高二物理习题课一 电场的力的性质

高考物理总复习7.1电场力的性质针对训练含解析新人教版7.1 电场力的性质1．如图7－1－21所示，在光滑、绝缘的水平面上，沿一直线依次排列三个带电小球A 、B 、C (可视为质点). 若它们恰能处于平衡状态，那么这三个小球所带的电荷量及电性的关系，下面的情况可能的是( )图7－1－21A ．－9、4、－36 B.4、9、36C ．－3、2、8D ．－3、－2、6解析：根据电场力方向可确定各小球的电性，从而得出“两同夹一异”，因此B 、C 、D 均错误；同时根据库仑定律来确定电场力的大小，并由平衡条件来确定各自电量的大小，可知A 正确．答案：A2．在光滑的绝缘水平面上，有两个质量均为m 、带电荷量分别为＋q 和－q 的甲、乙两个小球，在力F 的作用下做匀加速直线运动，则甲、乙两球之间的距离r 为( )图7－1－22A.q kFB ．q 2kFC ．2qkF D ．2q F k解析：选甲、乙整体为研究对象，由牛顿第二定律得，加速度a ＝F2m.选乙为研究对象，由牛顿第二定律得，kq 2r2＝ma ，联立得r ＝q2kF，选项B 正确．答案：B图7－1－233．(多选)如图7－1－23所示，把A 、B 两个相同的导电小球分别用长为0.10 m 的绝缘细线悬挂于O A 和O B 两点．用丝绸摩擦过的玻璃棒与A 球接触，棒移开后将悬点O B 移到O A 点固定．两球接触后分开，平衡时距离为 0.12 m ．已测得每个小球质量是8.0×10－4kg ，带电小球可视为点电荷，重力加速度g ＝10 m/s 2，静电力常量k ＝9.0×109 N ·m 2/C 2，则( )A ．两球所带电荷量相等B ．A 球所受的静电力为1.0×10－2NC ．B 球所带的电荷量为46×10－8C D ．A 、B 两球连线中点处的电场强度为0解析：两相同的小球接触后电量均分，故两球所带电荷量相等，选项A 正确；对A 球受力分析，由几何关系，两球分开后，悬线与竖直方向的夹角为37°，根据平行四边形定则可得：F ＝mg tan37°＝8.0×10－4×10×0.75 N ＝6.0×10－3N ，选项B 错误；根据库仑定律：F ＝k q A q B l 2＝k q 2B l 2 ，解得q B ＝Fl 2k ＝ 6.0×10－3×0.1229×109C ＝46×10－8C ，选项C 正确；A 、B 带等量的同种电荷，故在A 、B 两球连线中点处的电场强度为0，选项D 正确．答案：ACD4．(2019年河南六市第一次联考)库仑定律是电学中被发现的第一个定量规律，它的发现受到万有引力定律的启发．实际问题中有时需要同时考虑万有引力和库仑力．现有一质量分布均匀的星球带有大量负电荷且电荷也均匀分布，将一个带电微粒在离该星球表面一定高度处无初速度释放，发现微粒恰好能静止．若给微粒一个如图7－1－24所示的初速度，不计阻力作用，则下列说法正确的是( )图7－1－24A ．微粒将做圆周运动B ．微粒将做平抛运动C ．微粒将做匀速直线运动D ．微粒将做匀变速直线运动解析：微粒处于悬浮状态，受力平衡，说明库仑力和万有引力大小相等、方向相反，由于库仑力与万有引力的大小都是与距离的平方成反比，所以改变微粒的高度对库仑力和万有引力的二力平衡没有影响，微粒将做匀速直线运动，C 正确，A 、B 、D 错误．答案：C5．直角坐标系xOy 中，M 、N 两点位于x 轴上，G 、H 两点坐标如图7－1－25所示．M 、N 两点各固定一负点电荷，一电量为Q 的正点电荷置于O 点时，G 点处的电场强度恰好为零．静电力常量用k 表示．若将该正点电荷移到G 点，则H 点处场强的大小和方向分别为( )图7－1－25A.3kQ4a2，沿y 轴正向 B.3kQ4a2，沿y 轴负向 C.5kQ4a2，沿y 轴正向D.5kQ4a2，沿y 轴负向 解析：处于O 点的正点电荷在G 点处产生的场强E 1＝k Q a2，方向沿y 轴负向；又因为G点处场强为零，所以M 、N 处两负点电荷在G 点共同产生的场强E 2＝E 1＝k Q a2，方向沿y 轴正向；根据对称性，M 、N 处两负点电荷在H 点共同产生的场强E 3＝E 2＝k Q a2，方向沿y 轴负向；将该正点电荷移到G 处，该正点电荷在H点产生的场强E 4＝k Q （2a ）2，方向沿y 轴正向，所以H 点的场强E ＝E 3－E 4＝3kQ4a2，方向沿y 轴负向．答案：B6．(2019年齐齐哈尔实验中学检测)(多选)在光滑的绝缘水平面上，有一个正三角形abc ，顶点a 、b 、c 处分别固定一个正点电荷，电荷量相等，如图7－1－26所示，D 点为正三角形外接圆的圆心，E 、G 、H 点分别为ab 、ac 、bc 的中点，F 点和E 点关于c 点对称，则下列说法中正确的是( )图7－1－26A ．D 点的电场强度为零，电势可能为零B ．E 、F 两点的电场强度等大反向，电势相等C ．E 、G 、H 三点的电场强度和电势均相同D ．若释放c 处点电荷，c 处点电荷将一直做加速运动(不计空气阻力)解析：D 点到a 、b 、c 三点的距离相等，故三个点电荷在D 点的场强大小相同，且夹角互为120°，故D 点的场强为零．因为电势是一个相对性的概念即零电势的选取是任意的，故D 点电势可能为零，故A 正确；由于a 、b 处点电荷在E 点的场强大小相等方向相反，故E 点的场强仅由c 处点电荷决定，故场强方向向左，而c 处点电荷在E 、F 位置的场强大小相同方向相反，但a 、b 处点电荷在F 点的场强矢量和不为零，故E 、F 两点的电场强度大小不同，方向相反，故B 错误；E 、G 、H 三点分别为ab 、ac 、bc 的中点，故E 的场强仅由c 处点电荷决定，同理G 点的场强仅由b 处点电荷决定，H 点的场强仅由a 处点电荷决定，故三点的场强大小相同，但方向不同，故C 错误；若释放c 处点电荷，则a 、b 在c 点的合场强水平向右，故a 、b 始终对c 有斥力作用，故c 处点电荷将一直做加速运动，故D 正确．答案：AD。

第1讲电场的力的性质知识要点一、点电荷、电荷守恒定律1.点电荷有一定的电荷量，忽略带电体形状和大小的一种理想化模型。

2.元电荷：e＝1.60×10－19 C，所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍。

3.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)三种起电方式：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。

二、库仑定律1.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，与它们距离的二次方成反比。

作用力的方向在它们的连线上。

2.表达式：F＝k q1q2r，式中k＝9.0×109 N·m2/C2，叫静电力常量。

3.适用条件：真空中的点电荷。

三、电场、电场强度1.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。

2.电场强度(1)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。

(2)定义式：E＝Fq；单位：N/C或V/m。

(3)矢量性：规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点电场强度的方向。

3.点电荷的电场：真空中距场源电荷Q为r处的场强大小为E＝k Q r2。

四、电场线1.电场线：在电场中画出的一些曲线，曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致，曲线的疏密表示电场的强弱。

