高二物理電場專題精編含答案

1、 高二物理電場專題一. 教學(xué)內(nèi)容：電場考點例析電場是電學(xué)的基礎(chǔ)知識，是承前啟后的一章。通過這一章的學(xué)習(xí)要系統(tǒng)地把力學(xué)的“三大方法”復(fù)習(xí)一遍，同時又要掌握新的概念和規(guī)律。這一章為歷年高考的重點之一，特別是在力電綜合試題中巧妙地把電場概念與牛頓定律、功能關(guān)系、動量等力學(xué)知識有機地結(jié)合起來，從求解過程中可以考查學(xué)生對力學(xué)、電學(xué)有關(guān)知識點的理解和熟練程度。只要同學(xué)們在復(fù)習(xí)本章時牢牢抓住“力和能兩條主線”，實現(xiàn)知識的系統(tǒng)化，找出它們的有機聯(lián)系，做到融會貫通，在高考得到本章相應(yīng)試題的分?jǐn)?shù)是不困難的。二. 夯實基礎(chǔ)知識1. 深刻理解庫侖定律和電荷守恒定律。（1）庫侖定律：真空中兩個點電荷之間相互作用的電力，

2、跟它們的電荷量的乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上。即：    其中k為靜電力常量， k=9.0×10 9 Nm2/c2成立條件： 真空中（空氣中也近似成立）， 點電荷。即帶電體的形狀和大小對相互作用力的影響可以忽略不計。（這一點與萬有引力很相似，但又有不同：對質(zhì)量均勻分布的球，無論兩球相距多近，r都等于球心距；而對帶電導(dǎo)體球，距離近了以后，電荷會重新分布，不能再用球心間距代替r）。（2）電荷守恒定律：系統(tǒng)與外界無電荷交換時，系統(tǒng)的電荷代數(shù)和守恒。2. 深刻理解電場的力的性質(zhì)。電場的最基本的性質(zhì)是對放入其中的電荷有力的作用

3、。電場強度E是描述電場的力的性質(zhì)的物理量。 （1）定義： 放入電場中某點的電荷所受的電場力F跟它的電荷量q的比值，叫做該點的電場強度，簡稱場強。這是電場強度的定義式，適用于任何電場。其中的q為試探電荷（以前稱為檢驗電荷），是電荷量很小的點電荷（可正可負(fù)）。電場強度是矢量，規(guī)定其方向與正電荷在該點受的電場力方向相同。（2）點電荷周圍的場強公式是： ，其中Q是產(chǎn)生該電場的電荷，叫場源電荷。（3）勻強電場的場強公式是： ，其中d是沿電場線方向上的距離。3. 深刻理解電場的能的性質(zhì)。（1）電勢：是描述電場能的性質(zhì)的物理量。 電勢定義為= ，是一個沒有方向意義的物理量，電勢有高低之分，按規(guī)定：正電荷在電

4、場中某點具有的電勢能越大，該點電勢越高 。 電勢的值與零電勢的選取有關(guān)，通常取離電場無窮遠(yuǎn)處電勢為零；實際應(yīng)用中常取大地電勢為零。 當(dāng)存在幾個“場源”時，某處合電場的電勢為各“場源”在此處電場的電勢的代數(shù)和 。 電勢差，A、B間電勢差UAB=AB；B、A間電勢差UBA=BA，顯然UAB=UBA，電勢差的值與零電勢的選取無關(guān)。（2）電勢能：電荷在電場中由電荷和電場的相對位置所決定的能，它具有相對性，即電勢能的零點選取具有任意性；系統(tǒng)性，即電勢能是電荷與電場所共有。 電勢能可用Ep=q計算。 由于電荷有正、負(fù)，電勢也有正、負(fù)（分別表示高于和低于零電勢），故用Ep=q計算電勢能時，需帶符號運算。（3

5、）電場線的特點： 始于正電荷（或無窮遠(yuǎn)），終于負(fù)電荷（或無窮遠(yuǎn)）； 不相交，不閉合； 不能穿過處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體。（4）電場線、場強、電勢等勢面的相互關(guān)系。 電場線與場強的關(guān)系；電場線越密的地方表示場強越大，電場線上每一點的切線方向表示該點的場強方向。 電場線與電勢的關(guān)系：沿著電場線方向，電勢越來越低； 電場線與等勢面的關(guān)系：電場線越密的地方等差等勢面也越密，電場線與通過該處的等勢面垂直； 場強與電勢無直接關(guān)系：場強大（或?。┑牡胤诫妱莶灰欢ù螅ɑ蛐。?，零電勢可由人為選取，而場強是否為零則由電場本身決定； 場強與等勢面的關(guān)系：場強方向與通過該處的等勢面垂直且由高電勢指向低電勢，等差等勢面越

