电场 考查点: 一、电场强度
1.大小表达式:E=F/q 单位是:N/C或V/m;
E=kQ/r(导出式,真空中的点电荷,其中Q是产生该电场的电荷) E=U/d(导出式,仅适用于匀强电场,其中d是沿电场线方向上的距离)
常用判断法----?电场线分布疏密(至少两条)?等电势差等电势面分布疏密?电场力 2、方向判断
?由电场线走向判断-----切向?由电场力方向 例题:
电场强度E的定义式为E=F/q,根据此式,下列说法中正确的是
①该式说明电场中某点的场强E与F成正比,与q成反比,拿走q,则E=0.
②式中q是放入电场中的点电荷的电量,F是该点电荷在电场中某点受到的电场力,E是该点的电场强度 . ③式中q是产生电场的点电荷的电量,F是放在电场中的点电荷受到的电场力,E是电场强度.
④在库仑定律的表达式F=kq1q2/r2中,可以把kq2/r2看作是点电荷q2产生的电场在点电荷q1处的场强大小,也可以把kq1/r看作是点电荷q1产生的电场在点电荷q2处的场强大小.
A.只有①② B.只有①③C.只有②④ 【解析】 E=
Fq22
D.只有③④
为电场强度的定义式,适用于各种电场,其中q为检验电荷的电量,F为其在电场中所受的
电场力,电场强度E由电场决定,与检验电荷及其受力无关,故①、③错,②对.由E=
q1r2Fq和库仑定律F=kq1q2r2知,k为q1在q2处产生电场的场强,kq2r2为q2在q1处产生电场的场强,故④对,选C.
【答案】 C
例题.在静电场中a、b、c、d四点分别放一检验电荷,其电量可变, 但很小,结果测出检验电荷所受电场力与电荷电量的关系如图所示, 由图线可知
A.a、b、c、d四点不可能在同一电场线上 B.四点场强关系是Ec>Ea>Eb>Ed
C.四点场强方向可能不相同 D.以上答案都不对
【解析】 根据F=Eq知,在F—q图象中,E为斜率,由此可得Ec>Ea>Eb>Ed,选项B正确.
二、电场线
是人们为了形象的描绘电场而想象出一些线,客观并不存在. 1.切线方向表示该点场强的方向,也是正电荷的受力方向.
2.从正电荷出发到负电荷终止,或从正电荷出发到无穷远处终止,或者从无穷远处出发到负电荷终止. 3.疏密表示该处电场的强弱,也表示该处场强的大小. 4.匀强电场的电场线平行且距离相等. 5.没有画出电场线的地方不一定没有电场. 6.顺着电场线方向,电势越来越低.
7.电场线的方向是电势降落陡度最大的方向,电场线跟等势面垂直. 8.电场线永不相交也不闭合, 9.电场线不是电荷运动的轨迹. 常见不同电场的电场线
三、电场力做功特性及计算方法
电场力做功与路径无关,只与初、末位置有关 计算方法有:
⑴由公式W=FScosθ计算,此公式只适合于匀强电场中,可变形为W=EqS,式中S为电荷初末位置在电场强度方向上的位移
⑵由电场力做功与电势能改变关系计算,W=Δε=qU,对任何电场都适用 ⑶由动能定理计算 W电场力+W其它=ΔEK
注意:只在电场力作用下运动的粒子,其任何位置的动能与电势能之和恒定 四、电势差
电荷从电场中的一点移到另一点,电场力做的功跟其电量的比值叫做这两点的电势差,UAB=WAB/q,是标量.
五、电势
某点相对零电势的电势差叫做该点的电势,是标量.在数值上等于单位正电荷由该点移到零电势点时电场力所做的功.由电场本身因素决定,与检验电荷无关。
注意:(1)高度是相对的.与参考面的选取有关,而高度差是绝对的与参考面的选取无关.同样电势是相对的与零电势的选取有关,而电势差是绝对的,与零电势的选取无关.
(2)一般选取无限远处或大地的电势为零.当零电势选定以后,电场中各点的电势为定值. (3)电场中A、B两点的电势差等于A、B的电势之差,即UAB=φA-φB,沿电场线方向电势降低. ⑶电势与电场强度的大小没有必然的联系,某点的电势为零,电场强度可不为零,反之亦然。 六、等势面
1.电场中电势相等的点所组成的面为等势面. 2.特点
(1)各点电势相等.
