电场性质的综合应用(学生版)

电场性质的综合应用
目录
题型一库仑定律的应用及库仑力的合成及电场的叠加题型二根据电场中的“点、线、面、迹”判断相关物理量的变化题型三匀强电场电势差与场强的关系--电势均匀分布问题题型四静电场的图像问题
题型一库仑定律的应用及库仑力的合成及电场的叠加
【题型解码】
1.电场叠加问题要注意矢量性与对称性
2.电场强度是矢量，电场中某点的几个电场强度的合场强为各个电场强度的矢量和。

1(2023·全国·统考高考真题)如图，
等边ΔABC 位于竖直平面内，AB 边水平，顶点C 在AB 边上方，3个点电荷分别固定在三角形的三个顶点上。

已知AB 边中点M 处的电场强度方向竖直向下，BC 边中点N 处的电场强度方向竖直向上，A 点处点电荷的电荷量的绝对值为q ，求(1)B 点处点电荷的电荷量的绝对值并判断3个点电荷的正负；(2)C 点处点电荷的电荷量。

2(2023·四川雅安·统考模拟预测)如图所示，
直角三角形ABC 的∠A =37°，∠C =90°，AB 的长度为5L ，在A 点固定一带电量为16q 的正点电荷，在B 点固定一带电量为9q 的正点电荷，静电引力常量为k ，sin37°=0.6、 cos37°=0.8，则C 点的电场强度大小为(
)
A.
2kq
L 2
B.
2kq L 2
C.
kq L 2
D.
5kq 12L 2
3(2023上·上海浦东新·高三校考期中)如图所示，
真空中a 、b 、c 、d 四点共线且等距。

先在a 点固定一点电荷+Q ，测得b 点场强大小为E 。

若再将另一等量异种点电荷-Q 放在d 点，则(
)
A.b点场强大小为3
4E B.c点场强大小为5
4
E
C.b点场强方向向左
D.c点场强方向向左
【提分秘籍】
1.电场强度的三个计算公式
2.电场的叠加
①电场强度是矢量，电场中某点的几个电场强度的合场强为各个电场强度的矢量和。

②电势是标量，电场中某点几个电场的电势的总电势为各个电势的代数和。

3.求解涉及库仑力的平衡问题的解题思路
涉及库仑力的平衡问题与纯力学平衡问题分析方法一样，受力分析是基础，应用平衡条件是关键，都可以通过解析法、图示法或两种方法相结合解决问题，但要注意库仑力的大小随着电荷间距变化的特点．具体步骤如下：
4.对称法求电场强度
【突破训练】
1(2023上·江苏南京·高三南京市第二十九中学校考阶段练习)如图所示，在绝缘水平面上固定着一光滑绝缘的圆形槽，在某一过直径的直线上有O、A、D、B四点，其中O为圆心，D在圆上，半径OC垂直于OB，A点固定电荷量为Q的正电荷，B点固定一个未知电荷，使得圆周上各点电势相等．有一个质量为
m ，电荷量为-q 的带电小球在滑槽中运动，在C 点受的电场力指向圆心，根据题干和图示信息可知(
)
A.小球在滑槽内运动时，在C 点速度最小
B.固定在B 点的电荷带正电
C.固定在B 点的电荷电荷量为3Q
D.C 、D 两点的电场强度大小相等
2(2023上·广西百色·高三校联考阶段练习)如图所示，
三角形ABC 是等腰直角三角形，在A 点固定一个电荷量大小为Q 1的点电荷，在B 点固定一个电荷量大小为Q 2的点电荷，C 点处的电场强度方向与CB
垂直，则Q 1
Q 2
的值为()
A.32
B.
3
C.22
D.
2
3(2023·黑龙江哈尔滨·高三哈尔滨七十三中校考期中)如图所示，
△ABC 是直角三角形，∠ABC =30°，∠BAC =90°，两个点电荷分别固定在A 点和C 点，A 点处电荷的带电量与C 点处电荷的带电量的绝对值之比为n (n 未知)，测得B 点的电场强度方向垂直于BC 边向下，则(
)
A.A 点的点电荷带正电，C 点的点电荷带正电，n =
3
2B.A 点的点电荷带正电，C 点的点电荷带负电，n =
1
2C.A 点的点电荷带正电，C 点的点电荷带负电，n =
3
2D.A 点的点电荷带负电，C 点的点电荷带正电，n =
1
2题型二根据电场中的“点、线、面、迹”判断相关物理量的变化
【题型解码】
(1)“运动与力两线法”--画出“速度线”(运动轨迹在初始位置的切线)与“力线”(在初始位置电场线的切线方向)，从二者的夹角情况来分析曲线运动的情况．
(2)“三不知时要假设”--电荷的正负、场强的方向(或等势面电势的高低)、电荷运动的方向，是题意中相互制约的三个方面．若已知其中的任一个，可顺次向下分析判定各待求量；若三个都不知(三不知)，则要用“假设法”分别讨论各种情况．
1(2023上·辽宁·高三凤城市第一中学校联考期中)有研究表明，当兴奋情绪传播时，在人的体表可以测出与之对应的电势变化。

