高中物理静电场专题训练

静电场专题复习知识点归纳梳理1.物质的电结构(1)原子是由带正电的原子核和带负电的电子构成，原子核的正电荷数与电子的负电荷数相等．(2)金属中离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动，这种电子叫做自由电子．2．电荷及电荷守恒定律(1)元电荷：最小的电荷量，其值为e＝1.60×10－19C.其他带电体的电荷量皆为元电荷的(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起电方式：摩擦起电、接触起电、感应起电．③带电实质：物体带电的实质是得失电子3.点电荷(1)当带电体本身的大小和形状对研究的问题影响很小时，可以将带电体视为点电荷．(2)是一种理想化的物理模型．4．静电场(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．5.库仑定律：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，与它们的距离的平方成反比．作用力的方向在它们的连线上．表达式：F＝keq\f(q1q2,r2)，式中k＝9.0×109N·m2/C2，叫静电力常量．适用条件：真空中的点电荷.6.电场强度定义：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．定义式：E＝eq\f(F,q).单位：N/C或V/m点电荷的电场强度：真空中点电荷形成的电场中某点的电场强度：E＝keq\f(Q,r2).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．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，遵从平行四边形定则．7、电场线定义：为了形象地描述电场中各点电场强度的强弱及方向，在电场中画出一些曲线，曲线上每一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．几种典型电场的电场线(如图6－1－1所示)．(模型演示见PPT课件)热点一电场强度的理解及计算1．电场强度三个表达式的比较表达式比较E＝eq\f(F,q)E＝keq\f(Q,r2)E＝eq\f(U,d)公式意义电场强度定义式真空中点电荷电场强度的决定式匀强电场中E与U的关系式适用条件一切电场eq\a\vs4\al(①真空,②点电荷)匀强电场决定因素由电场本身决定，与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为沿电场方向的距离相同点矢量，遵守平行四边形定则单位：1N/C＝1V/m2.电场强度的计算方法除用以上三个表达式计算外，还可以借助下列三种方法求解：(1)电场叠加合成的方法．分析电场叠加问题的一般步骤电场强度是矢量，叠加时应遵从平行四边形定则，分析电场的叠加问题的一般步骤是：a.确定分析计算的空间位置；b.分析该处有几个分电场，先计算出各个分电场在该点的电场强度的大小和方向；c.依次利用平行四边形定则求出矢量和．(2)平衡条件求解法．(3)对称法．热点二库仑力作用下的平衡问题1．静电场中带电体平衡问题的解题思路(1)确定研究对象．如果有几个物体相互作用时，要依据题意，适当选取“整体法”或“隔离法”，确定研究对象．(2)受力分析．注意多了一个库仑力eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(F＝\f(kq1q2,r2))).(3)列平衡方程．2．库仑定律及库仑力的两点注意(1)库仑定律eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(F＝k\f(q1q2,r2)))适用于真空中的点电荷，其正负不表示力的大小，而表示力的性质．(2)库仑力具有力的共性，如两个点电荷间的库仑力满足牛顿第三定律．热点三对电场线的理解及应用电场线的应用(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的方向．(2)判断电场力的方向——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)——电场线密处电场强度大，电场线疏处电场强度小，进而可判断电荷受力大小和加速度的大小．(4)判断电势的高低与电势降低的快慢——沿电场线的方向电势逐渐降低，电场强度的方向是电势降低最快的方向．