(2)等势面上任意两点间的电势差为零. (3)电荷沿着等势面运动,电场力不做功.
(4)处于静电平衡状态的导体是一个等势体,其面为等势面.
(5)匀强电场,电势差相等的等势面间距离相等,点电荷形成的电场,电势差相等的等势面间距不相等,越向外距离越大.
(6)等势面上各点的电势相等但电场强度不一定相等. (7)电场线跟等势面垂直,且由电势高的面指向电势低的面 (8)两个等势面永不相交. 七、电势能
电场中电荷具有的势能称为该电荷的电势能.电势能是电荷与所在电场所共有的。 八、电势、电势能变化的判断 1、由定义判断 2、由电场力做功判断
电场力做正功电势能减少;电场力做负功电势能增加. 【例1】关于电势与电势能的说法正确的是( ) A.电荷在电场中电势高的地方电势能大
B.在电场中的某点,电量大的电荷具有的电势能比电量小的电荷具有的电势能大 C.正电荷形成的电场中,正电荷具有的电势能比负电荷具有的电势能大 D.负电荷形成的电场中,正电荷具有的电势能比负电荷具有的电势能小
解析:正电荷在电势高处的电势能比电势低处的电势能大,负电荷则反之,所以A错.当具有电势为正值时,电量大的电荷具有的电势能大于电量小的电荷具有的电势能,当电势为负值,恰好相反,所以B错.正电荷形成的电场中,电势为正值,这样电势与正电荷的电量来积为正值,而负电荷在正电荷形成的电场中电势能为负值,因
此C正确.负电荷形成的电场中,电势为负值,因而正电荷具有的电势能为负值,负电荷具有的电势能为正值,所以D正确. 答案:CD 【例题2】.如图所示,在一正交的电场和磁场中,一带电荷量为+q、质量为m的金属块沿倾角为θ的粗糙绝缘斜面由静止开始下滑.已知电场强度为E,方向竖直向下;磁感应强度为B,方向垂直纸面向里;斜面的高度为h.金属块滑到斜面底端时恰好离开斜面,设此时的速度为v,则( )
A.金属块从斜面顶端滑到底端的过程中,做的是加速度逐渐减小的加速运动 B.金属块从斜面顶端滑到底端的过程中,机械能增加了qEh
12
C.金属块从斜面顶端滑到底端的过程中,机械能增加了mv-mgh
2
D.金属块离开斜面后将做匀速圆周运动
【解析】金属块在下滑的过程中,随着速度的增大,洛伦兹力增大,对斜面的压力减小,故摩擦力f=μ(mg+qE-qvB)不断减小,金属块做加速度逐渐增大的加速运动,选项A错误.
又由功能关系得:ΔE机=W电-Wf<qEh,选项B错误.
1
机械能的变化量为:ΔE机=ΔEk+ΔEp=mv2-mgh,选项C正确.
2
由题意知,mg>qE,故离开斜面后金属块不可能做匀速圆周运动,选项D错误. 【例题3】.一正电荷处于电场中,在只受电场力作用下从A点沿直线运动到B点,其速度随时间变化的图象如图所示,tA、tB分别对应电荷在A、B两点的时刻,则下列说法中正确的有( )
A.A处的场强一定大于B处的场强 B.A处的电势一定低于B处的电势
C.正电荷在A处的电势能一定大于B处的电势能 D.由A至B的过程中,电场力一定对正电荷做负功
【解析】由题图知正电荷在做加速越来越小的加速运动,说明电场线的方向为:A→B,可知:φA>φB,EA
>EB,εA>εB,由A至B的过程中,电场力一定对正电荷做正功.[答案] AC
例题4:图所示,实线为匀强电场中的电场线,虚线为等势面,且相邻等势面间的电势差相等。一正点电荷在等势面A处的动能为20J,运动到等势面C处的动能为零。现取B等势面为零电势能面,则当此电荷的电势能为20J时的动能是 J。(不计重力和空气阻力)
解析:设相邻等势面间的电势差为△U,根据动能定理,电荷从等势面A运动到C的过程中 q△U=0—20………………①
电荷从等势面A运动到B的过程中 q△U=EKB一20 联立①②得EKB=10J
又电荷仅受电场力在电场中运动时,根据运动定理: WAB=EKB一EKA…………③
根据电场力做功与电势能变化的关系 wAB=εA一εB 联立③④得,εA+EKA=εB+EKB=恒量