第二課時電場的力的性質(zhì)

1、第二課時電場的力的性質(zhì)【基礎(chǔ)知識】一、電場及電場強(qiáng)度1靜電場(1)電場是存在于電荷周圍的一種_，靜電荷產(chǎn)生的電場叫靜電場(2)電荷間的相互作用是通過_實現(xiàn)的電場的基本性質(zhì)是對放入其中的電荷有_2電場強(qiáng)度 (1)定義式： (2)物理意義：表示電場的_和_，反應(yīng)了電場具有 的性質(zhì)。(3)單位： 或 (4)方向： 3場強(qiáng)三個表達(dá)式的比較(1)(2)(3)二、電場線1電場線的定義：為了直觀形象地描述電場中各點(diǎn)電場強(qiáng)度的_及_，在電場中畫出一系列的曲線，使曲線上各點(diǎn)的_方向表示該點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向，曲線的_表示電場強(qiáng)度的大小2幾種典型電場的電場線分布(1)正點(diǎn)電荷的電場線分布。電場線由_出發(fā)，到_終止(2

2、)負(fù)點(diǎn)電荷的電場線分布。電場線由_出發(fā)，到_終止(3)勻強(qiáng)電場的電場線分布。分布特點(diǎn)：間隔相等的平行直線(4)等量同種點(diǎn)電荷的電場線分布。(5)等量異種點(diǎn)電荷的電場線分布。三、電場的疊加電場疊加原理：多個點(diǎn)電荷在電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度（合場強(qiáng)）等于各個點(diǎn)電荷單獨(dú)在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的 ，這種關(guān)系叫電場強(qiáng)度的疊加，電場強(qiáng)度的疊加遵從 。對電場強(qiáng)度概念的理解1關(guān)于電場強(qiáng)度的概念，下列說法正確的是()a由e可知，某電場的場強(qiáng)e與q成反比，與f成正比b正、負(fù)試探電荷在電場中同一點(diǎn)受到的電場力方向相反，所以某一點(diǎn)場強(qiáng)方向與放入試探電荷的正負(fù)有關(guān)c電場中某一點(diǎn)的場強(qiáng)與放入該點(diǎn)的試探電荷的正負(fù)無關(guān)d電場中某一

3、點(diǎn)不放試探電荷時，該點(diǎn)場強(qiáng)等于零答案c解析電場中某點(diǎn)場強(qiáng)的大小和方向由電場本身決定，與試探電荷的受力情況及電荷性質(zhì)無關(guān)，故a、d錯誤，c正確；電場強(qiáng)度的方向與正電荷所受電場力方向相同，與負(fù)電荷所受電場力方向相反，但場強(qiáng)方向與試探電荷的正負(fù)無關(guān)，b錯誤電場強(qiáng)度兩個表達(dá)式的比較2對于由點(diǎn)電荷q產(chǎn)生的電場，下列說法正確的是a電場強(qiáng)度的定義式仍成立，即e，式中的q就是產(chǎn)生電場的點(diǎn)電荷b在真空中，電場強(qiáng)度的表達(dá)式為e，式中q就是產(chǎn)生電場的點(diǎn)電荷c在真空中，電場強(qiáng)度的表達(dá)式e，式中q是檢驗電荷d以上說法都不對答案b對電場線概念的理解3以下關(guān)于電場和電場線的說法中正確的是()a電場、電場線都是客觀存在的物質(zhì)

4、，因此電場線不僅能在空間相交，也能相切b在電場中，凡是電場線通過的點(diǎn)，場強(qiáng)不為零，不畫電場線區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)場強(qiáng)為零c同一試探電荷在電場線密集的地方所受電場力大d電場線是人們假想的，用以表示電場的強(qiáng)弱和方向，客觀上并不存在答案cd解析電場線是假想的，不是物質(zhì)，在空間不相交，不相切，不畫電場線區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)場強(qiáng)不一定為零電場強(qiáng)度的矢量合成例1如圖1所示，m、n和p是以mn為直徑的半圓弧上的三點(diǎn)，o點(diǎn)為半圓弧的圓心，mop60°.電荷量相等、符號相反的兩個點(diǎn)電荷分別置于m、n兩點(diǎn)，這時o點(diǎn)電場強(qiáng)度的大小為e1；若將n點(diǎn)處的點(diǎn)電荷移至p點(diǎn)，則o點(diǎn)電場強(qiáng)度的大小變?yōu)閑2.e1與e2之比為()圖1a12

