高中物理复习——电场(1)库仑力、电场强度

电场(一)

一．电荷及电荷守恒定律

1．两种电荷：自然界只存在正、负两种电荷，基元电荷电量e= C 2．物体的带电方式有三种：（1）摩擦起电 （2）接触起电 （3）感应起电 3．电荷守恒定律：电荷既不能 ，也不能 ，它只能从一个物体转移到另一个物体或从物体的一部分转移到另一部分。

4．点电荷：点电荷是一种理想化带电体模型，当带电体间的距离 带电体的线度，以致带电体的形状和大小对作用力的影响可以 时，此带电体可以看作点电荷。

二．库仑定律

22

1r

q kq F =

其中k 为静电力常量， k =9．0×10 9 N m 2/c 2 注意：1）使用库仑定律计算时，电量用绝对值代入，作用力的方向根据“同种电荷相斥，异种电荷相吸”的规律定性判定。

2）研究微观带电粒子（电子、质子、α粒子、各种离子）相互作用时，万有引力或重力可以忽略不计。

3）库仑分取电量的方法：两个大小、形状完全相同的带电金属球相碰后，带电量一定相等。

【例1】 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。①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？②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：①先判定第三个点电荷所在的区间：只能在B 点的右侧；再由2r

kQq

F =，F 、k 、q 相同时Q r ∝ ∴r A ∶r B =2∶1，即C 在AB 延长线上，且AB=BC 。

②C 处的点电荷肯定在电场力作用下平衡了；只要A 、B 两个点电荷中的一个处于平衡，

另一个必然也平衡。由2r

kQq

F =

，F 、k 、Q A 相同，Q ∝r 2，∴Q C ∶Q B =4∶1，而且必须是正电荷。所以C 点处引入的点电荷Q C = +4Q

【例2】 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。

解：先分析A 、B 两球的加速度：它们相互间的库仑力为斥力，

因此C 对它们只能是引力，且两个库仑力的合力应沿垂直于AB 连线的方向。这样就把B

受的库仑力和合力的平行四边形确定了。于是可得Q C = -2q ，F =3F B =33F AB =2

2

33l kq 。

三、电场的力的性质

1．电场：电场是电荷周围存在的电荷发生相互作用的媒介物质；电场的最基本性质是 。

2．电场强度

（1）定义：电场强度，简称场强 q

F E =

（2）点电荷周围的场强公式是：2r

kQ

E =

，其中Q 是产生该电场的电荷，叫场电荷。 （3）匀强电场的场强公式是：d

U

E =

，其中d 是沿电场线方向上的距离。 【例3】 图中边长为a 的正三角形ABC 的三点顶点分别固定三个点电荷+q 、+q 、-q ，求该三角形中心O 点处的场强大小和方向。

解：每个点电荷在O 点处的场强大小都是(

)

2

3

/3a kq

E

=

由

图可得O 点处的合场强为2

6a kq

E O =

，方向由O 指向C 。 【例4】 如图，在x 轴上的x = -1和x =1两点分别固定电荷量为- 4Q 和+9Q 的点电荷。求：x 轴上合场强为零的点的坐标。并求在x = -3点处的合场强方向。

-5 -3 -1 1

-4Q +9

Q

A

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

3．电场线

①电场线的方向为该点的场强方向，电场线的疏密表示场强的大小。 ②电场线互不相交。

特点：1）不闭合（始于正电荷或无穷远处，终于负电荷或无穷远处） 2）不相交（空间任何一点只能有一个确定的场强方向）

3）沿电场线的方向，电势降低。

注意：在一般情况下，电场线不是电荷的运动轨迹。仅当电场线是直线，不计电荷重力，电荷无初速或初速方向沿电场线方向时，电荷才会沿电场线运动。

【例5】 如图所示，在等量异种点电荷的电场中，将一个正的试探电荷由A 点沿直线移到O 点，再沿直线由O 点移到c 点。在该过程中，检验电荷所受的电场力大小和方向如何改变？其电势能又如何改变？

解：根据电场线和等势面的分布可知：电场力一直减小而方向不变；

习题：

1．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此式只适用于点电荷产生的电场 ②式中q 是放入电场中的点电荷的电荷量，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荷量，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 =kq 1q 2/r 2中，可以把kq 2/r 2看作是点电荷q 2产生的电场在点电荷q 1处的场强大小，也可以把kq 1/r 2看作是点电荷q 1产生的电场在点电荷q 2处的场强大小

A．只有①②B．只有①③

C．只有②④D．只有③④

2．一个检验电荷q在电场中某点受到的电场力为F，以及这点的电场强度为E，图中能正确反映q、E、F三者关系的是

3．处在如图所示的四种电场中P点的带电粒子，由静止释放后只受电场力作用，其加速度一定变大的是

4．如图所示，一电子沿等量异种电荷的中垂线由A→O→B匀速飞过，电子重力不计，则电子所受另一个力的大小和方向变化情况是

A．先变大后变小，方向水平向左

B．先变大后变小，方向水平向右

C．先变小后变大，方向水平向左

D．先变小后变大，方向水平向右

5．如图所示，带箭头的线段表示某一电场中的电场线的分布情况．一带电粒子在电场中运动的轨迹如图中虚线所示．若不考虑其他力，则下列判断中正确的是

A．若粒子是从A运动到B，则粒子带正电；若粒子是从B运

动到A，则粒子带负电

B．不论粒子是从A运动到B，还是从B运动到A，粒子必带负

电

C．若粒子是从B运动到A，则其加速度减小

D．若粒子是从B运动到A，则其速度减小