某一瞬间人体表面的电势分布图如图所示，图中实线为等差等势面，标在等势面上的数值分别表示该等势面的电势，a、b、c、d为等势面上的点，该电场可等效为两等量异种电荷产生的电场，a、b为两电荷连线上对称的两点，c、d为两电荷连线中垂线上对称的两点。

下列说法中正确的是()
A.a、b两点的电场强度大小相等，方向相反
B.c点的电势大于d点的电势
C.将带正电的试探电荷从b点移到d点，电场力做负功
D.负电荷在c点的电势能小于在a点的电势能
2(2023上·广东广州·高三广东广雅中学校考期中)静电除尘利用静电场净化气体或回收有用尘粒。

某静电除尘装置由带正电的金属圆筒Q和带负电的线状电极P组成，其横截面上的电场线分布如图所示，A、
B、M、N为同一等势线(图中虚线)上的四点，A、B、C在圆筒的直径上，BC=BP，若电极P的电势为
0，下列说法正确的是()
A.C点电势高于A点电势
B.A、B两点的电场强度大小相同
C.M、N两点的电场强度相同
D.φC=2φB
【提分秘籍】
1.根据运动轨迹判断粒子的受力及运动情况
①确定受力方向的依据
a．曲线运动的受力特征：带电粒子受力总指向曲线的凹侧；
b．电场力方向与场强方向的关系：正电荷的受力方向与场强方向相同，负电荷则相反；
c．场强方向与电场线或等势面的关系：电场线的切线方向或等势面的法线方向为电场强度的方向。

②比较加速度大小的依据：电场线或等差等势面越密⇒E越大⇒F=qE越大⇒a=qE
m越大。

③判断加速或减速的依据：电场力与速度成锐角(钝角)，电场力做正功(负功)，速度增加(减小)。

2.分析电场的特点和性质问题的一般思路
(1)电场强度
①根据电场线的疏密程度进行判断。

②根据等差等势面的疏密程度进行判断。

③根据E=k Q
r2
结合矢量合成进行判断或计算。

(2)电势
①根据沿电场线方向电势逐渐降低进行判断。

②根据φ=E p
q进行判断或计算。

③空间存在两个或两个以上的电场时，根据电势的叠加求代数和进行判断或计算。

(3)电势能
①根据E p=φq进行判断或计算。

注意判断或计算时E p、φ、q均带正、负号，且E p、φ的正、负号表示大小。

②根据电场力做功进行判断或计算。

若电场力对电荷做正功，电势能减少，反之则增加，且W AB=-ΔE p。

③根据能量守恒定律进行判断或计算。

电场力做功的过程是电势能和其他形式的能相互转化的过程，若只
有电场力做功，电荷的电势能与动能相互转化，而总和应保持不变，即当动能增加时，电势能减少，反之则增加，且ΔE k=-ΔE p。