5、 b21 c2 d4答案b解析兩個點(diǎn)電荷分別在m點(diǎn)和n點(diǎn)時，每個點(diǎn)電荷在o點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)大小相等、方向相同，所以emene1，得emen.將n點(diǎn)處的點(diǎn)電荷移至p點(diǎn)時，假設(shè)m點(diǎn)的電荷為正電荷，則o點(diǎn)的場強(qiáng)如圖所示m點(diǎn)和p點(diǎn)的點(diǎn)電荷在o點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)大小仍相等，夾角為120°，所以o點(diǎn)場強(qiáng)e2em，即，b正確變式訓(xùn)練1如圖9，一半徑為r的圓盤上均勻分布著電荷量為q的電荷，在垂直于圓盤且過圓心c的軸線上有a、b、d三個點(diǎn)，a和b、b和c、 c和d間的距離均為r，在a點(diǎn)處有一電荷量為q (q>0)的固定點(diǎn)電荷已知b點(diǎn)處的場強(qiáng)為零，則d點(diǎn)處場強(qiáng)的大小為(k為靜電力常量)()圖9ak bk c

6、k dk答案b解析電荷q產(chǎn)生的電場在b處的場強(qiáng)eb，方向水平向右，由于b點(diǎn)的合場強(qiáng)為零，故圓盤上的電荷產(chǎn)生的電場在b處的場強(qiáng)ebeb，方向水平向左，故q0.由于b、d關(guān)于圓盤對稱，故q產(chǎn)生的電場在d處的場強(qiáng)edeb，方向水平向右，電荷q產(chǎn)生的電場在d處的場強(qiáng)ed，方向水平向右，所以d處的合場強(qiáng)的大小eededk.兩個等量點(diǎn)電荷電場的分布等量同種點(diǎn)電荷和等量異種點(diǎn)電荷的電場線的比較比較項目等量異種點(diǎn)電荷等量同種點(diǎn)電荷電場線分布圖連線中點(diǎn)o處的場強(qiáng)連線上o點(diǎn)場強(qiáng)最小，指向負(fù)電荷一方為零連線上的場強(qiáng)大小(從左到右)沿連線先變小，再變大沿連線先變小，再變大沿中垂線由o點(diǎn)向外場強(qiáng)大小o點(diǎn)最大，向外逐漸減

7、小o點(diǎn)最小，向外先變大后變小關(guān)于o點(diǎn)對稱的a與a、b與b的場強(qiáng)等大同向等大反向例2如圖6所示，兩個帶等量負(fù)電荷的小球a、b(可視為點(diǎn)電荷)，被固定在光滑的絕緣水平面上，p、n是小球a、b連線的水平中垂線上的兩點(diǎn)，且poon.現(xiàn)將一個電荷量很小的帶正電的小球c(可視為質(zhì)點(diǎn))由p點(diǎn)靜止釋放，在小球c向n點(diǎn)運(yùn)動的過程中，下列關(guān)于小球c的說法可能正確的是()圖6a速度先增大，再減小b速度一直增大c加速度先增大再減小，過o點(diǎn)后，加速度先減小再增大d加速度先減小，再增大解析在ab的中垂線上，從無窮遠(yuǎn)處到o點(diǎn)，電場強(qiáng)度先變大后變小，到o點(diǎn)變?yōu)榱?，故正電荷受庫侖力沿連線的中垂線運(yùn)動時，電荷的加速度先變大后變小

