1、【 精品教育资源文库 】 第 19 讲 电场力的性质 考纲要求 考情分析 命题趋势 1.点电荷、库仑定律 2静电场、电场强度、点电荷的场强 3电场线 2016 全国卷 ， 15 2016 浙江卷， 19 2016 江苏卷， 3 高考对本节内容的考查主要是以选择题的形式考查库仑定律、电场强度、电场线，要注意力学知识在本节的迁移应用 1电荷、电荷守恒定律和库仑定律 (1)元电荷、点电荷 元电荷： e 1.6010 19C，所有带电体的电荷量都是元电荷的 _整数 _ 倍； 点电荷：代表带电体的有一定电荷量的点，忽略 带电体的大小和形状的理想化模型 (2)电荷守恒定律 内容：电荷既不会创生，也不会消
2、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 _； 三种起电方式： _摩擦 _起电、 _感应 _起电、 _接触 _起电； 带电实质：物体 _得失电子 _； 电荷的分配原则：两个形状、大小相同且带同种电荷的导体，接触后再分开，二者带_相同 _电荷，若两导体原来带异种电荷，则电荷先 _中和 _，余下的电荷再 _平分 _. (3)库仑定律 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 _，与它们的距离的二次方成 _反比 _，作用力的方向在它们的连线上； 表达式： F kq1q2r2 ，式中
3、k _9.010 9_Nm 2/C2，叫做静电力常量； 适用条件： _真空 _中的 _点电荷 _. a在空气中，两个点电荷的作用力近似等于真空中的情况，可以直接应用公式， b当两个带电体的间距远大于本身的大小时，可以把带电体看成点电荷 库仑力的方向：由相互作用的两个带电体决定，即同种电荷相互 _排斥 _，异种电荷相互 _吸引 _. 2电场、电场强度 【 精品教育资源文库 】 (1)电场 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； 基本性质；对放入其中的电荷有 _力的作用 _. (2)电场强度 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； 定义式： E
4、 Fq；单位： N/C 或 _V/m_； 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电场线 (1)定义 为了形象地描述电场中各点场强的强弱及 _方向 _，在电场中画出一些曲线 ，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 _. (2)电场线的特点 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； 电场线在电场中不相交，也不相切； 在同一幅图中，电场强度较大的地方电场线 _较密集 _，电场强度较小的地方电场线_较稀疏 _. 1判断正误 (1)任何带电体所带的电荷量都是元电荷的整数倍
5、( ) (2)相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相同，它们之间的库仑力大小都一定相等 ( ) (3)根据 F kq1q2r2 ，当 r0 时， F.( ) (4)电场强度反映了电场力的性质，所以电场中某点的电场强度与试探电荷在该点所受的电场力成正比 ( ) (5)电场中某点的电场强度方向即为正电荷在该点所受的电场力的方向 ( ) (6)在真空中，电场强度的表达式 E kQr2中的 Q 是产生电场的点电荷的带电量 ( ) (7)在点电荷产生的电场中，以点电荷为球心的同一球面上各点的电场强度都相同 ( ) (8)电场线的方向即为带电粒子的运动方向 ( ) 2 (多选 )下列关于电场强度的两
6、个表达式 E Fq和 E kQr2的叙述，正确的是 ( BCD ) 【 精品教育资源文库 】 A E Fq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 Fq是电场强度的定义式， F 是放入电场中的电荷所受的力， q 是放入电场中电荷的电荷量，它适用于任何电场 C E kQr2是真空中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 D从点电荷场强计算式 分析库仑定律的表达式 F kq1q2r2 ，式中 kq2r2 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产生的电场在点电荷 q2处的
7、场强大小 解析 E Fq是场强的定义式，由其物理意义可判定选项 A 错误， B 正确 E kQr2只适用于真空中点电荷的电场，不适用于其他电场，选项 C 正确点电荷场强计算式 E kQr2是通过库仑定律 F kq1q2r2 和场强定义式 E Fq推导出来的，且库仑力是电荷间通过场相互作用的，所以选项 D 正确 3下列关于电场线的说法，正确的是 ( B ) A电场线上每一点的切线方向都跟电荷在该点的受力方向相同 B电场线越密处，同一检验电荷受到的电场力越大 C顺着电场线移动电荷，电荷所受电场力的大小一定不变 D在电场中，凡是电场线通过的点，场强都不为 0，不画电场线的区域，位于该区域内的点则无电
