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1、第一讲 电场力的性质,1知道电荷和电荷守恒定律 2理解库仑定律的内容、适用条件，并能用来处理相关问题 3理解电场强度，并掌握计算方法 4知道电场线及各种不同电场电场线的分布,一、电荷和电荷守恒定律 1电荷 (1)元电荷：e ，所有带电体的电荷量都是元电荷的 倍，其中质子、正电子的电荷量与元电荷相同电子带的电荷量q . (2)点电荷：有确定的电荷量，忽略 的理想化模型,1.61019 C,整数,1.61019 C,形状和大小,2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 ，或者从物体的一部分 ；在转移的过程中，电荷的总量 (2)起电方式： 、 、感应起电 (3)带电实
2、质：物体带电的实质是 ,转移到另一个物体,转移到另,一部分,保持不变,摩擦起电,接触起电,得失电子,1.各种起电方式都能使物体带电，它们的共同点是什么？是不是创造了电荷？ 提示：各种起电方式都是把正、负电荷分开，而不是创造电荷,二、库仑定律 1内容：在 中两个点电荷的相互作用力跟它们的 成正比跟它们间的 成反比，作用力的方向在 2表达式： ，式中k Nm2/C2，叫静电力常量 3适用条件： 中的 ,电荷量的乘积,距离的平方,它们的连线上,9.0109,真空,点电荷,真空,在分析解答有关库仑定律的问题时要注意公式的适用条件，并注意与力学知识相结合,三、电场、电场强度和电场线 1电场：基本性质：对
3、放入其中的电荷有 2电场强度 (1)定义式： ，单位： 或 . (2)方向：规定 在电场中某点 的方向为该点电场强度的方向,力的作用,N/C,V/m,正电荷,所受电场力,2.电场中某点场强的大小与该点所放检验电荷的电场力成正比吗？若在该点放入负的检验电荷时，该点场强方向反向吗？ 提示：电场中某点场强的大小和方向与该点放不放电荷，以及所放电荷的大小和电性无关，由电场本身决定,3电场线 (1)电场线的特点：电场线从 或无限远处出发终止于 或无限远处 电场线在电场中不相交 在同一电场里，电场线 的地方场强越大 电场线上某点的切线方向表示该点的 ,正电荷,负电荷,越密,场强方向,(2)几种典型电场的电
4、场线(如图),对于各种电场电场线的分布是考试中常考的内容，学习时要注意分析各个不同电场电场线的分布特点，如等量同种电荷或异种电荷电场线的分布具有对称性等,一、对库仑定律的深入理解 1适用条件 库仑定律只适用于真空中的点电荷，当带电体间的距离远大于它们本身尺度时，可把带电体看做点电荷不可由r0时，得出F的结论，虽然从数学角度成立，但从物理角度分析，当r0时，两带电体就不能视为点电荷了，所以结论为错误结论,2计算方法 库仑定律严格地说只适用于真空中，在要求不是很精确的情况下，空气可近似当做真空来处理注意库仑力是矢量，计算库仑力可以直接运用公式，将电荷量的绝对值代入公式，根据同种电荷相斥、异种电荷相
5、吸来判断作用力F是引力还是斥力；也可将电荷量带正、负号一起运算，根据结果的正负，来判断作用力是引力还是斥力,友情提示：(1)两个点电荷间的距离r0时，电荷将不能再作为点电荷，也不再遵循库仑定律，它们之间的库仑力不能认为趋于无穷大 (2)两个带电体间的库仑力是一对相互作用力,如图所示，真空中A、B两个点电荷的电荷量分别为Q和q，放在光滑绝缘水平面上，A、B之间用绝缘的轻弹簧连接当系统平衡时，弹簧的伸长量为x0.若弹簧发生的均是弹性形变，则,A保持Q不变，将q变为2q，平衡时弹簧的伸长量等于2x0 B保持q不变，将Q变为2Q，平衡时弹簧的伸长量小于2x0 C保持Q不变，将q变为q，平衡时弹簧的缩短
6、量等于x0 D保持q不变，将Q变为Q，平衡时弹簧的缩短量小于x0,【错源探究】对库仑定律内容理解不清导致错误,【状元笔记】在用库仑定律判断或计算时要注意：(1)库仑定律只适用于真空中的点电荷；(2)在电荷间距离不变的情况下库仑力与电荷量的乘积成正比，而一些题中电荷量变化时往往距离随之变化，所以在解题时要注意审清题意,1.如图所示，在光滑的绝缘水平面上有A、B两个完全相同的金属小球，相距为r.现分别使它们带上q和q的电荷量，则它们以相同的速率相向运动当它们发生弹性碰撞(碰撞时两球速率互换，系统机械能守恒)后，以下说法正确的是( ),A两球能够同时回到原位置，且速率相等，并小于原来的速率 B两球能
7、够同时回到原位置，且速率相等，并大于原来的速率 C两球不能同时回到原位置，且A球回到原位置的速率大于B球回到原位置的速率 D两球不能同时回到原位置，且A球回到原位置的速率小于B球回到原位置的速率,解析：碰前两球之间存在库仑引力，而且引力做正功，两球速度变大、机械能增加该过程虽然两球的加速度有变化，但是两球的加速度一直大小相等、方向相反，所以两球在中点相遇，而且碰前、碰后两球速率相等都大于原来的速率碰撞时，两球的电荷中和，碰后两球不再带电，反向做匀速运动，同时回到出发点综上所述，选项B正确 答案：B,二、场强的公式及电场的叠加 1场强三个表达式的比较,2.电场的叠加原理 (1)当空间有几个点电荷
