高中物理第2章電場與示波器電場力的性質(zhì)習(xí)題課滬科版選修.doc

學(xué)案2習(xí)題課：電場力的性質(zhì)1電場強(qiáng)度(1)定義式：E，適用于任何電場，是矢量，單位：N/C或V/m.(2)點(diǎn)電荷的場強(qiáng)：E，適用于計(jì)算真空中的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(3)規(guī)定正電荷在電場中某點(diǎn)所受電場力的方向?yàn)樵擖c(diǎn)的電場強(qiáng)度方向電場中某一點(diǎn)的電場強(qiáng)度E與試探電荷q無關(guān)，由場源電荷(原電場)和該點(diǎn)在電場中的位置決定2電場線是為了形象地描述電場而引入的曲線，電場線上每一點(diǎn)的切線方向與電場方向一致電場線的疏密程度反映電場強(qiáng)度的大小要注意電場線是假想的曲線，實(shí)際上并不存在，且電場線在空間不相交3場強(qiáng)疊加原理和應(yīng)用(1)當(dāng)空間有幾個(gè)點(diǎn)電荷同時(shí)存在時(shí)，它們的電場就互相疊加，形成合電場，這時(shí)某點(diǎn)的場強(qiáng)就是各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)的矢量和(2)場強(qiáng)是矢量，遵守矢量合成的平行四邊形定則.一、兩個(gè)等量點(diǎn)電荷周圍的電場解決這類題目的關(guān)鍵是熟記等量異種點(diǎn)電荷、等量同種點(diǎn)電荷周圍電場線的分布情況，根據(jù)電場線的分布分析電場強(qiáng)度的變化，再結(jié)合牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式分析加速度和速度的變化例1兩個(gè)帶等量正電荷的點(diǎn)電荷，O點(diǎn)為兩電荷連線的中點(diǎn)，a點(diǎn)在連線的中垂線上，若在a點(diǎn)由靜止釋放一個(gè)電子，如圖1所示，關(guān)于電子的運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是()圖1A電子在從a向O運(yùn)動(dòng)的過程中，加速度越來越大，速度越來越大B電子在從a向O運(yùn)動(dòng)的過程中，加速度越來越小，速度越來越大C電子運(yùn)動(dòng)到O時(shí)，加速度為零，速度最大D電子通過O后，速度越來越小，加速度越來越大，一直到速度為零解析帶等量正電荷的兩點(diǎn)電荷連線的中垂線上，中點(diǎn)O處的場強(qiáng)為零，向中垂線的兩邊先變大，達(dá)到一個(gè)最大值后，再逐漸減小到零但a點(diǎn)與最大場強(qiáng)點(diǎn)的位置關(guān)系不能確定，當(dāng)a點(diǎn)在最大場強(qiáng)點(diǎn)的上方時(shí)，電子在從a點(diǎn)向O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中，加速度先增大后減??；當(dāng)a點(diǎn)在最大場強(qiáng)點(diǎn)的下方時(shí)，電子的加速度則一直減小，故A、B錯(cuò)誤；但不論a點(diǎn)的位置如何，電子在向O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中，都在做加速運(yùn)動(dòng)，所以電子的速度一直增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)O點(diǎn)時(shí)，加速度為零，速度達(dá)到最大值，C正確；通過O點(diǎn)后，電子的運(yùn)動(dòng)方向與場強(qiáng)的方向相同，與所受電場力方向相反，故電子做減速運(yùn)動(dòng)，由能量守恒定律得，當(dāng)電子運(yùn)動(dòng)到a點(diǎn)關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱的b點(diǎn)時(shí)，電子的速度為零同樣因b點(diǎn)與最大場強(qiáng)的位置關(guān)系不能確定，故加速度大小的變化不能確定，D錯(cuò)誤答案C針對(duì)訓(xùn)練如圖2所示，一帶負(fù)電粒