高考物理庫倫定律電勢電場強度電勢能復習講義

1、高考物理庫侖定律、電場強度、電勢、電勢能輔導講義授課主題庫侖定律、電場強度、電勢、電勢能教學目的1、 掌握庫倫定律，并會進行受力分析2、 掌握電場強度的概念，會計算電場強度的大小3、 掌握電場線及常見幾種情況電場線的分布4、 電勢、電勢能的概念及判斷教學重難點庫倫定律條件，電場強度的概念，電場強度的大小，電場線及常見幾種情況電場線的分布教學內容二、本章知識點講解庫倫定律我們知道同種電荷互相排斥,異種電荷互相吸引.那么電荷間的相互作用力與什么有關,有何關系?早在我國東漢時期人們就掌握了電荷間相互作用的定性規(guī)律,定量討論電荷間相互作用則是兩千年后的法國物理學家?guī)靵?庫侖做了大量實驗,于1785年得

2、出了庫侖定律. 電荷間相互作用的力F叫做靜電力或庫侖力.1、內容：真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力,與它們的電荷量的乘積成正比,與它們的距離的二次方成反比,作用力的方向在它們的連線上. 2、大小點電荷點電荷：當帶電體間的距離比它們自身的大小大得多，以至帶電體的形狀、大小及電荷分布狀況對它們之間相互作用力的影響可以忽略不計時，這樣的帶電體就可以看作帶電的點，叫做點電荷(1)點電荷是只有電荷量，沒有大小、形狀的理想化模型，類似于力學中的質點，實際中并不存在(2)一個帶電體能否看作點電荷，是相對于具體問題而言的，不能單憑其大小和形狀確定，例如，一個半徑為10 cm的帶電圓盤，如果考慮它和相距10

3、 m處某個電子的作用力，就完全可以把它看作點電荷，而如果這個電子離帶電圓盤只有1 mm，那么這一帶電圓盤又相當于一個無限大的帶電平面庫侖定律的理解適用條件：適用于真空中的點電荷真空中的電荷若不是點電荷，如圖122所示同種電荷時，實際距離會增大，如圖(a)所示；異種電荷時，實際距離會減小，如圖(b)所示圖122的理解:有人根據(jù)公式,設想當r0時,得出F的結論從數(shù)學角度這是必然的結論，但從物理的角度分析，這一結論是錯誤的，其原因是，當r0時，兩電荷已失去了點電荷的前提條件，何況實際的電荷都有一定的大小和形狀，根本不會出現(xiàn)r0的情況，也就是說，在r0時不能再用庫侖定律計算兩電荷間的相互作用力3計算庫

4、侖力的大小與判斷庫侖力的方向分別進行即用公式計算庫侖力的大小時，不必將電荷q1、q2的正、負號代入公式中，而只將電荷量的絕對值代入公式中計算出力的大小，力的方向根據(jù)同種電荷相斥、異種電荷相吸加以判斷即可4式中各量的單位要統(tǒng)一用國際單位，與k9.0109 Nm2/C2統(tǒng)一5如果一個點電荷同時受到另外的兩個或更多的點電荷的作用力，可由靜電力疊加的原理求出合力6兩個點電荷間的庫侖力為相互作用力，同樣滿足牛頓第三定律.典型例題：1、如圖所示，兩個帶電金屬小球中心距離為r，所帶電荷量相等為Q，則關于它們之間電荷的相互作用力大小F的說法正確的是()A若是同種電荷，F(xiàn)kC若是同種電荷，F(xiàn)kD不論是何種電荷，

5、Fk2如圖所示，懸掛在O點的一根不可伸長的絕緣細線下端有一個帶電荷量不變的小球A.在兩次實驗中，均緩慢移動另一帶同種電荷的小球B，當B到達懸點O的正下方并與A在同一水平線上，A處于受力平衡時，懸線偏離豎直方向的角度為.若兩次實驗中B的電荷量分別為q1和q2，分別為30和45，則q2/q1為()A2 B3C2 D3變式訓練：1.真空中兩個電性相同的點電荷q1、q2,它們相距較近,保持靜止。今釋放q2且q2只在q1的庫侖力作用下運動,則q2在運動過程中的速度隨時間變化規(guī)律正確的是()答案:A2.如圖所示，豎直平面內有一圓形光滑絕緣細管，細管截面半徑遠小于半徑R，在中心處固定一帶電荷量為Q的點電荷質

