第33讲 电场力的性质（复习讲义）（黑吉辽蒙专用）（学生版）

第33讲电场力的性质目录0TOC\o"1-4"\h\z\u1考情解码•命题预警 202体系构建•思维可视 303核心突破•靶向攻坚 4考点一电荷守恒定律库仑定律 4知识点1电荷守恒定律 4知识点2库仑定律 4知识点3库仑力作用下的平衡 5考向1物体带电的方式电荷守恒定律 7考向2库仑定律的理解和计算 7考向3库仑力作用下的平衡问题 7考向4库仑力作用下的加速运动问题 9考点二电场强度 10知识点1电场强度大小和方向 10知识点2电场强度的叠加 10考向1叠加法求电场强度 11考向2对称法求电场强度 12考向3补偿法求电场强度 13考向4微元法求电场强度 13考点三电场线 14知识点1电场线的特点 14知识点2常见等量电荷的电场线 15知识点3“电场线+运动轨迹”组合模型 15考向1电场线的应用 16考向2电场线+运动轨迹”组合模型 1704真题溯源•考向感知 18考点要求考察形式2025年2024年2023年库仑定律选择题非选择题\\\电场强度选择题非选择题\\\电场线选择题非选择题\\辽宁卷T9，6分考情分析：1.命题形式：选择题实验题计算题2.命题分析：高考对电场力性质的考查非常频繁，大多在选择题中出现，题目难度各省份大多不是太难，主要围绕着电场线展开考查有关电场力的性质。例如，2023年辽宁卷T10给一个立体空间情景中的等势面，考察等势面和电场线的关系。3.备考建议：本讲内容备考时候，强化训练等量电荷电场线在不同场景下的应用，会通过电场线分析电势、电势能、场强的变化等。关注带电小球的受力平衡问题。4.命题情境：等量电荷电场线在平面和空间立体场景中的的综合性应用。复习目标：目标一：掌握库仑定律，并会用库仑定律处理有关带电体的平衡和加速问题。目标二：理解和掌握电场强度的概念，并会求解有关电场强度的叠加问题。目标三：理解和掌握电场线的特点，并会根据其特点处理有关问题。静电场中力的性质静电场中力的性质电荷守恒定律库仑定律内容概述电荷守恒：电荷不会创生或消灭，只能起电方式：摩擦起电、接触起电、带电实质：物体带电是由于得失库仑定律内容概述点电荷间作用力与电荷量乘积成，与距离平方成作用力方向在电荷连线上表达式，其中k为静电力常量，k=9.0×10^9N·m²/C²库仑力平衡问题四步解决方法三个自由点电荷的平衡条件和规律利用三角形相似法处理平衡问题电场强度定义和叠加定义：电场中某点电荷受力与的比值定义式：，单位N/C或V/m点电荷电场强度：方向：电荷受力方向即电场强度方向叠加原理：电场强度为各点电荷产生的电场强度矢量和计算方法叠加法：多个点电荷电场强度的矢量和对称法：利用电荷分布对称性简化计算补偿法：通过补全图形简化分析微元法：将带电体分为电荷元，求合场强电场线电场线特点定义：描述电场强度大小及方向的曲线特点：、不相交、疏密表大小、切线表方向等常见电场线等量同种或异种点电荷电场线电场线应用：判断电场方向、、电势高低等“电场线+运动轨迹”模型分析运动与力两线法三不知时要假设考点一电荷守恒定律库仑定律知识点1电荷守恒定律1.点电荷、元电荷、比荷（1）点电荷：带有一定的电荷量，忽略形状、及状况的一种理想化模型。（2）元电荷：e＝，所有带电体的电荷量都是元电荷的，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。（3）比荷：带电粒子的与其质量之比。2.电荷守恒定律（1）内容：电荷既不会创生，也不会消灭，它只能从一个物体到另一个物体，或者从物体的一部分到另一部分，在转移过程中，电荷的总量保持。（2）起电方式：、、感应起电。（3）带电实质：物体带电的实质是。得分速记/感应起电判断电荷的分布可以简单的将导体分为近端和远端，电荷就分布在近端和远端。①如图甲所示，使带电体C(如带正电)靠近相互接触的两导体A、B。②保持C不动，用绝缘工具分开A、B。③如图乙所示，移走C，则A带，B带。知识点2库仑定律1．