热点三两个等量点电荷电场的分布模型1．模型构建2．模型条件(1)等量(2)点电荷3．模型特点项目等量异种点电荷等量同种点电荷连线中点O处的场强大小最小，指向负电荷一方为零连线上的场强大小沿连线先变小，再变大沿连线先变小，再变大沿中垂线由O点向外场强大小O点最大，向外逐渐减小O点最小，向外先变大后变小8、电势能(1)电场力做功的特点：电场力做功与路径无关，只与初、末位置有关．(2)电势能①定义：电荷在电场中具有的势能，数值上等于将电荷从该点移到零势能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WAB＝EpA－EpB＝－ΔEp.9．电势(1)定义：试探电荷在电场中某点具有的电势能Ep与它的电荷量q的比值．(2)定义式：φ＝eq\f(Ep,q).(3)矢标性：电势是标量，有正负之分，其正(负)表示该点电势比零电势高(低)．(4)相对性：电势具有相对性，同一点的电势因选取零电势点的不同而不同．10．等势面(1)定义：电场中电势相等的各点组成的面．(2)四个特点①等势面一定与电场线垂直．②在同一等势面上移动电荷时电场力不做功．③电场线方向总是从电势高的等势面指向电势低的等势面．④等差等势面越密的地方电场强度越大，反之越小．11、电势差定义：电荷在电场中，由一点A移到另一点B时，电场力做功与移动电荷的电荷量的比值．定义式：UAB＝eq\f(WAB,q).电势差与电势的关系：UAB＝φA－φB，UAB＝－UBA.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．12、匀强电场中电势差与电场强度的关系电势差与电场强度的关系：匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场线方向的距离的乘积．即U＝Ed，也可以写作E＝eq\f(U,d).公式U＝Ed的适用范围：匀强电场.13、静电感应、静电平衡：把金属导体放在外电场中，导体内的自由电子受电场力作用而发生迁移，使导体的两面出现等量的异种电荷，这种现象叫静电感应；当导体内自由电子的定向移动停止时，导体处于静电平衡状态．14．静电屏蔽：金属壳或金属网罩所包围的区域，不受外部电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽．热点一根据粒子的运动轨迹、电场线(等势面)进行相关问题的判定1．电势高低常用的两种判断方法(1)依据电场线的方向→沿电场线方向电势逐渐降低(2)依据UAB＝eq\f(WAB,q)→UAB>0，φA>φB，UAB<0，φA<φB.2．电势能增、减的判断方法(1)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(2)公式法→由Ep＝qφp，将q、φp的大小、正负号一起代入公式，Ep的正值越大电势能越大，Ep的负值越小，电势能越大(3)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，电势能增加(4)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热点二电场力做功与电场中的功能关系1．求电场力做功的几种方法(1)由公式W＝Flcosα计算，此公式只适用于匀强电场，可变形为W＝Eqlcosα.(2)由WAB＝qUAB计算，此公式适用于任何电场．(3)由电势能的变化计算：WAB＝EpA－EpB.(4)由动能定理计算：W电场力＋W其他力＝ΔEk.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、弹簧弹力之外，其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化．(4)所有外力对物体所做的功等于物体动能的变化．公式E＝eq\f(U,d)的拓展及应用技巧1．匀强电场中场强与电势差的关系在匀强电场中，沿场强方向的两点间的电势差等于场强与这两点的距离的乘积，用公式U＝Ed表示，场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差，电势降落最快的方向为电场强度的方向．2．应用“一式二结论”巧解电场强度与电势差相关的问题(1)“一式”E＝eq\f(U,d)＝eq\f(W电,qd)，其中d是沿电场强度方向上的距离．