6、量為m、帶電荷量為q的帶電小球在圓形絕緣細管中做圓周運動，當小球運動到最高點時恰好對細管無作用力，求當小球運動到最低點時對管壁的作用力是多大？解析設小球在最高點時的速度為v1，根據(jù)牛頓第二定律mgm設當小球在最低點時的速度為v2，管壁對小球的作用力為F，根據(jù)牛頓第二定律有Fmgm小球從最高點運動到最低點的過程中只有重力做功，故機械能守恒則mvmg2Rmv由式得F6mg由牛頓第三定律得小球對管壁的作用力F6mg.答案6mg3、如圖所示，A、B兩個點電荷的電量分別為Q和q， 放在光滑絕緣水平面上，A、B之間用絕緣的輕彈簧連接.當系統(tǒng)平衡時，彈簧的伸長量為x0.若彈簧發(fā)生的是彈性形變，則( B )

7、A保持Q不變，將q變?yōu)?q，平衡時彈簧的伸長量等于2x0B保持q不變，將Q變?yōu)?Q，平衡時彈簧的伸長量小于2x0C保持Q不變，將q變?yōu)閝，平衡時彈簧的縮短量等于x0D保持q不變，將Q變?yōu)镼，平衡時彈簧的縮短量小于x04如圖所示，豎直絕緣墻壁上有個固定的質點A，在A的正上方的P點用絲線懸掛另一質點B，A、B兩質點因為帶電而相互排斥，致使懸線與豎直方向成角.由于漏電，使A、B兩質點的帶電量逐漸減少，在電荷漏完之前懸線對懸點P的拉力大小( )A逐漸減小B逐漸增大 C保持不變D先變大后變小課堂小結：電場強度對電場強度的理解1電場的最基本的性質是對放入其中的電荷有力的作用，描述這一性質的物理量就是電場強

8、度2電場強度是采用比值定義法定義的即E，q為放入電場中某點的試探電荷的電荷量，F(xiàn)為電場對試探電荷的靜電力用比值法定義物理量是物理學中常用的方法，如速度、加速度、角速度、功率等這樣在定義一個新物理量的同時，也確定了這個新物理量與原有物理量之間的關系3電場強度的定義式給出了一種測量電場中某點的電場強度的方法，但電場中某點的電場強度與試探電荷無關，比值是一定的點電荷、等量同種(異種)電荷電場線的分布情況和特殊位置場強的對比1點電荷形成的電場中電場線的分布特點(如圖133所示)圖133(1)離點電荷越近，電場線越密集，場強越強(2)若以點電荷為球心作一個球面，電場線處處與球面垂直，在此球面上場強大小處

9、處相等，方向各不相同2等量異種點電荷形成的電場中電場線的分布特點(如圖134所示)圖134(1)兩點電荷連線上各點，電場線方向從正電荷指向負電荷(2)兩點電荷連線的中垂面(中垂線)上，電場線方向均相同，即場強方向均相同，且總與中垂面(線)垂直在中垂面(線)上到O點等距離處各點的場強相等(O為兩點電荷連線中點)(3)在中垂面(線)上的電荷受到的靜電力的方向總與中垂面(線)垂直，因此，在中垂面(線)上移動電荷時靜電力不做功3等量同種點電荷形成的電場中電場線的分布特點(如圖所示)(1)兩點電荷連線中點O處場強為零，此處無電場線(2)中點O附近的電場線非常稀疏，但場強并不為零(3)兩點電荷連線中垂面(