内容：中两个静止之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成，与它们的距离的二次方成，作用力的方向在它们的连线上。2．表达式F＝，式中k＝N·m2/C2，叫作静电力常量。3．适用条件中的静止。(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)当两个带电体间的距离远大于其本身的大小时，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，即同种电荷相互，异种电荷相互．得分速记1．库仑定律适用于真空中静止点电荷间的相互作用。2．对于两个均匀带电绝缘球体，可将其视为电荷集中在球心的点电荷，r为球心间的距离。3．对于两个带电金属球，要考虑表面电荷的重新分布，如图所示。(1)同种电荷：F＜kq(2)异种电荷：F＞kq4．不能根据公式错误地认为r→0时，库仑力F→∞，因为当r→0时，两个带电体已不能看作点电荷了。知识点3库仑力作用下的平衡1.四步解决库仑力作用下的平衡问题2.三个自由点电荷的平衡问题①平衡条件：每个点电荷受另外两个点电荷的合力为零或每个点电荷平衡的位置是另外两个点电荷的合场强为零的位置。②平衡规律：3.利用三角形相似法处理带电小球的平衡问题常见模型几何三角形和力的矢量三角形比例关系考向1物体带电的方式电荷守恒定律例1（2025·吉林二模）冬季打雷是罕见的自然现象，它是由于强冷气团与暖湿气团相遇，产生强烈的对流运动，云内的各种微粒相互碰撞、摩擦产生静电积累，最终形成冬雷。下列说法正确的是（）A．各种微粒在碰撞、摩擦的过程中创造了电荷B．带电云层附近存在许多的电场线C．随着电荷的积累，云层附近的电势一定越来越高D．随着电荷的积累，云层附近的电场强度可能越来越大【变式训练1·变考法】（2025·辽宁·二模）静电现象在自然界普遍存在，在生产生活中也时常会发生静电现象。人们可让静电服务于生产生活，但也需对其进行防护，做到趋利避害。下列关于静电现象的说法正确的是（）A．静电除尘的原理是静电屏蔽B．避雷针利用了带电导体凸起尖锐的地方电荷稀疏、附近空间电场较弱的特点C．为了安全加油站工作人员工作时间须穿绝缘性能良好的化纤服装D．印刷车间的空气应保证适当潮湿，以便导走纸页间相互摩擦产生的静电考向2库仑定律的理解和计算例2关于库仑定律，下列说法正确的是（）A．库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积最小的带电体B．根据，F=kqC．带电荷量分别为Q和3Q的点电荷A、B相互作用时，B受到的静电力是A受到的静电力的3倍D．库仑定律适用于在真空中两个静止点电荷之间静电力的计算例3（2023·黑龙江模拟）真空中两个相同的带等量异种电荷的金属小球A和B（均可看作点电荷），分别固定在两处，两球间静电力大小为F。现用一个不带电的同样的金属小球C先与A接触，再与B接触，然后移开C，再将A、B间距离增大为原来的2倍，则A、B间的静电力大小为（） B． C． D．考向3库仑力作用下的平衡问题例4（2023·辽宁模拟）光滑绝缘水平面上有三个带电的小球A、B、C，它们所带的电荷量分别为，，，，当B球处于A、C球之间某处时，恰好能使三个小球均处于平衡状态，下列判断正确的是（）A． B．C． D．【变式训练2·变考法】（2025·湖南长沙·模拟预测）如图所示，绝缘斜面体静止于粗糙的水平面上，，，两个可视为质点的带电物体P、Q分别静止在和面上，且连线水平。已知面均足够长且光滑，斜面体和、的质量分别为、、，重力加速度为，，下列判断正确的是（