电场线不是实际存在的线，而是为了描述电场而假想的线。

2.电场线的特点(1)电场线从正电荷或无限远处出发，终止于负电荷或无限远处。

(2)电场线不相交。

(3)在同一电场里，电场线越密的地方电场强度越大。

基础诊断1.静电现象在自然界中普遍存在，我国早在西汉末年已有对静电现象的记载，《春秋纬·考异邮》中有“玳瑁吸”之说，但下列不属于静电现象的是()A.梳过头发的塑料梳子吸起纸屑B.带电小球移至不带电金属球附近，两者相互吸引C.小线圈接近通电线圈过程中，小线圈中产生电流D.从干燥的地毯上走过，手碰到金属把手时有被电击的感觉2.电场中有一点P，下列说法正确的是()A.若放在P点的电荷的电荷量减半，则P点的场强减半B.若P点没有检验电荷，则P点场强为零C.P点场强越大，则同一电荷在P点所受静电力越大D.P点的场强方向为试探电荷在该点的受力方向3.如图1所示，两个分别带有电荷量－Q和＋3Q的相同金属小球(均可视为点电荷)，固定在相距为r的两处，它们之间的库仑力大小为F。

习题课：电场力的性质[学习目标]1.会分析两等量同种电荷和两等量异种电荷的电场分布.2.会由粒子的运动轨迹分析带电粒子的受力方向和所在处的电场方向.3.会解答库仑力作用下带电体的平衡问题和加速问题.一、电场力作用下的平衡1.共点力的平衡条件：物体不受力或所受外力的合力为零.2.处理平衡问题常用的数学知识和方法有直角三角形、相似三角形和正交分解法.3.选取研究对象时，要注意整体法和隔离法的灵活运用.例1 如图1所示，带电荷量分别为＋q 和＋4q 的两点电荷A 、B ，相距L ，问：图1(1)假设A 、B 固定，在何处放置点电荷C ，才能使C 处于平衡状态？(2)在(1)中的情形下，C 的电荷量和电性对C 的平衡有影响吗？(3)假设A 、B 不固定，在何处放一个什么性质的点电荷，才可以使三个点电荷都处于平衡状态？答案 见解析解析 (1)由平衡条件，对C 进展受力分析，C 应在AB 的连线上且在A 、B 之间，设与A 相距r ，如此k ·q ·q C r 2＝k ·4q ·q C (L －r )2 解得：r ＝L 3(2)电荷量的大小和电性对平衡无影响，距离A 为L 3处，A 、B 的合场强为0. (3)假设将C 放在A 、B 电荷两边，A 、B 对C 同为向右(或向左)的力，C 都不能平衡；假设将C 放在A 、B 之间，C 为正电荷，如此A 、B 都不能平衡，所以C 为负电荷.设放置的点电荷的电荷量为Q ，与A 相距r 1，分别对A 、B 受力分析，根据平衡条件对电荷A ：有k ·4q ·q L 2＝kQ ·q r 21对电荷B ：有k ·4q ·q L 2＝kQ ·4q (L －r 1)2 联立可得：r 1＝L 3，Q ＝49q (负电荷) 即应在AB 连线上且在A 的右边，距A 点电荷L 3处放置一个电荷量为49q 的负电荷.1.同一直线上的三个自由点电荷都处于平衡状态时，每个电荷受到的合力均为零，根据平衡方程可得，电荷间的关系为：“两同夹异〞、“两大夹小〞、“近小远大〞.2.对于三个自由电荷的平衡问题，只需对其中两个电荷列平衡方程，不必对第三个电荷列平衡方程.例2 如图2所示，真空中两个一样的小球带有等量同种电荷，质量均为m ，分别用绝缘细线悬挂于绝缘天花板上同一点，平衡时，B 球偏离竖直方向θ角，A 球竖直且与墙壁接触，此时A 、B 两球位于同一高度且相距L .求：图2(1)每个小球带的电荷量q ；(2)B 球所受绳的拉力T ；(3)墙壁对A 球的弹力N .答案 (1)L mg tan θk (2)mg cos θ(3)mg tan θ 解析 (1)对B 球受力分析如下列图：B 球受三个力且处于平衡状态，其中重力与库仑力的合力大小等于绳子拉力的大小，方向与绳子拉力方向相反，由图可知：F ＝mg tan θ＝kq 2L2，① 解得：q ＝L mg tan θk(2)由B 球的受力分析知，T ＝mg cos θ. ②(3)分析A 球的受力情况知N ＝F ＝k q 2L2③ 结合①得N ＝mg tan θ.二、两等量点电荷周围的电场(1)等量同号点电荷的电场(电场线分布如图3)：①两点电荷连线上，中点O 处场强为零，向两侧场强逐渐增大.②两点电荷连线中垂线上由中点O 到无限远，场强先变大后变小.(2)等量异号点电荷的电场(电场线分布如图4)：①两点电荷连线上，沿电场线方向场强先变小再变大，中点处场强最小.②两点电荷连线的中垂线上电场强度方向都一样，总与中垂线垂直且指向负点电荷一侧.沿中垂线从中点到无限远处，场强一直减小，中点处场强最大.图3 图4例3 两个带等量正电荷的点电荷，O 点为两电荷连线的中点，a 点在连线的中垂线上，假设在a 点由静止释放一个电子，如图5所示，关于电子的运动，如下说法正确的答案是()图5A.电子在从a 向O 运动的过程中，加速度越来越大，速度越来越大B.电子在从a 向O 运动的过程中，加速度越来越小，速度越来越大C.电子运动到O 时，加速度为零，速度最大D.电子通过O 后，速度越来越小，加速度越来越大，一直到速度为零答案 C解析 带等量正电荷的两点电荷连线的中垂线上，中点O 处的场强为零，向中垂线的两边先变大，达到一个最大值后，再逐渐减小到零.但a 点与最大场强点的位置关系不能确定，当a 点在最大场强点的上方时，电子在从a 点向O 点运动的过程中，加速度先增大后减小；当a 点在最大场强点的下方时，电子的加速度如此一直减小，故A 、B 错误；但不论a 点的位置如何，电子在向O 点运动的过程中，都在做加速运动，所以电子的速度一直增加，当达到O 点时，加速度为零，速度达到最大值，C 正确；通过O 点后，电子的运动方向与场强的方向一样，与所受电场力方向相反，故电子做减速运动，由能量守恒定律得，当电子运动到与a 点关于O 点对称的b 点时，电子的速度为零.同样因b 点与最大场强的位置关系不能确定，故加速度大小的变化不能确定，D 错误.针对训练 如图6所示为两个固定在同一水平面上的点电荷，距离为d ，电荷量分别为＋Q 和－Q .在它们的水平中垂线上固定一根长为L 、内壁光滑的绝缘细管，有一电荷量为＋q 的小球以初速度v 0从管口射入，如此小球()图6A.速度先增大后减小B.受到的库仑力先做负功后做正功C.受到的库仑力最大值为8k d2 D.管壁对小球的弹力最大值为4k d2 答案 C解析 由等量的异种电荷形成的电场特点，根据小球的受力情况可知在细管内运动时，合力为重力，小球速度一直增大，A 错误；库仑力水平向右，不做功，B 错误；在连线中点处库仑力最大，F ＝k ⎝ ⎛⎭⎪⎫d 22＋k ⎝ ⎛⎭⎪⎫d 22＝8k d 2，C 正确；管壁对小球的弹力与库仑力是平衡力，所以最大值为8k d2，D 错误. 三、电场线与带电粒子运动轨迹的综合分析例4 如图7所示，实线为不知方向的三条电场线，从电场中M 点以一样速度垂直于电场线方向飞出a 、b 两个带电粒子，仅在电场力作用下的运动轨迹如图中虚线所示.如此()图7A.a 一定带正电，b 一定带负电B.a 的速度将减小，b 的速度将增加C.a 的加速度将减小，b 的加速度将增加D.两个粒子的动能，一个增大一个减小答案 C解析 带电粒子做曲线运动，所受力的方向指向轨迹的内侧，由于电场线的方向未知，所以粒子带电性质不确定，故A 错误；从图中轨迹变化来看，速度与力方向的夹角小于90°，所以电场力都做正功，动能都增大，速度都增大，故B 、D 错误.电场线密的地方电场强度大，电场线疏的地方电场强度小，所以a 受力减小，加速度减小，b 受力增大，加速度增大，故C 正确.1.合力方向与速度方向：合力指向轨迹曲线的内侧，速度方向沿轨迹的切线方向.2.分析方法：由轨迹的弯曲情况结合电场线确定电场力的方向；由电场力和电场线的方向可判断电荷的正负；由电场线的疏密程度可确定电场力的大小，再根据牛顿第二定律F ＝ma 可判断电荷加速度的大小.四、电场中的动力学问题例5 如图8所示，光滑斜面(足够长)倾角为37°，一带正电的小物块质量为m ，电荷量为q ，置于斜面上，当沿水平方向加如下列图的匀强电场时，带电小物块恰好静止在斜面上，从某时刻开始，电场强度变化为原来的12，(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g ＝10m/s 2)求：图8(1)原来的电场强度；(2)小物块运动的加速度；(3)小物块2s 末的速度和2s 内的位移.答案 (1)3mg 4q(2)3m/s 2，方向沿斜面向下 (3)6m/s6m解析 (1)对小物块受力分析如下列图，小物块静止于斜面上，如此mg sin37°＝qE cos37°，E ＝mg ta n37°q ＝3mg 4q. (2)当场强变为原来的12时，小物块受到的合外力F 合＝mg sin37°－12qE cos37°＝0.3mg ，又F 合＝ma ，所以a ＝3m/s 2，方向沿斜面向下.(3)由运动学公式v ＝at ＝3×2m/s ＝6 m/sx ＝12at 2＝12×3×22m ＝6m.1.(多项选择)如图9所示，质量分别为m 1、m 2，电荷量分别为q 1、q 2的两小球，分别用绝缘轻丝线悬挂起来，两丝线与竖直方向的夹角分别为α和β(α＞β)，两小球恰在同一水平线上，那么()图9A.两球一定带异种电荷B.q 1一定大于q 2C.m 1一定小于m 2D.m 1所受的库仑力一定大于m 2所受的库仑力答案 AC解析 由于两带电小球相互吸引，所以一定带异种电荷，选项A 正确.根据平衡条件可得两球之间的库仑力F ＝m 1g tan α＝m 2g tan β，因α＞β，所以m 1g ＜m 2g ，即m 1＜m 2，选项C 正确.2.如图10所示，光滑绝缘水平面上有三个带电小球A、B、C(可视为点电荷)，三小球在一条直线上均处于静止状态，如此以下判断正确的答案是()图10A.A对B的电场力一定是引力B.A对B的电场力可能是斥力C.A的电荷量可能比B少D.C的电荷量一定比B少答案 A解析三小球在一条直线上处于静止状态，如此A、C一定是同种电荷，A、B一定是异种电荷，即“两同夹异〞，另外，A和C的电荷量一定大于B的电荷量，即“两大夹小〞，选项A正确.3.(多项选择)如图11所示，带箭头的线表示某一电场中的电场线的分布情况.一带电粒子在电场中运动的轨迹如图中虚线所示.假设不考虑其他力，如此如下判断中正确的答案是()图11A.假设粒子是从A运动到B，如此粒子带正电；假设粒子是从B运动到A，如此粒子带负电B.不论粒子是从A运动到B，还是从B运动到A，粒子必带负电C.