10、中垂線)上，場強方向總沿面(線)遠離O(等量正電荷)(4)在中垂面(線)上從O點到無窮遠，電場線先變密后變疏，即場強先變強后變弱4勻強電場中電場線分布特點(如圖所示)電場線是平行、等間距的直線，電場方向與電場線平行5等量異種電荷和等量同種電荷連線上以及中垂線上電場強度各有怎樣的規(guī)律？(1)等量異種點電荷連線上以中點O場強最小，中垂線上以中點O的場強為最大；等量同種點電荷連線上以中點電場強度最小，等于零因無限遠處場強E0，則沿中垂線從中點到無限遠處，電場強度先增大后減小，之間某位置場強必有最大值(2)等量異種點電荷連線和中垂線上關于中點對稱處的場強相同；等量同種點電荷連線和中垂線上關于中點對稱處

11、的場強大小相等、方向相反.區(qū)別公式公式分析物理含義引入過程適用范圍Eq是試探電荷，本式是測量或計算場強的一種方法是電場強度大小的定義式由比值法引入，E與F、q無關，反映某點電場的性質適用于一切電場EkQ是場源電荷，它與r都是電場的決定因素是真空中點電荷場強的決定式由E和庫侖定律導出真空中的點電荷特別提醒明確區(qū)分“場源電荷”和“試探電荷”電場由場源電荷產生，某點的電場強度E由場源電荷及該點到場源電荷的距離決定E不能理解成E與F成正比，與q成反比Ek只適用于真空中的點電荷(2)對公式Ek的理解r0時，E是錯誤的，因為已失去了“點電荷”這一前提在以Q為中心，以r為半徑的球面上，各點的場強大小相等，但

12、方向不同，在點電荷Q的電場中不存在場強相等的兩點：注意場強的矢量性?？臻g某點的電場強度等于各點點電荷單獨存在時在該點場強的矢量和。：和之前的力學問題的分析一樣，只不過多了個電場力。典型例題：1、如圖所示，一電子沿等量異種電荷的中垂線由 AOB勻速飛過，電子重力不計，則電子所受另一個力的大小和方向變化情況是( ) A先變大后變小，方向水平向左B先變大后變小，方向水平向右C先變小后變大，方向水平向左D先變小后變大，方向水平向右2下列關于電場強度的說法中，正確的是 ( ) A根據(jù)公式可知，場強E跟電荷所受的電場力F成正比，跟放入電荷的電荷量q成反比 B由公式可知，在真空中由點電荷Q形成的電場中，某點

13、的場強E跟Q成正比，跟該點到Q的距離r的平方成反比 C雖然正、負電荷在電場中的同一點所受的電場力方向相反，但該點的場強方向只有一個，即正電荷在該點的受力方向，也就是負電荷在該點受力的反方向D由公式及均可以確定在真空中點電荷形成的電場中某點的場強，可見場強E與Q或q均有關變式訓練：1如圖1-7 (a)中AB是一條點電荷電場中的電場線，圖(b)則是放在電場線上A、B處的檢驗電荷的電荷量與所受電場力數(shù)量間的函數(shù)圖線，由此可以判定 ( ) A場源是正電荷，位置在A側 B場源是正電荷，位置在B側 C場源是負電荷，位置在A側 D場源是負電荷，位置在B側2在勻強電場中將一質量為m，電荷量為q的帶電小球由靜止

14、釋放，小球的運動軌跡為一直線，該直線與豎直方向夾角為，如圖1-10所示，則可知勻強電場的場強大小 ( ) A一定是mgtan/qB最大值是mgtanqC最小值是mgsinqD以上都不對 3.如圖，在光滑絕緣水平面上。三個帶電小球a、b和c分別位于邊長為l的正三角形的三個頂點上；a、b帶正電，電荷量均為q，c帶負電。整個系統(tǒng)置于方向水平的勻強電場中。已知靜電力常量為k。若三個小球均處于靜止狀態(tài)，則勻強電場場強的大小為A B C D4.如圖，一半徑為R的圓盤上均勻分布著電荷量為Q的電荷，在垂直于圓盤且過圓心c的軸線上有a、 b、d三個點，a和b、b和c、 c和d間的距離均為R，在a點處有一電荷量為

