2.求电场强度的几种特殊思维方法 电场强度是静电学中极其重要的概念.也是高考考点分布的重点区域之一.求电场强度的方法除了常见的定义式法.点电荷场强公式法.匀强电场公式法.矢量叠加法等.还有几种特殊的思维方法. (1)等效替代法 “等效替代 方法.是指在效果一致的前提下.从A事实出发.用另外的B事实来代替.必要时再由B而C--直至实现所给问题的条件.从而建立与之相对应的联系.得以用有关规律解之.如以模型替代实物.以合力替代数个分力.等效电阻.等效电源等. 例如如图所示.一带+Q电量的点电荷A.与一块接地的长金属板MN组成一系统.点电荷A与板MN间的垂直距离为d.试求A与板MN的连线中点C处的电场强度. 此题初看十分棘手.如果再画出金属板MN被点电荷A所感应而产生的负电荷.则更是走进死胡同无法解决.那么此题能否用中学所学的知识灵活地迁移而分析解决呢?当然可以.由金属长板MN接地的零电势条件.等效联想图所示的由两个等量异种电荷组成的系统的静电场的分布状况.这样的点电荷系统所形成的合电场的分布状况并不陌生.A.B两点电荷连线的垂直平分面.恰是一电势为零的等势面.利用这样的等效替代的方法.很容易求出C点的电场强度.根据点电荷场强式.点电荷A在C点形成的电场.点电荷B在C点形成的电场.因与同方向.均从A指向B.故. (2)微元法 微元法就是将研究对象分割成许多微小的单元.或从研究对象上选取某一“微元 加以分析.从而可以化曲为直.使变量.难以确定的量为常量.容易确定的量. 例如如图所示.均匀带电圆环所带电荷量为Q.半径为R.圆心为O.P为垂直于圆环平面的对称轴上的一点.OP=L.试求P点的场强. 设想将圆环等分为n个小段.当n相当大时.每一小段都可以看作点电荷.其所带电荷量为.由点电荷场强公式可求得每一点电荷在P处的场强为. 由对称性可知.各小段带电环在P处的场强E的垂直于轴向的分量相互抵消.而E的轴向分量之和即为带电环在P处的场强. . (3)补偿法 求解电场强度.常用的方法是根据问题给出的条件建立起物理模型.如果这个模型是一个完整的标准模型.则容易解决.但有时由题给条件建立的模型不是一个完整的标准模型.比如说是模型A.这时需要给原来的问题补充一些条件.由这些补充条件建立另一个容易求解的模型B.并且模型A与模型B恰好组成一个完整的标准模型.这样.求解模型A的问题就变为求解一个完整的标准模型与模型B的差值问题. 例如如图所示.用长为l的金属丝弯成半径为r的圆弧.但在A.B之间留有宽度为d的间隙.且.将电量为Q的正电荷均匀分布于金属丝上.求圆心处的电场强度. 中学物理只讲到有关点电荷场强的计算公式和匀强电场场强的计算方法.本问题是求一个不规则带电体所产生的场强.没有现成公式直接可用.需变换思维角度.假设将这个圆环缺口补上.并且已补缺部分的电荷密度与原有缺口的环体上的电荷密度一样.这样就形成一个电荷均匀分布的完整带电环.环上处于同一直径两端的微小部分所带电荷可视为两个相对应的点电荷.它们在圆心O处产生的电场叠加后合场强为零.根据对称性可知.带电圆环在圆心O处的总场强E=0.至于补上的带电小段.由题给条件可视做点电荷.它在圆心O处的场强是可求的.若题中待求场强为.则.设原缺口环所带电荷的线密度为..则补上的那一小段金属线的带电量, 在O处的场强为.由可得.负号表示与反向.背向圆心向左. (4)极值法 物理学中的极值问题可分为物理型和数学型两类.物理型主要依据物理概念.定理.定律求解.数学型则是在根据物理规律列方程后.依靠数学中求极值的知识求解. 例如如图所示.两带电量均为+Q的点电荷相距2 L.MN是两电荷连线的中垂线.求MN上场强的最大值. 用极限分析法可知.两电荷间的中点O处的场强为零.在中垂线MN上的无穷远处电场也为零.所以MN上必有场强的极值点.采用最常规方法找出所求量的函数表达式.再求极值.由图可知.MN上场强的水平分量相互抵消.