2012高考物理复习 电学部分 静电场2 电场 电场强度精讲精练

用心 爱心 专心 1 20122012 高考复习高考复习 电学部分电学部分 精讲精练静电场精讲精练静电场 2 2 电场电场 电场强度电场强度 课标要求 1 认识电荷间的相互作用是通过电场发生的 初步了解场是物质存在的形态之一 2 理解电场强度的概念 根据电场强度的定义式进行有关的计算 知道电场强度是矢 量 知道电场强度的方向是怎样规定的 3 知道什么是电场线 知道用电场线可以形象地表示电场 了解常见电场的电场线分 布 4 认识匀强电场 用电场线描述匀强电场 知识精要 1 电场 1 电荷间的相互作用是通过电场发生的 2 电场是在电荷周围存在的一种特殊物质 3 电场的特性之一是对放入其中的电荷有力的作用 2 电场强度 反映电场力的性质的物理量 电场强度是描述电场强弱和方向的物理 量 与检验电荷无关 放入电场中某一点的电荷受的电场力 F 跟它的电荷量 q 的比值 叫做这一点的电场强度 电场强度的定义式是 E F q 电场强度是矢量 正电荷的受力方向为电场强度的方向 国际 单位 伏 米 v m 1 3 点电荷电场的场强公式为 2 r Q kE Q 为真空中点电荷的带电量 r 为该点到点电荷 Q 的距离 4 如空间有几个点电荷 则某点的场强应为各点电荷单独存在时在该点产生场强的矢 量和 遵循矢量叠加原理 平行四边形定则 5 电场线是假想出来形象的描写电场的 电场线上每一点的切线方向表示该点的电场 强度方向 电场线有以下几个特点 电场线从正电荷或无限远出发 终止于无限远或负电荷 电场线在电场中不相交 电场线的疏密表示电场强度的相对大小 名师点拨 例例 1 1 下列关于电场强度的说法中 正确的是 用心 爱心 专心 2 A 公式 F E q 只适用于真空中点电荷产生的电场 B 由公式 F E q 可知 电场中某点的电场强度E与检验电荷在电场中该点所受的电场 力成正比 C 在公式 12 2 q q Fk r 中 2 2 q k r 是点电荷 2 q产生的电场在点电荷 1 q处的场强大小 而 1 2 q k r 是点电荷 1 q产生的电场在点电荷 2 q处场强的大小 D 由公式 2 q k r 可知 在离点电荷非常近的地方 电场强度E可达无穷大 解析 解析 F E q 适用于任何电场 电场中某点的场强 E 大小和方向与 F q 是无关的 2 Q Ek r 由库仑定律导出 所以只适用于计算真空中点电荷的场强 E 由场源电荷 Q 和该点 到场源电荷 Q 的距离 r 共同决定的 所以 C 选项正确 AB 错误 而 D 选项 当时 场 源电荷已不能看成点电荷 所以 D 选项错误 例例 2 2 在 X 轴上有两个点电荷 一个带正电 Q1 一个带负电 Q2 且 Q1 2Q2 用 E1和 E2 分别表示两个电荷产生的场强大小 则在 X 轴上 A E1 E2的点只有一处 该点合场强为零 B E1 E2的点共有两处 一处合场强为零 另一处合场强为 2E2 C E1 E2的点共有三处 其中两处合场强为零 另一处合场强为 2E2 D E1 E2的点共有三处 其中一处合场强为零 另两处合场强为 2E2 解析 解析 在两个点电荷之间可以找到一点使场强大小 E1 E2 由于 Q1与 Q2电性相反 在中 间产生场强方向相同 合场强为 2E2 在 Q1 Q2连线延长线上 Q2一侧可以找到另一点 场强 大小相等 且方向相反 合场强为零 选 B 例例 3 3 在边长为 30cm 的正三角形的两个顶点 A B 上各放一个带电小 球 其中 Q1 4 10 6 Q2 4 10 6C 求它们在三角形另一顶点 C 处所产生 的电场强度 用心 爱心 专心 3 解析 解析 计算电场强度时 应先计算它的数值 电量的正负号不要代入公式中 然后根据 电场源的电性判断场强的方向 用平行四边形法求得合矢量 就可以得出答案 由场强公式得 CN r Q kE 104 5 2 1 1 CN r Q kE 104 5 2 2 2 C 点的场强为 E1 E2的矢量和 由图可知 E E1 E2组成一个等边三角形 大小相同 E2 4 105N C 方向与 AB 边平行 例例 4 4 2 20 01 11 1 大大连连模模拟拟 法拉第首先提出用电场线形象生动地描绘电场 图所示为点电荷 a b 所形成电场的电场线分布图 以下说法中正确的是 A a b 为异种电荷 a 带电荷量大于 b 带电荷量 B a b 为异种电荷 a 带电荷量小于 b 带电荷量 C a b 为同种电荷 a 带电荷量大于 b 带电荷量 D a b 为同种电荷 a 带电荷量小于 b 带电荷量 解析 解析 由图看出 电场线由一个点电荷发出到另一个点电荷终止 由此可知 