静电场中的力学问题
高中物理静电场知识点总结及题型分析
xx 电场一、静电场公式汇总1、公式计算中的q、©的要求电场中矢量(电场力F、电场E)的运算：q代绝对值电场中标量(功W电势能Ep、电势差UAB电势©)的运算：q、© xx、负2、公式：(1) 点电荷间的作用力：F=kQ1Q2/r2(2) 电荷共线平衡：( 3)电势© A：© A= EpA /q (© A电势二EpA电势能/ q检验电荷量；电荷在电场中某点的电势能与电荷量的比值跟试探电荷无关)( 4)电势能EpA：EpA=© A q( 5)电场力做的功WABW=F d =F S COSB =EqdWA R EpA- EpBWA B UAB q （电场力做功由移动电荷和电势差决定，与路径无关）（6）电势差UAB：UAB=© A—© B （电场中，两点电势之差叫电势差）UAB= WAB / q （WA电场力的功）U= E d （E数值等于沿场强方向单位距离的电势差）（7）电场强度EE=F/q （任何电场）；（点电荷电场）；（匀强电场）（8）电场力：F=E q （9）电容：（10）平行板电容器：3、能量守恒定律公式（1）、动量定理：物体所受合外力的冲量等于它的动量的变化.公式：F合t = mv2 —mv1 （解题时受力分析和正方向的规定是关键）动量守恒定律：相互作用的物体系统, 如果不受外力, 或它们所受的外力之和为零, 它们的总动量保持不变. （研究对象：相互作用的两个物体或多个物体）公式：m1v1 + m2v2 = m1 v1 ＇+ m2 v2＇2）能量守恒（1）动能定理：（动能变化量=1/2 mv22-1/2 mv12）F合s对地c°s 1 2 2一mv mv 2 t oW( W2 L 1 2 2 -mv mv2 t o（2）能量守恒定律：系统（动能+重力势能+电势能）4、力与运动（动力学公式）xx第二定律：（1）匀速直线运动：受力运动（2）匀变速直线运动：受力（缺）运动⑴（s）（vt）（a）（3）类平抛运动：仅受电场力;;复合场速度位移水平方向竖直方向偏移量速度偏向角的正切：若加速电场：电场力做功，，则（y、与m q无关）示波管的灵敏度：y/U2二L2/4dU1圆周运动：绳子、单轨恰好通过最高点：；；杆、双轨最高点:如图所示，从静止出发的电子经加速电场加速后，进入偏转电场.若加速电压为U l、偏转电压为U2,要使电子在电场中的偏移距离y增大为原来的2倍（在保证电子不会打到极板上的前提下），可选用的方法有」--------------------------------------------------------- =J-A .使U i减小为原来的1/2 ;B .使U2增大为原来的2倍；C .使偏转电场极板长度增大为原来的 2 倍;D .使偏转电场极板的间距减小为原来的1/2考点名称：带电粒子在电场中的加速（一）、带电粒子在电场中的直线运动（1）如不计重1力，电场力就是粒子所受合外力，粒子做直线运动时2的要求有：①对电场的要求：或是匀强电场，或不是匀强电场但电场的电场线有直线形状。
静电场基本问题总结
静电场基本问题总结静电场的基本问题一、电场的几个物理量的求解思路1.确定电场强度的思路⑴定义式：E=q.kQ(2) 库仑定律：E=-Q T(真空中点电荷，或近似点电荷的估算问题).⑶电场强度的叠加原理，场强的矢量和.(4) 电场强度与电势差的关系：E=U(限于匀强电场).(5) 导体静电平衡时，内部场强为零即感应电荷的场强与外电场的场强等大反向E感=-E外.(6) 电场线(等势面)确定场强方向，定性确定场强.2.确定电势的思路(1) 定义式：：•:(2) 电势与电势差的关系：U AB=：」A-G B.(3) 电势与场源电荷的关系：越靠近正电荷，电势越高；越靠近负电荷，电势越低.(4) 电势与电场线的关系：沿电场线方向，电势逐渐降低.(5) 导体静电平衡时，整个导体为等势体，导体表面为等势面.3.确定电势能的思路(1) 与静电力做功关系：W AB = E pA-E pB，静电力做正功电势能减小；静电力做负功电势能增加.(2) 与电势关系：E p=q：・：」p,正电荷在电势越高处电势能越大，负电荷在电势越低处电势能越大. ⑶与动能关系：只有静电力做功时，电势能与动能之和为常数，动能越大，电势能越小.4.确定电场力的功的思路(1) 根据电场力的功与电势能的关系：电场力做的功等于电势能的减少量，W AB = E pA-E pB.(2) 应用公式W AB=qU AB计算：符号规定是：所移动的电荷若为正电荷，q取正值；若为负电荷，q取负值；若移动过程的始点电势:•:-A高于终点电势:•:」B，U A B取正值；若始点电势心A低于终点电势叮-B，U A B取负值.⑶应用功的定义式求解匀强电场中电场力做的功：W=qEl cos d.注意：此法只适用于匀强电场中求电场力的功.⑷由动能定理求解电场力的功：W电+W其他=，E k.即若已知动能的改变和其他力做功情况，就可由上述式子求出电场力做的功.【例1】电场中有a、b两点，已知叮*-500 V,门b=1 500 V,将带电荷量为q=-4 10-9C的点电荷从a移到b时，电场力做了多少功？a、b间的电势差为多少？解析电场力做的功为：W ab=E pa-E pa=qG o rqG b=-4 10~C (-500-1 500)V=8 10-6 Ja、b 间的电势差为：U ab=%-Gb=-500 V-1 500 V=-2 000 V.答案8 10-6 J -2 000 V变式训练1 如图1是一匀强电场，已知场强E=2 102 N/C.现让一个电荷量q=-4 10-8C的电荷沿电场方向从M点移到N点，MN间的距离1=30 cm.试求：(1)电荷从M点移到N点电势能的变化；⑵M、N两点间的电势差.Af*--------- *N-----------------图 1 答案(1)2.4 10-6J (2)60 V解析(1)由电场力做的功等于电势能的变化量：厶E p二W=-qE 1=4 10-8 2 102 0.3 J=2.4 10-6-6W MN -2.4X10丄(2)U MN=〒=-4 10-8 V=+60 V.二、电场力做功与能量转化1. 带电的物体在电场中具有电势能，同时还可能具有动能和重力势能等机械能，用能量观点处理问题是一种简捷的方法.2. 处理这类问题，首先要进行受力分析及各力做功情况分析，再根据做功情况选择合适的规律列式求解.3. 常见的几种功能关系(1) 只要外力做功不为零，物体的动能就要改变(动能定理).(2) 静电力只要做功，物体的电势能就要改变，且静电力做的功等于电势能的减少量，W电=E p1-E p2.如果只有静电力做功，物体的动能和电势能之间相互转化，总量不变(类似机械能守恒).(3) 如果除了重力和静电力之外，无其他力做功，则物体的动能、重力势能和电势能三者之和不变. 【例2】一个带负电的质点，带电荷量为 2.0 10-9C，在电场中将它由a移到b,除电场力之外，其他力做功6.5 10-5 J，质点的动能增加了8.5 10-5 J，则a、b两点间的电势差①a-①b= __________ .解析要求两点的电势差，需先求出在两点移动电荷时电场力做的功，而质点动能的变化对应合外力做的功.设电场力做的功为W ab，由动能定理得：W ab+W= E kW ab= E k-W=2.0 10-5 J贝卜 ~ 厲=処=-1.0 104V. 答案-1.0 104 Vq变式训练2如图2所示，边长为L的正方形区域abed内存在着匀强电场.质量为m、电荷量为q 的带电粒子以速度V。
静电场与力学综合问题热点解析
静电场与力学综合问题热点解析静电场与力学的综合问题一向是高考的热点之一,由于此类问题涉及应用力学去分析现象、探究规律,往往对考生提出了较高的能力要求.在高考一轮复习中,系统整理应用力学方法解决电场问题的思路和手段,对提高分析能力、熟练掌握力学技巧的应用等大有益处.纵观近几年全国各地的高考试卷,涉及静电场与力学的综合问题的题型在悄悄的变化,如“电场中的圆周运动问题”的考查频率已有所降低,而近年来高考的热点主要集中在以下两种类型.一、直线运动问题带电体在电场中的直线运动主要包括:匀速直线运动、匀变速直线运动、往复运动(分周期性和无周期性两种)等,一般的处理方法是先进行受力分析,确定带电体的状态后,再用牛顿运动定律、动能定律或动量守恒定律等求解.图1例1现有若干完全相同的小球(附绝缘细杆),每个小球的电荷量为q,质量为m,绝缘细杆的长度为L,质量不计,如图1所示.MN为水平放置的一对金属板,其上板的中央O处有一小孔,板间存在竖直向上的匀强电场.现将5节这样的小球串接成组后竖直放置于O点并将其由静止释放,在运动过程中它始终保持竖直,现发现在第2个(自下往上)小球进入电场后到第3个小球进入电场前这一过程中,小球组做匀速运动,求:(1)两板间的电场强度E;(2)第几个小球进入电场时恰好速度为零?(3)若增加小球组小球的数目,重复上述过程,但仍要求某一小球进入电场时恰好速度为零,则至少需增加几个小球?思路点拨从受力分析的角度看小球组进入电场后先做匀加速运动再做匀速运动,最后做匀减速运动,(1)问涉及匀速运动为平衡状态,应从力的角度解答,(2)、(3)问如用动能定理可忽略中间过程而使解题大为简化.解析(1)小球组做匀速运动时,由平衡条件知2Eq=5mg,即E=2.5mgq.(2)设第n个小球进入电场时速度恰好为零,由动能定理知:(n-1)5mgL-EqL[(n-1)+(n-2)+…+2+1]=0,即(n-1)5mgL=EqLn(n-1)2,得n=4.(3)设增加到x个小球,当第n个小球刚进入时,若恰好速度为零,则有x(n-1)mgL=EqL[(n-1)+(n-2)+…+2+1],得x=1.25n,x、n取正整数,n最小为4,其次为8,x最小为5,其次为10,故至少应增加5个球.解后反思对数学方法解出的结果往往要结合物理情形进行进一步的讨论.例2如图2甲所示,在光滑绝缘水平面的AB区域内存在水平向右的电场,电场强度E随时间的变化如图2乙(b)所示.不带电的绝缘小球P2静止在O点.t=0时,带正电的小球P1以速度v0从A点进入AB区域.随后与P2发生正碰后反弹,反弹速度是碰前的23倍.P1的质量为m1,带电量为q,P2的质量为m2=5m1,A、O间距为L0,O、B间距为L=4L03.已知qE0m1=2v203L0,T=L0v0.求:(1)求碰撞后小球P1向左运动的最大距离及所需时间.(2)讨论两球能否在OB区间内再次发生碰撞.图2思路点拨本题有两个研究对象,且物体的受力情况和运动情况都较为复杂,故解题的关键是对物体的运动过程进行分段解剖,画出草图,弄清不同过程中两个物体的运动状态及它们的相互位置关系.解析(1)P1经t1时间,与P2碰撞,则t1=L0v0,P1、P2碰撞设碰后P1速度为v1(v1=-23v0),P2速度为v2,由动量守恒有m1v0=m1v1+m2v 2.解得v2=13v0(方向水平向右).碰撞后小球P1向左运动的最大距离s m=v212a 1.又a1=qE0m1=2v203L0,解得s m=L03,所需时间t2=v1a1=L0v0.