假设粒子是从B运动到A，如此其加速度减小D.假设粒子是从B运动到A，如此其速度减小答案BC解析根据做曲线运动的物体所受合外力指向曲线内侧可知粒子所受电场力与电场线的方向相反，所以不论粒子是从A运动到B，还是从B运动到A，粒子必带负电，故A错误，B 正确；电场线密的地方电场强度大，所以粒子在B点受到的电场力大，在B点时的加速度较大.假设粒子是从B运动到A，如此其加速度减小，故C正确；从B到A过程中电场力与速度方向成锐角，即做正功，动能增大，速度增大，故D错误.应当选B、C.一、选择题(1～5题为单项选择题，6～9题为多项选择题)1.两个等量点电荷P、Q在真空中产生的电场线(方向未画出)如图1所示，一电子在A、B 两点所受的电场力分别为F A和F B，如此它们的大小关系为()图1A.F A＝F BB.F A＞F BC.F A＜F BD.无法确定答案 B解析从电场线的疏密判断，A点的电场强度比B点的电场强度大，故E A＞E B.根据电场力F ＝qE知，F A＞F B，故B正确，A、C、D错误.2.如图2所示的电场中，虚线为某带电粒子只在电场力作用下的运动轨迹，a、b、c是轨迹上的三个点，如此()图2A.粒子一定带负电B.粒子一定是从a点运动到b点C.粒子在c点的加速度一定大于在b点的加速度D.粒子在电场中c点的速度一定大于在a点的速度答案 C解析做曲线运动的物体，合力指向运动轨迹的内侧，由此可知，带电粒子受到的电场力的方向为沿着电场线向左，所以粒子带正电，A错；粒子不一定是从a点沿轨迹运动到b点，也可能是从b点沿轨迹运动到a点，B错误；由电场线的分布可知，电场线在c点的受力较大，加速度一定大于在b点的加速度，C正确；粒子从c到a的过程，电场力与速度成锐角，所以粒子做加速运动，在c 点的速度一定小于在a 点的速度，D 错误；应当选C.3.如图3所示，光滑绝缘的水平面上的P 点固定一个带正电的点电荷，在它的右侧N 点由静止开始释放一个也带正电的小球(可视为质点)，以向右为正方向，如下选项中能反映小球运动速度随时间变化规律的是()图3答案 B解析 N 点的小球释放后，受到向右的库仑力作用，开始向右运动，根据库仑定律F ＝k q 1q 2r 2可得，随着两者之间的距离的增大，小球受到的库仑力在减小，根据牛顿第二定律a ＝F m可得，小球做加速度减小的加速直线运动，应当选项B 正确.4.相距为L 的点电荷A 、B 带电荷量分别为＋4q 和－q ，如图4所示，今引入第三个点电荷C ，使三个点电荷都处于平衡状态，如此C 的电荷量和放置的位置是()图4A.－q ，在A 左侧距A 为L 处B.－2q ，在A 左侧距A 为L2处 C.＋4q ，在B 右侧距B 为L 处D.＋2q ，在B 右侧距B 为3L 2处 答案 C解析 A 、B 、C 三个电荷要平衡，必须三个电荷在一条直线上，外侧二个电荷相互排斥，中间电荷吸引外侧两个电荷，所以外侧两个电荷距离大，要平衡中间电荷的引力，必须外侧电荷电量大，中间电荷电量小，所以C 必须带正电，在B 的右侧.设C 所在位置与B 的距离为r ，如此C 所在位置与A 的距离为L ＋r ，要能处于平衡状态，所以A 对C 的电场力大小等于B 对C 的电场力大小，设C 的电量为Q .如此有：k 4q ·Q (L ＋r )2＝k r 2，解得r ＝L .对点电荷A ，其受力也平衡，如此：k 4q ·Q (L ＋r )2＝k 4q ·q L 2，解得：Q ＝4q ，即C 带正电，电荷量为4q ，在B 的右侧距B 为L 处.5.直角坐标系xOy 中，M 、N 两点位于x 轴上，G 、H 两点坐标如图5.M 、N 两点各固定一负点电荷，一电荷量为Q 的正点电荷置于O 点时，G 点处的电场强度恰好为零.静电力常量用k 表示.假设将该正点电荷移到G 点，如此H 点处场强的大小和方向分别为()图5A.3kQ 4a2，沿y 轴正向 B.3kQ 4a 2，沿y 轴负向 C.5kQ 4a2，沿y 轴正向 D.5kQ 4a 2，沿y 轴负向 答案 B解析 因正电荷Q 在O 点时，G 点的场强为零，如此可知两负电荷在G 点形成的电场的合场强与正电荷Q 在G 点产生的场强等大反向，大小为E 合＝k Q a 2；假设将正电荷移到G 点，如此正电荷在H 点的场强为E 1＝k Q (2a )2＝kQ4a2，因两负电荷在G 点的合场强与在H 点的合场强等大反向，如此H 点的合场强为E ＝E 合－E 1＝3kQ 4a2，方向沿y 轴负向，应当选B. 6.如图6所示，金属板带电荷量为＋Q ，质量为m 的金属小球带电荷量为＋q ，当小球静止后，悬挂小球的绝缘细线与竖直方向间的夹角为α，小球与金属板中心O 恰好在同一条水平线上，且距离为L .如下说法正确的答案是()图6A.＋Q 在小球处产生的场强为E 1＝kQ L2 B.＋Q 在小球处产生的场强为E 1＝mg tan αqC.＋q 在O 点产生的场强为E 2＝kq L2 D.＋q 在O 点产生的场强为E 2＝mg tan αQ答案 BC解析 金属板不能看作点电荷，在小球处产生的场强不能用E ＝kQ r2计算，故A 错误；根据小球受力平衡得小球受电场力F ＝mg tan α，由E ＝F q 得：E 1＝mg tan αq，B 正确；小球可看作点电荷，在O 点产生的场强E 2＝kq L2，C 正确；根据牛顿第三定律知金属板受到小球的电场力大小为F ＝mg tan α，但金属板不能看作试探电荷，故不能用E ＝F q求场强，D 错误.应当选B 、C.7.如图7所示，在真空中等量异种点电荷形成的电场中：O 是电荷连线的中点，C 、D 是连线中垂线上关于O 对称的两点，A 、B 是连线延长线上的两点，且到正、负电荷的距离均等于两电荷间距的一半.如此以下结论正确的答案是()图7A.B 、C 两点场强方向相反B.A 、B 两点场强一样C.C 、O 、D 三点比拟，O 点场强最弱D.A 、O 、B 三点比拟，O 点场强最弱答案AB8.如图8所示，a、b两点处分别固定有等量异种点电荷＋Q和－Q，c是线段ab的中点，d 是ac的中点，e是ab的垂直平分线上的一点，将一个正点电荷先后放在d、c、e点，它所受的电场力分别为F d、F c、F e，如此如下说法中正确的答案是()图8A.F d、F c、F e的方向都是水平向右B.F d、F c的方向水平向右，F e的方向竖直向上C.F d＝F c＞F eD.F d＞F c＞F e答案AD解析根据场强叠加原理，等量异种点电荷连线与中垂线上的电场线分布如下列图，d、c、e三点场强方向都是水平向右，正点电荷在各点受电场力方向与场强方向一样，故A 正确，B错误；连线上场强由a到b先减小后增大，中垂线上场强由O到无穷远处逐渐减小，因此O点场强是连线上最小的(但不为0)，是中垂线上最大的，故F d>F c>F e，故C错误，D 正确.9.如图9所示，A、B两点固定两个等量正点电荷，在A、B连线的中点C处放一点电荷(不计重力).假设给该点电荷一个初速度，方向与AB连线垂直，如此该点电荷可能的运动情况为()图9A.往复直线运动B.匀变速直线运动C.加速度不断减小，速度不断增大的直线运动D.加速度先增大后减小，速度不断增大的直线运动答案AD解析假设该点电荷为正电荷，给它初速度，将沿两电荷的中轴线运动，向上运动的过程中，受到电场力的合力先增大后减小，合力方向沿中轴线向上，所以该电荷向上做加速度先增大后减小，速度不断增大的直线运动.假设该电荷为负电荷，受到电场力的合力沿轴线向下，向上做减速运动，当速度为0后，又返回做加速运动，在两点电荷连线以下做减速运动，减到速度为零，又返回做加速运动，所以电荷做往复直线运动.故A、D正确，B、C错误.二、非选择题10.如图10所示，用一条绝缘轻绳悬挂一个带电小球，小球质量为1.0×10－2kg，所带电荷量为＋2.0×10－8C.现加一水平方向的匀强电场，平衡时绝缘绳与竖直线成30°角，绳长L ＝0.2m，求：(重力加速度g的大小取10m/s2)图10(1)这个匀强电场的电场强度大小.(2)突然剪断轻绳，小球做什么运动？加速度大小和方向如何？答案(1)36×107N/C(2)做初速度为0的匀加速直线运动2033m/s2与绳子拉力方向相反解析(1)根据共点力平衡得，qE＝mg tan30°解得E＝36×107N/C.(2)突然剪断轻绳，小球受重力和电场力，初速度为零，做匀加速直线运动.F合＝mgcos30°＝ma,a＝2033m/s2加速度方向与绳子拉力方向相反.11.如图11所示，把一个倾角为θ的绝缘斜面固定在匀强电场中，电场方向水平向右，电场强度大小为E，有一质量为m、带电荷量为＋q的物体，以初速度v0从A端滑上斜面恰好能沿斜面匀速运动，求物体与斜面间的动摩擦因数.图11答案qE cos θ－mg sin θmg cos θ＋qE sin θ解析 物体受力情况如下列图，将各力沿斜面和垂直斜面两个方向进展正交分解，如此沿斜面方向上：f ＋mg sin θ＝qE cos θ① 垂直斜面方向上：mg cos θ＋qE sin θ＝N ② 其中f ＝μN ③由①②③解得：μ＝qE cos θ－mg sin θmg cos θ＋qE sin θ.12.如图12所示，有一水平向左的匀强电场，场强为E ＝1.25×104N/C ，一根长L ＝1.5 m 、与水平方向的夹角θ＝37°的光滑绝缘细直杆MN 固定在电场中，杆的下端M 固定一个带电小球A ，电荷量Q ＝＋4.5×10－6C ；另一带电小球B 穿在杆上可自由滑动，电荷量q ＝＋1.0×10－6C ，质量m ＝1.0×10－2 kg.将小球B 从杆的上端N 静止释放，小球B 开始运动.(静电力常量k ＝9.0×109N·m 2/C 2，取g ＝10m/s 2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)求：图12(1)小球B 开始运动时的加速度为多大？(2)小球B 的速度最大时，与M 端的距离r 为多大？ 答案 (1)3.2m/s 2(2)0.9m解析 (1)如下列图，开始运动时小球B 受重力、库仑力、杆的弹力和电场力，沿杆方向运动，由牛顿第二定律得mg sin θ－k L 2－qE cos θ＝ma .解得：a ＝g sin θ－k L 2m －qE cos θm，代入数据解得：a＝3.2m/s2.(2)小球B速度最大时合力为零，即mg sinθ－kr2－qE cosθ＝0,解得：r＝kmg sinθ－qE cosθ，代入数据解得：r＝0.9m.。

