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1、 高中物理专题 电场与磁场 电场专题本章知识结构:一 库仑定律，其中k=9010 9 Nm2/c2带电体的电荷量和质量的比值，叫做荷质比 ，又称比荷，即q/m.1.同一条直线上的三个点电荷的计算问题例：在真空中同一条直线上的A、B两点固定有电荷量分别为+4Q和-Q的点电荷。将另一个点电荷放在该直线上的哪个位置，可以使它在电场力作用下保持静止？若要求这三个点电荷都只在电场力作用下保持静止，那么引入的这个点电荷应是正电荷还是负电荷？电荷量是多大？ 解题思路：“三点共线，两同夹异，近小远大”，即在两个电性相同的物体放入一物体使其平衡，则只能放中间且与两物体电性相反，如果在两个电性相反物体放入一物体使
2、其平衡，则只能放在两物体外面且靠近电荷量小的物体。2.与力学综合问题例：已知如图，在光滑绝缘水平面上有三个质量都是m的相同小球，彼此间的距离都是l，A、B电荷量都是+q。给C一个外力F，使三个小球保持相对静止共同加速运动。求：C球的带电性和电荷量；外力F的大小。F解题思路：对于有关库伦定律的力学问题，首先要进行受力分析，适当运用整体法：把所有物体当成一个整体来研究和隔离法：取一物体或某部分物体来研究。如本题，首先用整体法把三个小球当成整体来研究，只受到外力F作用，然后用隔离法，取B球来研究，B球只受到A、C两球的库仑力，受力分析，运用整体与隔离加速度相同列出等式即可解题。二电场 1.电场强度（
3、定义式，适用于所有电场）；（适用于点电荷）；（适用匀强电场）2.几种常见电场线和电势的分布特点，以无穷远处为零电势点，场强为零。孤立的正点电荷电场线直线，起于正电荷，终止于无穷远。场强离场源电荷越远，场强越小；与场源电荷等距的各点组成的球面上场强大小相等，方向不同。电势离场源电荷越远，电势越低；与场源电荷等距的各点组成的球面是等势面，每点的电势为正。等势面以场源电荷为球心的一簇簇不等间距的球面，离场源电荷越近，等势面越密。孤立的负点电荷电场线直线，起于无穷远，终止于负电荷。场强离场源电荷越远，场强越小；与场源电荷等距的各点组成的球面上场强大小相等，方向不同。电势离场源电荷越远，电势越高；与场源
4、电荷等距的各点组成的球面是等势面，每点的电势为负。等势面以场源电荷为球心的一簇簇不等间距的球面，离场源电荷越近，等势面越密。等量同种负点电荷电场线大部分是曲线，起于无穷远，终止于负电荷；有两条电场线是直线。电势每点电势为负值。连线上场强以中点最小为零；关于中点对称的任意两点场强大小相等，方向相反，都是背离中点；由连线的一端到另一端，先减小再增大。电势由连线的一端到另一端先升高再降低，中点电势最高不为零。中垂线上场强以中点最小为零；关于中点对称的任意两点场强大小相等，方向相反，都沿着中垂线指向中点；由中点至无穷远处，先增大再减小至零，必有一个位置场强最大。电势中点电势最低，由中点至无穷远处逐渐升
5、高至零。等量同种正点电荷电场线大部分是曲线，起于正电荷，终止于无穷远；有两条电场线是直线。电势每点电势为正值。连线上场强以中点最小为零；关于中点对称的任意两点场强大小相等，方向相反，都是指向中点；由连线的一端到另一端，先减小再增大。电势由连线的一端到另一端先降低再升高，中点电势最低不为零。中垂线上场强以中点最小为零；关于中点对称的任意两点场强大小相等，方向相反，都沿着中垂线指向无穷远处；由中点至无穷远处，先增大再减小至零，必有一个位置场强最大。电势中点电势最高，由中点至无穷远处逐渐降低至零。等量异种点电荷电场线大部分是曲线，起于正电荷，终止于负电荷；有三条电场线是直线。电势中垂面有正电荷的一边
6、每一点电势为正，有负电荷的一边每一点电势为负。连线上场强以中点最小不等于零；关于中点对称的任意两点场强大小相等，方向相同，都是由正电荷指向负电荷；由连线的一端到另一端，先减小再增大。电势由正电荷到负电荷逐渐降低，中点电势为零。中垂线上场强以中点最大；关于中点对称的任意两点场强大小相等，方向相同，都是与中垂线垂直，由正电荷指向负电荷；由中点至无穷远处，逐渐减小。电势中垂面是一个等势面，电势为零。点电荷与带电平板电场线 在金属板附近电场方向均垂直于金属板匀强电场等量异种点电荷的电场等量同种点电荷的电场点电荷与带电平板+孤立点电荷周围的电场 等势面的性质： 同一等势面上各点电势相等，所以在同一等势面
7、上移动电荷，电场力不做功 电场线跟等势面一定垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。 等势面越密，电场强度越大 等势面不相交，不相切 等势面的用途：由等势面描绘电场线，判断电场中电势的高低图14123图14122例：虚线方框内为一匀强电场，A、B、C为该电场中的三个点，已知A=12 V， B=6 V，C=-6 V.试在该方框中作出该电场的电场线分布示意图，并要求保留作图时所用的辅助线(用虚线表示)。解题思路：利用等分法在电场中找等势点，是解决此类问题的最基本有效的方法。因B=6 V, C=-6 V，根据匀强电场的特点，在BC连线的中点处D的电势必为零；同理，把AC线段等分成三份，在分点F