所以有. 因为 所以当.即时.E有最大值为. :在x轴的原点O和轴上的P点.分别固定同种电荷和.已知.OP距离为2l.则场强为零的坐标x区间为( ) A.x>0 B.0<x< l C.l <x<2 l D.x>2 l 答案:B 解析:题中空间存在着两个静电荷.因此空间里任何一点的场强. 都是这两个点电荷分别在该点产生的场强和的矢量和. 由点电荷的场强公式.又因两电荷为同种电荷. 故只有在OP之间某处的合场强才能大小相等.方向相反.矢量和为零. 设在x=a处E=0.则有: 所以可知:a<l.即在0<x< l区间内E=0.故选B. 知识点二--电场线 ▲知识梳理 1.概念 为了直观形象的描述电场中各点场强的大小及方向.在电场中画出一系列曲线.曲线上各点的切线方向表示该点场强方向.曲线的疏密表示电场的强弱. 2.电场线的性质 (1)起点和终点:电场线起始于正电荷,终止于负电荷.即电场线不能形成闭合曲线. (2)切线方向:电场线上每一点的切线方向和该点的场强方向一致. (3)疏密程度:电场线的疏密程度反映了场强的大小即电场的强弱.电场线密集的地方场强大.电场强,电场线稀疏的地方场强小.电场弱. (4)不中断.不相交:在没有电荷的空间.电场线不能中断.两条电场线不能相交. 3.要熟悉以下几种典型电场的电场线的分布 (1)孤立的正.负点电荷电场线的分布,图匀强电场中电场线的分布,图等量异种点电荷电场线的分布,图等量同种点电荷电场线的分布.图(d) 用电场线可以判断:电场力的方向.场强的大小和方向.电势的高低与电势降落的快慢.等势面的疏密及位置等. 4.匀强电场 场强方向处处相同.场强大小处处相等的区域称为匀强电场.匀强电场中的电场线是一簇相互间隔均匀的平行线.平行正对的两金属板带等量异种电荷后.在两板之间除边缘外就是匀强电场. ▲疑难导析 1.等量异种电荷和等量同种电荷中垂线上的点的电场强度分布规律 (1)等量异种点电荷形成的电场中的电场线分布情况如图所示.其特点有: ①两点电荷连线上的各点场强方向从正电荷指向负电荷.沿电场线方向场强先变小再变大. ②两点电荷连线的中垂面上.电场线方向均相同.即场强方向均相同且总与中垂面垂直. ③在中垂面上.与两点电荷连线的中点等距离的各点场强大小相等. (2)等量同种点电荷形成的电场中的电场线分布情况如图所示.其特点有: ①两点电荷连线中点处场强为零.此处无电场线. ②两点电荷连线中点附近的电场线非常稀疏.但场强并不为零. ③从两点电荷连线中点沿中垂面到无限远.电场线先变密后变疏.即场强先变大后变小. 2.电场线与带电粒子在电场中的运动轨迹的比较 (1)电场线是为了形象地描述电场而引入的假想的曲线.规定电场线上每点的切线方向为该点的场强方向.也是正电荷在该点所受电场力的方向.运动轨迹是带电粒子在电场中实际通过的径迹.径迹上每一点的切线方向为粒子在该点的速度方向.因此.不能认为电场线就是带电粒子在电场中的运动轨迹. (2)如果同时满足以下三个条件.运动轨迹就和电场线重合. ①电场线为直线. ②电荷初速度为零.或不为零但速度方向和电场线平行. ③电荷仅受电场力作用或受其他力.但其他力的方向和电场线平行. :如图所示.带正电的小球从某一高度开始做自由落体运动.在途中遇到水平向右的匀强电场.则其运动轨迹大致是图中的( ) 答案:C 解析:小球从某一高度开始做自由落体运动进入电场.必做类平抛运动.运动方向和电场力方向不在一条直线上.轨迹一定是曲线.且朝着电场力的相反方向弯曲.只有C符合题意.A选项错误在粒子运动不可能向上. 典型例题透析 题型一--关于电场强度的问题 (1)电场的场强与是否放入试探电荷无关.不要认为受电场力大的场强就大. (2)不要单纯从数学角度理解物理公式.要分析物理量的含义.及公式的适用范围. 1.关于电场.下列叙述正确的是( ) A.以点电荷为圆心.r为半径的球面上.