6、密的地方表示場強越大。4. 掌握電場力做功計算方法（1）電場力做功與電荷電勢能的變化的關(guān)系。電場力對電荷做正功時，電荷電勢能減少；電場力對電荷做負(fù)功時，電荷電勢能增加，電勢能增加或減少的數(shù)值等于電場力做功的數(shù)值。（2）電場力做功的特點電荷在電場中任意兩點間移動時，它的電勢能的變化量是確定的，因而移動電荷做功的值也是確定的，所以，電場力移動電荷所做的功，與移動的路徑無關(guān)，僅與始末位置的電勢差有關(guān)，這與重力做功十分相似。（3）計算方法 由功的定義式W=F·S來計算，但在中學(xué)階段，限于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，要求式中F為恒力才行，所以，這個方法有局限性，僅在勻強電場中使用。 用結(jié)論“電場力做功等于電荷電

7、勢能增量的負(fù)值”來計算，即，已知電荷電勢能的值時求電場力的功比較方便。 用W=qUAB來計算，此時，一般又有兩個方案：一是嚴(yán)格帶符號運算，q和UAB均考虛正和負(fù)，所得W的正、負(fù)直接表明電場力做功的正、負(fù)；二是只取絕對值進(jìn)行計算 ，所得W只是功的數(shù)值，至于做正功還是負(fù)功？可用力學(xué)知識判定。5. 深刻理解電場中導(dǎo)體靜電平衡條件。把導(dǎo)體放入電場時，導(dǎo)體的電荷將出現(xiàn)重新分布，當(dāng)感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加場強和原場強在導(dǎo)體內(nèi)部疊加為零時，自由電子停止定向移動，導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)。孤立的帶電體和處于電場中的感應(yīng)導(dǎo)體，處于靜電平衡時，其特征：（1）導(dǎo)體內(nèi)部場強處處為零，沒有電場線（疊加后的）；（2）整個導(dǎo)體是等勢

8、體，導(dǎo)體表面是等勢面；（3）導(dǎo)體外部電場線與導(dǎo)體表面垂直，表面場強不一定為零；（4）對孤立導(dǎo)體，凈電荷分布在外表面。處理靜電平衡問題的方法：（1）直接用靜電平衡的特征進(jìn)行分析；（2）畫出電場中電場線，進(jìn)而分析電荷在電場力作用下移動情況。注意兩點：（1）用導(dǎo)線接地或用手觸摸導(dǎo)體可把導(dǎo)體和地球看成一個大導(dǎo)體。（2）一般取無窮遠(yuǎn)和地球的電勢為零。6. 深刻理解電容器電容概念電容器的電容C=Q/U=Q/U，此式為定義式，適用于任何電容器。平行板電容器的電容的決定式為C= 。對平行板電容器有關(guān)的Q、E、U、C的討論要熟記兩種情況：（1）若兩極保持與電源相連，則兩極板間電壓U不變；（2）若充電后斷開電源，

9、則帶電量Q不變?！镜湫屠}】問題1：會解電荷守恒定律與庫侖定律的綜合題。求解這類問題關(guān)鍵是抓住“等大的帶電金屬球接觸后先中和，后平分”，然后利用庫侖定律求解。注意絕緣球帶電是不能中和的。例1 有三個完全一樣的金屬小球A、B、C，A帶電量7Q，B帶電量Q，C不帶電，將A、B固定，相距r，然后讓C球反復(fù)與A、B球多次接觸，最后移去C球，試問A、B兩球間的相互作用力變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦? （答：F= F）例2 兩個相同的帶電金屬小球相距r時，相互作用力大小為F，將兩球接觸后分開，放回原處，相互作用力大小仍等于F，則兩球原來所帶電量和電性（    ）A. 可能是等量的同種電荷

10、      B. 可能是不等量的同種電荷C. 可能是不等量的異種電荷          D. 不可能是異種電荷問題2：會分析求解電場強度。電場強度是靜電學(xué)中極其重要的概念，也是高考中考點分布的重點區(qū)域之一。求電場強度的方法一般有：定義式法、點電荷場強公式法、勻強電場公式法、矢量疊加法等。例3 用長為的金屬絲彎成半徑為r的圓弧，但在A、B之間留有寬度為d的間隙，且，將電量為Q的正電荷均勻分布于金屬絲上，求圓心處的電場強度。例4 如圖2所示，均勻帶電圓環(huán)所帶電荷量為Q，半徑為R，