第21课 电场力的性质1．电荷、库仑定律a ．物体带电的方法——摩擦起电、感应起电、接触起电(1)(多选)(经典题，6分)用金属做成一个不带电的圆环，放在干燥的绝缘桌面上。

小明同学用绝缘材料做的笔套与头发摩擦后，将笔套自上向下慢慢靠近圆环，当距离约为0.5 cm 时圆环被吸引到笔套上，如图所示。

对上述现象的判断与分析，下列说法正确的是( )A ．摩擦使笔套带电B ．笔套靠近圆环时，圆环上、下都感应出异号电荷C ．圆环被吸引到笔套的过程中，圆环所受静电力的合力大于圆环的重力D ．笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷立刻被全部中和答案：ABC解析：绝缘材料做的笔套与头发摩擦，摩擦起电，故A 项正确。

笔套靠近圆环时，圆环上、下部分感应出异号电荷，感应起电，故B 项正确。

圆环被吸引向上运动，是因为圆环所受静电力的合力大于圆环的重力，随后距离减小，引力增大，所以整个过程中静电力的合力大于圆环的重力，故C 项正确。

绝缘材料做的笔套，自由电子无法移动，电荷无法立刻被中和，故D 项错误。

b ．相同带电体接触电量平均分配及利用F ＝k q 1q 2r 2求解库仑力 (2)(经典题，3分)三个相同的金属小球1、2、3分别置于绝缘支架上，各球之间的距离远大于小球的直径。