(2)设P1、P2碰撞后又经Δt时间在OB区间内再次发生碰撞,且P1受电场力不变,由运动学公式,以水平向右为正.由s1=s2,有-v1Δt+12a1Δt2=v2Δt,解得Δt=3L0v0=3T(故P1受电场力不变).对P2分析:s2=v2Δt=13v0•3L0v0=L0所以假设成立,两球能在OB区间内再次发生碰撞.解后反思问题(2)中应用条件s1=s2时,正方向的选取尤其重要.在同一个物理问题中,即使研究对象有几个,通常建议只取一个相同的正方向,这样不容易出错.二、带电粒子在电场中的偏转问题带电粒子在电场中的偏转问题又可分为恒定场和交变场两种,带电粒子在恒定电场中偏转的轨迹为抛物线,解题的基本思路就是分解;若偏转电场为交变电场,则可重点对侧向进行单独研究,讨论侧向上粒子的运动情况,而垂直于电场方向的运动(通常为匀速)对其一般没有影响.例3如图3所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图.在xOy平面上的ABCD区域内,存在两个场强大小均为E的匀强电场Ⅰ和Ⅱ,两电场的边界均是边长为L的正方形(不计电子所受重力).(1)在该区域AB边的中点处由静止释放电子,求电子离开ABCD区域的位置.(2)在电场Ⅰ区域内适当位置由静止释放电子,电子恰能从ABCD区域左下角D处离开,求所有释放点的位置.(3)若将左侧电场Ⅱ整体水平向右移动Ln(n≥1),仍使电子从ABCD区域左下角D处离开(D不随电场移动),求在电场Ⅰ区域内由静止释放电子的所有位置.图3思路点拨电子在电场Ⅰ中做匀加速直线运动而在电场Ⅱ中做类平抛运动,离开电场后做匀速直线运动,可画出运动过程的示意图来将不同过程的运动连接起来.解析(1)设电子的质量为m,电量为e,电子在电场Ⅰ中做匀加速直线运动,出区域Ⅰ时的速度为v0,此后电场Ⅱ做类平抛运动,假设电子从CD 边射出,出射点纵坐标为y,有eEL=12mv20,L2-y=12at2=12eEmLv0 2.解得y=14L,所以原假设成立,即电子离开ABCD区域的位置坐标为-2L,14L.(2)设释放点在电场区域Ⅰ中,其坐标为(x,y),在电场Ⅰ中电子被加速到v1,然后进入电场Ⅱ做类平抛运动,并从D点离开,有eEx=12mv21,y=12at2=12eEmLv12,解得xy=L24,即在电场Ⅰ区域内满足方程的点即为所求位置.(3)设电子从(x,y)点释放,在电场Ⅰ中加速到v2,进入电场Ⅱ后做类平抛运动,在高度为y′处离开电场Ⅱ时的情景与(2)中类似,然后电子做匀速直线运动,经过D点,则有eEx=12mv22,y-y′=12at2=12eEmLv22,v y=at=eELmv2,y′=v yLnv2,解得xy=L212n+14,即在电场Ⅰ区域内满足方程的点即为所求位置.解后反思有部分答题者对题中求“释放点的位置”误解为一定要将x、y的值分别求出,从而陷入困境.实际上只要求出x、y间的关系式就可以了.图4例4如图4所示,加速电压U0=5000V,偏转极板长L1=10cm,宽d= 4.0cm;在L2=75cm处有一直径D=20cm的圆筒,筒外卷有记录纸,整个装置放在真空中.电子从阴极发射时的初速度不计,在金属板A、B上加交变电压u1=U1cos2πt(U1=1000V)时,圆筒又绕其中心轴匀速转动,转速n=2.0r/s,可得电子在记录纸上的轨迹,试将1.0s内所记录的图形画出Yt图(记录纸在圆筒转动过程中被匀速抽出).思路点拨由于电子在电场中的飞行时间t=L1v0=L12eU0m=2.38×10-9s,远小于交流电的周期T=1s,故可近似认为每个电子在通过A、B两板的过程中板间电压不变,电子做抛物线运动.解析用正交分解法研究其运动规律可知,电子打在圆筒上的点到筒中心的距离满足Y=y+L2tanθ=eu1L1mdv20L12+L2=eL1(L1+2L2)2mdv20U1cos2πt.式中y为电子离开电场时的侧向位移,θ为偏转角,y=12eu1mdL1v02,tanθ=u1eL1mdv20,可见,记录纸上的电子在y方向上随交变电压做简谐振动,其最大偏移为Y m=eL1(L1+2L2)U12mdv20=0.20m.图5由圆筒转动的周期T′=0.5s,则可画得1s(u1的周期)内记录到的轨迹曲线(如图5所示),该Yt图的周期由u1的周期决定.思考若记录纸不被抽出,而是重复记录,图像又如何?解后反思解题中要敢于忽略次要矛盾,将每个电子运动的极短时间内的电场视为恒定电场;另外Y仅由u1的特性决定(即Y与时间t的函数关系必定与u1与t的函数关系相同)的规律要会灵活应用.小结:力学方法在静电场问题中的应用规律——1.所有问题都应先通过受力分析确定物体的状态.2.匀变速直线运动问题一般用力的方法处理,非匀变速直线运动通常可用动能定理来解,如是碰撞问题,则动量守恒定律常常有用武之地.3.对带电粒子在电场中的偏转问题的常规处理方法要熟悉(有关偏转角和侧移的公式最好能记住),对交变电场问题要善于抓主要矛盾.4.当带电体做一般的曲线运动时,通常可用动能定理来处理,而等效场的手段在电场中讨论某些问题(特别是圆)时可使问题大大简化.。
静电场中的动力学问题
高中物理资料静电场中的动力学问题一、规律1.运动规律：匀速直线运动、匀变速直线运动、匀速圆周运动、平抛运动、斜抛运动、简谐运动、运动的合成与分解、螺旋线运动的规律；2.动力学规律：牛顿运动定律、动量定理、动能定理、机械能守恒定律、功和能的关系、动量守恒定律、能量守恒定律。
（1）牛顿运动定律（牛顿第一定律、牛顿第二定律、牛顿第三定律）（2）动量定理（单体的动量定理、系统的动量定理）（3）动能定理（单体的动能定理、系统的动能定理）（4）机械能守恒定律（单体的机械能守恒定律、系统的机械能守恒定律）（5）功和能的关系（重力做功与重力势能变化的关系、弹力做功与弹性势能变化的关系、电场力做功与电势能变化的关系、合外力做功与动能变化的关系、除了重力和弹力之外的其他力做功与机械能变化的关系、安培力做功与电能变化的关系）（6）动量守恒定律（7）能量守恒定律二、思路1.选择研究对象：物体或系统；2.进行运动过程分析和受力分析；3.根据运动特点和受力特点选择合适的运动规律和动力学规律列方程求解。
高中物理资料 模块一：动力学观点思路：1.选择研究对象：物体或系统；2.进行运动过程分析和受力分析；3.根据牛顿第二定律列动力学方程；根据运动特点列运动方程；4.联立方程求解。
例题1：如图所示，相距为d 的平行金属板A 、B 竖直放置，在两板之间水平放置一绝缘平板。
有一质量m 、电荷量q （q>0）的小物块在与金属板A 相距L 处静止。
若某一时刻在金属板A 、B 间加一电压32AB mgd U q μ=-，小物块与金属板只发生了一次碰撞，碰撞后电荷量变为2q -，并以与碰前大小相等的速度反方向弹回。
已知小物块与绝缘平板间的动摩擦因素为μ，若不计小物块电荷量对电场的影响和碰撞时间。
则：（1）小物块与金属板A 碰撞前瞬间的速度大小是多少？（2）小物块碰撞后经过多长时间停止运动？停在何位置？高中物理资料例题2：有个演示实验，在上下面都是金属板的玻璃盒内，放了许多用锡箔纸揉成的小球，当上下板间加上电压后，小球就上下不停地跳动。
《静电场及其综合应用问题》PPT课件
1答8：.【这答(个案3几)】小何6体.物28有；块83个：2小4正s 方末体的．速度大小和 2 s 内的位移大小。
21
解析 (1)对小物块受力分析如图所示，小物块静止于斜面上，则 mgsin 37°＝qEcos 37°， E＝mgtaqn 37°＝34mqg。
(2)当场强变为原来的12时，小物块受到的合外力 F 合＝mgsin 37°－12qEcos 37°＝0.3mg，
解得 q＝mgtEan θ。 (2)因带电小球受力平衡，重力与静电力的合力与丝线的拉力大小相等，故剪断丝
线后小球所受重力、静电力的合力等于cmosgθ，小球的加速度 a＝cogs θ，小球由静 止开始沿丝线拉力的反方向做匀加速直线运动，当碰到金属板时，它的位移为 l
＝sinb θ，又有 l＝12at2，所以 t＝
4
答案 B
5
[针对训练1] 两个带等量正电荷的点电荷如图所示，O点为两电 荷连线的中点，a点在连线的中垂线上，若在a点由静止释放一 个电子，关于电子的运动，下列说法正确的是( ) A.电子在从a点向O点运动的过程中，加速度越来越大，速度越 来越大 B.电子在从a点向O点运动的过程中，加速度越来越小，速度越 来越大 C.电子运动到O点时，加速度为零，速度最大 D.电子通过O点后，速度越来越小，加速度越来越大，一直到 速度为零
解析 带电粒子运动速度沿轨迹切线方向，受力方向与电场线在同一直线上， 静电力指向轨迹弯曲的内侧，B、C错误；由于运动过程中速度逐渐减小，则静 电力做负功，A正确，D错误。 答案 A
静电场与力学 综合问题热点解析
变 化 ， 电 场 中 的 圆周 运 动 问 题 ” 如“ 的考 查 频 率 已有 动 能 定 理 知 ： （ 一１ ５ Ｌ—Ｅ Ｃ （ 一１ ＋ （ 一２ ＋… 十２ ” ）ｍｇ ｑ ［＂ ） ” ） ＋ 所 降低 ， 近 年来 高考 的热 点 主 要 集 中在 以下 两 种 而 类 型．
知
， １
（） 几 个小球进 入 电场 时恰好速 度 为零？ ２第 （） 增 加 小球 组 小球 的数 目， 复 上 述 过 程 ， ３若 重 但 仍 要 求 某 一 小 球 进 入 电 场 时 恰 好 速 度 为 零 ， 至 则 少需增加 几 个小球 ？
一 ， 丁： Ｌ ｏ
２ Ｅ
一
究规律 ， 往对 考生 提 出 了较 高 的能 力 要求 ． 高 考 解 题 大 为 简用 力 学 方 法 解 决 电场 问题 系
（ ） 球组 做匀 速运动 时 ， Ｉ小 由平 衡条 件知
日ｎ Ｆ 一
的思路 和手段 ， 提 高 分析 能力 、 练掌 握 力 学 技巧 对 熟
入 ＡＢ 区域 ． 后 与 Ｐ 发 生 正 碰 后 反 弹 ， 弹 速 度 是 随 反
有 一 小 孔 ， 间 存 在 竖 直 向 上 的 匀 强 板 电 场 ． 将 ５节 这 样 的 小 球 串 接 成 组 现 图１
Ⅳ
后 竖 直 放 置 于 ０ 点 并 将 其 由 静 止 释 放 ， 运 动 过 程 在 中 它 始 终 保 持 竖 直 ， 发 现 在 第 ２个 （ 下 往 上 ） 球 现 自 小
的应 用 等 大 有 益 处 ． 观 近 几 年 全 国 各 地 的 高 考 试 纵
ｑ ５ ｇ， Ｅ＝ 一 ｒ 即 ａ
２ ５ ｇ ．ｒ ａ
・
秘籍07 静电场及其应用-备战2023年高考物理抢分秘籍(解析版)
秘籍07静电场及其应用高考预测概率预测 ☆☆☆☆☆题型预测 选择题、计算题☆☆☆☆☆ 考向预测 静电场与力学和能量综合应试要求静电场是经典物理学的重要组成部分，高考中静电场的考查分量比较重。
高考中，应熟练掌握静电场的基础知识和基本规律，能灵活应用静电场知识解决实际问题。
1．从考点频率看，电场强度、电势、电势能、电容、带电粒子在电场中的运动是高频考点、必考点，所以必须完全掌握。