【突破训练】
1.(2024·辽宁沈阳·东北育才学校校考二模)电场线分布如图所示，以下说法正确的是()
A.a点电势低于b点电势
B.c点场强大于b点场强
C.若将一检验电荷+q由d点移至a点，它的电势能增大
D.若在d点再固定一点电荷-Q，将一检验电荷+q由a移至b的过程中，电势能增大
2(2023上·黑龙江哈尔滨·高三哈九中校考期中)图中虚线为匀强电场中与场强方向垂直的等间距平行直线，两粒子M、N比荷相等，电性相反。

现将M、N从虚线上的O点以相同速率射出，两粒子在电场中运动的轨迹分别如图中两条实线所示。

点a、b、c为实线与虚线的交点，已知O点电势高于c点。

若不计重力，则()
A.M带负电荷，N带正电荷
B.N在a点的速度与M在c点的速度大小相同
C.N在a点的动能与M在c点的动能一定相同
D.N从O点运动至a点的过程中电势能增加
3(2023上·吉林白城·高三校考期中)一带电粒子(重力不计)射入一正点电荷的电场中，运动轨迹如图所示，粒子从A经B运动到C，则()
A.粒子可能带正电
B.粒子的动能一直变大
C.粒子的加速度先变小后变大
D.粒子运动所受正点电荷的库仑力先变大后变小
4(2023上·福建福州·高三校联考期中)静电纺纱利用了高压静电场的两个电极使单纤维两端带上异种电荷，如图所示，则()
A.图中虚线是电场线，电势φA=φB
B.图中虚线是等势线，电场强度E A=E B
C.电子在A点的电势能大于其在D点的电势能
D.将一电子从C移动到D，电场力做功为零
5(2023上·辽宁沈阳·高三辽宁实验中学校考期中)如图所示，在O点固定一个点电荷Q，一个带电粒子P从很远处以初速度v0射入电场，MN为粒子P仅在电场力作用下的运动轨迹，图中虚线分别是以O为中心，以R1、R2、R3为半径画出的三个圆，且R2-R1=R3-R2，a、b、c分别为轨迹MN与三个圆的交点，以下说法中正确的是()
A.P、Q两电荷可能同号，也可能异号
B.a 点电势高于b 点电势
C.P 在a 点的电势能大于在c 点的电势能
D.P 由c 点运动到b 点时的动能变化量大于由c 点运动到a 点时的动能变化量绝对值
6(2023上·海南省直辖县级单位·高三校考阶段练习)如图所示，
实线为某静电场中的一簇电场线，其中过a 、b 、c 三点的电场线为一条直线，且b 为ac 的中点。

虚线为某一带电粒子进入该电场后仅在电场力作用下的运动轨迹，粒子依次通过三条电场线上的d 、b 、e 三处位置。

下列说法中正确的是(
)
A.该粒子带正电
B.带电粒子在e 点的加速度大于它在d 点的加速度
C.ab 两点之间的电势差U ab 小于bc 两点之间的电势差U bc
D.带电粒子从d 点运动到e 点的过程中电势能一直在减小
题型三匀强电场电势差与场强的关系--电势均匀分布问题
1(2024·全国·高三专题练习)如图所示，
A 、
B 、
C 三点都在匀强电场中，已知AC ⊥BC ，∠ABC =60°，BC
=20cm 。

把一个电荷量q =1×10-5C 的正电荷从A 点移到B 点，静电力做的功为零；从B 点移到C 点，静电力做的功为-1.73×10-3J ，则该匀强电场的场强大小和方向是(
)
A.865V /m ，垂直AC 向左
B.865V /m ，垂直AC 向右
C.500V /m ，垂直AB 斜向下
D.1000V /m ，垂直AB 斜向下
2(2023上·黑龙江哈尔滨·高三哈九中校考期中)在一足够大的区域内存在匀强电场，
电场强度的方向与三角形abc 在同一平面内，其中a 、b 、c 三点电势分别为2V 、12V 、6V 。

已知ab 的距离为5cm ，ac 的距离为22cm ，ac 和ab 的夹角为45°。

下列说法正确的是(
)
A.将一质子从b 点自由释放，该质子可能经过c 点
B.将电子从a点以一定的初动能抛出，在三角形区域内，经过c点的电子动能增量最大
C.电场强度的方向从c点指向a点
D.电场强度的大小为200V/m
【提分秘籍】
1.E=U
d在匀强电场中的理解及应用
①U AB=Ed，d为A、B两点沿电场方向的距离。