15、q (qO)的固定點電荷.已知b點處的場強為零，則d點處場強的大小為(k為靜電力常量)A. k B. kC. k D. k課堂小結：靜電力做功的特點：1.特點：在靜電場中移動電荷時，靜電力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關，與電荷經過的路徑無關。2適用范圍：該結論對于勻強電場和非勻強電場均適用。電勢能：電荷在電場中的勢能叫做電勢能，可用Ep表示。2大?。弘姾稍谀滁c的電勢能，等于靜電力把它從該點移動到零勢能的位置時所做的功。3與電場力做功的關系靜電力做的功等于電勢能的減少量，用公式表示W(wǎng)AB。電場力做正功，電勢能減少，電場力做負功，電勢能增加。4相對性電勢能的數(shù)值大小與零勢能點的選取有關。通常

16、把離場源電荷無窮遠處或地球表面的電勢能規(guī)定為零。5.電勢能的特點(1)電勢能是由電場和電荷共同決定的，屬于電荷和電場所共有的，我們習慣上說成電荷的電勢能。(2)電勢能是標量，有正負但沒有方向，其正負表示大小。(3)電勢能是相對的，其大小與選定的參考點有關。確定電荷的電勢能，首先應確定參考點，也就是零勢能點的位置。6電勢能增減的判斷方法(1)做功判斷法無論正、負電荷，只要電場力做正功，電荷的電勢能一定減??；只要電場力做負功，電荷的電勢能一定增大。(2)電場線判斷法正電荷順著電場線的方向移動時，電勢能逐漸減??；逆著電場線的方向移動時，電勢能逐漸增大。負電荷順著電場線的方向移動時，電勢能逐漸增大；逆

17、著電場線的方向移動時，電勢能逐漸減小。7 電勢能與重力勢能的比較典型例題：如圖1所示，A、B是同一條電場線上的兩點，下列說法中正確的是(AD)A正電荷在A點具有的電勢能大于在B點具有的電勢能B正電荷在B點具有的電勢能大于在A點具有的電勢能C負電荷在A點具有的電勢能大于在B點具有的電勢能D負電荷在B點具有的電勢能大于在A點具有的電勢能變式訓練：1外力克服電場力對電荷做功時(D)A電荷的動能一定增大B電荷的動能一定減小C電荷一定從電勢能大處移到電勢能小處D電荷可能從電勢能小處移到電勢能大處2如圖中，a、b帶等量異種電荷，NM為ab連線的中垂線，現(xiàn)有一個帶電粒子從M點以一定初速度v0射出，開始時一段

18、軌跡如圖中實線，不考慮粒子重力，則在飛越該電場的整個過程中(BCD)A該粒子帶正電B該粒子的動能先增大后減小C該粒子的電勢能先減小后增大D該粒子運動到無窮遠處后，速度的大小一定仍為v0課堂小結：電勢1、定義：電荷在電場中某一點的電勢能與它的電荷量的比值，叫做這一點的電勢。2、定義式：3單位：伏特，符號是V。4特點(1)相對性：電場中各點電勢的高低，與所選取的電勢零點的位置有關。(2)標量性：電勢是標量，只有大小，沒有方向，但有正負。5判斷電勢高低的辦法(1)在電場中沿著電場線的方向，電勢逐漸降低。(2)在電場力作用下，靜止的正電荷從高電勢移向低電勢。6、對電勢的理解1電勢的特點(1)電勢具有相

19、對性；電勢是相對的，電場中某點的電勢高低與零電勢點的選取有關。通常將離場源電荷無窮遠處，或是地球表面選為零電勢點。(2)電勢是標量：電勢是只有大小、沒有方向的物理量，在規(guī)定了電勢零點后，電場中各點的電勢可能是正值，也可能是負值。正值表示該點的電勢高于零電勢；負值表示該點的電勢低于零電勢。顯然，電勢的正負只表示大小，不表示方向。7電勢高低的判斷方法(1)電場線法：沿電場線方向，電勢越來越低。(2)場源電荷判斷法：離場源正電荷越近的點，電勢越高；離場源負電荷越近的點，電勢越低。(3)電勢能判斷法：對于正電荷，電勢能越大，所在位置的電勢越高；對于負電荷，電勢能越小，所在位置的電勢越高。8.電場強度與