）A．P、Q的质量之比是B．P、Q带异种电荷，且的电荷量大于的电荷量C．水平面对斜面体的支持力等于D．若改变P、Q质量和电荷量使得P沿静止斜面加速上滑而Q加速下滑（斜面体保持静止），则在P、Q运动过程中斜面受到的静摩擦力水平向右例5（2025·辽宁模拟）半径为的光滑绝缘圆环竖直固定，带电荷量为的小球B套在圆环上。若带电荷量为的小球A1固定在圆环的最低点，如图甲所示，小球B静止时，两小球和圆心的连线夹角为；若带电荷量为的小球A2固定在圆环的最低点，如图乙所示，小球B静止时，两小球和圆心的连线夹角为，三个小球均可视为质点。则与的大小关系是（）A． B．C． D．【变式训练3·变考法】（2025·辽宁鞍山模拟）A、B两小球均带正电荷，A球固定于P点正下方，B球用不可伸长绝缘细线悬挂于O点，P点位于O点的正下方，距离等于细线长度，B球平衡时细线与竖直方向的夹角为。两球均可看做点电荷，且电荷量保持不变。现将A球缓慢向上移动到P点的过程中，下列说法正确的是（）A．细线对小球的拉力不可能大于重力 B．细线对小球的拉力大小不变C．A、B两小球间的距离变大 D．A、B两小球间的静电力逐渐减小解题技巧静电场中的静态平衡问题涉及静电场中的平衡问题，其解题思路与力学中的平衡问题一样，只是在原来受力的基础上多了静电力，具体步骤如下：解题技巧静电场中的动态平衡问题解决动态平衡问题最简单的方法是应用图示法，构建三角形，应用矢量三角形，相似三角形，等思路进行解题。考向4库仑力作用下的加速运动问题例6如图所示，在光滑绝缘水平面上，固定着三个带电小球a、b、c，三球在一条直线上，其质量之比为1∶2∶4，设向右为正方向，若仅释放a球，a球的初始加速度为−6m/s2，若仅释放c球，c球初始加速度为3m/s2，当仅释放A．3m/s2 B．−3m/s2 C．5m/s2 【变式训练4·变情境】（2025·黑龙江哈尔滨·二模）足够长的固定的光滑绝缘斜面倾角为α，质量相等均带正电的两个小滑块P和Q置于斜面上，重力加速度为g，用沿斜面向上的力F推动P，使两滑块均作匀速运动。某时刻突然撤去该推力，从此刻开始到P的速度刚要减为零的过程中，下列说法正确的是（）A．P的加速度大小的最大值为B．P的速度大小均不小于同一时刻Q的速度大小C．Q的动能先减小后增大D．Q的机械能一直减小考点二电场强度知识点1电场强度大小和方向1．定义：放入电场中某点的电荷受到的静电力F与它的电荷量q的。2．定义式：。单位为N/C或V/m。3．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＝eq\f(kQ,r2)。4．方向：规定在电场中某点所受的方向为该点的电场强度方向。5．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和，遵从定则。【注意】电场强度与试探电荷无关，由电场本身决定。得分速记得分速记1．三个计算公式的比较公式适用条件说明定义式E＝eq\f(F,q)任何电场某点的场强为确定值，大小及方向与q无关决定式E＝k真空中点电荷的电场E由场源电荷Q和场源电荷到某点的距离r决定关系式E＝eq\f(U,d)匀强电场d是沿电场方向的距离知识点2电场强度的叠加1．电场强度的叠加(如图所示)2．“等效法”、“对称法”、“填补法”和“微元法”(1)等效法在保证效果相同的前提下，将复杂的电场情景变换为简单的或熟悉的电场情景。例如：一个点电荷＋q与一个无限大薄金属板形成的电场，等效为两个等量异种点电荷形成的电场，如图甲、乙所示．(2)对称法利用空间上对称分布的电荷形成的电场具有对称性的特点，使复杂电场的叠加计算问题大为简化。例如：如图所示，均匀带电的eq\f(3,4)球壳在O点产生的场强，等效为弧BC产生的场强，弧BC产生的场强方向，又等效为弧的中点M在O点产生的场强方向。(3)填补法将有缺口的带电圆环或圆板补全为完整的圆环或圆板，或将半球面补全为球面，从而化难为易、事半功倍。(4)微元法：将带电体分成许多电荷元，每个电荷元看成点电荷，先根据库仑定律求出每个电荷元的场强，再结合对称性和场强叠加原理求出合场强。得分速记得分速记1．选用技巧(1)点电荷电场、匀强电场场强叠加一般应用矢量叠加法。(2)均匀带电体与点电荷场强叠加一般应用对称法。(3)计算均匀带电体某点产生的场强一般应用补偿法或微元法。