子沿等量異種點(diǎn)電荷的中垂線由AOB勻速飛過，重力不計(jì)，則帶電粒子所受另一個(gè)力的大小和方向變化情況是()圖2A先變大后變小，方向水平向左B先變大后變小，方向水平向右C先變小后變大，方向水平向左D先變小后變大，方向水平向右答案B解析根據(jù)等量異種點(diǎn)電荷電場的電場線分布圖(如圖)，從A到O，電場線由疏到密，從O到B，電場線由密到疏，所以從A到O到B，場強(qiáng)先變大再變小，電場方向沿電場線切線方向水平向右，如圖所示所以帶負(fù)電粒子所受電場力先變大后變小，方向水平向左，故帶負(fù)電粒子受的另一個(gè)力方向應(yīng)水平向右，先變大再變小二、電場強(qiáng)度矢量的疊加電場強(qiáng)度是矢量；空間存在多個(gè)電場時(shí)，空間中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度應(yīng)為每個(gè)電場單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的矢量和例2如圖3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、電性相反的兩個(gè)點(diǎn)電荷分別置于M、N兩點(diǎn)，這時(shí)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)的場強(qiáng)大小變?yōu)镋2.E1與E2之比為()圖3A12B21C2 D4解析本題考查電場強(qiáng)度的矢量合成. 依題意，每個(gè)點(diǎn)電荷在O點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)為，則當(dāng)N點(diǎn)處的點(diǎn)電荷移至P點(diǎn)時(shí)，O點(diǎn)場強(qiáng)如圖所示，合場強(qiáng)大小為E2，則，B正確答案B三、電場線與帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的綜合分析解決這類題目的關(guān)鍵是根據(jù)帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的彎曲情況，確定帶電粒子的受力，由受力情況確定電場線的方向；根據(jù)電場線的疏密程度分析帶電粒子的受力大小，由牛頓第二定律a確定加速度a的大小變化情況例3如圖4所示，直線是一簇未標(biāo)明方向的由點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場線，曲線是某一帶電粒子通過電場區(qū)域時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡，a、b是軌跡上兩點(diǎn)若帶電粒子運(yùn)動(dòng)中只受電場力作用，根據(jù)此圖可以作出的判斷是()圖4A帶電粒子所帶電荷的符號(hào)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)的加速度何處大D帶電粒子在a、b兩點(diǎn)的加速度方向解析根據(jù)合外力指向帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的凹側(cè)，可以確定帶電粒子受電場力的方向，B、D可以；電場線越密集的地方電場強(qiáng)度越大，帶電粒子受到的電場力越大，加速度越大，C可以；由于不知道電場線的方向，只知道帶電粒子受力方向，沒法確定帶電粒子的電性，A不可以答案BCD四、電場與力學(xué)規(guī)律的綜合應(yīng)用例4豎直放置的兩塊足夠長的平行金屬板間有勻強(qiáng)電場其電場強(qiáng)度為E，在該勻強(qiáng)電場中，用絲線懸掛質(zhì)量為m的帶電小球，絲線跟豎直方向成角時(shí)小球恰好平衡，如圖5所示請(qǐng)問：圖5(1)小球帶電荷量是多少？(2)若剪斷絲線，小球碰到金屬板需多長時(shí)間？解析(1)由于小球處于平衡狀態(tài)，對(duì)小球受力分析如圖所示Tsin qETcos mg由得tan ，故q(2)由第(1)問中的方程知T，而剪斷絲線后小球所受電場力和重力的合力與未剪斷絲線時(shí)絲線的拉力大小相等，故剪斷絲線后小球所受重力、電場力的合力等于.