(2)“二结论”结论1匀强电场中的任一线段AB的中点C的电势φC＝eq\f(φA＋φB,2)，如图6－2－10所示．图6－2－10图6－2－11结论2匀强电场中若两线段AB∥CD，且AB＝CD，则UAB＝UCD(或φA－φB＝φC－φD)，如图6－2－11所示．15、常见电容器(1)组成：由两个彼此绝缘又相互靠近的导体组成．(2)带电荷量：一个极板所带电荷量的绝对值．(3)电容器的充、放电充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两板带上等量的异种电荷，电容器中储存电场能．放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中电场能转化为其他形式的能．16．电容(1)定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值．(2)定义式：C＝eq\f(Q,U).(3)物理意义：表示电容器容纳电荷本领大小的物理量．(4)单位：法拉(F)1F＝106μF＝1012pF17、．平行板电容器(1)影响因素：平行板电容器的电容与正对面积成正比，与介质的介电常数成正比，与两板间的距离成反比．(2)决定式：C＝eq\f(εrS,4πkd)，k为静电力常量．18、带电粒子在匀强电场中的运动带电粒子在电场中的加速带电粒子沿与电场线平行的方向进入电场，带电粒子将做加(减)速运动．有两种分析方法：(1)用动力学观点分析：a＝eq\f(qE,m)，E＝eq\f(U,d)，v2－veq\o\al(2,0)＝2ad.(2)用功能观点分析：粒子只受电场力作用，电场力做的功等于物体动能的变化，qU＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0).带电粒子在匀强电场中的偏转(1)条件分析：带电粒子垂直于电场方向进入匀强电场．(2)运动性质：匀变速曲线运动．(3)处理方法：分解成相互垂直的两个方向上的直线运动，类似于平抛运动．(4)运动规律：①沿初速度方向做匀速直线运动．②沿电场方向，做初速度为零的匀加速直线运动．eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(加速度：a＝\f(F,m)＝\f(Eq,m)＝\f(Uq,md),运动时间\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(a.能飞出平行板电容器：t＝\f(l,v0),b.打在平行极板上：y＝\f(1,2)at2＝\f(1,2)·\f(qU,md)t2，t＝\r(\f(2mdy,qU)))),离开电场时的偏移量：y＝\f(1,2)at2＝\f(qUl2,2mv\o\al(2,0)d),离开电场时的偏转角：tanθ＝\f(vy,v0)＝\f(qUl,mv\o\al(2,0)d)))19、示波器构造①电子枪，②偏转极板，③荧光屏．(如图6－3－1所示)图6－3－1工作原理(1)YY′上加的是待显示的信号电压，XX′上是机器自身产生的锯齿形电压，叫做扫描电压．(2)观察到的现象：①如果在偏转电极XX′和YY′之间都没有加电压，则电子枪射出的电子沿直线运动，打在荧光屏中心，在那里产生一个亮斑．②若所加扫描电压和信号电压的周期相等，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内变化的稳定图象．热点一平行板电容器的动态问题分析1．分析比较的思路(1)确定不变量，分析是电压不变还是所带电荷量不变．(2)用决定式C＝eq\f(εrS,4πkd)分析平行板电容器电容的变化．(3)用定义式C＝eq\f(Q,U)分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化．(4)用E＝eq\f(U,d)分析电容器极板间场强的变化．2．平行板电容器的动态分析问题常见的类型平行板电容器的动态分析问题有两种情况：一是电容器始终和电源连接，此时U恒定．二是电容器充电后电源断开，此时Q恒定．热点二带电粒子(带电体)在匀强电场中的直线运动问题带电体在匀强电场中的直线运动问题的分析方法热点三带电粒子在匀强电场中的偏转问题求解带电粒子偏转问题的思路在示波管模型中，带电粒子经加速电场U1加速，再经偏转电场U2偏转后，需再经历一段匀速直线运动才会打到荧光屏上而显示亮点P，如图6－3－11所示．