球1的带电量为q ，球2的带电量为nq ，球3不带电且离球1和球2很远，此时球1、2之间作用力的大小为F 。

现使球3先与球2接触，再与球1接触，然后将球3移至远处，此时1、2之间作用力的大小仍为F ，方向不变。

由此可知( )A ．n ＝3B ．n ＝4C ．n ＝5D ．n ＝6答案：D解析：当两个完全相同的带同种电荷的小球接触后，它们的总电荷量将平分；如果两个完全相同的小球带的是异种电荷，那么当它们接触后，它们带的电荷将先中和，之后再将剩余的电荷量平分。

设球1、2间的距离为r ，则球1、2之间库仑力为F ＝k nq 2r 2①。

球3与2接触后，它们带的电量平分，均为nq 2；接着球3与1接触后，它们带的总电量平分，均为nq 2＋q 2＝（n ＋2）q 4。

习题课:电场能的性质的理解与应用合格考达标练1.(2021江苏如皋中学高二月考)在x轴上有两个点电荷q1、q2,其静电场的电势φ在x轴上分布如图所示。

下列说法正确的有()A.q1和q2带有异种电荷B.x1处的电场强度为零C.负电荷从x1移到x2,电势能减小D.负电荷从x1移到x2,受到的电场力增大,电势有正有负,且只有一个极值,说明两个点电荷为异种电荷,A项正确;由E=Δφ可Δx 知,φ-x图像的切线的斜率表示电场强度,因此x1处的电场强度不为零,B项错误;负电荷从x1移到x2的过程中,电势升高,电场强度减小,由E p=qφ,F=qE可知,电势能减小,受到的电场力减小,C项正确,D项错误。

2.等量异种点电荷的连线和中垂线如图所示,现将一个带负电的试探电荷先从图中的a点沿直线移动到b点,再从b点沿直线移动到c点,则试探电荷在此全过程中()A.所受静电力的方向不变B.所受静电力的大小恒定C.电势能一直减小D.电势能不变线是等量异种点电荷电场的等势线,而ab和bc上合电场的电场强度方向都是垂直ab线向下的,试探电荷在a→b→c过程中静电力方向始终竖直向上,A正确;沿ab方向越靠近两点电荷的连线,电场线越密,电场强度越大,所受静电力越大,B错误;从a→b静电力不做功,从b→c静电力做正功,电势能先不变后减小,C、D错误。

3.如图是某种静电矿料分选器的原理示意图,带电矿粉经漏斗落入水平匀强电场后,分落在收集板中央的两侧。

对矿粉分离的过程,下列表述正确的有()A.带正电的矿粉落在右侧B.静电力对矿粉做正功C.带负电的矿粉电势能变大D.带正电的矿粉电势能变大,电场方向水平向左,带正电的矿粉所受静电力方向与电场方向相同,所以落在左侧;带负电的矿粉所受静电力方向与电场方向相反,所以落在右侧,选项A错误。

无论矿粉所带电性如何,矿粉均向所受静电力方向偏转,静电力均做正功,电势能均减少,选项C、D错误,选项B正确。

4.一带电粒子沿图中曲线穿过一匀强电场中的等势面,且四个等势面的电势关系满足φa>φb>φc>φd,若不计粒子所受重力,则()A.粒子一定带正电B.粒子的运动是匀变速运动C.粒子从A点到B点运动的过程中动能先减小后增大D.粒子从A点到B点运动的过程中电势能增大φa>φb>φc>φd,所以电场线垂直于等势面由a指向d,根据电荷运动规律可知其受力由d指向a,即该粒子带负电,从A点到B点的运动过程中,粒子的动能增大,电势能减小。

