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第15讲PART15电场的性质知识总览│考点探究知识总览考点探究考点1电场强度和电场线(c)1.电场:电荷的周围空间存在着电场,电场的基本性质是它对放入其中的电荷有力的作用,这种力叫静电力,电荷间的相互作用是通过电场发生的.2.电场强度(1)定义:放入电场中某点的电荷受到的静电力与电荷量的比值,叫该点的电场强度,简称场强.(2)公式:E=,其单位是N/C或V/m.条目解析考点探究(3)方向:场强的方向与正电荷所受静电力的方向相同,与负电荷所受静电力的方向相反.3.电场线(1)电场线是为了形象描述电场而虚构的线.(2)电场线发自于正电荷而终止于无穷远,或发自于无穷远而终止于负电荷,或发自于正电荷而终止于负电荷.(3)电场线的疏密定性地反映了电场的强弱,电场线上每一点的切线方向表示了该点场强方向.考点探究4.几种常见电场的电场线(如图15-1所示)图15-1例1如图15-2所示,关于a、b两点的电场强度的大小及方向,下列表述正确的是()A.EaEb,方向相同B.EaEb,方向不同C.EaEb,方向相同D.EaEb,方向不同典型例题考点探究图15-2[答案]B[解析]电场线的疏密表示电场的强弱,故a点的电场强度较大;电场线的切线方向表示电场方向,故a、b两点的电场方向不相同,B正确.考点探究变式如图15-3所示,M、N为两个等量同种点电荷,在其连线的中垂线上的P点放一静止的点电荷q(负电荷),不计重力,下列说法中正确的是()图15-3A.点电荷q在从P到O的过程中,加速度一定越来越大,速度也一定越来越大B.点电荷q在从P到O的过程中,加速度一定越来越小,速度一定越来越大C.点电荷q运动到O点时加速度为零,速度达到最大值D.点电荷q越过O点后,速度一定越来越小,加速度一定越来越大,直到速度为零考点探究[答案]C[解析]由等量同种点电荷周围的电场线的分布可知,O点场强为零,从O点沿着中垂线向无穷远处延伸,场强先增大后减小,所以点电荷q在从P到O的过程中,加速度可能先增大后减小,选项A、B错误;点电荷q所受M、N两点电荷的库仑力的合力沿PO方向,故其从P到O的过程中一直加速运动,到O点时加速度为零,速度达到最大值,选项C正确;同理,点电荷q越过O点后,速度一定越来越小,但加速度可能先增大后减小,选项D错误.考点探究[要点总结](1)点电荷的场强:E=k.如果有几个点电荷同时存在,它们的电场就相互叠加形成合电场,这时某点的场强等于各个点电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和,这叫作电场的叠加.(2)匀强电场:场强大小、方向处处相同.考点探究考点2电势能、电势(b)典型例题例2一个电荷只在静电力作用下从电场中的A点移动到B点时,静电力做了5×10-6J的功,则()A.电荷在B点将具有5×10-6J的电势能B.电荷在B点将具有5×10-6J的动能C.电荷的电势能减少了5×10-6JD.电荷的电势能增加了5×10-6J[答案]C[解析]电荷只在静电力作用下从电场中的A点移动到B点时,静电力做正功,电势能减少,静电力做了多少正功,电荷的电势能就减少多少,故选项C正确,选项D错误.因为电荷在A点的动能和电势能不知道,所以不能确定电荷在B点的动能和电势能,故选项A、B错误.图15-4考点探究变式[2019·稽阳联谊学校联考]如图15-4所示,实线表示电场线,虚线表示只受电场力作用的带电粒子的运动轨迹,M、N是运动轨迹上的两点,则()A.M点的电势比N点的电势低B.粒子在M点的加速度比在N点的加速度大C.粒子一定是从M点运动到N点D.粒子在M点的电势能比在N点的电势能大考点探究[答案]D[解析]根据轨迹可知,粒子带正电荷,M点的电势高于N点的电势,A错误;根据电场线疏密程度可知N点场强大,所以粒子在此处的加速度也大,B错误;根据轨迹看不出运动方向,C错误;带正电的粒子在电势高的地方电势能大,D正确.考点探究[要点总结]电场力做功与电势能变化的关系电势能之所以变化,是因为有电势能转化成其他形式的能,或者有其他形式的能转化为电势能.能量的转化要通过做功来完成,电势能的改变只与电场力做功相联系,其关系是:电场力做的功等于电势能的减少量,即WAB=EpA-EpB.考点探究考点3电势差(b)典型例题例3电场中有A、B两点,一个点电荷在A点的电势能为1.2×10-8J,在B点的电势能为0.8×10-8J.已知A、B两点在同一条电场线上,如图15-5所示,该点电荷的电荷量为1.0×10-9C,那么()A.该电荷为负电荷B.该电荷为正电荷C.A、B两点的电势差UAB=4.0VD.