考向1叠加法求电场强度例1（2024·黑龙江·三模）如图所示，三角形abc是直角三角形，其中∠a=30°，在a点固定一个电荷量大小为Q₁的点电荷，在b点固定一个电荷量大小为Q₂的点电荷。若c点处的电场强度方向与bc垂直，则的值为（）A．2 B．4 C．8 D．16【变式训练1·变情境】（2025·辽宁沈阳·模拟预测）如图所示，等边三角形的三个顶点A、B、C上分别固定一点电荷，点电荷的带电荷量分别为q、+q、+q，已知M、N、P分别为AC、BC、AB的中点，设无穷远的电势为零，下列关于M、N、P三点说法正确的是（）A．M、N两点电势相等 B．N点电势最低C．M、P两点电场强度大小相同 D．N点的电场强度最大考向2对称法求电场强度例2（2025·辽宁沈阳·三模）如图所示，一均匀带电圆环水平放置，在垂直于圆环面且过圆心的中轴线上有A、B、C三个点，与、与A间的距离均为，A与间的距离为，在点处固定一电荷量为的点电荷。已知A点处的电场强度为零，不考虑点电荷对带电圆环上电荷分布的影响，静电力常量为，取无穷远处电势为零，下列说法正确的是（）A．圆环带负电B．A点处的电势也为零C．点处的电场强度为D．若将点处的点电荷以点为轴顺时针转过后固定（点电荷到点间距离不变），则A、C两点处的电场强度相同【变式训练2·变情境】如图所示，MN是一半圆形绝缘线，O点为圆心，P为绝缘线所在圆上一点，且OP垂直于MN，等量异种电荷分别均匀分布在绝缘线上、下14A．O点处和P点处的电场强度大小相等，方向相同B．O点处电势大于和P点处的电势C．将一正点电荷沿直线从O移动到P，电势能增加D．将一正点电荷沿直线从O移动到P，电场力始终不做功考向3补偿法求电场强度例3均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处在外产生的电场．如图所示，在半径为r的半球面AB上均匀分布着正电荷，AB为通过半球顶点与球心O的直线，且AO=BO=2r．若A、B点的电场强度大小分别为E1和E2，静电力常量为k，则半球面上的电荷量为（A．4E1+E2r2k 【变式训练3】均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的电场。如图所示，在半球面AB上均匀分布正电荷，电荷量为Q，球面半径为R，CD为通过半球顶点与球心O的轴线，轴线上CO=DO=3R。一质量为m、电荷量为q的小球（用绝缘细线悬挂于悬点），受半球面产生的电场影响偏转θ角度静止于C点，（若球C与半球面AB彼此不影响对方的电量分布）则半球面AB在D点产生的场强大小为（）A．kQ9R2C．k2Q9R2考向4微元法求电场强度例4（2025·黑龙江哈尔滨·模拟预测）已知在均匀带电圆环的轴线上不同位置，其电场强度的大小是不同的。如图所示，若圆环的半径是，则对称出现最大电场强度的位置离圆环中心的距离是（）A． B．C． D．【变式训练4】如图所示，有一均匀带正电的绝缘细圆环，半径为r、带电量为q。点P、Q、N把圆环分为三等分，现取走P、Q处两段弧长为Δx(Δx≪r)的小圆弧。NO延长线交细圆环于M点，静电力常量为k，则在O点同定一个带电量为q的负电荷，它受到圆环的电场力为（）A．方向由O指向N，大小为kq2Δx2πr3 C．方向由O指向M，大小为kq2Δx2πr3 考点三电场线知识点1电场线的特点1．定义：为了形象地描述电场中各点电场强度的及，在电场中画出一些曲线，曲线上每一点的都跟该点的电场强度方向一致，曲线的表示电场强度的大小。2．电场线的特点(1)不闭合：电场线从或出发，终止于或。(2)不相交：电场线在电场中不相交。(3)在同一幅图中，电场强度较大的地方电场线较密，电场强度较小的地方电场线。(4)电场线上某点的切线方向表示该点的。(5)沿电场线方向电势逐渐。(6)电场线和等势面在相交处。知识点2常见等量电荷的电场线1.