11、圓心為O，P為垂直于圓環(huán)平面的對稱軸上的一點，OP=L，試求P點的場強。 答： 例5 如圖3所示， 是勻強電場中的三點，并構(gòu)成一等邊三角形，每邊長為，將一帶電量 的電荷從a點移到b點，電場力做功 ； 若將同一點電荷從a點移到c點，電場力做功W2=6×106J，試求勻強電場的電場強度E。答：問題3：會根據(jù)給出的一條電場線，分析推斷電勢和場強的變化情況。 例6 如圖4所示，a、b、c是一條電場線上的三個點，電場線的方向由a到c，a、b間距離等于b、c 間距離。用Ua、Ub、Uc和Ea、Eb、Ec分別表示a、b、c三點的電勢和電場強度，可以判定（    ）A.

12、 Ua>Ub>Uc B. UaUbUbUcC. Ea>Eb>Ec   D. Ea=Eb=Ec例7 如圖5所示，在a點由靜止釋放一個質(zhì)量為m，電荷量為q的帶電粒子，粒子到達(dá)b點時速度恰好為零，設(shè)ab所在的電場線豎直向下，a、b間的高度差為h，則（    ）A. 帶電粒子帶負(fù)電B. a、b兩點間的電勢差Uab=mgh/qC. b點場強大于a點場強D. a點場強大于b點場強問題4：會根據(jù)給定一簇電場線和帶電粒子的運動軌跡，分析推斷帶電粒子的性質(zhì)。例8 圖6中實線是一簇未標(biāo)明方向的由點電荷產(chǎn)生的電場線，虛線是某一帶電粒子通過該電場區(qū)域時的

13、運動軌跡，a、b是軌跡上的兩點。若帶電粒子在運動中只受電場力作用，根據(jù)此圖可作出正確判斷的是（    ）A. 帶電粒子所帶電荷的符號B. 帶電粒子在a、b兩點的受力方向C. 帶電粒子在a、b兩點的速度何處較大D. 帶電粒子在a、b兩點的電勢能何處較大問題5：會根據(jù)給定電勢的分布情況，求作電場線。例9 如圖7所示，A、B、C為勻強電場中的3個點，已知這3點的電勢分別為A=10V， B=2V，C=6V。試在圖上畫出過B點的等勢線和場強的方向（可用三角板畫）。問題6：會求解帶電體在電場中的平衡問題。例10 如圖8所示，在真空中同一條直線上的A、B兩點固定有電荷量分別為+

14、4Q和Q的點電荷。 將另一個點電荷放在該直線上的哪個位置，可以使它在電場力作用下保持靜止？ 若要求這三個點電荷都只在電場力作用下保持靜止，那么引入的這個點電荷應(yīng)是正電荷還是負(fù)電荷？電荷量是多大？（設(shè)AB=L1，BC=L2）例11 如圖9所示，已知帶電小球A、B的電荷分別為QA、QB，OA=OB，都用長L的絲線懸掛在O點。靜止時A、B相距為d。為使平衡時AB間距離減為d/2，可采用以下哪些方法（    ）A. 將小球A、B的質(zhì)量都增加到原來的2倍B. 將小球B的質(zhì)量增加到原來的8倍C. 將小球A、B的電荷量都減小到原來的一半D. 將小球A、B的電荷量都減小到原來的一

15、半， 同時將小球B的質(zhì)量增加到原來的2倍例12 如圖10甲所示，兩根長為L的絲線下端懸掛一質(zhì)量為m，帶電量分別為+q和q的小球A和B，處于場強為E，方向水平向左的勻強電場之中，使長度也為L的連線AB拉緊，并使小球處于靜止?fàn)顟B(tài)，求E的大小滿足什么條件才能實現(xiàn)上述平衡狀態(tài)。 答：問題7：會計算電場力的功。例13 一平行板電容器的電容為C，兩板間的距離為d，上板帶正電，電量為Q，下板帶負(fù)電，電量也為Q，它們產(chǎn)生的電場在很遠(yuǎn)處的電勢為零。兩個帶異號電荷的小球用一絕緣鋼性桿相連，小球的電量都為q，桿長為L，且L<d?，F(xiàn)將它們從很遠(yuǎn)處移到電容器內(nèi)兩板之間，處于圖11所示的靜止?fàn)顟B(tài)（桿與板面垂直），在