8、，速度不斷增大，在o點(diǎn)加速度變?yōu)榱?，速度達(dá)到最大；由o點(diǎn)到無窮遠(yuǎn)處時，速度變化情況與另一側(cè)速度的變化情況具有對稱性如果p、n相距很近，加速度則先減小，再增大答案ad變式訓(xùn)練3如圖7所示，在兩等量異種點(diǎn)電荷的電場中，mn為兩電荷連線的中垂線，a、b、c三點(diǎn)所在直線平行于兩電荷的連線，且a和c關(guān)于mn對稱，b點(diǎn)位于mn上，d點(diǎn)位于兩電荷的連線上以下判斷正確的是()圖7ab點(diǎn)場強(qiáng)大于d點(diǎn)場強(qiáng)bb點(diǎn)場強(qiáng)小于d點(diǎn)場強(qiáng)ca、b兩點(diǎn)間的電勢差等于b、c兩點(diǎn)間的電勢差d試探電荷q在a點(diǎn)的電勢能小于在c點(diǎn)的電勢能答案bc解析根據(jù)等量異種點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場的電場線分布情況和由電場線的疏密表示場強(qiáng)大小可知ed>

9、eb.故選項a錯誤，選項b正確a、c兩點(diǎn)關(guān)于mn對稱，故uabubc，選項c正確沿電場線方向電勢降低，所以a>c，由epq可知epa>epc，故選項d錯誤帶電粒子在電場中的運(yùn)動軌跡例3實線為三條方向未知的電場線，從電場中的m點(diǎn)以相同的速度飛出a、b兩個帶電粒子，a、b的運(yùn)動軌跡如圖2中的虛線所示(a、b只受電場力作用)，則()圖2aa一定帶正電，b一定帶負(fù)電b電場力對a做正功，對b做負(fù)功ca的速度將減小，b的速度將增大da的加速度將減小，b的加速度將增大答案d解析由于電場線的方向未知，故無法確定a、b的電性，a錯；電場力對a、b均做正功，兩帶電粒子動能均增大，則速度均增大，b、c均

10、錯；a向電場線稀疏處運(yùn)動，電場強(qiáng)度減小，電場力減小，故加速度減小，b向電場線密集處運(yùn)動，電場強(qiáng)度增大，電場力增大，故加速度增大，d正確變式訓(xùn)練4如圖所示，圖中實線是一簇未標(biāo)明方向的由點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場線，虛線是某帶電粒子通過該電場區(qū)域時的運(yùn)動軌跡，a、b是軌跡上的兩點(diǎn)，若帶電粒子在運(yùn)動過程中只受電場力作用，根據(jù)此圖可做出的正確判斷是()a帶電粒子所帶電荷的正、負(fù)b帶電粒子在a、b兩點(diǎn)的受力方向c帶電粒子在a、b兩點(diǎn)的加速度何處較大d帶電粒子在a、b兩點(diǎn)的速度何處較大帶電體的力電綜合問題的分析方法1基本思路2運(yùn)動情況反映受力情況(1)物體靜止(保持)：f合0.(2)做直線運(yùn)動勻速直線運(yùn)動，f合0.

11、變速直線運(yùn)動：f合0，且f合與速度方向總是一致(3)做曲線運(yùn)動：f合0，f合與速度方向不在一條直線上，且總指向運(yùn)動軌跡曲線凹的一側(cè)(4)f合與v的夾角為，加速運(yùn)動：0°<90°；減速運(yùn)動：90°<180°.(5)勻變速運(yùn)動：f合恒量4如圖11所示，絕緣光滑水平軌道ab的b端與處于豎直平面內(nèi)的四分之一圓弧形粗糙絕緣軌道bc平滑連接，圓弧的半徑r0.40 m在軌道所在空間存在水平向右的勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度e1.0×104 n/c.現(xiàn)有一質(zhì)量m0.10 kg的帶電體(可視為質(zhì)點(diǎn))放在水平軌道上與b端距離s1.0 m的位置，由于受到電場力的作