小球的加速度a，小球由靜止開始沿著絲線拉力的反方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)碰到金屬板時(shí)，它的位移為s，又由sat2得t 答案(1)(2) 1(對(duì)場強(qiáng)公式的理解)下列關(guān)于電場強(qiáng)度的兩個(gè)表達(dá)式EF/q和EkQ/r2的敘述，正確的是()AEF/q是電場強(qiáng)度的定義式，F(xiàn)是放入電場中的電荷所受的力，q是產(chǎn)生電場的電荷的電荷量B由公式EF/q可知，F(xiàn)是放入電場中的試探電荷所受的力，q是放入電場中試探電荷的電荷量，它適用于任何電場CEkQ/r2是點(diǎn)電荷場強(qiáng)的計(jì)算式，Q是產(chǎn)生電場的電荷的電荷量，它適用于任何電場D從點(diǎn)電荷場強(qiáng)計(jì)算式分析庫侖定律的表達(dá)式Fk，其中k是點(diǎn)電荷q2產(chǎn)生的電場在點(diǎn)電荷q1處的場強(qiáng)大小，而k是點(diǎn)電荷q1產(chǎn)生的電場在q2處的場強(qiáng)大小答案BD解析EF/q是場強(qiáng)的定義式，其中q是試探電荷的電荷量，F(xiàn)是試探電荷在電場中某點(diǎn)受到的電場力，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤，B選項(xiàng)正確；EkQ/r2是真空中點(diǎn)電荷形成的電場場強(qiáng)的計(jì)算式，Q為場源電荷的電荷量，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤；靜電力Fk的實(shí)質(zhì)是一個(gè)電荷處在另一個(gè)電荷形成的電場中，結(jié)合定義式EF/q可知D選項(xiàng)正確2(電場線與帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的綜合分析)某靜電場中的電場線如圖6中實(shí)線所示，帶電粒子在電場中僅受電場力作用，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中虛線所示，由M運(yùn)動(dòng)到N，以下說法正確的是()圖6A粒子必定帶正電荷B粒子必定帶負(fù)電荷C粒子在M點(diǎn)的加速度大于它在N點(diǎn)的加速度D粒子在M點(diǎn)的加速度小于它在N點(diǎn)的加速度答案D3(兩個(gè)等量點(diǎn)電荷周圍的電場)如圖7所示，在平面上建立坐標(biāo)系xOy，在y軸上的點(diǎn)ya與ya處各放帶等量正電荷Q的小物體，已知沿x軸正方向?yàn)殡妶稣较?，帶電體周圍產(chǎn)生電場，這時(shí)x軸上的電場強(qiáng)度E的圖像正確的是()圖7答案D解析兩個(gè)正電荷Q在x軸產(chǎn)生的場強(qiáng)如圖所示，根據(jù)場強(qiáng)的疊加，合場強(qiáng)的方向也如圖所示，在x軸正半軸，場強(qiáng)方向與正方向相同，在x軸負(fù)半軸，場強(qiáng)方向與正方向相反，而兩個(gè)正電荷在O點(diǎn)及無窮遠(yuǎn)處的合場強(qiáng)為零，在x軸正、負(fù)半軸的場強(qiáng)先增大后減小，故D正確題組一對(duì)場強(qiáng)的理解1關(guān)于電場強(qiáng)度E，下列說法正確的是()A由E知，若q減半，則該處電場強(qiáng)度為原來的2倍B由Ek知，E與Q成正比，而與r2成反比C由Ek知，在以Q為球心，以r為半徑的球面上，各處場強(qiáng)均相同D電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)方向就是該點(diǎn)正電荷受到的靜電力的方向答案BD解析E為場強(qiáng)定義式，電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)E只由電場本身決定，與試探電荷無關(guān)，A錯(cuò)誤；Ek是點(diǎn)電荷Q產(chǎn)生的電場的場強(qiáng)決定式，故可見E與Q成正比，與r2成反比，B正確；因場強(qiáng)為矢量，E相同，意味著大小、方向都相同，而在以場源點(diǎn)電荷為球心的球面上各處E的方向不同，故C錯(cuò)誤；電