20、電勢的大小沒有直接的關系，它們是從兩個不同的角度描述電場性質的物理量電荷在電場中某點受力大，該點場強大，電勢不一定高，所以電場強度大的地方電勢不一定高電場強度等于0的地方電勢不一定等于0.9電勢能與電勢的區(qū)別與聯(lián)系典型例題：三個點電荷電場的電場線分布如圖2所示，圖中a、b兩點處的場強大小分別為Ea、Eb，電勢分別為a、b(C)AEaEb，abBEaEb，aEb，abDEab變式訓練：1、如圖所示，真空中有一半徑為R、電荷量為Q的均勻帶電球體，以球心O為坐標原點，沿半徑方向建立x軸，P點為球面與x軸的交點。已知均勻帶電球體，xR處的電場分布與電荷量全部集中在球心時相同，而均勻帶電球殼內部電場強度

21、處處為零。k為靜電力常量，則A球內部各點的電勢相等B球內部的電場為勻強電場Cx軸上各點中，P點場強最大Dx軸上x1（x1R）處場強大小為【答案】CD2、如圖所示，、兩點分別放置兩個等量異種電荷，是它們連線的中點，為連線上靠近的一點，為連線中垂線上處于點上方的一點。在、三點中A場強最小的點是點，電勢最高的點是點B場強最小的點是點，電勢最高的點是點C場強最小的點是點，電勢最高的點是點D場強最小的點是點，電勢最高的點是點3、如圖所示，勻強電場場強大小為，方向與水平方向夾角為（），場中有一質量為，電荷量為的帶電小球，用長為的細線懸掛于點。當小球靜止時，細線恰好水平?，F(xiàn)用一外力將小球沿圓弧緩慢拉到豎直方

22、向最低點，小球電荷量不變，則在此過程中A外力所做的功為B帶電小球的電勢能增加C帶電小球的電勢能增加D外力所做的功為【答案】AB4、已知靜電場中某點的電勢為標量：若取無窮遠處電勢為零，在一帶電荷量為+q的點電荷的電場中，與點電荷相距r處的電勢為k；如果某點處在多個點電荷所形成的電場中，則電勢為每一個點電荷在該點所產生的電勢的代數(shù)和。如圖所示，AB是均勻帶電的細棒，所帶電荷量為Q。C為AB棒附近的一點，CB垂直于AB。若取無窮遠處電勢為零，AB棒上的電荷所形成的電場中，C點的電勢為0。則AC連線中點D處的電勢為A20B0C0 D0【答案】A課堂小結：等勢面：在電場中，電勢相等的點組成的面叫做等勢面

23、。2等勢面特點(1)等勢面上各點電勢相等，在等勢面上移動電荷電場力不做功。(2)等勢面一定跟電場線垂直，而且電場線總是由電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面。(3)規(guī)定：畫等勢面時，相鄰兩等勢面間電勢差相等，這樣，在等勢面密處電場強度較大，在等勢面疏處，電場強度較小。對等勢面的理解3等勢面的特點(1)在等勢面內任意兩點間移動電荷，電場力不做功。(2)在空間中兩等勢面不相交。(3)電場線總是和等勢面垂直，且從電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面。(4)在電場線密集的地方，等差等勢面密集；在電場線稀疏的地方，等差等勢面稀疏。(5)等勢面是為描述電場的性質而假想的面。(6)等勢面的分布與零電勢點的選取無關。4幾種常見的電場的等勢面分布典型例題：1如下圖所示，實線為一勻強電場的電場線一個帶電粒子射入電場后，留下一條從a到b虛線所示的徑跡，重力不計，下列判斷正確的是(BC)Ab點電勢高于a點電勢B粒子在a點的動能大于在b點的動能C粒子在a點的電勢能小于在b點的電勢能D場強方向向左變式訓練：1空間有一沿x軸對稱分布的電場，其電場強度E隨x變化的圖象如圖所示下列說法中正確的是()AO點的電勢最低Bx2點的