②沿电场强度方向电势降落得最快。

③在同一直线上或相互平行的两条直线上距离相等的两点间电势差相等。

2.在匀强电场中由公式U=Ed得出的“一式、二结论”
(1)“一式”：E=U
d =
W
电
qd，其中d是沿电场线方向上两点间的距离。

(2)“二结论”
结论1：匀强电场中的任一线段AB的中点C的电势φC=φA+φB
2，如图甲所示。

结论2：匀强电场中若两线段AB∥CD，且AB=CD，则U AB=U CD(或φA-φB=φC-φD)，如图乙所示。

【突破训练】
1(2023上·湖南长沙·高三长沙一中校考阶段练习)如图所示，真空中有一匀强电场(图中未画出)，电场方向与圆周在同一平面内，△ABC是圆的内接直角三角形，∠BAC=63.5°，O为圆心，半径R=5cm。

位于A处的粒子源向平面内各个方向发射初动能均为8eV、电荷量为+e的粒子。

有些粒子会经过圆周上不同的点。

其中到达B点的粒子动能为12eV，达到C点的粒子电势能为-4eV(取O点电势为零)、忽略粒子的重力和粒子间的相互作用，sin53°=0.8。

下列说法正确的是()
A.圆周上A、C两点的电势差为16V
B.圆周上B、C两点的电势差为-4V
C.匀强电场的场强大小为200V/m
D.当某个粒子经过圆周上某一位置时，可以具有3eV的电势能，且同时具有9eV的动能
2(2024·全国·高三专题练习)如图所示，匀强电场的方向平行于xOy平面，cd、cb分别垂直于x轴、y
轴，a、b、c三点的电势分别为4V、8V、10V。

现使一电荷量为q=-2×10-5C、质量m=22×10-3kg的带电粒子从O点垂直ab斜向上运动恰好通过b点。

已知该粒子仅受电场力作用，下列说法正确的是
()
A.坐标原点O的电势为8V
B.电场强度的大小为1002V/m
C.该粒子从O点运动到b点过程中，电场力做功为4×10-5J
D.该粒子在O点速度大小为214m/s
3(2023上·江西鹰潭·高三统考期中)如图，一匀强电场方向与直角三角形ACD平面平行，∠CDA= 90°，∠CAD=53°，AC边长度为15cm，过D点作AC的垂线垂足为E，A、C、D三点的电势分别为27V、-10.5V和13.5V。

cos53°=0.6，由以上信息可以得出()
A.E点的电势为10.5V
B.匀强电场的方向由A指向C
C.匀强电场的大小为250V/m
D.把一电子从C点移到E点，电场力做的功为21eV
4(2023上·辽宁·高三统考期中)如图所示，xOy平面内有一半径为R=5cm的圆，圆心位于O点，A、B、C为圆与坐标轴的三个交点，匀强电场平行于xOy平面，取O点的电势为零。

在xOy平面内，若将一电子从A点移动到B点，克服电场力做的功为8eV；若将一质子从O点移动到C点，电场力做的功为3eV。

不计各种粒子的重力和粒子间的相互作用，则下列说法正确的是()
A.A、B两点间的电势差为U AB=-8V
B.B、C两点间的电势差为U BC=-1V
C.匀强电场的场强大小为E=100V/m
D.若在O点有个α粒子发射源，能够向平面内的各个方向发射动能均为5eV的α粒子，则α粒子到达圆形
边界的最大动能为15eV
题型四静电场的图像问题
【题型解码】在图象问题中，一般从图象的“点、线、面、斜”四个方向理解．φ-x图象中斜率表示场强；E-x图象中面积表示电势差．
1(2024·全国·高三专题练习)x轴上固定着两个点电荷A、B，两点电荷分别位于x A=0，x B=4d处，两者所在区域为真空，在两者连线上某点的电场强度E与该点位置的关系如图所示。

