电场两点电荷连线的中垂线上的电场分布及特点的比较如下：比较项目等量同种点电荷等量异种点电荷电场线图示返回比较项目等量同种点电荷等量异种点电荷连线中点O处的场强为零中垂线上最大连线上最小由O沿中垂线向外场强的变化先增大后减小逐渐减小关于O点对称的两点A与A′、B与B′场强的关系等大、反向等大、同向返回5．电场线与带电粒子在电场中的运动轨迹的关系根据电场线的定义，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)电荷初速度为零，或速度方向与电场线平行；(3)电荷仅受电场力或所受其他力合力的方向与电场线平行。返回[应用升级]4.如图6－1－5是某一点电荷的电场线分布图，下列表述正确的是()A．a点的电势高于b点的电势B．该点电荷带负电图6－1－5C．a点和b点电场强度的方向相同D．a点的电场强度大于b点的电场强度返回解析：沿着电场线电势降低，a点电势比b点电势低，A项错；由电场线方向知该点电荷带负电，B项正确；a点和b点不在同一条电场线上，电场强度方向不同，C错误；a点靠近场源电荷，a点场强大于b点场强，D项正确。答案：BD返回返回[知识检索](1)计算库仑力大小时，只代入电荷量的绝对值，不需代入符号，库仑力的方向单独判断(2)研究电荷间的相互作用时，要注意判断是否符合库仑定律的适用条件(3)两个带电体间的库仑力是一对相互作用力返回[典题例证][例1]真空中有两个完全相同的金属小球，A球带qA＝6.4×10－16C的正电荷，B球带qB＝－3.2×10－16C的负电荷，均可视为点电荷。求：(1)当它们相距为0.5m时，A、B间的库仑力为多大？(2)若将两球接触后再分别放回原处，A、B间的库仑力又为多大？返回[思路点拨]本题考查库仑定律的应用。注意两球所带电荷的分布情况，及两球接触后电荷的重新分配。返回[解析](1)A、B两球带异种电荷，因此，A、B间的库仑力是引力，由库仑定律可得它们间的库仑力大小为F＝kqAqBr2＝9×109×6.4×10－16×3.2×10－160.52N≈7.37×10－21N。(2)A、B两球接触时会发生电中和，使“净电荷”总量减小，剩下的“正”净电荷将重新分布。返回由于A、B两球是完全相同的导体球，剩余的净电荷将平均分配，A、B两球将带上同种电荷，故放回原处后，A、B间的库仑力变为斥力。两球接触后，它们的带电情况为：QA＝QB＝qA＋qB2＝6.4－3.22×10－16C＝1.6×10－16C所以分别放回原处后，两球间的库仑力为：F′＝kQAQBr2＝9×109×1.62×10－320.52N≈9.22×10－22N。[答案](1)7.37×10－21N(2)9.22×10－22N返回[拓展训练]1.如图6－1－6所示，带电小球A、B的电荷分别为QA、QB，都用长为L的丝线悬挂在O点。静止时A、B相距为d。为使平衡时AB间距离减为d/2，可采用以下哪些方法()A．将小球A、B的质量都增加到原来的2倍图6－1－6B．将小球B的质量增加到原来的8倍C．将小球A、B的电荷量都减小到原来的一半D．将小球A、B的电荷量都减小到原来的一半，同时将小球B的质量增加到原来的2倍返回解析：对B由共点力平衡可得FmBg＝dL，而F＝kQAQBd2，可知d＝3kQAQBLmBg，故答案为B、D。答案：BD返回[知识检索]在求解电场强度问题时，应分清所叙述的场强是合场强，还是分场强，若求分场强，要注意选择适当的公式进行计算，求合场强时，应先求出分场强，然后再根据矢量的合成法则(平行四边形定则)进行求解。返回[典题例析][例2]如图6－1－7所示，在y轴上关于O点对称的A、B两点有等量同种点电荷＋Q，在x轴上C点有点电荷－Q，且CO＝OD，∠ADO＝60°。下列判断正确的是()A．O点电场强度为零图6－1－7B．D点电场强度为零