2．从题型角度看，可以是选择题、计算题其中小问，分值10分左右，着实不少！一、静电场中力的性质1.电场强度的理解和计算 ①三个电场强度计算公式的比较②．等量同种和异种点电荷周围电场强度的比较比较项目等量异种点 电荷等量同种点 电荷电场线的分布图连线中点O连线上O 点场强最小，指为零处的场强向负电荷一方连线上的场强大小(从左到右)沿连线先变小，再变大沿连线先变小，再变大沿连线的中垂线由O点向外的场强大小 O 点最大，向外逐渐变小O 点最小，向外先变大后变小关于O 点对称点的场强(如A 与A ′、B 与B ′、C 与C ′等)等大同向 等大反向2.电场强度的叠加①．电场强度的叠加(如图所示)②．“等效法”“对称法”和“填补法” (1)等效法在保证效果相同的前提下，将复杂的电场情景变换为简单的或熟悉的电场情景．例如：一个点电荷＋q 与一个无限大薄金属板形成的电场，等效为两个等量异种点电荷形成的电场，如图甲、乙所示．(2)对称法利用空间上对称分布的电荷形成的电场具有对称性的特点，使复杂电场的叠加计算问题大为简化． 例如：如图所示，均匀带电的34球壳在O 点产生的场强，等效为弧BC 产生的场强，弧BC 产生的场强方向，又等效为弧的中点M 在O 点产生的场强方向． (3)填补法将有缺口的带电圆环或圆板补全为完整的圆环或圆板，或将半球面补全为球面，从而化难为易、事半功倍． 3．选用技巧(1)点电荷电场、匀强电场场强叠加一般应用合成法． (2)均匀带电体与点电荷场强叠加一般应用对称法．(3)计算均匀带电体某点产生的场强一般应用补偿法或微元法．二、电场能的性质1．求静电力做功的四种方法2．判断电势能变化的两种方法(1)根据静电力做功：静电力做正功，电势能减少；静电力做负功，电势能增加． (2)根据E p ＝φq ：正电荷在电势越高处电势能越大；负电荷在电势越高处电势能越小． 3．电势高低的四种判断方法(1)电场线法：沿电场线方向电势逐渐降低． (2)电势差与电势的关系：根据U AB ＝W ABq，将W AB 、q 的正负号代入，由U AB 的正负判断φA 、φB 的高低． (3)E p 与φ的关系：由φ＝E pq知正电荷在电势能大处电势较高，负电荷在电势能大处电势较低．(4)场源电荷的正负：取离场源电荷无限远处电势为零，正电荷周围电势为正值，负电荷周围电势为负值；靠近正电荷处电势高，靠近负电荷处电势低．空间中有多个点电荷时，某点的电势可以代数求和． 4．由E ＝Ud可推出的两个重要推论推论1 匀强电场中的任一线段AB 的中点C 的电势φC ＝φA ＋φB2，如图甲所示．推论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．5．E ＝Ud在非匀强电场中的三点妙用(1)判断电场强度大小：等差等势面越密，电场强度越大．(2)判断电势差的大小及电势的高低：距离相等的两点间的电势差，E 越大，U 越大，进而判断电势的高低． (3)利用φ－x 图像的斜率判断电场强度随位置变化的规律：k ＝ΔφΔx ＝Ud ＝E x ，斜率的大小表示电场强度的大小，正负表示电场强度的方向．6．等分法确定电场线及电势高低的解题思路7．电容器的两类典型问题(1)电容器始终与恒压电源相连，电容器两极板间的电势差U 保持不变． (2)电容器充电后与电源断开，电容器两极板所带的电荷量Q 保持不变． 8．动态分析思路 (1)U 不变①根据C ＝Q U ＝εr S4πkd Q 的变化． ②根据E ＝Ud 分析场强的变化．③根据U AB ＝E ·d 分析某点电势变化． (2)Q 不变①根据C ＝Q U ＝εr S4πkd 先分析电容的变化，再分析U 的变化．②根据E ＝U d＝4k πQεr S 分析场强变化． 三、带电粒子在电场中的直线运动1．做直线运动的条件(1)粒子所受合外力F 合＝0，粒子静止或做匀速直线运动．(2)粒子所受合外力F 合≠0且与初速度共线，带电粒子将做加速直线运动或减速直线运动． 2．用动力学观点分析 a ＝qEm ，E ＝U d ，v 2－v 02＝2ad .3．用功能观点分析匀强电场中：W ＝Eqd ＝qU ＝12m v 2－12m v 02非匀强电场中：W ＝qU ＝E k2－E k1四、带电粒子在电场中的偏转1．两个重要结论(1)不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再从同一偏转电场射出时，偏移量和偏转角总是相同的． 证明：在加速电场中有qU 0＝12m v 02在偏转电场偏移量y ＝12at 2＝12·qU 1md ·(l v 0)2 偏转角θ，tan θ＝v y v 0＝qU 1l md v 02得：y ＝U 1l 24U 0d ，tan θ＝U 1l2U 0d y 、θ均与m 、q 无关．(2)粒子经电场偏转后射出，速度的反向延长线与初速度延长线的交点O 为粒子水平位移的中点，即O 到偏转电场边缘的距离为偏转极板长度的一半． 2．功能关系当讨论带电粒子的末速度v 时也可以从能量的角度进行求解：qU y ＝12m v 2－12m v 02，其中U y ＝U d y ，指初、末位置间的电势差．一．几种常见图像的特点及规律 （1）x −ϕ图像和x E −x−ϕ图像x E −图像①电场强度的大小等于x −ϕ图线切线的斜率大小，电场强度为零处，x −ϕ图线存在极值，其切线的斜率为零。
2020高考物理复习静电场典型例题剖析
静电场典型例题剖析一、库仑定律真空中两个点电荷之间相互作用的电力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。
即：221rq kq F = 其中k 为静电力常量， k =9.0×10 9 N m 2/c 2 1.成立条件①真空中（空气中也近似成立），②点电荷。
即带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计。
（这一点与万有引力很相似，但又有不同：对质量均匀分布的球，无论两球相距多近，r 都等于球心距；而对带电导体球，距离近了以后，电荷会重新分布，不能再用球心距代替r ）。
2.同一条直线上的三个点电荷的计算问题例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+4Q -Q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，带电小球A 、B 的电荷分别为Q A 、Q B ，OA=OB ，都用长L 的丝线悬挂在O 点。
静止时A 、B 相距为d 。
为使平衡时AB 间距离减为d /2，可采用以下哪些方法A.将小球A 、B 的质量都增加到原来的2倍B.将小球B 的质量增加到原来的8倍C.将小球A 、B 的电荷量都减小到原来的一半D.将小球A 、B 的电荷量都减小到原来的一半，同时将小球B 的质量增加到原来的2倍解：由B 的共点力平衡图知L d g m F B =，而2d Q kQ F B A =，可知3mg L Q kQ d B A ∝，选BD3.与力学综合的问题。
弘德教育——2019 浙江学考力学综合3+静电场-(含答案)
力学综合问题2+静电场1 如图所示，倾角为37°的粗糙斜面AB底端与半径R＝0.4 m的光滑半圆轨道BC平滑相连，O点为轨道圆心，BC为圆轨道直径且处于竖直方向，A、C两点等高．质量m＝1 kg的滑块从A点由静止开始下滑，恰能滑到与O点等高的D点，g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8。
(1)求滑块与斜面间的动摩擦因数μ；(2)若使滑块能到达C点，求滑块从A 点沿斜面滑下时的初速度v0的最小值；若滑块离开C点的速度大小为4 m/s，求滑块从C点飞出至落到斜面上所经历的时间t.2 (浙江2018年11月选考）在竖直平面内，某一游戏轨道由直轨道AB和弯曲的细管道BCD平滑连接组成，如图所示。
小滑块以某一初速度从A点滑上倾角为θ=37°的直轨道AB，到达B点的速度大小为2m/s，然后进入细管道BCD，从细管道出口D点水平飞出，落到水平面上的G点。
已知B点的高度h1=1.2m，D点的高度h2=0.8m，D点与G点间的水平距离L=0.4m，滑块与轨道AB间的动摩擦因数μ=0.25，sin37°= 0.6，cos37°= 0.8。
（1）求小滑块在轨道AB上的加速度和在A点的初速度；（2）求小滑块从D点飞出的速度；（3）判断细管道BCD的内壁是否光滑。
13 如图所示，半径为R的光滑半圆轨道ABC固定在竖直平面内，它的底端与光滑水平轨道相切于A点．质量为m的小球以某一初速度在水平轨道上向半圆轨道滑行，到达最高点C离开半圆轨道后，落在水平轨道的P点，PA=4R．求：（1）小球在C点对半圆轨道的压力．（2）小球通过C点前、后瞬间的加速度之比．（3）小球在水平轨道上的初速度v．【知识能力准备】问题：（1）重力场的方向（2）重力场对质量是m的物体的作用力是，称作该物体的。
（3）重力场中质量是m的物体具有重力势能，如图以B为重力势能零点，则A的重力势能，C的重力势能；以A 为重力势能零点，则B的重力势能，C的重力势能；总之，重力势能沿重力场的方向。
大学物理——静电场考试题
大学物理——静电场考试题5 －1 电荷面密度均为＋σ的两块“无限大”均匀带电的平行平板如图(A)放置，其周围空间各点电场强度E (设电场强度方向向右为正、向左为负)随位置坐标x 变化的关系曲线为图(B)中的( )分析与解 “无限大”均匀带电平板激发的电场强度为02εσ，方向沿带电平板法向向外，依照电场叠加原理可以求得各区域电场强度的大小和方向.因而正确答案为(B). 5 －2 下列说法正确的是( )(A)闭合曲面上各点电场强度都为零时，曲面内一定没有电荷(B)闭合曲面上各点电场强度都为零时，曲面内电荷的代数和必定为零(C)闭合曲面的电通量为零时，曲面上各点的电场强度必定为零(D)闭合曲面的电通量不为零时，曲面上任意一点的电场强度都不可能为零分析与解 依照静电场中的高斯定理，闭合曲面上各点电场强度都为零时，曲面内电荷的代数和必定为零，但不能肯定曲面内一定没有电荷；闭合曲面的电通量为零时，表示穿入闭合曲面的电场线数等于穿出闭合曲面的电场线数或没有电场线穿过闭合曲面，不能确定曲面上各点的电场强度必定为零；同理闭合曲面的电通量不为零，也不能推断曲面上任意一点的电场强度都不可能为零，因而正确答案为(B).5 －3 下列说法正确的是( )(A) 电场强度为零的点，电势也一定为零(B) 电场强度不为零的点，电势也一定不为零(C) 电势为零的点，电场强度也一定为零(D) 电势在某一区域内为常量，则电场强度在该区域内必定为零分析与解 电场强度与电势是描述电场的两个不同物理量，电场强度为零表示试验电荷在该点受到的电场力为零，电势为零表示将试验电荷从该点移到参考零电势点时，电场力作功为零.电场中一点的电势等于单位正电荷从该点沿任意路径到参考零电势点电场力所作的功；电场强度等于负电势梯度.因而正确答案为(D).*5 －4 在一个带负电的带电棒附近有一个电偶极子，其电偶极矩p 的方向如图所示.