8、处的电势也必为零.连线DF即为该匀强电场中的一条等势线，根据电场线与等势线垂直，可以画出电场中的电场线如图。3.电势表达式： 单位：伏特（V），且有1V=1J/C电势差：电荷q在电场中由一点A移动到另一点B时，电场力所做的功WAB与电荷量的q的比值。UAB = ；匀强电场电势差公式：U=Ed 电势差也等于电场中两点电势之差电场力做功：在电场中AB两点间移动电荷时，电场力做功等于电量与两点间电势差的乘积。 WAB = qUAB ，该式适用于一切电场，电场力做功与路径无关。三电容器 K电容器的两种变化： （1）电键K保持闭合，则电容器两端的电压恒定（等于电源电动势），这种情况下带电量而（2）充电后
9、断开K，保持电容器带电量Q恒定，这种情况下KMN例：图所示，在平行板电容器正中有一个带电微粒。K闭合时，该微粒恰好能保持静止。在保持K闭合；充电后将K断开；两种情况下，各用什么方法能使该带电微粒向上运动打到上极板？A.上移上极板M B .上移下极板N C .左移上极板M D.把下极板N接地 解题思路：对电容器的两种变化的运用。四带电粒子在电场中的运动解答带电粒子在交变电场中运动的思维方法1注重全面分析(分析受力特点和运动规律)，抓住粒子的运动具有周期性和在空间上具有对称性的特征，求解粒子运动过程中的速度、位移、做功或确定与物理过程相关的边界条件2分析时从两条思路出发：一是力和运动的关系，根据牛
10、顿第二定律及运动学规律分析；二是功能关系3此类题型一般有三种情况：一是粒子做单向直线(一般用牛顿运动定律求解)，二是粒子做往返运动(一般分段研究)，三是粒子做偏转运动(一般根据交变电场的特点分段研究)电场例题1. 如图5甲所示，长为L、间距为d的两金属板A、B水平放置，ab为两板的中心线，一个带电粒子以速度v0从a点水平射入，沿直线从b点射出，若将两金属板接到如图乙所示的交变电压上，欲使该粒子仍能从b点以速度v0射出，求：(1)交变电压的周期T应满足什么条件？(2)粒子从a点射入金属板的时刻应满足什么条件？解析：(1)为使粒子仍从b点以速度v0穿出电场，在垂直于初速度方向上，粒子的运动应为：加
11、速，减速，反向加速，反向减速，经历四个过程后，回到中心线上时，在垂直于金属板的方向上速度正好等于零，这段时间等于一个周期，故有LnTv0，解得T粒子在T内离开中心线的距离为ya2又a，E，解得y在运动过程中离开中心线的最大距离为ym2y粒子不撞击金属板，应有ymd解得T2d故n，即n取大于等于的整数。所以粒子的周期应满足的条件为T，其中n取大于等于的整数。(2)粒子进入电场的时间应为T，T，T，故粒子进入电场的时间为tT(n1,2,3，)。 2. (2011安徽20) 如图3(a)所示，两平行正对的金属板A、B间加有如图(b)所示的交变电压，一重力可忽略不计的带正电粒子被固定在两板的正中间P处
12、若在t0时刻释放该粒子，粒子会时而向A板运动，时而向B板运动，并最终打在A板上则t0可能属于的时间段是()图3(a)(b)A0t0 B.t0C.t0T DTt0解析：设粒子的速度方向、位移方向向右为正依题意得，粒子的速度方向时而为正，时而为负，最终打在A板上时位移为负，速度方向为负作出t00、时粒子运动的速度图象如图所示由于速度图线与时间轴所围面积表示粒子通过的位移，则由图象可知0t0，t0T时粒子在一个周期内的总位移大于零；t0T时情况类似因粒子最终打在A板上，则要求粒子在每个周期内的总位移应小于零，对照各选项可知只有B正确3. 一个质量为m，带有电荷-q的小物块，可在水平轨道Ox上运动，O
13、端有一与轨道垂直的固定墙，轨道处于匀强电场中，场强大小为E，方向沿Ox轴正方向，如图821所示，小物体以初速v0从x0沿Ox轨道运动，运动时受到大小不变的摩擦力f作用，且fqE。设小物体与墙碰撞时不损失机械能且电量保持不变。求它在停止运动前所通过的总路程s。解析：设小物块从开始运动到停止在O处的往复运动过程中位移为x0，往返路程为s。根据动能定理有图8-114. 如图8-11所示：在方向水平向右的匀强电场中，一不可伸长的不导电细线的一端连着一个质量为m的带正电的小球，另一端固定于O点。把小球拉起至细线与场强平行，然后无初速解放。已知小球摆到最低点的另一侧，线与竖直方向的最大夹角为。求：小球经过最低点时细线对小球的拉力。 解析： 由式可以导出： 将、两式相除可得： 将v2值代入式：所以，小球经过最低点时细线对小球的拉力为5（2010年江苏）空间有一沿x轴对称分布的电场，其电场强度E随x变化的图像如图所示下列说法正确的是（ ）AO点的电势最低w w w.ks5 u .c om-x1Ox1 x2 x3xEBx2点的电势最高Cx1和-x1两点的电势相等Dx1和x3两点的电势相等解析：沿x轴对称分布的电场，由题图可得其电场线以O点为中心指向正、负方向，沿电场线电势降落（最快），所以O点电势最高，A错误，B错误；根据U=Ed，电场强度是变量，可