两种等量点电荷的电场强度及电场线的比较比较等量异种点电荷等量同种点电荷电场线分布图电荷连线上的电场强度沿连线先变小后变大O点最小,但不为零O点为零中垂线上的电场强度O点最大,向外逐渐减小O点最小,向外先变大后变小关于O点对称位置的电场强度A与A'、B与B'、C与C'等大同向等大反向2.电场线的应用(涉及电势部分将在下一节进一步研究)知识点3“电场线+运动轨迹”组合模型模型特点:当带电粒子在电场中的运动轨迹是一条与电场线不重合的曲线时,这种现象简称为“拐弯现象”,其实质为“运动与力”的关系。运用牛顿运动定律的知识分析:(1)“运动与力两线法”——画出“速度线”(运动轨迹在某一位置的切线)与“力线”(在同一位置电场线的切线方向且指向轨迹的凹侧),从二者的夹角情况来分析带电粒子做曲线运动的情况。(2)“三不知时要假设”——电荷的正负、电场的方向、电荷运动的方向,是题目中相互制约的三个方面。若已知其中一个,可分析判定各待求量;若三个都不知(三不知),则要用“假设法”进行分析。考向1电场线的应用例1（2025·辽宁一模）“空间电场防病促生”技术的基本原理是通过直流电源在悬挂电极和地面之间产生空间电场，其作用之一是加速植物体内带正电的钾、钙离子等向根部聚集，促进植物快速生长。图中实线为该空间电场线的示意图。下列说法正确的是（）

A．悬挂电极应接电源正极B．图中所示的A、B两点场强相同C．钾、钙离子向根部聚集过程中电势能减小D．空气中带负电的尘埃微粒（重力不计）都将沿电场线向悬挂电极聚集【变式训练1·变考法】（2024·吉林模拟）下列关于静电场和磁场的说法中确的是（）A．电场线和磁感线都是电场或磁场中实际不存在的线B．磁场中两条磁感线一定不相交，但在复杂电场中没有电荷位置的电场线是可以相交的C．电场线是不闭合曲线，而磁感线是闭合曲线D．电场线越密的地方，同一试探电荷所受的电场力越大；磁感线分布越密的地方，同一试探电荷所受的磁场力也越大例2（2025·黑龙江吉林·模拟预测）如图所示，、、、分别为正方形的各边中点，在、、处各固定一个电荷量为的点电荷，在处固定一个电荷量为的点电荷，下列说法正确的是（）A．点和点的电场强度相同B．点和点的电势相同C．在点将一个电子（不计重力）由静止释放，电子将沿做直线运动D．将一个正点电荷由点沿移动至，电势能先增大后减小【变式训练2·变情境】空间中A、B、C、D四点为正四面体的四个顶点，M、N两点分别是AB和CD的中点。在A、B两点分别固定等量正电荷，正四面体对电场分布没有影响。下列说法正确的是（）A．C、D两点的电场强度相同B．M、N两点的电势相等C．带正电的试探电荷从C点沿CD移动到D点，试探电荷的电势能先增大后减小D．带负电的试探电荷从C点沿CM移动到M点，试探电荷的电势能增大考向2电场线+运动轨迹”组合模型例3（2025·辽宁二模）如图所示，实线为正点电荷周围的电场线，a、b两带电粒子分别从电场中的P点以相同的速度飞出，两粒子的运动轨迹分别如图中虚线所示，其中a粒子的轨迹是以点电荷为圆心的圆。A、B为轨迹上的两点，不计粒子重力及粒子之间的相互作用力，下列说法正确的是（）A．a粒子的加速度不变B．A点的电势高于B点的电势C．b粒子做匀变速曲线运动D．b粒子的电势能减小，a粒子的电势能不变【变式训练3·变情境】（2025·辽宁三模）2024年12月，由生物岛实验室领衔研制、我国首个拥有自主知识产权的国产商业场发射透射电镜TH-F120完成了首批订单合同签订，正式开启了国产透射电镜的市场应用。其中一种电子透镜的电场分布如图所示，虚线为等势面，相邻等势面间电势差相等，z轴为该电场的中心轴线。一电子从其左侧进入聚焦电场，实线为电子运动的轨迹，P、Q、R为其轨迹上的三点，电子仅在电场力的作用下从P点运动到R点，在此过程中，下列说法正确的是（）A．电子在P点的受力方向斜向左上B．电子在R点的加速度大于在P点的加速度C．从P点至R点的运动过程中，电子的电势能先增大再减小D．从P点至R点的运动过程中，电子的速度大小一直增大1.（2023·辽宁·高考真题）图（a）为金属四极杆带电粒子质量分析器的局部结构示意图，图（b）为四极杆内垂直于