16、此過程中兩個小球克服電場力所做總功的大小等于多少？（設(shè)兩球移動過程中極板上電荷分布情況不變）（    ）A.      B.0      C. D.                 問題8：會用力學(xué)方法分析求解帶電粒子的運動問題。例14 質(zhì)量為2m，帶2q正電荷的小球A，起初靜止在光滑絕緣水平面上，當(dāng)另一質(zhì)量為m、帶q負(fù)電荷的小球B以速度

17、V0離A而去的同時，釋放A球，如圖12所示。若某時刻兩球的電勢能有最大值，求：（1）此時兩球速度各多大？(V=V0/3) （2）與開始時相比，電勢能最多增加多少？( )例15 如圖13所示，直角三角形的斜邊傾角為30°，底邊BC長為2L，處在水平位置，斜邊AC是光滑絕緣的，在底邊中點O處放置一正電荷Q，一個質(zhì)量為m，電量為q的帶負(fù)電的質(zhì)點從斜面頂端A沿斜邊滑下，滑到斜邊上的垂足D時速度為V。 （1）在質(zhì)點的運動中不發(fā)生變化的是（    ）A. 動能 B. 電勢能與重力勢能之和C. 動能與重力勢能之和 D. 動能、電勢能、重力勢能三者之和。 &#

18、160;（2）質(zhì)點的運動是（   ）A. 勻加速運動                             B. 勻減速運動C. 先勻加速后勻減速的運動         D. 加速度隨時間變化的運動。 （3）該質(zhì)點滑到非常接近斜

19、邊底端C點時速率Vc為多少？沿斜面下滑到C點的加速度ac為多少？問題9：示波管的原理和圖像【例16】示波管是示波器的核心部件，它由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成，如圖所示.如果在熒光屏上P點出現(xiàn)亮斑，那么示波管中的（ ）A.極板應(yīng)帶正電 B.極板應(yīng)帶正電C.極板應(yīng)帶負(fù)電 D.極板應(yīng)帶正電問題10：帶電物質(zhì)在電場中的圓周運動一般來說：(1)基本粒子：如電子、質(zhì)子、粒子、離子等除有特別說明或有明確暗示以外，一般都不考慮重力(但不忽略質(zhì)量)(2)帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，除有特別說明或有明顯暗示以外，一般都不能忽略重力解題思路和方法：運用運動合成和分解（分解V，S）,平拋和類平拋知識，動能

20、定理?！纠?7】在方向水平的勻強電場中，一不可伸長的不導(dǎo)電細(xì)線的一端系著一個質(zhì)量為m的帶電小球，另一端固定于O點，把小球拉起直至細(xì)線與場強平行，然后無初速釋放已知小球擺到最低點的另一側(cè)，線與豎直方向的最大夾角為，求小球經(jīng)過最低點時細(xì)線對小球的拉力【例18】如圖所示，在豎直平面內(nèi)，有一半徑為R的絕緣的光滑圓環(huán)，圓環(huán)處于場強大小為E，方向水平向右的勻強電場中，圓環(huán)上的A、C兩點處于同一水平面上，B、D分別為圓環(huán)的最高點和最低點M為圓環(huán)上的一點，MOA=45°環(huán)上穿著一個質(zhì)量為m，帶電量為+q的小球，它正在圓環(huán)上做圓周運動，已知電場力大小qE等于重力的大小mg，且小球經(jīng)過M點時球與環(huán)之間的

21、相互作用力為零試確定小球經(jīng)過A、B、C、D點時的動能各是多少？【例19】如圖所示,在方向豎直向下的勻強電場中,一絕緣輕細(xì)線一端固定于O點,另一端系一帶正電的小球在豎直平面內(nèi)做圓周運動.小球的電荷量為q,質(zhì)量為m,絕緣細(xì)線長為L,電場的場強為E.若帶電小球恰好能通過最高點A,則在A點時小球的速度v1為多大?小球運動到最低點B時的速度v2為多大?運動到B點時細(xì)線對小球的拉力為多大?【例20】如圖所示,在絕緣水平面上,有相距為L的A、B兩點,分別固定著兩個帶電荷量均為Q的正電荷.O為AB連線的中點,a、b是AB連線上兩點,其中Aa=Bb=.一質(zhì)量為m、電荷量為+q的小滑塊(可視為質(zhì)點)以初動能Ek0