图6－3－11(1)确定最终偏移距离思路①思路②(2)确定偏转后的动能(或速度)思路①思路②静电场专题训练一、选择题（在每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项符合题目要求，有的有多个选项符合题目要求。）1．两个分别带有电荷量和+的相同金属小球（均可视为点电荷），固定在相距为的两处，它们间库仑力的大小为。两小球相互接触后将其固定距离变为，则两球间库仑力的大小为（）A．B．C．D．2、如图所示，在光滑绝缘水平面上放置3个电荷量均为的相同小球，小球之间用劲度系数均为的轻质弹簧绝缘连接。当3个小球处在静止状态时，每根弹簧长度为已知静电力常量为，若不考虑弹簧的静电感应，则每根弹簧的原长为（）A．B．C．D．3、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，则匀强电场场强的大小为()A.eq\f(\r(3)kq,3l2)B.eq\f(\r(3)kq,l2)C.eq\f(3kq,l2) D.eq\f(2\r(3)kq,l2)4、下列选项中的各eq\f(1,4)圆环大小相同，所带电荷量已在图中标出，且电荷均匀分布，各eq\f(1,4)圆环间彼此绝缘．坐标原点O处电场强度最大的是()5、电场线分布如图昕示，电场中a，b两点的电场强度大小分别为已知和，电势分别为和，则（）A.，B.，C.，D.，6、将一电荷量为＋Q的小球放在不带电的金属球附近，所形成的电场线分布如图所示，金属球表面的电势处处相等.a、b为电场中的两点，则()A．a点的电场强度比b点的大B．a点的电势比b点的高C．检验电荷－q在a点的电势能比在b点的大D．将检验电荷－q从a点移到b点的过程中，电场力做负功7、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、eq\f(L,2)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()A．b、d两点处的电势相同B．四个点中c点处的电势最低C．b、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8、如图所示，高速运动的α粒子被位于O点的重原子核散射，实线表示α粒子运动的轨迹，M、N和Q为轨迹上的三点，N点离核最近，Q点比M点离核更远，则()A．α粒子在M点的速率比在Q点的大B．三点中，α粒子在N点的电势能最大C．在重核产生的电场中，M点的电势比Q点的低D．α粒子从M点运动到Q点，电场力对它做的总功为负功9、两个带等量正电的点电荷，固定在图中P、Q两点，MN为PQ连线的中垂线，交PQ于O点，A为MN上的一点．一带负电的试探电荷q，从A由静止释放，只在静电力作用下运动，取无限远处的电势为零，则()A．q由A向O的运动是匀加速直线运动B．q由A向O运动的过程电势能逐渐减小C．q运动到O点时的动能最大D．q运动到O点时的电势能为零10、两个固定的等量异号点电荷所产生电场的等势面如图中虚线所示，一带负电的粒子以某一速度从图中A点沿图示方向进入电场在纸面内飞行，最后离开电场，粒子只受静电力作用，则粒子在电场中()A．做直线运动，电势能先变小后变大B．做直线运动，电势能先变大后变小C．做曲线运动，电势能先变小后变大D．做曲线运动，电势能先变大后变小q2Aq1BQ11、如图，在点电荷Q产生的电场中，将两个带正电的试探电荷q1、q2分别置于A、B两点，虚线为等势线。取无穷远处为零电势点，若将q1、q2Aq1BQA．A点电势大于B点电势B．A、B两点的电场强度相等C．q1的电荷量小于q2的电荷量D．q1在A点的电势能小于q2在B点的电势能12、如图所示，在一个粗糙水平面上，彼此靠近地放置两个带同种电荷的小物块。由静止释放后，两个物块向相反方向运动，并最终停止。在物块的运动过程中，下列表述正确的是（）A．两个物块的电势能逐渐减少B．物块受到的库仑力不做功C．两个物块的机械能守恒D.物块受到的摩擦力始终小于其受到的库仑力13、在光滑的绝缘水平面上，有一个正方形的abcd，顶点a、c处分别固定一个正点电荷，电荷量相等，如图所示。若将一个带负电的粒子置于b点，自由释放，粒子将沿着对角线bd往复运动。粒子从b点运动到d点的过程中（）A.先作匀加速运动，后作匀减速运动B.先从高电势到低电势，后从低电势到高电势C.电势能与机械能之和先增大，后减小D.电势能先减小，后增大14、如图所示，直线上有o、a、b、c四点，ab间的距离与bc间的距离相等，在o点处有固定点电荷，已知b点电势高于c点电势．若一带电负电荷的粒子仅在电场力作用下先从c点运动到b点，再从b点运动到a点，则(