各点的场强都相同 B.正电荷周围的电场一定比负电荷周围的电场强度大 C.在电场中某点放入试探电荷q.该点的场强为.取走q后.该点场强不为零 D.电荷所受电场力很大.该点电场强度一定很大 解析:对A选项:场强是矢量.不仅有大小.而且有方向.以点电荷Q为圆心.半径为r的球面上.场强的大小.但方向不同. 对B选项:在正电待和负电荷周围确定场强的方法相同.用试探电荷q放到被考察点.q所受的电场力为F.那么.由此可见.何处场强大.何处场强小.与电荷的正负并没有什么关系. 对C选项:正确.电场强度E是电场的性质.试探电荷是用来体现这一性质的“工具 .就象用温度计测量水的温度一样.温度计插入水中.水的温度就由温度计显示出来.取走温度计.水的温度仍然如此.不会消失. 对D选项:一式中.E的大小并不是由F.q来决定的.在电场中某一点放入一试探电荷q.那么q越大.F越大.而这一比值将不变. 答案:C 总结升华:把握电场的特点.明确电场强度的矢量性是解决题目的关键. 举一反三 [变式]下列关于电场强度的两个表达式和的叙述.正确的是( ) A.是电场强度的定义式.F是放入电场中的电荷所受的力.q是产生电场的电荷的电荷量 B.是电场强度的定义式.F是放入电场中的电荷所受的力.q是放入电场中的电荷的电荷量.它适用于任何电场 C.是点电荷场强的计算公式.Q是产生电场的电荷量.它不适用于匀强电场 D.从点电荷场强计算式分析.库仑定律表达式中是点电荷产生的电场在点电荷处的场强大小.而是点电荷产生的电场在点电荷处的场强大小 答案:BCD 解析:公式是电场强度的定义式.适用于任何电场.是点电荷场强的计算公式.只适用于点电荷电场.库仑定律公式可以看成在处的电场对的作用力. 题型二--电场强度的叠加 当某一区域的电场是由几个电场叠加而产生的时候.电场中某点的场强等于各个电场单独在该点的场强的矢量和.遵循平行四边形定则. 2.如图.在正六边形的a.c两个顶点上各放一带正电的点电荷.电量的大小都是.在b.d两个顶点上.各放一带负电的点电荷.电量的大小都是.已知六边形中心O点处的场强可用图中的四条有向线段中的一条来表示.它是哪一条?( ) A. B. C. D. 思路点拨:电场强度的合成与力的合成方法相同.可以先合成其中的两个.再依次与其他的进行合成. 解析:如图所示.作出各点电荷在O点的电场强度(E)的示意向量.设+q在O点产生的场强为.-q在O点产生的场强为.则a.c两点的电荷在O点的合场强为与b点(-q)在O点的场强的合场强为与d点(-q)在O点的场强的合场强为E.故B项正确. 答案:B 总结升华:电场强度的叠加符合矢量合成法则.多个点电荷形成的电场求合场强时.必须依照合适的步骤进行.如在本题中先对a.c两点电荷产生的场强求矢量和.其原因是两个分场强大小相等.并互成.合场强大小等于分场强大小.方向沿角平分线方向. 举一反三 [变式]如图所示.正六边形a.b.c.d.e.f的顶点a上固定一个电量为Q的正点电荷.其余各顶点固定一个电量均为Q的负点电荷.若此正六边形的边长为L.求它的几何中心O处的场强大小和方向. 解析:由于正六边形具有对称性.则a.d连线.b.e连线.c.f连线均过O点.各顶点的电荷在O点产生的场强均为.b.e两点的电荷在O点场强方向相反.大小相等.则场强叠加为零.c.f两点的电荷在O点的场强方向相反.大小相等.则合场强为零.因而O点的合场强只是由a.d两点电荷在O点形成的场强的合成.O点的场强.合场强的方向自O点指向d点. 题型三--利用电场线和运动轨迹判断带电粒子的情况 电场线是用来形象描述电场的一种曲线.但它不是带电粒子的运动轨迹.带电粒子在电场中的运动轨迹由带电粒子受到的合外力情况和初速度情况来决定.点电荷又在电场力作用下.满足下列条件轨迹才能与电场线重合. 电荷的初速度为零或不为零.但速度方向与电场线平行, (3)电荷仅受电场力作用或受其他力的方向和电场线平行. 