1A．E a＝3EbB．E a＝高二物理3-1电场：一：电场力的性质一、对应题型题组►题组1电场强度的概念及计算1．下列关于电场强度的两个表达式E＝F/q和E＝kQ/r2的叙述，正确的是()A．E＝F/q是电场强度的定义式，F是放入电场中的电荷所受的力，q是产生电场的电荷的电荷量B．E＝F/q是电场强度的定义式，F是放入电场中电荷所受的电场力，q是放入电场中电荷的电荷量，它适用于任何电场C．E＝kQ/r2是点电荷场强的计算式，Q是产生电场的电荷的电荷量，它不适用于匀强电场q q kqD．从点电荷场强计算式分析库仑定律的表达式F＝k r22，式r22是点电荷q2产生的电场在点电荷q1处的场强大小，而kq1r2是点电荷q1产生的电场在q2处场强的大小2．如图1所示，真空中O点有一点电荷，在它产生的电场中有a、b两点，a点的场强大小为E a，方向与ab连线成60°角，b点的场强大小为E b，方向与ab连线成30°角．关于a、b两点场强大小E a、E b的关系，以下结论正确的是()图1133E b C．E a＝3E b D．E a＝3E b3．如图2甲所示，在x轴上有一个点电荷Q(图中未画出)，O、A、B为轴上三点，放在A、B两点的试探电荷受到的电场力跟试探电荷所带电荷量的关系如图乙所示，则()图2A．A点的电场强度大小为2×103N/C B．B点的电场强度大小为2×103N/CC．点电荷Q在A、B之间D．点电荷Q在A、O之间►题组2电场强度的矢量合成问题4．用电场线能很直观、很方便地比较电场中各点场强的强弱．如图3甲是等量异种点电荷形成电场的电场线，图乙是场中的一些点：O是电荷连线的中点，E、F是连线中垂线上相对O对称的两点，B、C和A、D也相对O对称．则()C.3kq图3A．B、C两点场强大小和方向都相同B．A、D两点场强大小相等，方向相反C．E、O、F三点比较，O点场强最强D．B、O、C三点比较，O点场强最弱5．如图4所示，A、B、C、D、E是半径为r的圆周上等间距的五个点，在这些点上各固定一个点电荷，除A点处的电荷量为－q外，其余各点处的电荷量均为＋q，则圆心O处（）图4kq kqA．场强大小为r2，方向沿OA方向B．场强大小为r2，方向沿AO方向2kq2kqC．场强大小为r2，方向沿OA方向D．场强大小为r2，方向沿AO方向6．图5中边长为a的正三角形ABC的三个顶点分别固定三个点电荷＋q、＋q、－q，则该三角形中心O点处的场强为()图56kq6kqA.a2，方向由C指向OB.a2，方向由O指向Ca2，方向由C指向O D.3kqa2，方向由O指向C7．在电场强度为E的匀强电场中，取O点为圆心，r为半径作一圆周，在O点固定一电荷量为＋Q的点电荷，a、b、c、d为相互垂直的两条直线和圆周的交点．当把一检验电荷＋q放在d点恰好平衡(如图6所示，不计重力)．问：图6(1)匀强电场电场强度E的大小、方向如何？(2)检验电荷＋q放在点c时，受力F c的大小、方向如何？(3)检验电荷＋q放在点b时，受力F b的大小、方向如何？题组3应用动力学和功能观点分析带电体的运动问题8．在真空中上、下两个区域均有竖直向下的匀强电场，其电场线分布如图7所示．有一带负电的微粒，从上边区域沿平行电场线方向以速度v0匀速下落，并进入下边区域(该区域的电场足够广)，在如图所示的速度—时间图象中，符合粒子在电场内运动情况的是(以v0方向为正方向)()图79．一根长为l的丝线吊着一质量为m，带电荷量为q的小球静止在水平向右的匀强电场中，如图所示，丝线与竖直方向成37°角，现突然将该电场方向变为竖直向下且大小不变，不考虑因电场的改变而带来的其他影响(重力加速度为g，cos37°＝0.8，sin37°＝0.6)，求：(1)匀强电场的电场强度的大小；(2)小球经过最低点时丝线的拉力．10．如图所示，将光滑绝缘的细圆管弯成半径为R的半圆形，固定在竖直面内，管口B、C的连线水C ．kD ．k2B ．k 2．如图所示，可视为质点的三物块 A 、B 、C 放在倾角为 30°的固定斜面上，物块与斜面间的动摩擦因数 μ＝ ，A5 平．质量为 m 的带正电小球从 B 点正上方的 A 点自由下落，A 、B 两点间距离为 4R .从小球(小球直径小于细圆管直径)进入管口开始，整个空间中突然加上一个斜向左上方的匀强电场，小球所受电场力在竖直方向上的分力方向向上，大小与重力相等，结果小球从管口 C 处离开圆管后，又能经过 A 点．设小球运动过程中电荷量没有改变，重力加速度为 g ，求：(1)小球到达 B 点时的速度大小；(2)小球受到的电场力大小；(3)小球经过管口 C 处时对圆管壁的压力．二、高考模拟题组高考题组1．(2013·全国新课标Ⅰ·15)如图，一半径为 R 的圆盘上均匀分布着电荷量为 Q 的电荷，在垂直于圆盘且过圆心 c 的轴线上有 a 、b 、d 三个点，a 和 b 、b 和 c 、 c 和 d 间的距离均为 R ，在 a 点处有一电荷量为 q (q >0)的固定点电荷．已知 b 点处的场强为零，则 d 点处场强的大小为(k 为静电力常量)()3q10qA ．kR 9R 2Q ＋q 9Q ＋q R 2 9R 2模拟题组2 345与 B 紧靠在一起，C 紧靠在固定挡板上，三物块的质量分别为 m A ＝0.60 k g ，m B ＝0.30 kg ，m C ＝0.50 kg ，其中 A 不带电，B 、C 均带正电，且 q C ＝1.0×10－ C ，开始时三个物块均能保持静止且与斜面间均无摩擦力作用，B 、C 间相距 L ＝1.0 m ．现给 A 施加一平行于斜面向上的力 F ，使 A 在斜面上做加速度 a ＝1.0 m/s 2 的匀加速直线运动，假定斜面足够长．已知静电力常量 k ＝9.0×109 N·m 2/C 2，g ＝10 m/s 2.求：(1)B 物块的带电量 q B ；(2)A 、B 运动多长距离后开始分离．5C3．如图所示，绝缘光滑水平轨道A B的B端与处于竖直平面内的四分之一圆弧形粗糙绝缘轨道BC平滑连接，圆弧的半径R＝0.40m．在轨道所在空间存在水平向右的匀强电场，电场强度E＝1.0×104N/C.现有一质量m＝0.10kg 的带电体(可视为质点)放在水平轨道上与B端距离s＝1.0m的位置，由于受到电场力的作用带电体由静止开始运动，当运动到圆弧形轨道的C端时，速度恰好为零．已知带电体所带电荷量q＝8.0×10－C，求：(1)带电体运动到圆弧形轨道的B端时对圆弧轨道的压力；(2)带电体沿圆弧形轨道从B端运动到C端的过程中，摩擦力做的功．二、电场能的性质一、对应题型题组题组1对电势、电势差、等势面、电势能的理解1．如图1所示，a、b、c为电场中同一条电场线上的三点，其中c为ab的中点．已知a、b两点的电势分别为φa＝3V，φb＝9V，则下列叙述正确的是()图1A．该电场在c点处的电势一定为6V B．a点处的场强E a一定小于b点处的场强E bC．正电荷从a点运动到b点的过程中电势能一定增大D．正电荷只受电场力作用从a点运动到b点的过程中动能一定增大2．一带正电粒子仅在电场力作用下从A点经B、运动到D点，其v－t图象如图2所示，则下列说法中正确的是()图2A．A处的电场强度一定大于B处的电场强度B．粒子在A处的电势能一定大于在B处的电势能C．CD间各点电场强度和电势都为零D．A、B两点的电势差大于CB两点间的电势差3．如图3所示，在某电场中画出了三条电场线，C点是A、B连线的中点．已知A点的电势φA＝30V，B点的电势φB＝－10V，则C点的电势()图3A．φ＝10V B．φC>10VC<10V D．上述选项都不正确C．φC题组2对电场力做功与电势能变化关系的考查4．如图4所示，将带正电的甲球放在不带电的乙球左侧，两球在空间形成了稳定的静电场，实线为电场线，虚线为等势线．A、B两点与两球球心连线位于同一直线上，C、D两点关于直线AB对称，则()图4A．A点和B点的电势相同B．C点和D点的电场强度相同C．正电荷从A点移至B点，电场力做正功D．负电荷从C点移至D点，电势能增大5．如图5所示，有四个等量异种电荷，放在正方形的四个顶点处．A、B、C、D为正方形四个边的中点，O为正方形的中心，下列说法中正确的是()图5A．A、B、C、D四个点的电场强度相同B．O点电场强度等于零C．将一带正电的试探电荷匀速从B点沿直线移动到D点，电场力做功为零D．将一带正电的试探电荷匀速从A点沿直线移动到C点，试探电荷具有的电势能增大6．如图6所示，在等量异种电荷形成的电场中，画一正方形ABCD，对角线AC与两点电荷连线重合，两对角线交点O恰为电荷连线的中点．下列说法中正确的是()图6A．A点的电场强度等于B点的电场强度R ，A 、B 为圆水平直径的两个端点，AC 为 圆弧．一个质量为 m ，电荷量为－q 的带电小球，从 A 点正上方高为3 B ．B 、D 两点的电场强度及电势均相同C ．