当电偶极子被释放后，该电偶极子将( )(A) 沿逆时针方向旋转直到电偶极矩p 水平指向棒尖端而停止(B) 沿逆时针方向旋转至电偶极矩p 水平指向棒尖端，同时沿电场线方向朝着棒尖端移动(C) 沿逆时针方向旋转至电偶极矩p 水平指向棒尖端，同时逆电场线方向朝远离棒尖端移动(D) 沿顺时针方向旋转至电偶极矩p 水平方向沿棒尖端朝外，同时沿电场线方向朝着棒尖端移动分析与解 电偶极子在非均匀外电场中，除了受到力矩作用使得电偶极子指向电场方向外，还将受到一个指向电场强度增强方向的合力作用，因而正确答案为(B).5 －5 精密实验表明，电子与质子电量差值的最大范围不会超过±10－21 e ，而中子电量与零差值的最大范围也不会超过±10－21e ，由最极端的情况考虑，一个有8 个电子，8 个质子和8 个中子构成的氧原子所带的最大可能净电荷是多少？ 若将原子视作质点，试比较两个氧原子间的库仑力和万有引力的大小.分析 考虑到极限情况， 假设电子与质子电量差值的最大范围为2×10－21 e ，中子电量为10－21 e ，则由一个氧原子所包含的8 个电子、8 个质子和8个中子可求原子所带的最大可能净电荷.由库仑定律可以估算两个带电氧原子间的库仑力，并与万有引力作比较.解 一个氧原子所带的最大可能净电荷为()e q 21max 10821-⨯⨯+=二个氧原子间的库仑力与万有引力之比为1108.2π46202max <<⨯==-Gmεq F F g e 显然即使电子、质子、中子等微观粒子带电量存在差异，其差异在±10－21e 范围内时，对于像天体一类电中性物体的运动，起主要作用的还是万有引力. 5 －6 1964年，盖尔曼等人提出基本粒子是由更基本的夸克构成，中子就是由一个带e 32 的上夸克和两个带e 31-的下夸克构成.若将夸克作为经典粒子处理(夸克线度约为10－20 m)，中子内的两个下夸克之间相距2.60×10－15 m .求它们之间的相互作用力.解 由于夸克可视为经典点电荷，由库仑定律()r r r re εr q q εe e e F N 78.3π41π412202210===F 与径向单位矢量e r 方向相同表明它们之间为斥力.5 －7 质量为m ，电荷为－e 的电子以圆轨道绕氢核旋转，其动能为E ｋ .证明电子的旋转频率满足4320232me E εk =v 其中ε0 是真空电容率，电子的运动可视为遵守经典力学规律.分析 根据题意将电子作为经典粒子处理.电子、氢核的大小约为10－15 m ，轨道半径约为10－10 m ，故电子、氢核都可视作点电荷.点电荷间的库仑引力是维持电子沿圆轨道运动的向心力，故有2202π41re εr m =v 由此出发命题可证.证 由上述分析可得电子的动能为re εm E K 202π8121==v 电子旋转角速度为3022π4mr εe ω= 由上述两式消去r ，得432022232π4me E εωK ==v 5 －8 在氯化铯晶体中，一价氯离子Cl －与其最邻近的八个一价铯离子Cs +构成如图所示的立方晶格结构.(1) 求氯离子所受的库仑力；(2) 假设图中箭头所指处缺少一个铯离子(称作晶格缺陷)，求此时氯离子所受的库仑力.分析 铯离子和氯离子均可视作点电荷，可直接将晶格顶角铯离子与氯离子之间的库仑力进行矢量叠加.为方便计算可以利用晶格的对称性求氯离子所受的合力.解 (1) 由对称性，每条对角线上的一对铯离子与氯离子间的作用合力为零，故F 1 ＝0.(2) 除了有缺陷的那条对角线外，其它铯离子与氯离子的作用合力为零，所以氯离子所受的合力F 2 的值为N 1092.1π3π4920220212⨯===aεe r εq q F F 2 方向如图所示.5 －9 若电荷Q 均匀地分布在长为L 的细棒上.求证：(1) 在棒的延长线，且离棒中心为r 处的电场强度为 2204π1L r Q εE -= (2) 在棒的垂直平分线上，离棒为r 处的电场强度为2204π21L r r Q εE += 若棒为无限长(即L →∞)，试将结果与无限长均匀带电直线的电场强度相比较.分析 这是计算连续分布电荷的电场强度.此时棒的长度不能忽略，因而不能将棒当作点电荷处理.但带电细棒上的电荷可看作均匀分布在一维的长直线上.如图所示，在长直线上任意取一线元d x ，其电荷为d q ＝Q d x /L ，它在点P 的电场强度为r r q εe E 20d π41d '=整个带电体在点P 的电场强度 ⎰=E E d接着针对具体问题来处理这个矢量积分.(1) 若点P 在棒的延长线上，带电棒上各电荷元在点P 的电场强度方向相同，⎰=LE i E d (2) 若点P 在棒的垂直平分线上，如图(A)所示，则电场强度E 沿x 轴方向的分量因对称性叠加为零，因此，点P 的电场强度就是⎰⎰==Ly E αE j j E d sin d 证 (1) 延长线上一点P 的电场强度⎰'=L r πεq E 202d ，利用几何关系 r ′＝r －x 统一积分变量，则 ()220022204π12/12/1π4d π41L r Q εL r L r L εQ x r L x Q εE L/-L/P -=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--=-=⎰电场强度的方向沿x 轴.(2) 根据以上分析，中垂线上一点P 的电场强度E 的方向沿y 轴，大小为E r εq αE L d π4d sin 20⎰'= 利用几何关系 sin α＝r /r ′，22x r r +=' 统一积分变量，则()2203/22222041π2d π41L r r εQ r x L xrQ εE L/-L/+=+=⎰当棒长L →∞时，若棒单位长度所带电荷λ为常量，则P 点电场强度r ελL r L Q r εE l 0220π2 /41/π21lim =+=∞→此结果与无限长带电直线周围的电场强度分布相同［图(B)］.这说明只要满足r 2/L 2 ＜＜1，带电长直细棒可视为无限长带电直线.5 －10 一半径为R 的半球壳，均匀地带有电荷，电荷面密度为σ，求球心处电场强度的大小.分析 这仍是一个连续带电体问题，求解的关键在于如何取电荷元.现将半球壳分割为一组平行的细圆环，如图所示，从教材第5 －3 节的例1 可以看出，所有平行圆环在轴线上P 处的电场强度方向都相同，将所有带电圆环的电场强度积分，即可求得球心O 处的电场强度. 解 将半球壳分割为一组平行细圆环，任一个圆环所带电荷元θθR δS δq d sin π2d d 2⋅==，在点O 激发的电场强度为 ()i E 3/2220d π41d r x qx ε+=由于平行细圆环在点O 激发的电场强度方向相同，利用几何关系θR x cos =，θR r sin =统一积分变量，有()θθθεδθθR πδR θR πεr x q x πεE d cos sin 2 d sin 2cos 41d 41d 02303/2220=⋅=+= 积分得 02/004d cos sin 2εδθθθεδE π⎰== 5 －11 水分子H 2O 中氧原子和氢原子的等效电荷中心如图所示，假设氧原子和氢原子等效电荷中心间距为r 0 .试计算在分子的对称轴线上，距分子较远处的电场强度.分析 水分子的电荷模型等效于两个电偶极子，它们的电偶极矩大小均为00er P =，而夹角为2θ.叠加后水分子的电偶极矩大小为θer P cos 20=，方向沿对称轴线，如图所示.由于点O 到场点A 的距离x ＞＞r 0 ，利用教材第5 －3 节中电偶极子在延长线上的电场强度302π41xp εE = 可求得电场的分布.也可由点电荷的电场强度叠加，求电场分布.解1 水分子的电偶极矩θer θP P cos 2cos 200==在电偶极矩延长线上30030030cos π1cos 4π412π41x θer εx θer εx p εE === 解2 在对称轴线上任取一点A ，则该点的电场强度+-+=E E E2020π42π4cos 2cos 2x εe r εθer E βE E -=-=+ 由于 θxr r x r cos 202022-+=rθr x βcos cos 0-=代入得 ()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--+-=23/20202001cos 2cos π42x θxr r x θr x εe E 测量分子的电场时， 总有x ＞＞r 0 ， 因此， 式中()⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-≈⎪⎭⎫ ⎝⎛-≈-+x θr x x θr x θxr r x cos 2231cos 21cos 2033/2033/20202，将上式化简并略去微小量后，得300cos π1x θe r εE = 5 －12 两条无限长平行直导线相距为r 0 ，均匀带有等量异号电荷，电荷线密度为λ.(1) 求两导线构成的平面上任一点的电场强度( 设该点到其中一线的垂直距离为x )；(2) 求每一根导线上单位长度导线受到另一根导线上电荷作用的电场力.分析 (1) 在两导线构成的平面上任一点的电场强度为两导线单独在此所激发的电场的叠加.(2) 由F ＝q E ，单位长度导线所受的电场力等于另一根导线在该导线处的电场强度乘以单位长度导线所带电量，即：F ＝λE .应该注意：式中的电场强度E 是另一根带电导线激发的电场强度，电荷自身建立的电场不会对自身电荷产生作用力.解 (1) 设点P 在导线构成的平面上，E ＋、E －分别表示正、负带电导线在P 点的电场强度，则有()i i E E E x r x r ελx r x ελ-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=+=+-00000π211π2 (2) 设F ＋、F －分别表示正、负带电导线单位长度所受的电场力，则有 i E F 00π2r ελλ==-+ i E F 002π2r ελλ-=-=+-显然有F ＋＝F －，相互作用力大小相等，方向相反，两导线相互吸引.5 －13 如图为电四极子，电四极子是由两个大小相等、方向相反的电偶极子组成.试求在两个电偶极子延长线上距中心为z 的一点P 的电场强度(假设z ＞＞d ).分析 根据点电荷电场的叠加求P 点的电场强度.解 由点电荷电场公式，得()()k k k E 202020π41π412π41d z q εd z q εz q ε++-+= 考虑到z ＞＞d ，简化上式得()()k k k E 42022220222206π4...321...32112π4/11/1112π4z qd εq z d z d z d z d z z εq z d z d z z εq =⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡++-+++++-=⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+-= 通常将Q ＝2qd 2 称作电四极矩，代入得P 点的电场强度k E 403π41zQ ε= 5 －14 设匀强电场的电场强度E 与半径为R 的半球面的对称轴平行，试计算通过此半球面的电场强度通量.