)ababcoB．前一过程中电场力做的功大于后一过程中电场力做的功C．前一过程中，粒子电势能不断减小D．后一过程中，粒子动能不断减小

15、如图所示，在两等量异种点电荷的电场中，MN为两电荷连线的中垂线，a、b、c三点所在直线平行于两电荷的连线，，且a与c关于MN对称，b点位于MN上，d点位于两电荷的连线上。以下判断正确的是（）A、b点场强大于d点场强B、b点场强小于d点场强C、a、b两点的电势差等于b、c两点间的电势差D、试探电荷+q在a点的电势能小于在c点的电势能··B(0,)A(6,0)x(cm)··B(0,)A(6,0)x(cm)y(cm)OA．B．C．D．zxyq17、如图所示，平面是无穷大导体的表面，该导体充满的空间，的空间为真空。将电荷为q的点电荷置于z轴上z=h处，则在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场强处处为零，则在z轴上处的场强大小为（k为静电力常量）（）zxyqA．B．C．D．18、如图所示为静电除尘器除尘机理的示意图。尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘目的。下列表述正确的是（）A、到达集尘极的尘埃带正电荷B、电场方向由集尘板指向放电极C、带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同D、同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大19、板间距为d的平等板电容器所带电荷量为Q时，两极板间电势差为U1，板间场强为E1。现将电容器所带电荷量变为2Q，板间距变为d，其他条件不变，这时两极板间电势差U2，板间场强为E2，下列说法正确的是（）A．U2=U1，E2=E1 B．U2=2U1，E2=4E1C．U2=U1，E2=2E1 D．U2=2U1，E2=2E120、一充电后的平行板电容器保持两极板的正对面积、间距和电荷量不变，在两极板间插入一电介质，其电容C和两极板间的电势差U的变化情况是（）A、C和U均增大B、C增大，U减小C、C减小，U增大D、C和U均减小21、用控制变量法，可以研究影响平行板电容器电容的因素（如图）。设两极板正对面积为S，极板间的距离为d,静电计指针偏角为θ。实验中，极板所带电荷量不变，若（）A.保持S不变，增大d，则θ变大B.保持S不变，增大d，则θ变小C.保持d不变，减小S，则θ变小D.保持d不变，减小S，则θ不变22、将平行板电容器两极板之间的距离、电压、电场强度大小和极板所带的电荷分别用d、U、E和Q表示．下列说法正确的是(

)A．保持U不变，将d变为原来的两倍，则E变为原来的一半B．保持E不变，将d变为原来的一半，则U变为原来的两倍C．保持d不变，将Q变为原来的两倍，则U变为原来的一半D．保持d不变，将Q变为原来的一半，则E变为原来的一半

23、一水平放置的平行板电容器的两极板间距为d，极板分别与电池两极相连，上极板中心有一小孔(小孔对电场的影响可忽略不计)。小孔正上方QUOTE处的P点有一带电粒子，该粒子从静止开始下落，经过小孔进入电容器，并在下极板处(未写极板接触)返回。若将下极板向上平移QUOTE，则从P点开始下落的相同粒子将（）A.打到下极板上 B.在下极板处返回C.在距上极板QUOTE处返回 D.在距上极板QUOTEd处返回24、如图所示，平行板电容器与电动势为E的直流电源（内阻不计）连接，下极板接地。一带电油滴位于容器中的P点且恰好处于平衡状态。现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离（）A.带点油滴将沿竖直方向向上运动B.P点的电势将降低C.带点油滴的电势将减少D.若电容器的电容减小，则极板带电量将增大25、真空中，A、B两点与点电荷Q的距离分别为r和3r则A、B两点的电场强度大小之比为()A．3：1B．1：3C．9：1D．1：9收集板漏斗++收集板漏斗++++----A．带正电的矿粉落在右侧B．电场力对矿粉做正功C．带负电的矿粉电势能变大D．带正电的矿粉电势能变小27、图8是某一点电荷的电场线分布图，下列表述正确的是（）a点的电势高于b点的电势该点电荷带负电a点和b点电场强度的方向相同a点的电场强度大于b点的电场强度28、一带负电荷的质点，在电场力作用下沿曲线abc从a运动到c，已知质点的速率是递减的。关于b点电场强度E的方向，下列图示中可能正确的是（虚线是曲线在b点的切线）（）29、如图