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)方向與正電荷在該點(diǎn)所受靜電力的方向相同，故D正確2如圖1所示，a、b兩點(diǎn)為負(fù)點(diǎn)電荷Q的電場中以Q為圓心的同一圓周上的兩點(diǎn)，a、c兩點(diǎn)為同一條電場線上的兩點(diǎn)，則以下說法中正確的是()圖1Aa、b兩點(diǎn)場強(qiáng)大小相等B同一試探電荷在a、b兩點(diǎn)所受電場力相同Ca、c兩點(diǎn)場強(qiáng)大小關(guān)系為EaEcDa、c兩點(diǎn)場強(qiáng)方向相同答案AD解析a、b兩點(diǎn)場強(qiáng)大小相等但方向不同，故所受電場力大小不同，a、c兩點(diǎn)場強(qiáng)方向相同，但大小不等題組二對(duì)電場疊加的理解3.AB和CD為圓上兩條相互垂直的直徑，圓心為O.將電荷量分別為q和q的兩點(diǎn)電荷放在圓周上，其位置關(guān)于AB對(duì)稱且距離等于圓的半徑，如圖2所示要使圓心處的電場強(qiáng)度為零，可在圓周上再放一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)電荷Q，則該點(diǎn)電荷Q()圖2A應(yīng)放在A點(diǎn)，Q2qB應(yīng)放在B點(diǎn)，Q2qC應(yīng)放在C點(diǎn)，Qq D應(yīng)放在D點(diǎn)，Qq答案C解析根據(jù)平行四邊形定則，求出q和q在O點(diǎn)產(chǎn)生的合場強(qiáng)，大小等于其中一個(gè)點(diǎn)電荷在O點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)的大小，方向水平向右，要使圓心處的電場強(qiáng)度為零，可在C點(diǎn)放一個(gè)電荷量Qq的點(diǎn)電荷，C選項(xiàng)正確4如圖3所示，在x軸上有兩個(gè)點(diǎn)電荷，一個(gè)帶正電Q1，一個(gè)帶負(fù)電Q2，且Q12Q2，用E1和E2分別表示兩個(gè)電荷產(chǎn)生的場強(qiáng)的大小，則在x軸上()圖3AE1E2的點(diǎn)只有一處，該點(diǎn)合場強(qiáng)為零BE1E2的點(diǎn)只有兩處，一處的合場強(qiáng)為零，另一處的合場強(qiáng)為2E2CE1E2的點(diǎn)只有三處，其中兩處的合場強(qiáng)為零，另一處的合場強(qiáng)為2E2DE1E2的點(diǎn)只有三處，其中一處的合場強(qiáng)為零，另兩處的合場強(qiáng)為2E2答案B解析本題考查對(duì)電場強(qiáng)度概念的理解，特別是對(duì)場強(qiáng)方向特性的理解可以畫一草圖，牢記電荷量關(guān)系：Q12Q2，E1、E2是這兩個(gè)點(diǎn)電荷在x軸上同一點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)的大小，試想一試探電荷在x軸上自左向右移動(dòng)，在Q1左邊區(qū)域時(shí)，由于Q12Q2，它們對(duì)試探電荷的作用力不可能相等，因此在Q1的左邊不存在E1E2的點(diǎn)；而在Q1與Q2之間以及Q2的右邊區(qū)域有這樣的點(diǎn)，且這樣的點(diǎn)到Q1的距離是它到Q2的距離的倍，進(jìn)一步考慮E1、E2的方向，可知合場強(qiáng)為零的點(diǎn)在Q2的右邊，合場強(qiáng)為2E2的點(diǎn)在Q1與Q2之間故正確答案為B.5圖4中a、b是兩個(gè)點(diǎn)電荷，它們的電荷量分別為Q1、Q2，MN是ab連線的中垂線，P是中垂線上的一點(diǎn)下列哪種情況能使P點(diǎn)場強(qiáng)方向指向MN的右側(cè)()圖4AQ1、Q2都是正電荷，且Q1Q2BQ1是正電荷，Q2是負(fù)電荷，且Q1|Q2|CQ1是負(fù)電荷，Q2是正電荷，且|Q1|Q2DQ1、Q2都是負(fù)電荷，且|Q1|Q2|答案B解析分別利用有向線段表示Q1、Q2在P點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)示意圖，然后根據(jù)平行四邊形定則表示出合場強(qiáng)的大小和方向，A、B、C、D四個(gè)選項(xiàng)的示意圖如圖所示顯然，選項