8、同时存在时，它们的电场就互相叠加，形成合电场，这时某点的场强就是各个电荷单独存在时在该点场强的矢量和 (2)场强是矢量，矢量的合成遵守平行四边形定则，注意只有同时作用在同一区域的电场才能叠加 (3)电场中某点处的电场强度E是唯一的，它的大小和方向与放入该点的点电荷q无关，它取决于形成电场的电荷(源电荷)及空间位置，电场中每一点对应着的电场强度与放入电荷无关,友情提示：有关电场的计算问题应注意： (1)注意区分所求场强是合场强还是分场强，选择恰当的公式进行求解 (2)在求电场中某点的合场强时，应先求出各分场强，再根据矢量的合成法则进行求解,2. 如图所示，分别在A、B两点放置点电荷Q121014
9、C和Q221014C，在AB的垂直平分线上有一点C，且ABACBC6102m.试求： (1)C点的场强； (2)如果有一个电子静止在C点，它所受的库仑力的大小和方向如何？,根据平行四边形定则作出E1C和E2C的合成图如图所示 ABC是等边三角形，故EC0.05 N/C，方向与AB平行指向右,(2)电子在C点所受的力大小为： FeEC1.610190.05 N0.81020N 因为电子带负电，所以受力方向与AB平行指向左,三、对电场线的进一步理解 1电场线与带电粒子在电场中的运动轨迹的关系 根据电场线的定义，一般情况下，带电粒子在电场中的运动轨迹不会与电场线重合，只有同时满足以下三个条件时，两者
10、才会重合： (1)电场线为直线 (2)电荷初速度为零，或速度方向与电场线平行 (3)电荷仅受电场力或所受其他力合力的方向与电场线平行,2常见电场的电场线分布,3.电场线与带电粒子在电场中的运动轨迹的关系 根据电场线的定义，一般情况下带电粒子在电场中的运动轨迹不会与电场线重合，只有同时满足以下三个条件时，两者才会重合 (1)电场线为直线； (2)电荷初速度为零，或速度方向与电场线平行； (3)电荷仅受电场力或所受其他力合力的方向与电场线平行,友情提示：常考的与电场线相关的问题： (1)根据给出的一条电场线，分析推断电势和场强的变化情况 (2)根据给定一簇电场线和带电粒子的运动轨迹，分析推断带电粒
11、子的性质、受力、能量变化等 (3)根据给定电势的分布情况，求作电场线,静电除尘器是目前普遍采用的一种高效除尘器其除尘器模型的收尘板是很长的条形金属板，图中直线ab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P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),【思维点拨】解答本题的关键在于： (1)准确掌握电场线分布情况，判断带电粒子的受力情况 (2)根据粒子的运动情况和受力情况做出准确的判断，确定带电粒子的运动轨迹,【自主解答】本题考查带电粒子在电场中的运动，意在
12、考查考生对曲线运动特点的理解与应用能力因为电场中各点的场强方向为电场线的切线方向，所以条形金属板所产生的电场为非匀强电场，即带电粒子在电场中所受的电场力方向与大小都将发生变化，故带电粒子在电场中不可能沿电场线运动，C错误；因为带电粒子在电场中将做曲线运动，由曲线运动的特点：所受的合外力要指向圆弧内侧可知，带负电的粉尘颗粒运动轨迹可为A图，A正确 答案：A,3.如图所示，实线是一簇未标明的由点电荷产生的电场线，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹，a、b是轨迹上的两点，若带电粒子在运动中只受电场力作用，根据此图可作出正确判断的是( ),A带电粒子所带电荷的性质 B带电粒子在a、b两点的受
13、力方向 C带电粒子在a、b两点的速度何处较大 D带电粒子在a、b两点的加速度何处较大 解析：由轨迹的弯曲情况，可知电场力应沿电场线向左，因不知电场线的方向，故带电粒子所带电荷符号不能确定设粒子从a运动到b(也可分析从b到a的情形，两种分析不影响结论)，速度方向与电场力夹角大于90，故速度减小，由电场线的疏密程度知a点场强大于b点场强，带电粒子在a点受电场力较大，从而加速度较大，综上所述B、C、D正确 答案：BCD,如图所示，有一带电荷量为q的点电荷与均匀带电圆形薄板相距为2d，q到带电薄板的垂线通过板的圆心若图中a点处的电场强度为零，则图中b点处的电场强度大小是,答案：A,如图所示，在一个点电
14、荷Q形成的电场中，Ox坐标轴与它的一条电场线重合，坐标轴上A、B两点的坐标分别为2.0 m和5.0 m放在A、B两点的试探电荷受到的电场力方向都跟x轴的正方向相同，电场力的大小跟试探电荷所带电荷量的关系图象如图中直线a、b所示，放在A点的电荷带正电，放在B点的电荷带负电求：,(1)B点的电场强度的大小和方向； (2)试判断点电荷Q的电性，并说明理由； (3)点电荷Q的位置坐标,三个电荷量均为Q(正电)的小球A、B、C质量均为m，放在水平光滑绝缘的桌面上，分别位于等边三角形的三个顶点，其边长为L，如图所示，求：,(1)在三角形的中心O点应放置什么性质的电荷，才能使三个带电小球都处于静止状态？其电荷量是多少？ (2)若中心电荷带电荷量在(1)问基础上加倍，三个带电小球将加速运动，求其加速度大小 (3)若中心电荷带电荷量在(1)问基础上加倍后，仍保持三个小球相对距离不变可让它们绕中心电荷同时旋转，求它们旋转的线速度大小,解：使带电小球都处于静止状态，由对称性，知其中一个小球平衡，其他两个也是平衡的第(2)问求出合外力，利用牛顿第二定律即可得出结果第(3)问中A、B、C三小球所受的合力充当向心力 对A球受力分析，受到B、C球的库仑力，及中心O点电荷的作用力如图所示,