一电子由 B 点沿 B →C →D 路径移至 D 点，电势能先增大后减小D ．一电子由 C 点沿 C →O →A 路径移至 A 点，电场力对其先做负功后做正功►题组 3 关于粒子在电场中运动问题的分析7．如图 7 所示，实线表示电场线，虚线表示只受电场力作用的带电粒子的运动轨迹．粒子先经过 M 点，再经过 N 点．可以判定()图 7A ．粒子在 M 点受到的电场力大于在 N 点受到的电场力B ．M 点的电势高于 N 点的电势C ．粒子带正电D ．粒子在 M 点的动能大于在 N 点的动能8．如图 8 所示，虚线 a 、b 、c 代表电场中的三个等势面，相邻等势面之间的电势差相等，即 U ab ＝U bc ，实线为一带正电的质点仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，P 、Q 是这条轨迹上的两点，据此可知()图 8A ．三个等势面中，a 的电势最高B ．带电质点通过 P 点时电势能较大C ．带电质点通过 P 点时的动能较大D ．带电质点通过 P 点时的加速度较大►题组 4 关于电场中功能关系的应用9．如图 9 所示，MPQO 为有界的竖直向下的匀强电场，电场强度为 E ，ACB 为光滑固定的半圆形轨道，轨道半径为14H 处由静止释放，并从 A 点沿切线进入半圆轨道．不计空气阻力及一切能量损失，关于带电小球的运动情况，下列说法正确的是()图 9A ．小球一定能从B 点离开轨道B ．小球在 AC 部分可能做匀速圆周运动C ．若小球能从 B 点离开，上升的高度一定小于 HD ．小球到达 C 点的速度可能为零10．如图 10 所示，在绝缘光滑水平面的上方存在着水平方向的匀强电场．现有一个质量 m ＝2.0×10－ k g 、电荷量 q6(线是以＋Q所在点为圆心、为半径的圆，a、b、c、d是圆上的四个点，其中a、c两点在＝2.0×10－C的带正电的物体(可视为质点)，从O点开始以一定的水平初速度向右做直线运动，其位移随时间的变化规律为x＝6.0t－10t2，式中x的单位为m，t的单位为s.不计空气阻力，取g＝10m/s2.求：图10(1)匀强电场的场强大小和方向．(2)带电物体在0～0.5s内电势能的变化量．11．如图11所示，在足够长的光滑绝缘水平直线轨道上方的P点，固定一电荷量为＋Q的点电荷．一质量为m、带电荷量为＋q的物块(可视为质点)，从轨道上的A点以初速度v0沿轨道向右运动，当运动到P点正下方B点时速度为v.已知点电荷产生的电场在A点的电势为φ取无穷远处电势为零)，P到物块的重心竖直距离为h，P、A连线与水平轨道的夹角为60°，试求：图11(1)物块在A点时受到轨道的支持力大小；(2)点电荷＋Q产生的电场在B点的电势．二高考模拟题组高考题组1．(2013·山东·19)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L2x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2．(2013·天津·6)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点由静止释放，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点时电势能为零模拟题组3．如图14所示，A、B为两个等量正点电荷，O为A、B连线的中点．以O为坐标原点、垂直AB向右为正方向建立Ox轴．在x轴上各点的电势φ(取无穷远处电势为零)和电场强度E的大小随坐标x的变化关系，下列说法正确的是()图14A．电势φ随坐标x的增大而减小B．电势φ随坐标x的增大而先增大后减小C．电场强度E的大小随坐标x的增大而减小D．电场强度E的大小随坐标x的增大先增大后减小4．有一个大塑料圆环固定在水平面上，以圆环圆心为坐标原点建立平面直角坐标系．其上面套有两个带电小环1和小环2，小环2固定在半圆环ACB上某点(图中未画出)，小环1原来在A点．现让小环1逆时针从A点转到B点(如图15a)，在该过程中坐标原点O处的电场强度沿x轴方向的分量E x随θ变化的情况如图b所示，沿y轴方向的分量E y随θ变化的情况如图c所示，则下列说法正确的是()图15A．小环2可能在A、C间的某点B．小环1带负电，小环2带正电C．小环1在转动过程中，电势能先减小后增大D．坐标原点O处的电势一直为零1 答案 BCD 解析公式 E ＝F /q 是电场强度的定义式，适用于任何电场． E ＝kQ r E b r a 1 2 3 答案 AC 解析 对于电场中任意一点而言，放在该处的试探电荷的电荷量 q 不同，其受到的电场力 F 的大小也不同，但比值 是6 答案 B 解析 每个点电荷在 O 点处的场强大小都是 E ＝ kq ＝ a 2 ，画出＝6kq，方向由 O 指向 C .B 项正确．(2) 2k Qq方向与 ac 成 45°角斜向左下一、电场力的性质 参考答案r 2是点电荷场强的计算公式，只适用于点电荷电场，qq kq库仑定律公式 F ＝k 12 2可以看成 q 1 在 q 2 处产生的电场强度 E 1＝ r 21对 q 2 的作用力，故 A 错误，B 、C 、D 正确．2 答案 D 解析 由题图可知，r b ＝ 3r a ，再由 E ＝ kQ E r 23 r 2 可知， a ＝ b ＝ ，故 D 正确．Fq相同的，即该处的电场强度不变．所以 F －q 图象是一条过原点的直线，斜率越大则场强越大．由题图可知 A 点的电场强度 E A＝2×103N/C ，B 点的电场强度 E B ＝0.5×103 N/C ，A 正确，B 错误．A 、B 两点放正、负不同的电荷，受力方向总为正，说明 A 、B 的场强方向相反，点电荷 Q 只能在 A 、B 之间，C 正确．4 答案 ACD 解析 由等量异种点电荷的电场线分布规律可知选项 A 、C 、D 正确，B 错误．5 答案 C 解析 在 A 处放一个－q 的点电荷与在 A 处同时放一个＋q 和－2q 的点电荷的效果相当，因此可以认为圆心 O 处的电场是由五个＋q 和一个－2q 的点电荷产生的电场合成的，五个＋q 处于对称位置上，在圆心 O 处产生的合场强为 0，所以 O 点的场强相当于－2q 在 O 处产生的场强，故选 C.3kq ( 3a /3)2矢量叠加的示意图，如图所示，由图可得 O 点处的合场强为 E 0＝2Ea 2Q7 答案 (1)k r 2 方向沿 db 方向r 2Qq(3)2k r 2 方向沿 db 方向解析 (1)对检验电荷受力分析如图所示，由题意可知：QqF 1＝k r 2 ，F 2＝qEQq由 F 1＝F 2，即 qE ＝k r 2 ，Q解得 E ＝k r 2，匀强电场方向沿 db 方向．(2)由图知，检验电荷放在 c 点时：E c ＝ E 21＋E 2＝ 2E ＝ 2k Qr 2Qq所以 F c ＝qE c ＝ 2k r 2方向与 ac 成 45°角斜向左下． (3)由图知，检验电荷放在 b 点时：Q E b ＝E 2＋E ＝2E ＝2k r 2Qq所以 F b ＝qE b ＝2k r 2 ，9 答案 (1) (2) mg(mg ＋qE )l (1－cos 37°)＝ m v 220 22 2xxy，解得：F N ＝3mg2R 2 ，方向水平向右，所以 d 处的合场强的大小 E ＝E d ′＋E d ＝k9R 2 9R 2 方向沿 db 方向．8 答案 C3mg 494q 20解析 (1)电场未变化前，小球静止在电场中，受力分析如图所示：显然小球带正电，由平衡条件得：mg tan 37°＝Eq故 E ＝3mg4q(2)电场方向变成竖直向下后，小球开始做圆周运动，重力、电场力对小球做正功．小球由静止位置运动到最低点时，由动能定理得12由圆周运动知识，在最低点时，v 2F 向＝F T －(mg ＋qE )＝m l联立以上各式，解得：F T＝49mg .10 答案 (1) 8gR (2) 2mg (3)3mg ，方向水平向右解析 (1)小球从开始自由下落至到达管口 B 的过程中机械能守恒，故有：1mg ·4R ＝2m v B到达 B 点时速度大小为 v B ＝ 8gR1 1 (2)设电场力的竖直分力为 F y ，水平分力为 F x ，则 F y ＝mg ，小球从 B 运动到 C 的过程中，由动能定理得：－F x ·2R ＝2m v C －2m v B1 F小球从管口 C 处离开圆管后，做类平抛运动，由于经过 A 点，有 y ＝4R ＝v C t ，x ＝2R ＝2a x t 2＝2m t 2联立解得：F x ＝mg电场力的大小为：F ＝qE ＝ F 2＋F 2＝ 2mg(3)小球经过管口 C 处时，向心力由 F x 和圆管的弹力 F N 的合力提供，设弹力 F N 的方向向左，则 F x ＋F N ＝根据牛顿第三定律可知，小球经过管口 C 处时对圆管的压力为 F N ′＝F N ＝3mg ，方向水平向右． 