(xiàng)B正確6如圖5所示，帶電荷量為q的點(diǎn)電荷與均勻帶電薄板相距為2d，點(diǎn)電荷到帶電薄板的垂線通過板的幾何中心若圖中a點(diǎn)處的電場強(qiáng)度為零，根據(jù)對(duì)稱性，帶電薄板在圖中b點(diǎn)處產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大小為_，方向_(靜電力常量為k)圖5答案k水平向左解析a點(diǎn)處的場強(qiáng)由兩部分組成：一是點(diǎn)電荷在a處的場強(qiáng)，大小為Ek，方向水平向左；二是帶電薄板在a處的場強(qiáng)由題知，這兩個(gè)場強(qiáng)的合場強(qiáng)為零，所以薄板在a處的場強(qiáng)大小為Eak，方向水平向右根據(jù)對(duì)稱性可知，薄板在b處的場強(qiáng)為Ebk，方向水平向左7. A、B是一條電場線上的兩個(gè)點(diǎn)，一帶負(fù)電的微粒僅在靜電力作用下以一定的初速度從A點(diǎn)沿電場線運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，其vt圖象如圖6所示則此電場的電場線分布可能是()圖6答案A解析從題圖可以直接看出，粒子的速度隨時(shí)間逐漸減??；圖線的斜率逐漸增大，說明粒子的加速度逐漸變大，電場強(qiáng)度逐漸變大，從A到B電場線逐漸變密綜合分析知，微粒是順著電場線運(yùn)動(dòng)，由電場線疏處到達(dá)密處，正確選項(xiàng)是A.8把質(zhì)量為M的正點(diǎn)電荷放在電場中無初速度釋放，不計(jì)重力，則以下說法正確的是()A點(diǎn)電荷的軌跡一定和電場線重合B點(diǎn)電荷的速度方向總是與所在處的電場線方向一致C點(diǎn)電荷的加速度方向總是與它所在處的電場線的切線方向重合D點(diǎn)電荷將沿電場線切線方向拋出做拋物線運(yùn)動(dòng)答案C解析本題考查了電場線、電場強(qiáng)度的方向及電場力的方向三者之間的關(guān)系及物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件僅當(dāng)電場線為直線、電荷的初速度為零，或者電荷初速度不為零，但初速度方向和場強(qiáng)方向在同一直線上，且只受電場力時(shí)，電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡才和電場線重合，A錯(cuò)點(diǎn)電荷的速度方向不一定與所在位置處的電場線方向一致，如電場線為曲線時(shí)，B錯(cuò)由牛頓第二定律知，加速度方向與合外力方向一致，而點(diǎn)電荷在電場中受的電場力方向與電場線的切線方向重合，C對(duì)點(diǎn)電荷受電場力作用，由于電場不一定是勻強(qiáng)電場，其合力不一定為恒力，故不一定做拋物線運(yùn)動(dòng)，D錯(cuò)9.如圖7所示，A、B是某點(diǎn)電荷電場中的一條電場線在電場線上P處自由釋放一個(gè)負(fù)試探電荷時(shí)，它沿直線向B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)對(duì)此現(xiàn)象，下列判斷正確的是(不計(jì)電荷重力)()圖7A電荷向B做勻速運(yùn)動(dòng)B電荷向B做加速度越來越小的運(yùn)動(dòng)C電荷向B做加速度越來越大的運(yùn)動(dòng)D電荷向B做加速運(yùn)動(dòng)，加速度的變化情況不能確定答案D解析由于負(fù)電荷從P點(diǎn)由靜止釋放，它沿直線運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，說明負(fù)電荷受力方向自P指向B，則場強(qiáng)方向自A指向B，由于正電荷、負(fù)電荷、異種電荷以及平行且?guī)М惙N電荷的金屬板等都能產(chǎn)生一段直線電場線，所以只能確定負(fù)電荷的受力方向向左(自P指向A)，但不能確定受力變化情況，也就不能確定加速度變化情況，故選項(xiàng)D正確題組三靜電場知識(shí)與動(dòng)力學(xué)知識(shí)的綜合10.如圖8所示，場強(qiáng)為E、方向豎直向下的勻強(qiáng)電場中，有兩個(gè)質(zhì)量均為m、電荷量分別為2q和q的小球A和B，