把该电荷从A点移到B点,静电力做功为2.5×10-10J图15-5考点探究[答案]A[解析]点电荷在A点的电势能大于在B点的电势能,从A到B静电力做正功,所以该电荷一定为负电荷,选项A正确,选项B错误;静电力做功WAB=EpA-EpB=1.2×10-8J-0.8×10-8J=0.4×10-8J,选项D错误;A、B两点的电势差UAB==V=-4.0V,选项C错误.考点探究变式如图15-6所示,a、b是电场线上的两点,将一电荷量为q的点电荷从a点移到b点,静电力做功为W,且a、b间的距离为d,以下说法中正确的是()图15-6A.a、b两点间的电势差为B.a点的电场强度为E=C.b点的电场强度为E=D.a点的电势为考点探究[答案]A[解析]由U=知,A正确;由于不知该电场是否是匀强电场,静电力不一定为恒力,故不能用公式W=Fx求解,B、C错误;题中没有指明零电势点,故无法确定a点的电势,D错误.考点探究[要点总结](1)电势差的计算遵守代数运算,即在利用公式求解时要相应代入正、负号.(2)在比较电势能高低时,可以借助重力做功与重力势能变化的关系来理解电场力做功与电势能变化的关系.考点探究考点4电容器和电容(b)典型例题例4某电容器上标有“1.5μF9V”,则表示该电容器()A.只有在9V的电压下它的电容才是1.5μFB.击穿电压为9VC.标称电压为9VD.电压为4.5V时,它的电容变为0.75μF[答案]C[解析]电容器上标有“1.5μF9V”,说明电容器的电容是1.5μF,电容是电容器本身的特性,与电压无关,电压是4.5V时,电容仍然是1.5μF,故A、D错误.9V是电容器的标称电压,即正常工作时能承担的最大电压,故B错误,C正确.考点探究变式常用的电容器,从构造上看,可以分为固定电容器和可变电容器两类.图15-7甲、乙为两种电容器的实物图片,根据图中的相关信息,下列判断中正确的是()A.图甲中为可变电容器,它是通过改变极板间的距离来改变电容器的电容的B.在不改变其他条件下,将图甲中电容器浸入煤油中,其电容不发生变化C.根据图乙中电容器外壳上标的数据可知,电压超过5.5V时该电容器就会被击穿D.根据图乙中电容器外壳上标的数据可知,该电容器接5.5V该电压时,储存的电荷量为5.5C图15-7考点探究[答案]D[解析]图甲中可变电容器是通过改变极板的正对面积来改变电容的,将电容器浸入煤油中,两极板间的介质改变,介电常数改变,所以电容发生改变,故A、B错误;电容器的击穿电压一定大于标称电压,电容器外壳上标的电压是标称电压,即图乙中标识的“5.5V”为标称电压,根据公式可得Q=CU=1.0×5.5C=5.5C,故C错误,D正确.考点探究[要点总结](1)电容器带电时,一个极板所带电荷量的绝对值即电容器所带的电荷量.(2)电容器的充、放电①充电:使电容器的极板带上电荷的过程称为充电.充电后两极板带等量异种电荷,充电过程,带电荷量Q逐渐增大,板间电压U增大,板间电场强度E增大.②放电:使充电后的电容器不带电荷的过程叫作放电.放电过程,带电荷量Q减小,板间电压U减小,板间电场强度E减小.(3)电容的物理意义:电容是表征电容器容纳电荷本领的物理量,在数值上等于使电容器两极板间的电压为1V时电容器需要带的电荷量,与电容器是否带电无关,与Q、U无关.考点探究考点5带电粒子在电场中的运动(b)典型例题例5如图15-8所示,电子由静止开始从A板向B板运动,到达B板的速度为v,保持两板间电压不变,当减小两板间的距离时,则()A.速度v增大B.速度v减小C.速度v不变D.电子在两板间运动的时间变长图15-8考点探究[答案]C[解析]由动能定理得eU=mv2,当改变两极板间的距离时,U不变,v就不变,故选项A、B错误,选项C正确;电子在极板间做初速度为零的匀加速直线运动,==,即t=,当d减小,v不变时,电子在两极板间运动的时间变短,故选项D错误.考点探究变式[2019·嘉兴模拟]如图15-9所示,在真空中水平放置一对金属板MN、PQ,把两板接到电源上,两板间出现匀强电场.现有一带电粒子沿水平方向射入电场,a、b为其运动轨迹(图中虚线所示)上的两点.下列说法正确的是()A.粒子带正电B.a点的电势比b点的高C.粒子在a点的加速度比在b点的大D.粒子在a点的电势能比在b点的大图15-9考点探究[答案]D[解析]根据电路连接可知,电容器上极板带正电,电场方向竖直向下,粒子向上偏转说明粒子在电场中受到的电场力大于重力,因此该粒子应该带负电,选项A错误;b点的电势比a点的高,选项B错误;由于是匀强电场,所以电场力大小相等,重力不变,因此在a、b两点的加速度相等,选项C错误;由于从a到b电场力做正功,因此电势能减小,选项D正确.考点探究[要点总结]带电粒子在电场中做类平抛运动,要注意以下两点:(1)粒子垂直于电场线射入匀强电场;(2)恒力作用下的曲线运动轨迹是抛物线,处理的基本方法是运动的分解(化曲为直).