a b 必为 异种电荷 C D 选项错 又由图可知 电荷 b 附近的电场线比 a 电荷附近的电场线密 则 b 电荷附近电场必比 a 电荷附近场强大 b 带电量必然多于 a 的带电量 则 B 选项正确 例例5 5 如图所示 带正电小球质量为m 1 10 2kg 带电量为q l 10 6C 置于光滑绝缘水平面上的A 点 当空间存在着斜向上的匀强电场时 该小球从静止 开始始终沿水平面做匀加速直线运动 当运动到B点时 测得其速度vB 1 5m s 此时小球 的位移为S 0 15m 求此匀强电场场强E的取值范围 g 10m s 某同学求解如下 设电场方向与水平面之间夹角为 由动能定理 qEScos 2 1 2 B mv 0得 2 2cos B mv E qS 75000 cos V m 由题意可知 0 所以当E 7 5 104V m时小球将始终沿水平面做匀加速直线运动 经检查 计算无误 该同学所得结论是否有不完善之处 若有请予以补充 解析 解析 该同学所得结论有不完善之处 为使小球始终沿水平面运动 电场力在竖直方向的分力必须小于等于重力 qEsin mg 用心 爱心 专心 4 所以 22 22 0 15 104 2 253 2 BB mgSg tg mvv S 2 5 6 1 1010 1 25 10 4 sin 1 10 5 mg EV mV m q 即7 5 104V m E 1 25 105V m 例例 6 6 电偶极子模型是指电量为 q 相距为 l 的一对正负点电荷组成的电结构 O 是中点 电偶极子的方向为从负电荷指向正电荷 用图 a 所示的矢量表示 科学家在描述某类物质 的电性质时 认为物质是由大量的电偶极子组成的 平时由于电偶极子的排列方向杂乱无章 因而该物质不显示带电的特性 当加上外电场后 电偶极子绕其中心转动 最后都趋向于沿 外电场方向排列 从而使物质中的合电场发生变化 1 求图 b 中的电偶极子在力的作用下转动到外电场方向的过程中 电场力所做 的功 2 求电偶极子在外电场中处于平衡时 其方向与外电场方向夹角的可能值及相 应的电势能 3 现考察物质中的三个电偶极子 其中心在一条直线上 初始时刻如图 c 排 列 它们相互间隔距离恰等于 1 加上外电场 EO后 三个电偶极子转到外电场方向 若 在图中 A 点处引人一电量为 q0的点电荷 q0很小 不影响周围电场的分布 求该点电 荷所受电场力的大小 解析 解析 1 W qE0l 1 cos 2 只有当电偶极子的方向与场强共线时 系统才可能平衡 此时电偶极子的方向与 场强夹角为 0 或 180 当夹角为 0 时 要组成此系统 电场力做功为 qEl 所以系统电势 能为 qEl 当夹角为 180 时 要组成系统 需克服电场力做功 qEl 所以系统电势能为 qEl 用心 爱心 专心 5 3 中间的正负电荷对 q0的影响相互抵消 所以电场力大小为 F q0E0 8kqq0 9l2 及时反馈 1 关于静电场 下列说法正确的是 A 在以点电荷为球心 半径为 r 的球面上 各点的场强都相同 B 同一电荷在电场线较密集的区域受到的电场力较大 C 在电场中只受电场力作用下运动的点电荷的加速度方向一定与它所在处的电场线的 切线方向相同 D 点电荷在电场中由静止释放后只受电场力作用下一定沿电场线运动 2 一个检验电荷 q 在电场中某点受到的电场力 F 以及这点的电场强度 E 下面 4 个图线能恰当反映 q E F 三者关系的是 3 在真空中 两个等量异种点电荷电荷量数值均为q 相距为r 两点电荷连线中 点处场强大小为 A 0 B 2 2 r kq C 2 4 r kq D 2 8 r kq 4 一个带电小球 用绝缘细线悬在水平方向的匀强电场中 如图 当小球静止后把 悬线烧断 小球将做 A 自由落体运动 B 匀变速曲线运动 C 沿悬线的延长线做匀加速直线运动 D 变加速直线运动 5 2 20 01 11 1 广广州州模模拟拟 如图所示 a b为等量同种点电荷 连线中垂线上的两点 现将一带负电的点电荷q 不计重力 从a点由静止释放后 下列 判断正确的是 用心 爱心 专心 6 A q在从a点运动到 O 点的过程中 加速度不断增大 速度不断增大 B q在从a点运动到 O 点的过程中 加速度不断减小 速度不断增大 C q运动到 O 点时加速度为零 速度达到最大值 D q越过 O 点后 速度将不断减小 加速度不断增大 直到q的速度为零 6 一半径为 R 的绝缘球壳上均匀地带有电量为 Q 的电荷 另一电量为 q 的点电荷放在 球心 O 上 由于对称性 点电荷受力为零 现在球壳上挖去半径为 r r R 的一个小圆孔 则 此时置于球心的点电荷所受力的大小为 已知静电力恒量为 k 方向 7