分析 方法1：由电场强度通量的定义，对半球面S 求积分，即⎰⋅=S S d s E Φ 方法2：作半径为R 的平面S ′与半球面S 一起可构成闭合曲面，由于闭合面内无电荷，由高斯定理∑⎰==⋅01d 0q εS S E 这表明穿过闭合曲面的净通量为零，穿入平面S′的电场强度通量在数值上等于穿出半球面S 的电场强度通量.因而⎰⎰'⋅-=⋅=S S S E S E Φd d 解1 由于闭合曲面内无电荷分布，根据高斯定理，有⎰⎰'⋅-=⋅=S S S E S E Φd d 依照约定取闭合曲面的外法线方向为面元d S 的方向，E R πR E 22πcos π=⋅⋅-=Φ解2 取球坐标系，电场强度矢量和面元在球坐标系中可表示为①()r θθθE e e e E sin sin cos sin cos ++=r θθR e S d d sin d 2=ER θθER θθER SS 2π0π02222πd sin d sin d d sin sin d ===⋅=⎰⎰⎰⎰S E Φ5 －15 边长为a 的立方体如图所示，其表面分别平行于Oxy 、Oyz 和Ozx 平面，立方体的一个顶点为坐标原点.现将立方体置于电场强度()12E kx E +E =i +j (k ，E 1 ，E 2 为常数)的非均匀电场中，求电场对立方体各表面及整个立方体表面的电场强度通量.解 如图所示，由题意E 与Oxy 面平行，所以任何相对Oxy 面平行的立方体表面，电场强度的通量为零，即0==DEFG OABC ΦΦ.而()[]()2221ABGF d a E dS E kx E =⋅++=⋅=⎰⎰j j i S E Φ考虑到面CDEO 与面ABGF 的外法线方向相反，且该两面的电场分布相同，故有22a E ABGF CDEO -=-=ΦΦ同理 ()[]()2121AOEF d a E dS E E -=-⋅+=⋅=⎰⎰i j i S E Φ ()[]()()2121BCDG d a ka E dS E ka E Φ+=⋅++=⋅=⎰⎰i j i S E因此，整个立方体表面的电场强度通量3ka ==∑ΦΦ5 －16 地球周围的大气犹如一部大电机，由于雷雨云和大气气流的作用，在晴天区域，大气电离层总是带有大量的正电荷，云层下地球表面必然带有负电荷.晴天大气电场平均电场强度约为1m V 120-⋅，方向指向地面.试求地球表面单位面积所带的电荷(以每平方厘米的电子数表示).分析 考虑到地球表面的电场强度指向地球球心，在大气层中取与地球同心的球面为高斯面，利用高斯定理可求得高斯面内的净电荷.解 在大气层临近地球表面处取与地球表面同心的球面为高斯面，其半径E R R ≈(E R 为地球平均半径).由高斯定理∑⎰=-=⋅q εR E E 021π4d S E 地球表面电荷面密度∑--⨯-=-≈=2902cm 1006.1π4/E εR q σE单位面积额外电子数25cm 1063.6/-⨯=-=e σn5 －17 设在半径为R 的球体内，其电荷为球对称分布，电荷体密度为()()R r ρkr ρ>=≤≤= 0R r 0k 为一常量.试分别用高斯定理和电场叠加原理求电场强度E 与r 的函数关系.分析 通常有两种处理方法：(1) 利用高斯定理求球内外的电场分布.由题意知电荷呈球对称分布，因而电场分布也是球对称，选择与带电球体同心的球面为高斯面，在球面上电场强度大小为常量，且方向垂直于球面，因而有2Sπ4d r E ⋅=⋅⎰S E根据高斯定理⎰⎰=⋅V ρεd 1d 0S E ，可解得电场强度的分布. (2) 利用带电球壳电场叠加的方法求球内外的电场分布.将带电球分割成无数个同心带电球壳，球壳带电荷为r r ρq ''⋅=d π4d 2，每个带电球壳在壳内激发的电场0d =E ，而在球壳外激发的电场rrεqe E 20π4d d =由电场叠加可解得带电球体内外的电场分布()()()()R r r r Rr>=≤≤=⎰⎰d R r 0d 0E E E E解1 因电荷分布和电场分布均为球对称，球面上各点电场强度的大小为常量，由高斯定理⎰⎰=⋅V ρεd 1d 0S E 得球体内(0≤r ≤R ) ()4202πd π41π4r εk r r kr εr r E r==⎰()r εkr r e E 024=球体外(r ＞R )()4202πd π41π4r εk r r kr εr r E R==⎰()r εkR r e E 024=解2 将带电球分割成球壳，球壳带电r r r k V ρq '''==d π4d d 2由上述分析，球体内(0≤r ≤R )()r r rεkr r r r r k εr e e E 0222004d π4π41=''⋅'=⎰ 球体外(r ＞R )()r r Rr εkR r r r πr k πεr e e E 20222004d 441=''⋅'=⎰5 －18 一无限大均匀带电薄平板，电荷面密度为σ，在平板中部有一半径为r 的小圆孔.求圆孔中心轴线上与平板相距为x 的一点P 的电场强度.分析 用补偿法求解利用高斯定理求解电场强度只适用于几种非常特殊的对称性电场.本题的电场分布虽然不具有这样的对称性，但可以利用具有对称性的无限大带电平面和带电圆盘的电场叠加，求出电场的分布.若把小圆孔看作由等量的正、负电荷重叠而成，挖去圆孔的带电平板等效于一个完整的带电平板和一个带相反电荷(电荷面密度σ′＝－σ)的小圆盘.这样中心轴线上的电场强度等效于平板和小圆盘各自独立在该处激发电场的矢量和. 解 由教材中第5 －4 节例4 可知，在无限大带电平面附近n εσe E 012=n e 为沿平面外法线的单位矢量；圆盘激发的电场n r x x εσe E ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+--=220212 它们的合电场强度为n rx x εσe E E E 22212+=+=在圆孔中心处x ＝0，则E ＝0在距离圆孔较远时x ＞＞r ，则n nεσxr εσe e E 02202/112≈+=上述结果表明，在x ＞＞r 时，带电平板上小圆孔对电场分布的影响可以忽略不计. 5 －19 在电荷体密度为ρ 的均匀带电球体中，存在一个球形空腔，若将带电体球心O 指向球形空腔球心O ′的矢量用a 表示(如图所示).试证明球形空腔中任一点的电场强度为a E 03ερ=分析 本题带电体的电荷分布不满足球对称，其电场分布也不是球对称分布，因此无法直接利用高斯定理求电场的分布，但可用补偿法求解.挖去球形空腔的带电球体在电学上等效于一个完整的、电荷体密度为ρ 的均匀带电球和一个电荷体密度为－ρ、球心在O ′的带电小球体(半径等于空腔球体的半径).大小球体在空腔内P 点产生的电场强度分别为E 1 、E 2 ，则P 点的电场强度 E ＝E 1 ＋E 2 . 证 带电球体内部一点的电场强度为r E 03ερ=所以 r E 013ερ=，2023r E ερ-=()210213r r E E E -=+=ερ根据几何关系a r r =-21，上式可改写为a E 03ερ=5 －20 一个内外半径分别为R 1 和R 2 的均匀带电球壳，总电荷为Q 1 ，球壳外同心罩一个半径为R 3 的均匀带电球面，球面带电荷为Q 2 .求电场分布.电场强度是否为离球心距离r 的连续函数？ 试分析.分析 以球心O 为原点，球心至场点的距离r 为半径，作同心球面为高斯面.由于电荷呈球对称分布，电场强度也为球对称分布，高斯面上电场强度沿径矢方向，且大小相等.因而24d r πE ⋅=⎰S E .在确定高斯面内的电荷∑q 后，利用高斯定理∑⎰=0/d εq S E 即可求出电场强度的分布.解 取半径为r 的同心球面为高斯面，由上述分析∑=⋅02/π4εq r Er ＜R 1 ，该高斯面内无电荷，0=∑q ，故01=E R 1 ＜r ＜R 2 ，高斯面内电荷()31323131R R R r Q q --=∑ 故 ()()23132031312π4r R R εR r Q E --= R 2 ＜r ＜R 3 ，高斯面内电荷为Q 1 ，故2013π4r εQ E =r ＞R 3 ，高斯面内电荷为Q 1 ＋Q 2 ，故20214π4r εQ Q E +=电场强度的方向均沿径矢方向，各区域的电场强度分布曲线如图(B)所示.在带电球面的两侧，电场强度的左右极限不同，电场强度不连续，而在紧贴r ＝R 3 的带电球面两侧，电场强度的跃变量230234π4ΔεσR εQ E E E ==-=这一跃变是将带电球面的厚度抽象为零的必然结果，且具有普遍性.实际带电球面应是有一定厚度的球壳，壳层内外的电场强度也是连续变化的，本题中带电球壳内外的电场，在球壳的厚度变小时，E 的变化就变陡，最后当厚度趋于零时，E 的变化成为一跃变.5 －21 两个带有等量异号电荷的无限长同轴圆柱面，半径分别为R 1 和R 2 ＞R 1 )，单位长度上的电荷为λ.求离轴线为r 处的电场强度：(1) r ＜R 1 ，(2) R 1 ＜r ＜R 2 ，(3) r ＞R 2 .分析 电荷分布在无限长同轴圆柱面上，电场强度也必定沿轴对称分布，取同轴圆柱面为高斯面，只有侧面的电场强度通量不为零，且⎰⋅=rL E d π2S E ，求出不同半径高斯面内的电荷∑q .即可解得各区域电场的分布.解 作同轴圆柱面为高斯面，根据高斯定理 ∑=⋅0/π2εq rL Er ＜R 1 ，0=∑q01=E在带电面附近，电场强度大小不连续，电场强度有一跃变 R 1 ＜r ＜R 2 ，L λq =∑rελE 02π2=r ＞R 2，0=∑q03=E在带电面附近，电场强度大小不连续，电场强度有一跃变00π2π2ΔεσrL εL λr ελE ===这与5 －20 题分析讨论的结果一致.5 －22 如图所示，有三个点电荷Q 1 、Q 2 、Q 3 沿一条直线等间距分布且Q 1 ＝Q 3 ＝Q .已知其中任一点电荷所受合力均为零，求在固定Q 1 、Q 3 的情况下，将Q 2从点O 移到无穷远处外力所作的功.分析 由库仑力的定义，根据Q 1 、Q 3 所受合力为零可求得Q 2 .外力作功W ′应等于电场力作功W 的负值，即W ′＝－W .求电场力作功的方法有两种：(1)根据功的定义，电场力作的功为l E d 02⎰∞=Q W其中E 是点电荷Q 1 、Q 3 产生的合电场强度. (2) 根据电场力作功与电势能差的关系，有()0202V Q V V Q W =-=∞其中V 0 是Q 1 、Q 3 在点O 产生的电势(取无穷远处为零电势). 解1 由题意Q 1 所受的合力为零()02π4π420312021=+d εQ Q d εQ Q 解得 Q Q Q 414132-=-=由点电荷电场的叠加，Q 1 、Q 3 激发的电场在y 轴上任意一点的电场强度为()2/322031π2yd εQ E E E yy y +=+=将Q 2 从点O 沿y 轴移到无穷远处，(沿其他路径所作的功相同，请想一想为什么？)