22、從a點出發(fā),沿AB直線向b運動,其中小滑塊第一次經(jīng)過O點時的動能為2Ek0,第一次到達(dá)b點時的動能恰好為零,小滑塊最終停在O點,已知靜電力常量為k.求:(1)小滑塊與水平面間滑動摩擦力的大小.(2)小滑塊剛要到達(dá)b點時加速度的大小和方向.(3)小滑塊運動的總路程l路. 電場專題答案例1： 題中所說C與A、B反復(fù)接觸之間隱含一個解題條件，即A、B原先所帶電量的總和最后在三個相同的小球間均分，則A、B兩球后來帶的電量均為A、B球原先是引力，大小為：A、B球后來是斥力，大小為：即，A、B間的相互作用力減為原來的。 例2：AC 解：若帶同種電荷，設(shè)帶電量分別為和，則，將兩球接觸后分開，放回原

23、處后相互作用力變?yōu)椋?，顯然只有時，才有，所以A選項正確，B選項錯誤；若帶異種電荷，設(shè)帶電量分別為和，則，將兩球接觸后分開，放回原處后相互作用力變?yōu)椋?，顯然只有在時，才有，所以C選項正確，D選項錯誤。例3： 假設(shè)將這個圓環(huán)缺口補上這樣就形成一個電荷均勻分布的完整帶電環(huán)，環(huán)上處于同一直徑兩端的微小部分所帶電荷可視為兩個相對應(yīng)的點電荷，它們在圓心O處產(chǎn)生的電場疊加后合場強為零。根據(jù)對稱性可知，帶電圓環(huán)在圓心O處的總場強E=0。至于補上的帶電小段，由題給條件可視做點電荷，它在圓心O處的場強是可求的。若題中待求場強為，則。設(shè)原缺口環(huán)所帶電荷的線密度為，則，補上的那一小段金屬線的帶電量，在O處的場強為，由

24、可得，負(fù)號表示與反向，背向圓心向左。例4：例5：例6：A例7：ABC例8：BCD例9：用直線連接A、C兩點，并將線段AC分作兩等分，中點為D點，因為是勻強電場，故D點電勢為2V，與B點電勢相等。畫出過B、D兩點的直線，就是過B點的電勢線。因為電場線與等勢線垂直，所以過B作BD的垂線就是一條電場線。例10：C在AB延長線上，且AB=BC;引入的為正電荷，且。先判定第三個點電荷所在的區(qū)間：只能在B點的右側(cè)；再由，F(xiàn)、k、q相同時得，即C在AB延長線上，且AB=BC。C處的點電荷肯定在電場力作用下平衡了；只要A、B兩個點電荷中的一個處于平衡，另一個必然也平衡。由，F(xiàn)、k、相同，而且必須是正電荷。所以

25、C點處引入的點電荷.例11：由B的共點力平衡圖知，而，可知，故選項BD正確.例12：對小球A受力分析得： 例13：由于電場力做功與路徑無關(guān)，移動兩電荷的過程可等效為-假設(shè)兩電荷未用一絕緣剛性桿相連，但彼此絕緣放在一起，首先將兩電荷同時移動到題中負(fù)電荷的位置，在此過程中電場力對正負(fù)電荷分別做了等量的正功和負(fù)功，其總功；然后保持負(fù)電荷不動，將正電荷沿電場線移動到題中的位置，在勻強電場中的功為，因此整個移動過程中電場力的總功為故選A例14：（1）兩球距離最遠(yuǎn)時它們的電勢能最大，而兩球速度相等時距離最遠(yuǎn)。設(shè)此時速度為V，兩球相互作用過程中總動量守恒，由動量守恒定律得：，解得.（2）由于只有電場力做功，電勢能和動能間可以相互轉(zhuǎn)化，電勢能與動能的總和保持不變。所以電勢能增加最多為：例15:（1）由于只有重力和電場力做功，所以重力勢能、電勢能與動能的總和保持不變。即D選項正確。（2）質(zhì)點受重力mg、庫侖力F、支持力N作用，因為重力沿斜面向下的分力是恒定不變的，而庫侖力F在不斷變化，且F沿斜面方向的分力也在不斷變化，故質(zhì)點所受合力在不斷變化，所以加速度也在不斷變化，選項D正確。（3）由幾何知識知B、C、D三點在以O(shè)為圓心的同一圓周上，是O點處點電荷Q產(chǎn)生的電場中的等勢點，所以q由D到C的過程中電場力做功為