电场的力的性质

一、元电荷及电荷守恒定律 1元电荷：科学实验发现的最小电荷量是电子的电荷量， 质子、正电子所带的电荷量与它相同，但符号相反人们把这个最小的电荷量叫做元电荷，用e表示，e.,1.60×1019C,2电荷守恒定律 (1)起电方式： 、 、 (2)带电实质：物体带电的实质是 (3)内容：电荷既不会创生，也不会消灭，它只能从一个物体 ，或者从物体的一部分；在转移的过程中，电荷的总量 ,摩擦起电,接触带电,感应起电,电荷的转移,转移到另一个物体,转移到另一,部分,保持不变,注意 ：(1)当完全相同的带电金属球相接触时，同种电荷电荷量平均分配，异种电荷先中和后平分 (2)任何带电体的电荷量皆为元电荷的整数倍,二、点电荷及库仑定律 1点电荷：忽略 和电荷分布状况的可看成 一个点的带电体，是一种理想化的模型,形状、大小,2库仑定律 (1)内容： 中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的 成正比，与它们的 成反比，作用力的方向在 (2)表达式： ，式中k ，叫静电力常量 (3)适用条件： 中的 ,真空,电荷量的乘积,距离的二次方,它们的连线上,F k,9.0×109 N·m2/C2,真空,点电荷,注意：当两带电体离得较近时，它们不能视为点电荷，库仑定律不再适用，但它们之间仍存在库仑力,三、电场、电场强度、电场线 1电场：带电体周围客观存在的一种物质它是电荷间相互作用的媒体，具有力和能的性质,2电场强度(1)意义：描述电场强弱和方向的物理量(2)定义：放入电场中某点的电荷所受的 它 的 的比值(3)公式：E ，单位：V/m或 .(4)方向： 在 该点的受力方向相同，是矢量(5)决定因素：电场强度决定于电场本身，与q无关,电场力F,电荷量q,N/C,正电荷,（新课标卷）17静电除尘器是目前普遍采用的一种高效除尘器。某除尘器模型的收尘板是很长的条形金属板，图中直线为该收尘板的横截面。工作时收尘板带正电，其左侧的电场线分布如图所示；粉尘带负电，在电场力作用下向收尘板运动，最后落在收尘板上。若用粗黑曲线表示原来静止于点的带电粉尘颗粒的运动轨迹，下列4幅图中可能正确的是(忽略重力和空气阻力),【答案】A,3几种典型电场的电场线分布,(1)正点电荷的电场如图611甲所示：电场线由 出发，到 终止 (2)负点电荷的电场如图611乙所示：电场线由 出发，到 终止 (3)等量同种和异种点电荷的电场 两点电荷连线的中垂线上的电场分布及特点的比较如下：,无穷远处,负电荷,无穷远处,正电荷,零,小,增大,减小,减小,等大,反向,等大,同向,(4)匀强电场的电场线分布如图611丙所示特点： (5)点电荷与带电金属板的电场线的分布如图611丁所示,间隔相等的平行直线,1.三种计算公式的比较：如下表所示.,(4)匀强电场的电场线分布如图611丙所示特点： (5)点电荷与带电金属板的电场线的分布如图611丁所示,间隔相等的平行直线,(1)电场中某一点的电场强度E是唯一的，它的大小和方向与放入该点的检验电荷(试探电荷)q无关，它决定于形成电场的场源电荷及空间位置 (2)理解公式E 时，不能认为场强E与电场力F成正比、与电荷量q成反比,特别关注,2电场的叠加原理多个点电荷在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矢量和，这种关系叫电场强度的叠加电场强度的叠加遵循平行四边形定则,例1、 (2008·山东高考)如图612所示，在y轴上关于O点对称的A、B两点有等量同种点电荷Q，在x轴上C点有点电荷Q，且COOD，ADO60°.下列判断正确的是( ),AO点电场强度为零 BD点电场强度为零 C若将点电荷q从O移向C，电势能增大 D若将点电荷q从O移向C，电势能增大,答案 BD,1.特点 (1)不闭合：电场线起始于正电荷(或无穷远处)，终止于无穷远处(或负电荷)，即电场线不能形成闭合曲线 (2)不中断、不相交：在没有电荷的空间，电场线不中断，两条电场线也不能相交 (3)不是电荷在电场中的运动轨迹：只有当电场线为直线、电荷初速度为零或初速度平行于电场线、电荷仅受电场力作用时，电荷的运动轨迹才与电场线重合,2应用 (1)表示场强的方向电场线上每一点的切线方向和该点的场强方向一致 (2)比较场强的大小电场线的疏密程度反映了场强的大小即电场的强弱同一幅图中，电场线越密的地方场强越大，电场线越疏的地方场强越弱 (3)判断电势的高低在静电场中，顺着电场线的方向电势越来越低,(1)电场线是人为引入的，不是客观存在的 (2)虽然电场线是用来描述电场的强弱和方向的，但只根据一条电场线无法判断电场强弱和场源情况 (3)沿电场线的方向电势虽然越来越低，但场强不一定越来越小,归纳,例2、如图613所示，一电子在外力作用下沿等量异种电荷的中垂线由AOB匀速运动，电子重力不计，则电子所受的外力的大小和方向变化情况是 ( )A先变大后变小，方向水平向左B先变大后变小，方向水平向右C先变小后变大，方向水平向左D先变小后变大，方向水平向右,图613,答案 B,1如图615所示，M、N为两个固定的等量同种正电荷，在其连线的中垂线上的P点自 由释放一个负电荷(重力不计)，关于负电荷的运 动，下列说法中正确的是 ( ),图615,A从P到O，可能加速度越来越小，速度越来越大B从P到O，可能加速度先变大再变小，速度越来越大C越过O点后，加速度一直变大，速度一直变小D越过O点后，加速度一直变小，速度一直变小,答案：AB,1.适用条件仅适用于真空中的两个静止点电荷间的相互作用虽然从数学角度讲由r0能得出F的结论，但从物理学的角度分析，这一结论是错误的，因为r0时，两电荷已不能再看做点电荷了,2三点电荷平衡问题如图616所示，在一条直线上的三点A、B、C，自由放置点电荷QA、QB、QC，每个电荷在库仑力作用下均处于平衡状态的条件是：(1)正、负电荷必须相互间隔(两同夹异)(2)QA>QB，QC>QB(两大夹小),图616,(3)若QC>QA则QB靠近QA(近小远大)解决方法是根据三点电荷合力(场强)均 为零，列方程求解：,有关库仑力、电场力的平衡问题，解决方法是准确对电荷进行受力分析有些点电荷如电子、质子等可不考虑重力，而尘埃、液滴等一般需考虑重力在此基础上进一步利用力的合成或分解法则列式计算,注意,(9分)真空中有两个完全相同的金属小球，A球带qA6.4×1016C的正电荷，B球带qB3.2×1016C的负电荷，均可视为点电荷求：(1)当它们相距为0.5 m时，A、B间的库仑力为多大？(2)若将两球接触后再分别放回原处，A、B间的库仑力 又为多大？,满分指导 (1)A、B两球带异种电荷，因此，A、B间的库仑力是引力，由库仑定律可得它们间的库仑力大小为 Fk 9×109× N 7.37×1021 N (4分),本题考查库仑定律的应用.注意两球所带电荷的分布情况，及两球接触后电荷的重新分配.,(2)A、B两球接触时会发生电中和，使“净电荷”总量减小，剩下的“正”净电荷将重新分布由于A、B两球是完全相同的导体球，剩余的净电荷将平均分配，A、B两球将带上同种电荷，故放回原处后，A、B间的库仑力变为斥力两球接触后，它们的带电情况为：,QAQB ×1016 C 1.6×1016 C (2分) 所以分别放回原处后，两球间的库仑力为： Fk 9×109× N 9.22×1022 N (3分),答案 (1)7.37×1021 N (2)9.22×1022 N,名师归纳 (1)研究电荷间的相互作用时，首先要注意判断是否符合库仑定律的适用条件，其次要注意电荷的电性及作用力的方向(2)完全相同的两个金属球带电荷量分别为q1、q2时，两球接触后带电荷量均为,2(2009·浙江高考)如图617所示，在光滑绝缘水平面上放置3个电荷量均为q(q>0)的相同小球，小球之间用劲度系数均为k0的轻质弹簧绝缘连接当3个小球处在静止状态时，每根弹簧长度为l，已知静电力常量为k，若不考 虑弹簧的静电感应，则每根弹簧的原长为 ( ),图617,Al Bl Cl Dl,解析：左边或右边小球受三个力的作用，由平衡状态得 k0xk k ，解得x ，故弹簧原长为 l0lxl ，C项正确,答案： C,1.解答思路,2运动情况反映受力情况 (1)物体静止(保持)：F合0. (2)做直线运动匀速直线运动，F合0.变速直线运动：F合0，且F合与速度方向总是一致 (3)做曲线运动：F合0，F合与速度方向不在一条直线上，且总指向曲线凹的一侧 (4)加速运动：F合与v的夹角为，0°<90°；减速运动：90°<180°. (5)匀变速运动：F合恒量,如图618所示，一根长L1.5 m的光滑绝缘细直杆MN，竖直固定在场强为E1.0×105 N/C、与水平方向成30°角的倾斜向上的匀强电场中杆的下端M固定一个带电小球A，电荷量Q4.5×106C；另一带,图618,电小球B穿在杆上可自由滑动，电荷量q1.0×106C，质量m1.0×102kg.现将小球B从杆的上端N静止释放，小球B开始运动(静电力常量k9.0×109 N·m2/C2，取 g10 m/s2)求：(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，距M端的高度h1为多大？,答案 (1)3.2 m/s2 (2)0.9 m,满分指导 (1)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 qEsinma (2分) 解得ag ， (1分) 代入数据解得a3.2 m/s2. (1分),