选取x轴正方向为电场强度的正方向，无限远处电势为零。

以下说法正确的是()
A.点电荷A、B分别带正电和负电
B.A、B所带电荷量的绝对值之比为1∶3
C.x=d处电势最高且为零
D.将电子从x=5d处无初速度释放，其电势能一直减小
2(2023上·重庆沙坪坝·高三重庆南开中学校考期中)如图甲所示，真空中的x轴上A、B两点分别固定点电荷Q A、Q B，图乙是AB连线之间的电势φ与位置x之间的关系图像，图中x=-L点为图线的最高点。

若在x=-2L处由静止释放一个质量为m、电量为-q的试探电荷(不计重力)，下列说法正确的是()
A.两点电荷Q A、Q B是异种电荷
B.两电荷电量Q A<Q B
C.释放后的试探电荷沿x轴正向运动时加速度先增大后减小
D.释放后的试探电荷沿x轴正向运动时电势能先减小后增大
3(2023上·湖北·高三校联考阶段练习)在某电场中建立x坐标轴，一个质子沿x轴正方向运动，经过间距相等的A、B、C三点，该质子的电势能E随位置坐标x变化的关系如图所示，该质子只受电场力作用。

下列说法正确的是()
A.A 点电势高于B 点电势
B.A 点的电场强度大于B 点的电场强度
C.质子经过A 点的速率小于经过B 点的速率
D.C 、B 两点电势差U CB 大于B 、A 两点电势差U BA 【提分秘籍】
几种常见图象的特点及规律
v ­t
图象根据v ­t 图象中速度变化、斜率确定电荷所受合力的方向与合力大小变化，确定电场的方向、电势高低及电势能变化
φ­x
图象(1)电场强度的大小等于φ­x 图线的斜率大小，电场强度为零处，φ­x 图线存在极值，其切线的斜率为零；(2)
在φ­x 图象中可以直接判断各点电势的高低，并可根据电势高低关系确定电场强度的方向；(3)在φ­x 图象中分析电荷移动时电势能的变化，可用W AB =qU AB ，进而分析W AB 的正负，然后做出
判断
E ­x
图象(1)反映了电场强度随位移变化的规律；(2)E >0表示场强沿x 轴正方向，E <0表示场强沿x 轴负方向；(3)图线与x 轴围成的“面积”表示电势差，“面积”大小表示电势差大小，两点的电势高低根据电场
方向判定
E p ­x
图象(1)反映了电势能随位移变化的规律；(2)图线的切线斜率大小等于电场力大小；(3)进一步判断场强、动能、加速度等随位移的变化情况
【突破训练】
1(2023上·江苏南通·高三统考期中)真空中有一静止、
半径为r 0的均匀带正电的球体，场强E 沿半径r 方向分布情况如图所示，图中E 0、r 0、r 1、r 2以及静电力常量k 都是已知量，下列说法中正确的是()
A.r 0处电势最高
B.r 1、r 2两处的电场强度方向相反
C.r 1、r 2两处的电势差等于E 0r 2-r 1
D.利用已知量可求出球体所带的电荷量
2(2023·山东青岛·统考模拟预测)建立如图所示的坐标系，在x轴上的x1=0、x2=1m两点分别固定电荷量为q1和q2的点电荷，x轴上各点电势变化曲线如图所示，M、N两点是曲线与x轴的交点。

以下说法中正确的是()
A.q1为负电荷、q2为正电荷，电荷量q1大于q2
B.M点和N点的电场强度有可能相同
C.x=1m位置到M点距离和到N点距离可能相等
D.在x轴上(去掉x1=0、x2=1m两点)最多可以找到四个位置其电势相同
3(2023·广西北海·统考一模)如图所示，x轴上有两个点电荷位于O、O 位置，一负试探电荷沿x轴由O向O 移动的过程中，该电荷的电势能随位移的变化规律如图所示，A、C两点的连线以及B点的切线均与x轴平行，B点的横坐标为x1=2，O 点的横坐标为x2=5。

则下列说法正确的是()
A.B点的电场强度为零
B.O、O 两点的电荷均为正电荷
C.O、O 两点的点电荷所带电荷量的绝对值之比为9:4
D.φA-φB=φC-φB。