8、场 解析 电场线上每一点的切线方向与正电荷在该点的受力方向相同，与负电荷在该点的受力方向相反，所以选项 A 错误电场线密处，场强 E 大，电荷量一定的电荷受到的电场力一定大，选项 B 正确顺着电场线移动电荷，若是在匀强电场中，所受电场力大小一定不变，在非匀强电场中所受电场力大小要改变，所以选项 C 错误电场线实际并不存在，是人为画的几条有向曲线，用来粗略地描绘电场区域内的场强分布情况，不可能覆盖区域中所有的点，即不能细致地描绘出每处的场强情况，所以选项 D 错误 一 三个自由点电荷的平衡问题 【 精品教育资源文库 】 例 1如图所示， q1、 q2、 q3分别表示在一条直线上的三个点电荷，已
9、知 q1与 q2之间的距离为 l1， q2与 q3之间的距离为 l2，且三个点电荷都 处于平衡状态 (1)若 q2为负电荷，则 q1为 _正电 _电荷， q3为 _正电 _电荷； (2)q1、 q2、 q3的电荷量大小之比是 _? ?l1 l2l22 1?l1 l2l12_. 解析 (1)假设 q1、 q3均带负电，则虽然 q2可以平衡，但 q1(或 q3)所受的两个库仑力均为斥力，故而方向相同，不能平衡假设 q1、 q3均带正电，则每个点电荷所受的两个库仑 力均方向相反，可能平衡因此， q1、 q3 均带正电也就是说，在这种情况下， q1、 q3 必须是同种电荷且跟 q2是异种电荷 (2)q
10、1受 q2水平向右的库仑引力作用和 q3水平向左的库仑斥力作用 由库仑定律和力的平衡条件有 kq1q2l21 k q1q3?l1 l2?2， 同理，对 q2有 kq1q2l21 kq2q3l22， 对 q3有 kq2q3l22 k q1q3?l1 l2?2， 由以上三式得 q1 q2 q3 ? ?l1 l2l22 1?l1 l2l12. 三个自由点电荷的平衡问题 (1)条件 两个点电荷在第三个点电荷处的合电场强度为零，或每个点电荷受到的两个库仑力必须大小相等，方向相反 (2)规律 “ 三点共线 ” 三个点电荷分布在同一条直线上； “ 两同夹异 ” 正负电荷相互间隔； “ 两大夹小 ” 中间电荷
11、的电荷量最小； “ 近小远大 ” 中间电荷靠近电荷量较小的电荷 二 库仑力作用下的共点力平衡问题 解决库仑力作用下平衡问题的方法 库仑力作用下平衡问题的分析方法与纯力学平衡问题的分析方法是相同的，只是在原来受力的基础上多了电场力 【 精品教育资源文库 】 例 2(多选 )如图所示，水平地面上固定一个光滑绝缘斜面，斜面与水平面的夹角为 .一根轻质绝缘细线的一端固定在斜面顶端，另一端系有一个带电小球 A，细线与斜面平行，小球 A 的质量为 m、电荷量为 q.小球 A 的右侧固定放置带等量同种电荷的小球 B，两球心的高度相同、间距为 d.静电力常量为 k，重力加速度为 g，两带电小球可视为点电荷小
12、球 A静止在斜面上，则 ( AC ) A小球 A 与 B 之间库仑力的大小为 kq2d2 B当 qd mgsin k 时，细线上的拉力为 0 C当 qd mgtan k 时，细线上的拉力为 0 D当 qd mgktan 时，斜面对小球 A 的支持力为 0 解析 根据库仑定律可得两小球之 间的库仑力大小为 F kq2d2 ，选项 A 正确；当细线上的拉力为零时，小球 A 受到库仑力、斜面支持力、重力，由平衡条件得 kq2d2 mgtan ，解得qd mgtan k ，选项 B 错误， C 正确；由受力分析可知，斜面对小球的支持力不可能为零，选项 D 错误 三 电场强度的理解和应用 1电场强度三个
13、表达式的比较 表达式 比较 E Fq E kQr2 E Ud 公式意义 电场强度定义式 真空中点电荷的电场强度决定式 匀强电场中 E 与 U的关系式 适用条件 一切电场 真空中点电荷的电 匀强电场 【 精品教育资源文库 】 场 决定因素 由电场本身决定，与检验电荷 q 无关， q充当测量工具 由场源电荷 Q 和场源电荷到该点的距离 r共同决定 由电场本身决定， d为两点沿电场方向的距离 2电场的叠加 (1)叠加原理：多个电荷在空间某处产生的电场为各电荷在该处所产生的电场强度的矢量和 (2)运算法则：平行四边形定则 例 3如图所示，直角坐标系 xOy 中， M、 N 两点位于 x 轴上， G、
14、 H 两点坐标如图所示 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( B ) A 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 正点电荷置于 O 点时， G 点场强为 0，即两负点电荷在 G 点的场强大小为 E1 kQa2，方向沿 y 轴正方 向由对称性知，两负点电荷在 H 处的场强大小为 E2 E1 kQa2，方向沿 y 轴负方向当把正点电荷放在 G 点时，正点电荷在 H 处产生的场强大小为 E3 kQ4a2，方向沿 y轴正方向所以 H 处场强的大小 E E2 E3 3kQ4a2，方向沿 y 轴负方