外力所作的功为()dεQ y y d εQ Q Q W y 022/322002π8d π241d =+⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⋅-='⎰⎰∞∞l E 解2 与解1相同，在任一点电荷所受合力均为零时Q Q 412-=，并由电势 的叠加得Q 1 、Q 3 在点O 的电势dεQd εQ d εQ V 003010π2π4π4=+=将Q 2 从点O 推到无穷远处的过程中，外力作功dεQ V Q W 0202π8=-=' 比较上述两种方法，显然用功与电势能变化的关系来求解较为简洁.这是因为在许多实际问题中直接求电场分布困难较大，而求电势分布要简单得多. 5 －23 已知均匀带电长直线附近的电场强度近似为r rελe E 0π2=为电荷线密度.(1)求在r ＝r 1 和r ＝r 2 两点间的电势差；(2)在点电荷的电场中，我们曾取r →∞处的电势为零，求均匀带电长直线附近的电势时，能否这样取？ 试说明. 解 (1) 由于电场力作功与路径无关，若沿径向积分，则有12012ln π2d 21r r ελU r r =⋅=⎰r E (2) 不能.严格地讲，电场强度r e rελE 0π2=只适用于无限长的均匀带电直线，而此时电荷分布在无限空间，r →∞处的电势应与直线上的电势相等. 5 －24 水分子的电偶极矩p 的大小为6.20 ×10－30C· m.求在下述情况下，距离分子为r ＝5.00 ×10－9 m 处的电势.(1)0θ=︒；(2) 45θ=︒；(3) 90θ=︒，θ 为r 与p 之间的夹角.解 由点电荷电势的叠加2000P π4cos π4π4r εθp r εq r εq V V V =-+=+=-+-+(1) 若o0=θ V 1023.2π4320P -⨯==rεp V (2) 若o45=θ V 1058.1π445c o s 320oP -⨯==rεp V(3) 若o90=θ 0π490cos 20oP ==rεp V 5 －25 一个球形雨滴半径为0.40 mm ，带有电量1.6 pC ，它表面的电势有多大？ 两个这样的雨滴相遇后合并为一个较大的雨滴，这个雨滴表面的电势又是多大？分析 取无穷远处为零电势参考点，半径为R 带电量为q 的带电球形雨滴表面电势为RqεV 0π41=当两个球形雨滴合并为一个较大雨滴后，半径增大为R 32，代入上式后可以求出两雨滴相遇合并后，雨滴表面的电势.解 根据已知条件球形雨滴半径R 1 ＝0.40 mm ，带有电量q 1 ＝1.6 pC ，可以求得带电球形雨滴表面电势V 36π411101==R q εV当两个球形雨滴合并为一个较大雨滴后，雨滴半径1322R R =，带有电量q 2 ＝2q 1 ，雨滴表面电势V 5722π4113102==R q εV 5 －26 电荷面密度分别为＋σ和－σ的两块“无限大”均匀带电的平行平板，如图(a)放置，取坐标原点为零电势点，求空间各点的电势分布并画出电势随位置坐标x 变化的关系曲线.分析 由于“无限大”均匀带电的平行平板电荷分布在“无限”空间，不能采用点电荷电势叠加的方法求电势分布：应该首先由“无限大”均匀带电平板的电场强度叠加求电场强度的分布，然后依照电势的定义式求电势分布. 解 由“无限大” 均匀带电平板的电场强度i 02εσ±，叠加求得电场强度的分布，()()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧><<--<=a x a x a εσa x2 00i E 电势等于移动单位正电荷到零电势点电场力所作的功()a x a x εσV x <<--=⋅=⎰ d 0l E ()a x a εσV -<=⋅+⋅=⎰⎰- d d 0a-axl E l E ()a x a εσV >-=⋅+⋅=⎰⎰ d d 0a-axl E l E 电势变化曲线如图(b)所示.5 －27 两个同心球面的半径分别为R 1 和R 2 ，各自带有电荷Q 1 和Q 2 .求：(1) 各区域电势分布，并画出分布曲线；(2) 两球面间的电势差为多少？分析 通常可采用两种方法(1) 由于电荷均匀分布在球面上，电场分布也具有球对称性，因此，可根据电势与电场强度的积分关系求电势.取同心球面为高斯面，借助高斯定理可求得各区域的电场强度分布，再由⎰∞⋅=pp V l E d 可求得电势分布.(2) 利用电势叠加原理求电势.一个均匀带电的球面，在球面外产生的电势为rεQV 0π4=在球面内电场强度为零，电势处处相等，等于球面的电势RεQV 0π4=其中R 是球面的半径.根据上述分析，利用电势叠加原理，将两个球面在各区域产生的电势叠加，可求得电势的分布.解1 (1) 由高斯定理可求得电场分布()()()22021321201211π4π40R r r εQ Q R r R r εQ R r r r >+=<<=<=e E e E E 由电势⎰∞⋅=rV l E d 可求得各区域的电势分布.当r ≤R 1 时，有20210120212113211π4π4π411π40d d d 2211R εQ R εQ R εQ Q R R εQ V R R R R r+=++⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=⋅+⋅+⋅=⎰⎰⎰∞lE l E l E当R 1 ≤r ≤R 2 时，有202012021201322π4π4π411π4d d 22R εQ r εQ R εQ Q R r εQ V R R r+=++⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⋅+⋅=⎰⎰∞lE l E当r ≥R 2 时，有rεQ Q V r02133π4d +=⋅=⎰∞l E(2) 两个球面间的电势差⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=⋅=⎰210121211π4d 21R R εQ U R R l E 解2 (1) 由各球面电势的叠加计算电势分布.若该点位于两个球面内，即r ≤R 1 ，则2021011π4π4R εQ R εQ V +=若该点位于两个球面之间，即R 1 ≤r ≤R 2 ，则202012π4π4R εQ r εQ V +=若该点位于两个球面之外，即r ≥R 2 ，则rεQ Q V 0213π4+=(2) 两个球面间的电势差()2011012112π4π42R εQ R εQ V V U R r -=-==5 －28 一半径为R 的无限长带电细棒，其内部的电荷均匀分布，电荷的体密度为ρ.现取棒表面为零电势，求空间电势分布并画出分布曲线.分析 无限长均匀带电细棒电荷分布呈轴对称，其电场和电势的分布也呈轴对称.选取同轴柱面为高斯面，利用高斯定理⎰⎰=⋅VV εd 1d 0S E 可求得电场分布E (r )，再根据电势差的定义()l E d ⋅=-⎰bab a r V V并取棒表面为零电势(V b ＝0)，即可得空间任意点a 的电势.解 取高度为l 、半径为r 且与带电棒同轴的圆柱面为高斯面，由高斯定理 当r ≤R 时02/ππ2ερl r rl E =⋅得 ()02εr ρr E = 当r ≥R 时02/ππ2ερl R rl E =⋅得 ()rεR ρr E 022=取棒表面为零电势，空间电势的分布有 当r ≤R 时()()22004d 2r R ερr εr ρr V Rr-==⎰当r ≥R 时()rRεR ρr r εR ρr V Rrln 2d 20202==⎰如图所示是电势V 随空间位置r 的分布曲线.5 －29 一圆盘半径R ＝3.00 ×10－2 m.圆盘均匀带电，电荷面密度σ＝2.00×10－5 C·m －2 .(1)求轴线上的电势分布；(2) 根据电场强度与电势梯度的关系求电场分布；(3) 计算离盘心30.0 cm 处的电势和电场强度.分析 将圆盘分割为一组不同半径的同心带电细圆环，利用带电细环轴线上一点的电势公式，将不同半径的带电圆环在轴线上一点的电势积分相加，即可求得带电圆盘在轴线上的电势分布，再根据电场强度与电势之间的微分关系式可求得电场强度的分布. 解 (1) 带电圆环激发的电势220d π2π41d x r rr σεV +=由电势叠加，轴线上任一点P 的电势的()x x Rεσxr r r εσV R-+=+=⎰22222d 2 (1)(2) 轴线上任一点的电场强度为i i E ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=-=22012d d x R xεσx V (2) 电场强度方向沿x 轴方向.(3) 将场点至盘心的距离x ＝30.0 cm 分别代入式(1)和式(2)，得V 1691=V -1m V 5607⋅=E当x ＞＞R 时，圆盘也可以视为点电荷，其电荷为C 1065.5π82-⨯==σR q .依照点电荷电场中电势和电场强度的计算公式，有V 1695π40==xεqV 1-20m V 5649π4⋅==xεqE 由此可见，当x ＞＞R 时，可以忽略圆盘的几何形状，而将带电的圆盘当作点电荷来处理.在本题中作这样的近似处理，E 和V 的误差分别不超过0.3％和0.8％，这已足以满足一般的测量精度.5 －30 两个很长的共轴圆柱面(R 1 ＝3.0×10－2 m ，R 2 ＝0.10 m)，带有等量异号的电荷，两者的电势差为450 Ｖ.求：(1) 圆柱面单位长度上带有多少电荷？(2) r ＝0.05 m 处的电场强度.解 (1) 由习题5 －21 的结果，可得两圆柱面之间的电场强度为rελE 0π2=根据电势差的定义有120212ln π2d 21R R ελU R R =⋅=⎰l E 解得 1812120m C 101.2ln/π2--⋅⨯==R R U ελ (2) 解得两圆柱面之间r ＝0.05m 处的电场强度10m V 7475π2-⋅==rελE 5 －31 轻原子核(如氢及其同位素氘、氚的原子核)结合成为较重原子核的过程，叫做核聚变.在此过程中可以释放出巨大的能量.例如四个氢原子核(质子)结合成一个氦原子核(α粒子)时，可释放出25.9MeV 的能量.即MeV 25.9e 2He H 4014211++→这类聚变反应提供了太阳发光、发热的能源.如果我们能在地球上实现核聚变，就能获得丰富廉价的能源.但是要实现核聚变难度相当大，只有在极高的温度下，使原子热运动的速度非常大，才能使原子核相碰而结合，故核聚变反应又称作热核反应.试估算：(1)一个质子(H 11)以多大的动能(以电子伏特表示)运动，才能从很远处到达与另一个质子相接触的距离？ (2)平均热运动动能达到此值时，温度有多高？ (质子的半径约为1.0 ×10－15m)分析 作为估算，可以将质子上的电荷分布看作球对称分布，因此质子周围的电势分布为rεeV 0π4=。
高考物理母题解读(七)静电场母题5电场中的能量守恒
高考母题解读母题5、电场中的能量守恒【解法归纳】力学中，在只有重力做功的情形下，物体的动能和重力势能相互转化，动能和重力势能之和保持不变，称为机械能守恒定律。