二高考模拟题m v CR1 答案 B 解析 电荷 q 产生的电场在 b 处的场强 E b ＝kq，方向水平向右，由于 b 点的合场强为零，故圆盘上的电荷产生的电场在b 处的场强 E b ′＝E b ，方向水平向左，故 Q ＞0.由于 b 、d 关于圆盘对称，故 Q 产生的电场在 d 处的场强 E d ′＝E b ′＝ kqR 2 ，方向水平向右，电荷 q 产生的电场在 d 处的场强 E d ＝ kq kq 10q＝ . (3R )22 答案 (1)5.0×10－5 C(2)0.5 m解析 (1)设 B 物块的带电量为 q B ，A 、B 、C 处于静止状态时，C 对 B 的库仑斥力，F 0＝ kq C q BL 2解得 a ＝qE＝8.0 m/s 2设带电体运动到圆轨道 B 端时受轨道的支持力为 F N ，根据牛顿第二定律有 F N －mg ＝ R解得 F N ＝mg ＋m v 2B＝5.0 NL 2 2 22 答案 AB 解析 由题图知粒子在 A 处的加速度大于在 B 处的加速度，因 a ＝qE联立解得 q B ＝5.0×10－5 C(2)给 A 施加力 F 后，A 、B 沿斜面向上做匀加速直线运动，C 对 B 的库仑斥力逐渐减小，A 、B 之间的弹力也逐渐减小．设经过时间t ，B 、C 间距离变为 L ′，A 、B 两者间弹力减小到零，此后两者分离．则 t 时刻 C 对 B 的库仑斥力为 F 0′＝kq C q B L ′2以 B 为研究对象，由牛顿第二定律有F 0′－m B g sin 30°－μm B g cos 30°＝m B a联立以上各式解得 L ′＝1.5 m则 A 、B 分离时，A 、B 运动的距离 Δ ＝L ′－L ＝0.5 m 3 答案 (1)5.0 N ，方向竖直向下(2)－0.72 J解析 (1)设带电体在水平轨道上运动的加速度大小为 a 根据牛顿第二定律有 qE ＝mam设带电体运动到 B 端的速度大小为 v B ，则 v B ＝2as解得 v B ＝ 2as ＝4.0 m/sm v BR根据牛顿第三定律可知，带电体运动到圆弧形轨道的 B 端时对圆弧轨迹的压力大小 F N ′＝F N ＝5.0 N 方向：竖直向下(2)因电场力做功与路径无关，所以带电体沿圆弧形轨道运动过程中电场力所做的功 W 电＝qER ＝0.32 J设带电体沿圆弧形轨道运动过程中摩擦力所做的功为 W f ，对此过程根据动能定理有1W 电＋W f －mgR ＝0－2m v B解得 W f ＝－0.72 J二、电场能的性质一、对应题型题组1 答案 C 解析 本题中电场线只有一条，又没说明是哪种电场的电场线，因此电势降落及场强大小情况都不能确定， A 、B 错；a 、b 两点电势已知，正电荷从 a 到 b 是从低电势向高电势运动，电场力做负功，动能减小，电势能增大， C 对，D 错．m，所以 E A >E B ，A 对；粒子从 A 到 B 动能增加，由动能定理知电场力必做正功，电势能必减小，B 对；同理由动能定理可知 A 、C 两点的电势相等，U AB ＝U CB ，D 错；仅受电场力作用的粒 子在 CD 间做匀速运动，所以 CD 间各点电场强度均为零，但电势是相对于零势点而言的，可以不为零， C 错．3 答案 C 解析 由于 AC 之间的电场线比 CB 之间的电场线密，相等距离之间的电势差较大，所以 φC <10 V ，C 正确．4 答案 C 解析 A 点比乙球面电势高，乙球面比 B 点电势高，故 A 点和 B 点的电势不相同，A 错；C 、D 两点场强大小相等，方向不同，B 错；φA >φB ，W AB >0，C 对；C 、D 两点位于同一等势面上，故此过程电势能不变， D 错．5 答案 C 解析 由点电荷电场叠加规律以及对称关系可知， A 、C 两点电场强度相同，B 、D 两点电场强度相同，选项 A 错误；O点的电场强度方向向右，不为 0，选项 B 错误；由电场分布和对称关系可知，将一带正电的试探电荷匀速从 B 点沿直线移动到 D 点，电场力做功为零．将一带正电的试探电荷匀速从 A 点沿直线移动到 C 点，电场力做正功，试探电荷具有的电势能减小，选项 C 正确，D 错 误；因此答案选 C.6 答案 BC 解析 根据电场强度的叠加得 A 点和 B 点的电场强度大小不相等，则 A 选项错误；等量异种电荷形成的电场的电场线和等势线分别关于连线和中垂线对称，则 B 选项正确；沿 B →C →D 路径，电势先减小后增大，电子由 B 点沿 B →C →D 路径移至 D 点，电10 答案 (1)mg ＋3 3kQq0 3h 22q 0E 势能先增大后减小，则 C 选项正确；沿 C →O →A 路径电势逐渐增大，电子由 C 点沿 C →O →A 路径移至 A 点，电场力对其一直做正功，则 D 选项错误．7 答案 BC 解析 电场线的疏密表示场强的大小，电场线越密集，场强越大． M点所在区域电场线比 N 点所在区域电场线疏，所以 M 点的场强小， 粒子在 M 点受到的电场力小．故 A 错误．沿电场线方向，电势逐渐降低．从总的趋势看，电场线的方向是从 M 到 N 的，所以 M 点的电势高于 N 点的电势．故 B 正确．如图所示，用“速度线与力线”的方法，即在粒子运动的始点 M 作上述两条 线，显然电场力的方向与电场线的方向基本一致，所以粒子带正电， C 正确．“速度线 与力线”夹角为锐角，所以电场力做正功，粒子的电势能减小，由能量守恒知其动能增加．故 D 错误．8 答案 BD 解析 由题图可知从 P 到 Q 电场力做正功，动能增大，电势能减小，B 正确，A 、C 错误；由等势面的疏密程度可知 P点场强大，所受电场力大，加速度大， D 正确．9 答案 BC 解析 本题考查学生对复合场问题、功能关系、圆周运动等知识综合运用分析的能力．若电场力大于重力，则小球有可能不从 B 点离开轨道，A 错．若电场力等于重力，小球在 AC 部分做匀速圆周运动，B 正确．因电场力做负功，有机械能损失，上升的高度一定小于 H ，C 正确．由圆周运动知识可知若小球到达 C 点的速度为零，则在此之前就已脱轨了， D 错．8h 2 m(2)2q (v 2－v 2)＋φQq解析(1)物块在 A 点受重力、电场力、支持力．分解电场力，由竖直方向受力平衡得 F N ＝mg ＋k r 2 sin 60°又因为 h ＝r sin 60°由以上两式解得支持力为F N ＝mg ＋ 3 8 kQq .(2)物块从 A 点运动到 P 点正下方 B 点的过程中，由动能定理得1 1－qU ＝2m v 2－2m v 2又因为 U ＝φB －φA ＝φB －φ， 由以上两式解得φB ＝ m(v 2－v 2)＋φ.11 答案 (1)2.0×104 N/C ，方向水平向左(2)2×10－2 J解析 (1)由 x ＝6.0t －10t 2 可知，加速度大小 a ＝20 m/s 2 根据牛顿第二定律 Eq ＝ma解得场强 E ＝2.0×104 N/C ，方向水平向左 (2)物体在 0.5 s 内发生的位移为x ＝6.0×0.5 m －10.052 m ＝0.5 m电场力做负功，电势能增加Δ p＝qEx ＝2×10－2 J 二高考模拟题组1 答案 ABD 解析 在两等量异种电荷产生的电场中，根据电场分布规律和电场的对称性可以判断， b 、d 两点电势相同，均大于 c点电势，b 、d 两点场强大小相同但方向不同，选项 A 、B 正确，C 错误．将＋q 沿圆周由 a 点移至 c 点，＋Q 对其作用力不做功，－Q 对其作用力做正功，所以＋q 的电势能减小，选项 D 正确．2 答案 BC 解析 q 由 A 向 O 运动的过程中，电场力的方向始终由 A 指向 O ，但力的大小变化，所以电荷 q 做变加速直线运动，电场力做正功，q 通过 O 点后在电场力的作用下做变减速运动，所以 q 到 O 点时速度最大，动能最大，电势能最小，因无限远处的电势为kq 1零，则 O 点的电势 φ≠0，所以 q 在 O 点的电势能不为零，故选项 B 、C 均正确，选项 A 、D 错误．3 答案 AD4 答案 D 解析 本题考查了电场强度，意在考查学生对点电荷的场强公式、矢量叠加和电势分布的理解与应用．小环 1 在 O 点处产生的电场 E x 1＝－ kq kq kqr 2 cos θ，E y 1＝－ r 21sin θ；而小环 2 在 O 点处产生的电场 E x 2＝E x ＋ r 21cos θ，E y 2＝E y ＋ r 21sin θ，由题图 b 、题图 c 分析易知小环 1 带正电，小环 2 在 C 点带负电，且 q 1＝－q 2，坐标原点 O 处在两等量电荷的中垂线上，电势一直为零，则 A 、B 错误，D 正确；小环 1 在转动过程中电场力先做负功再做正功，电势能先增大后减小，则 C 错误．。