12、用帶電體由靜止開始運(yùn)動，當(dāng)運(yùn)動到圓弧形軌道的c端時，速度恰好為零已知帶電體所帶電荷量q8.0×105 c，求：圖11(1)帶電體運(yùn)動到圓弧形軌道的b端時對圓弧軌道的壓力；(2)帶電體沿圓弧形軌道從b端運(yùn)動到c端的過程中，摩擦力做的功答案(1)5.0 n，方向豎直向下(2)0.72 j解析(1)設(shè)帶電體在水平軌道上運(yùn)動的加速度大小為a根據(jù)牛頓第二定律有qema解得a8.0 m/s2設(shè)帶電體運(yùn)動到b端的速度大小為vb，則v2as解得vb4.0 m/s設(shè)帶電體運(yùn)動到圓軌道b端時受軌道的支持力為fn，根據(jù)牛頓第二定律有fnmg解得fnmg5.0 n根據(jù)牛頓第三定律可知，帶電體運(yùn)動到圓弧形軌道

13、的b端時對圓弧軌跡的壓力大小fnfn5.0 n方向：豎直向下(2)因電場力做功與路徑無關(guān)，所以帶電體沿圓弧形軌道運(yùn)動過程中電場力所做的功w電qer0.32 j設(shè)帶電體沿圓弧形軌道運(yùn)動過程中摩擦力所做的功為wf，對此過程根據(jù)動能定理有w電wfmgr0mv解得wf0.72 j9.一根長為l的絲線吊著一質(zhì)量為m，帶電荷量為q的小球靜止在水平向右的勻強(qiáng)電場中，如圖8所示，絲線與豎直方向成37°角，現(xiàn)突然將該電場方向變?yōu)樨Q直向下且大小不變，不考慮因電場的改變而帶來的其他影響(重力加速度為g，cos 37°0.8，sin 37°0.6)，求：圖8(1)勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度的大小

14、；(2)小球經(jīng)過最低點(diǎn)時絲線的拉力答案(1)(2)mg解析(1)電場未變化前，小球靜止在電場中，受力分析如圖所示：顯然小球帶正電，由平衡條件得：mgtan 37°eq故e(2)電場方向變成豎直向下后，小球開始做圓周運(yùn)動，重力、電場力對小球做正功小球由靜止位置運(yùn)動到最低點(diǎn)時，由動能定理得：(mgqe)l(1cos 37°)mv2由圓周運(yùn)動知識，在最低點(diǎn)時，f向ft(mgqe)m聯(lián)立以上各式，解得：ftmg.變式訓(xùn)練2如圖所示，兩個帶等量正電荷的小球a、b(可視為點(diǎn)電荷)，被固定在光滑的絕緣水平面上p、n是小球連線的中垂線上的兩點(diǎn)，且poon.現(xiàn)將一個電荷量很小的帶負(fù)電的小球c

15、(可視為質(zhì)點(diǎn))，由p點(diǎn)靜止釋放，在小球c向n點(diǎn)運(yùn)動的過程中，下列關(guān)于小球c的速度、加速度的圖象中，可能正確的是()作業(yè)1在如圖所示的四種電場中，分別標(biāo)記有a、b兩點(diǎn)其中a、b兩點(diǎn)的電勢相等，電場強(qiáng)度相同的是( )a甲圖中與點(diǎn)電荷等距的a、b兩點(diǎn)b乙圖中兩等量異種電荷連線的中垂線上與連線等距的a、b兩點(diǎn)c丙圖中兩等量同種電荷連線的中垂線上與連線等距的a、b兩點(diǎn)d丁圖中勻強(qiáng)電場中的a、b兩點(diǎn)2一負(fù)電荷從電場中a點(diǎn)由靜止釋放，只受電場力作用，沿電場線運(yùn)動到b點(diǎn)，它運(yùn)動的速度時間圖象如圖所示則a、b兩點(diǎn)所在區(qū)域的電場線分布情況可能是下圖中的()4在如圖所示的四個電場中，均有相互對稱分布的a、b兩點(diǎn)，其中a、b兩點(diǎn)電勢和場強(qiáng)都相同的是 ()【例4】如圖所示,用金屬絲ab彎成半徑r=1m的圓弧,但在a、b之間留出寬度為d=2cm的間隙,間隙相對來說很小的.將電荷量q=3.13×10-9c的正電荷均勻分布在金屬絲上,求圓心o處的電場強(qiáng)度.【訓(xùn)練4】均勻帶電的球殼在球外空間產(chǎn)生的電場等效于電荷集中于球心處產(chǎn)生的電場如圖所示，