在电学中，类似有：在只有电场力做功的情形下，物体的动能和电势能相互转化，动能和电势能之和保持不变；在只有电场力和重力做功的情形下，物体的动能、重力势能和电势能相互转化，动能、重力势能和电势能之和保持不变。
我们可以称为电场中的能量守恒定律。
典例. （2012·海南物理）如图，直线上有o、a、b、c四点，ab间的距离与bc间的距离相等。
在o点处有固定点电荷，已知b点电势高于c点电势。
若一带负电电荷的粒子仅在电场力作用下先从c点运动到b点，再从b点运动到a点，则A．两过程中电场力做的功相等B．前一过程中电场力做的功大于后一过程中电场力做的功C．前一过程中，粒子电势能不断减小D．后一过程中，粒子动能不断减小【针对训练题精选解析】1.（2009四川理综卷第20题）如图所示，粗糙程度均匀的绝缘斜面下方O点处有一正点电荷，带负电的小物体以初速度v1从M点沿斜面上滑，到达N点时速度为零，然后下滑回到M 点，此时速度为v2（v2＜v1）。
若小物体电荷量保持不变，OM＝ON，则（）A．小物体上升的最大高度为22 12 4v vgB．从N到M的过程中，小物体的电势能逐渐减小C．从M到N的过程中，电场力对小物体先做负功后做正功D．从N到M的过程中，小物体受到的摩擦力和电场力均是先增大后减小解析：设斜面倾角为θ、上升过程沿斜面运动的最大距离为L。
因为OM＝ON，则MN两点电势相等，小物体从M到N、从N到M电场力做功均为0。
上滑和下滑经过同一个位置时，垂直斜面方向上电场力的分力相等，则经过相等的一小【点评】解答此题需要采用微元法分析，应用的知识有动能定理、摩擦力、力的分解、库仑定律等。
2. （2012年3月山东威海一模）一带负电的点电荷仅在电场力作用下由a 点运动到b 点的v-t 图象如图所示，其中t a 和t b 是电荷运动到电场中a 、b 两点的时刻.下列说法正确的是A.该电荷由a 点运动到b 点，电场力做负功B. a 点处的电场线比b 点处的电场线密C. a 、b 两点电势的关系为a ϕ＜b ϕD.该电荷一定做曲线运动3. （2010年洛阳四校联考）如图1所示，AB 、CD 是一个圆的两条直径，该圆处于匀强电场中，电场强度方向平行该圆所在平面，在圆周所在的平面内将一个带正电的粒子从A 点先、后以相同的速率v 沿不同方向射向圆形区域，粒子将经过圆周上的不同点，其中经过C 点时粒子的动能最小。
高中物理竞赛——静电场习题
高中物理竞赛——静电场习题一、场强和电场力【物理情形1】试证明：均匀带电球壳内部任意一点的场强均为零。
【模型分析】这是一个叠加原理应用的基本事例。
如图7-5所示，在球壳内取一点P ，以P 为顶点做两个对顶的、顶角很小的锥体，锥体与球面相交得到球面上的两个面元ΔS 1和ΔS 2 ，设球面的电荷面密度为σ，则这两个面元在P 点激发的场强分别为ΔE 1 = k 211r S ∆σΔE 2 = k 222r S ∆σ为了弄清ΔE 1和ΔE 2的大小关系，引进锥体顶部的立体角ΔΩ ，显然211r cos S α∆ = ΔΩ = 222r cos S α∆ 所以 ΔE 1 = k α∆Ωσcos ，ΔE 2 = k α∆Ωσcos ，即：ΔE 1 = ΔE 2 ，而它们的方向是相反的，故在P 点激发的合场强为零。
同理，其它各个相对的面元ΔS 3和ΔS 4 、ΔS 5和ΔS 6 … 激发的合场强均为零。
原命题得证。
【模型变换】半径为R 的均匀带电球面，电荷的面密度为σ，试求球心处的电场强度。
【解析】如图7-6所示，在球面上的P 处取一极小的面元ΔS ，它在球心O 点激发的场强大小为ΔE = k 2RS ∆σ ，方向由P 指向O 点。
无穷多个这样的面元激发的场强大小和ΔS 激发的完全相同，但方向各不相同，它们矢量合成的效果怎样呢？这里我们要大胆地预见——由于由于在x 方向、y 方向上的对称性，Σix E = Σiy E= 0 ，最后的ΣE = ΣE z ，所以先求ΔE z = ΔEcos θ= k 2Rcos S θ∆σ ，而且ΔScos θ为面元在xoy 平面的投影，设为ΔS ′所以 ΣE z = 2Rk σΣΔS ′ 而 ΣΔS ′= πR 2【答案】E = k πσ ，方向垂直边界线所在的平面。
〖学员思考〗如果这个半球面在yoz 平面的两边均匀带有异种电荷，面密度仍为σ，那么，球心处的场强又是多少？〖推荐解法〗将半球面看成4个81球面，每个81球面在x 、y 、z 三个方向上分量均为41 k πσ，能够对称抵消的将是y 、z 两个方向上的分量，因此ΣE = ΣE x …〖答案〗大小为k πσ，方向沿x 轴方向（由带正电的一方指向带负电的一方）。
静电场与电势静电的力学原理与应用
静电场与电势静电的力学原理与应用静电场与电势静电的力学原理与应用静电是一种重要的物理现象，它与电荷的分布及其相互作用密切相关。
而静电场与电势则是研究静电现象的关键概念和工具，它们在科学研究和工程应用中有着广泛的应用。
本文将详细介绍静电场与电势的力学原理以及它们的常见应用。
一、静电场的力学原理静电场是由电荷分布产生的一种力场，它是描述电荷之间相互作用的工具。
根据库仑定律，两个电荷之间的静电力与它们的电荷量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
在均匀电场中，电场强度的大小与作用力的方向完全相同。
静电场是由点电荷和电荷分布产生的，这些电荷在空间中形成一个电场，它的力线由正电荷指向负电荷。
根据静电场的特性，可以使用电场线和电场强度来描述静电场的分布情况。
电场线是垂直于电场线的等势线，它们相互垂直，并且越靠近电荷的位置，电场线越密集。
诺特定理是描述静电场的另一个重要原理。
诺特定理指出，电场中的高斯面上的电荷通量正比于该高斯面内的电荷总量。
这个定理为计算电场的强度提供了有效的方法，可以通过选择适当的高斯面来简化计算过程。
二、电势的力学原理电势是描述电场中某一位置与某一参考位置之间电势能差的物理量。
在静电场中，电势的定义为单位正电荷所具有的电势能。
电势可以是标量，也可以是矢量，它是电场的一个重要参数。
在均匀电场中，电势的大小和方向完全由电场强度决定。
电势的单位是伏特（V），它可以通过将电场强度沿一条路径积分来计算。
根据电势的定义，电势差等于两点间电荷的功。
具有相同电势的点构成一条等势线，等势线与电场线垂直，并且彼此之间保持固定的电势差。
等势线的密集程度反映了电场强度的大小，等势线越密集，电场强度越大。
三、静电场与电势的应用静电场与电势在许多领域中都有广泛的应用，以下是其中几个常见的应用：1. 静电喷涂技术：静电喷涂技术利用静电力将涂料粒子带电后吸附在带有相反电荷的工件上，从而实现喷涂效果。
这种技术常用于汽车喷漆和家具制造等领域。
电动力学静电场练习题
电动力学静电场练习题一、基本概念与公式1. 静电场的基本方程是什么？2. 电势差的定义是什么？如何用积分形式表示电势差？3. 电场强度与电势之间的关系是什么？4. 高斯定理的内容是什么？如何用高斯定理计算均匀带电球体的电场强度？5. 电容率的物理意义是什么？真空中的电容率是多少？二、静电场问题1. 计算点电荷在空间某一点的电场强度。
2. 两个等量同种电荷放置在直线上，求中点的电场强度。
3. 一个均匀带电的无限大平面，求平面两侧的电场强度。
4. 计算一个均匀带电球壳在其内部和外部的电场强度。
5. 一个半径为R的均匀带电球体，求球体内部任意一点的电场强度。
三、电势问题1. 计算点电荷在空间某一点的电势。
2. 一个均匀带电的无限长直导线，求导线附近某点的电势。
3. 一个均匀带电的圆环，求圆环中心轴上某点的电势。
4. 一个半径为R的均匀带电球体，求球体外任意一点的电势。
5. 两个等量异种电荷放置在直线上，求中点的电势。
四、电场力与能量问题1. 计算点电荷之间的相互作用力。
2. 一个带电粒子在电场中的运动轨迹是什么？3. 一个带电粒子在电场中从静止开始运动，求其经过某点时的速度。
4. 计算一个均匀带电球体的静电势能。
5. 一个平行板电容器，求其储能密度。
五、综合应用题1. 一个带电球体放置在一个同心球壳内，求球壳内外的电场强度和电势。
2. 两个同心的均匀带电球壳，求球壳之间的电场强度和电势。
3. 一个带电的无限长直导线和一个带电的无限大平面，求导线与平面之间的电场强度和电势。
4. 一个带电的圆环和一个带电的直线，求圆环中心轴上某点的电场强度和电势。
5. 一个由两个平行板电容器组成的系统，求系统的总电容。
六、电场分布与边界条件1. 一个半无限大的带电平面，求其电场分布。
2. 一个有限长度的带电直导线，求其电场分布。
3. 一个带电的无限长圆柱体，求其内外电场分布。
4. 一个带电的球壳与一个点电荷相切，求球壳内外电场分布。
素养提升(七)静电场中的三类问题
AD [粒子进入电场后，水平方向做匀速运动，则 t＝0 时刻进入电场的粒
子在电场中运动的时间 t＝2vd0 ，此时间正好是交变电场的一个周期；粒子在竖直 方向先做加速运动后做减速运动，经过一个周期，粒子的竖直速度为零，故粒子
离开电场时的速度大小等于水平速度 v0，选项 A 正确；粒子在竖直方向，在T2 时
第1轮 物理
返回导航
第七章 静电场
A．在 t＝0 时刻进入的粒子离开电场时速度大小仍为 v0 B．粒子的电荷量为m2vU020 C．在 t＝18 T 时刻进入的粒子离开电场时电势能减少了18 mv20 D．在 t＝14 T 时刻进入的粒子刚好从 P 板右侧边缘离开电场
第1轮 物理
返回导航
第七章 静电场
第1轮 物理
返回导航
第七章 静电场
[训练 1] (多选)如图甲所示，平行金属板中央有一个静止的电子(不计重力)， 两板间距离足够大．当两板间加上如图乙所示的交变电压后，选项图中反映电子 速度 v、位移 x 和加速度 a 随时间 t 的变化规律图象，可能正确的是( )
第1轮 物理
返回导航
第七章 静电场
第1轮 物理
返回导航
第七章 静电场
(1)A、B 两点间的电势差 UAB； (2)将小球拉至位置 A 使细线水平后由静止释放，小球通过最低点 C 时细线对
小球的拉力 F 的大小；
(3)如果要使小球能绕 O 点做完整的圆周运动，则小球在 A 点时沿垂直于 OA
方向运动的初速度 v0 的大小．
解析 (1)带电小球在 B 点静止受力平衡，根据平衡条件得：qE＝mgtan θ， 得：E＝mgtaqn θ ＝0.20×6.100××1t0a－n4 37° V/m＝2.5×103 V/m
[习题06静电场]
![[习题06静电场]](https://img.taocdn.com/s3/m/a43f6ad64028915f804dc21f.png)
电荷q0在外电场中的电势能:
E p q 0V
移动电荷时电场力做的功:
Wab a q0 E dl
b
Epa Epb q (Va Vb )
NIZQ
第 7页
大学物理学 静电场
无限大带电平板:
带电细棒:
cos 1 cos 2 Ey 4 π 0 a
pe ql
电偶极子 : 等量异号 电荷+q、-q, 相距为 l (l相对于求场点很小 ) 的带电体系.
NIZQ
第 9页
例题3: 求长为l、电荷线密度为的均匀带电细棒周围空间的电场.
x
大学物理学 静电场
解: 建立坐标系O-xy, 任取电荷元
2
dq dx
d Ex d E
O
dq
有限体无限远处为电势零点. 2. 叠加法:
qi V q 4 π 0 r
dq V 4 π 0 r
dV V V 4 π 0 r dS V S 4 π 0 r dl V l 4 π 0 r
NIZQ
第 6页
大学物理学 静电场
电势差:
Vab
Va Vb a E dl
大学物理学 静电场
NIZQ
第 4页
归纳
大学物理学 静电场
点电荷
带电量
均匀带电
球体
带电量
均匀带电
球面
带电量
无限长 均匀带电
直线
电荷线密度
无限长 均匀带电
圆柱面
电荷面密度
无限大 均匀带电
平面
电荷面密度
近场
NIZQ
第 5页
大学物理学 静电场
高中物理奥林匹克竞赛专题——静电场典型习题(有详解答案)
题7.1：1964年，盖尔曼等人提出基本粒子是由更基本的夸克构成，中子就是由一个带e 32的上夸克和两个带e 31-下夸克构成，若将夸克作为经典粒子处理（夸克线度约为10-20 m ），中子内的两个下夸克之间相距2.60⨯10-15 m 。
求它们之间的斥力。
题7.1解：由于夸克可视为经典点电荷，由库仑定律r r 220r 2210N 78.394141e e e F ===r e r q q πεπεF 与r e 方向相同表明它们之间为斥力。
题7.2：质量为m ，电荷为-e 的电子以圆轨道绕氢核旋转，其动能为E k 。
证明电子的旋转频率满足42k20232me E εν=其中是0ε真空电容率，电子的运动可视为遵守经典力学规律。
题7.2分析：根据题意将电子作为经典粒子处理。
电子、氢核的大小约为10-15 m ，轨道半径约为10-10 m ，故电子、氢核都可视作点电荷。
点电荷间的库仑引力是维持电子沿圆轨道运动的向心力，故有220241r e r v m πε= 由此出发命题可证。
证：由上述分析可得电子的动能为re mv E 202k 8121πε==电子旋转角速度为30224mr e πεω=由上述两式消去r ，得43k 20222324meE επων== 题7.3：在氯化铯晶体中，一价氯离于Cl -与其最邻近的八个一价格离子Cs +构成如图所示的立方晶格结构。
（1）求氯离子所受的库仑力；（2）假设图中箭头所指处缺少一个铯离子（称作品格缺陷），求此时氯离子所受的库仑力。
题7.3分析：铯离子和氯离子均可视作点电荷，可直接将晶格顶角铯离子与氯离子之间的库仑力进行矢量叠加。
为方便计算可以利用晶格的对称性求氯离子所受的合力。
解：（l ）由对称性，每条对角线上的一对铯离子与氯离子间的作用合力为零，故01=F （2）除了有缺陷的那条对角线外，其它铯离子与氯离子的作用合力为零，所以氯离子所受的合力2F 的值为N 1092.134920220212-⨯===ae rq q F πεπε2F 方向如图所示。
静电场中的力学问题
若电场方向变为平行斜面 向上，结果如何？
mgsin 37°＝qE
3 mg
得 E＝ 5q
相当于如下情景
练习 3：如图所示，一带电荷量为＋q、质量为 m 的小物块处于
一倾角为 37°的光滑斜面上，当整个装置被置于一水平向右的匀强电
场中，小物块恰好静止．重力加速度取 g，sin 37°＝0.6，cos 37°＝
【练习4】如图所示，竖直放置的两块足够大的带电平行板 间形成一个水平向右的匀强电场区域，场强为E。在两板间 用绝缘细线悬挂一个质量为m带电量为q的小球，静止时小球 偏离竖直方向的夹角θ，与右板距离为d。若剪断绳子，重力 加速度为g，求小球到达右板时的速度大小。
用尽量多的思路求解
1、比较重力做功与电场力做 功的特点；
2、思考电场力做功多少与哪些 因素有关？
【练习５】如图，质量为m，带电量+q的小球被长为l的绝缘 细绳拴住，空间中存在一个竖直向上的匀强电场E=mg/q，小
球在AB间摆动，当摆动到C点时速度大小为v，求：小球在C
点时受到的绳子拉力多大？
感谢您的下载让小编的努力能帮助到您， 最后一页是小编对你的谢谢哦，提醒一下， 下载好了几个全部自己看一遍，把用不上 的删除哦！包括最后一页！
A
θ
θ O
B
++
+A+
B
++
用细绳把以质量为
θ
m的小球悬挂在天
花板上，由于球受
到水平风力的作用，
达到平衡时细绳与
竖直方向的夹角为θ 直升机匀速飞行，
由于空气阻力，货
物偏离竖直方向
处理静电场中的平衡问题与以前方法一样，受力分 析后用正交分解法来求未知量。
物理26届暑假高一升高二讲义模板--电场的叠加+力学问题
电场的叠加+力学问题静电场模型——课堂知识一、普通电场叠加：2023全国：2023湖南：例3、如图，电荷量分别为q和–q（q>0）的点电荷固定在正方体的两个顶点上，a、b是正方体的另外两个顶点。
则A．a点和b点的电势相等B．a点和b点的电场强度大小相等C．a点和b点的电场强度方向相同D．将负电荷从a点移到b点，电势能增加例1、两个相同的负电荷和一个正电荷附近的电场线分布如图2所示，c时两负电荷连线的中点，d点在正电荷的正上方，c、d到正电荷的距离相等，则（）A．a点的电场强度比b点的大B．a点的电势比b点的高C．c点的电场强度比d点的大D．c点的电势比d点的低二、非常见电场叠加：转换成多个普通电场2023海南：例、如图所示，A、B、C、D、E、F为真空中正六边形的六个顶点，O为正六边形中心，在A、B、C三点分别固定电荷量为q、-q、q(q>0)的三个点电荷，取无穷远处电势为零。
则下列说法正确的是（）A．O点场强为零B．O点电势为零C．D点和F点场强相同D．D点和F点电势相同图 5电场中的力学问题（看视频课补充）课堂知识一、常见的不考虑重力的粒子：平时说的带电粒子指电子、氦核（a粒子）质子、氕、氘、氚等，受到的重力远远地小于电场力，可以忽略不计二、常见的考虑重力的粒子：带电小球、带电液滴、与动力学有关的研究。
方法：牛顿第二定律、动能定理例1、如图所示，a、b为竖直向上的电场线上的两点，一带电质点在a点由静止释放后，沿电场线向上运动，到b点速度恰好为零，则下列说法正确的是()A.带电质点在a、b两点所受电场力都是向上的B.带电质点在a点受到的电场力比在b点受到的电场力小C.a点电场强度比b点的大D.无法比较a、b两点电场强度的大小例2、如图所示，带正电的小球Q固定在倾角为θ的光滑固定绝缘细杆下端，让另一穿在杆上的质量为m、电荷量为q的带正电小球从A点由静止释放，到达B点时速度恰好为零。
若A、B间距为L，C 是AB的中点，两小球都可视为质点，重力加速度为g。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
静电场中的力学问题
一、通过例题复习第1、2、3小节容
例1.如图所示，绝缘细线的上端固定，下端悬挂一个轻质的小球a ，a 的表面镀有铝膜。
在
a 的近旁有一个绝缘的金属球
b ，开始时两球都不带电。
现使b 球带电，则： A.a 、b 间不发生相互作用 B.b 将吸住a ，吸住后不再放开
C.立即把a 排斥开
D.b 先吸住a ，接触后又把a 排斥开
考点：①带电体有吸引轻小物体的性质
②接触带电
③电荷间的相互作用规律
例2.如图所示，一半径为R 的绝缘带电球壳上均匀带有电量为＋Q 的电荷，另一带电量为
＋q 的点电荷放在球心O 上。
现在球壳上挖出一一半径为r （r<<R ）的小圆孔，试求此 时位于球心O 上的点电荷所受的作用力的大小和方向。
考点：①电场强度的叠加
②将实际带电体视为点电荷的条件 ③点电荷的场强公式 ④二力平衡条件
思维方法：在对称性中寻体向理想化物理模型转换的途径
例3.如图为四个电场线图。
一正电荷在电场中由P 点到Q 点做加速运动，且加速度越来越
大，那么该正电荷哪个图示的电场中运动的？
考点：①如何用电场线来描述电荷周围的电场
②场强、电场力及电场线切线的方向关系 ③通过受力分析判断物体的运动状态 ④牛顿第二定律
二、牛顿运动定律在静电场中的应用
（一）静电场中的受力分析
例4.如图所示，甲、乙两带小球的质量均为m ，所带电量分别为＋q 和－q 。
两球间用绝缘
细线2相连接，甲球用绝缘细线1悬挂在天花板上。
在两球所在的空间有方向水平向
a b .
O
＋q
Q
P
Q
P
Q
P
A B .
.
.
.
..
左
的匀强电场，场强为E ，平衡时细线都被拉紧。
则甲、乙两球的可能位置是图
例5.如图所示，A 、B 两球用绝缘细线悬挂在支架上。
A 球带2×10－3
C 的正电荷，B 球带等
量的负电荷（两球可视为点电荷）。
两悬点相距3cm 。
在外加匀强电场的作用下，两 球都在各自悬点的正下方处于平衡状态。
试求该外加匀强电场的场强的大小为多少？ （二）静电场中的力与运动
例6.如图所示，两平行金属板带等量异种电荷，一带电微粒在两板间的电场中恰能沿直线
从A 点运动到B 点。
试求该带电微粒的带电种类？
例7.如图所示，一带正电的绝缘、光滑的金属板的上方有一带负电的点电荷B 。
现有一带 负电的绝缘小球，紧贴着A 板以速度V0射入A 和B 的场区中。
试分析C 球进入场区后
的
运动状态（假定C 与A 间不以生电子转移）
（三）静电场中的曲线运动
例8.设氢原子核外电子的轨道半径为r ，电子的质量为m ，电量为e 。
试求电子绕核运动的
速率为多少？
例9.如图所示，两平行金属板带等量异种电荷，一带负电的微粒A 紧贴着C 板沿着平行于
C
＋ ＋ ＋ ＋ ＋
－
－
－ －
－
C
D A
B
－ B
A C
＋ ＋ ＋ ＋ ＋
D
板的方向射入场区。
试分析带电微粒进入场区后将做 什么运动？
例10.一个单摆摆球的质量为m ，并带有q 的负电荷。
在没有电场时，单摆做周期为T 的简
的匀强电场。
试分析单摆此后将做什么运动？
讨论：①在除最大位移处之外的其它位置加匀强电场，则如何？②在最大位移处加匀强电场，则如何？ ③单摆的周期如何改变？
（四）巩固练习
1.在点电荷＋Q 点，如图所示，则这些负离子只具有相同的 A.动能和电量 B.动量和电量 C.质量和速度 D.质量和电量
2.真空中A 、B 两个点电荷相距为L ，质量分别为m 和2m ，它们由静止开始运动（不计重 力）。
开始时A 的加速度为a ，经过一段时间，B 的加速度也为a ，且速率为v 。
试求： ①此时A 、B 两点电荷间的距离为多少？ ②点电荷A 的速率为多少？
3.一个质量为30g ，带电量q ＝－1.7×10－8
C 的半径极小的小球，用丝线悬挂在某匀强电 场中，电场线水平。
当小球静止时，测得悬线与竖直方向成30°夹角，如图所示，试 求该电场的电场强度。
15.一带电粒子的质量为m ，带电量为＋Q ，以初速度V 与水平方向成45°角射向空间的匀
(
30°
强电场区域，粒子恰好作匀速直线运动。
试求：这匀强电场的最小场强的大小及方向。