3.质量为m的正点电荷q.在电场中从静止释放.在它运动过程中如果不计重力.下述正确的是( ) A.点电荷运动轨迹必与电场线重合 B.点电荷的速度方向.必定和所在点的电场线的切线方向一致 C.点电荷的加速度方向.必与所在点的电场线的切线方向一致 D.点电荷的受力方向.必与所在点的电场线的切线方向一致 解析:正点电荷q由静止释放.如果电场线为直线.电荷将沿电场线运动.但电场线如果是曲线.电荷一定不沿电场线运动(因为如果沿电场线运动.其速度方向与受力方向重合.不符合曲线运动的条件).故A选项不正确,由于点电荷做曲线运动时.其速度方向与电场力方向不再一致.故B选项不正确,而点电荷的加速度方向.也即电荷所受电场力方向必与该点场强方向一致.即与所在点的电场线的切线方向一致.故C.D选项正确. 答案:CD 总结升华:本题考查了电场线与电场强度及电场力的关系.解答此类题目的关键是搞清电场线的特点,电场线上某点的切线方向与该点的电场强度的方向一致. 举一反三 [变式]下列关于带电粒子在电场中的运动轨迹与电场的关系说法中正确的是( ) A.带电粒子在电场中运动.如只受电场力作用.其加速度方向一定与电场线方向相同 B.带电粒子在电场中的运动轨迹一定与电场线重合 C.带电粒子只受电场力作用.由静止开始运动.其运动轨迹一定与电场线重合 D.带电粒子在电场中运动轨迹可能与电场线重合 答案:D 解析:电荷的运动轨迹和电场线是完全不同的两个概念.在分析有关问题时.既要明确二者的本质区别.还要搞清二者重合的条件.电场线方向表示场强方向.它决定电荷所受电场力方向.从而决定加速度方向.正电荷加速度方向与电场线的切线方向相同.负电荷则相反.故A错.带电粒子的运动轨迹应由粒子在电场中运动的初速度和受力情况来决定.而该带电粒子所在运动空间的电场的电场线可能是直线也有可能是曲线.带电粒子在电场力作用下只有满足:粒子的初速度为零或初速度方向与电场线在一条直线上时.其运动轨迹才与电场线重合.故B.C错而D选项正确. 题型四--电场与牛顿第二定律的结合 (1)要充分分析物体的受力情况和运动情况.再应用平衡条件.牛顿第二定律列关系式. (2)要考虑各物体间的相互联系及共同特征.整体法.隔离法结合应用. 4.在水平桌面上固定放置两个小球1和2.它们的质量相等.电荷分别为和-( ).桌面上方存在场强为E的匀强电场.球1和球2的连线平行于电场线.如图.现同时放开1球和2球.于是它们开始在电力的作用下运动.如果球1和球2之间的距离可以取任意有限值.则两球刚被放开时.它们的加速度可能是( ) A.大小相等.方向相同 B.大小不等.方向相反 C.大小不等.方向相同 D.大小相等.方向相反 解析:释放小球时.两球分别受到外电场力及两球之间的电场力的作用.即球1受和的作用.球2受和的作用.(方向与相反). .因及r均未知.故两球的加速度.可能的情况有A.B.C 三种情况. 答案:ABC 总结升华:本题考查的知识点有电场力.库仑力.牛顿第二定律.解决本题的关键是对处在电场中的带电体进行正确的受力分析.然后利用牛顿第二定律.加以分析判断就可解决问题了. 举一反三 [变式]如图所示.A.B为两个等量的正点电荷.在其连线中垂线上的P点放一个负点电荷q由静止释放后.下列说法中正确的是( ) A.点电荷在从P点到O点运动的过程中.加速度越来越大.速度越来越大 B.点电荷在从P点到O点运动的过程中.加速度越来越小.速度越来越大 C.点电荷运动到O点时加速度为零.速度达最大值 D.点电荷越过O点后.速度越来越小.加速度越来越大.直到粒子速度为零 答案:C 解析:在等量同种电荷连线的中垂线上.场强方向都沿中垂线方向.大小的变化规律为从O点开始到∞的过程中场强先变大后变小.因P点是一个任意点.场强最大处可能在P点.也可能在PO之间.也可能在OP之外.所以从P到O运动过程中.粒子的加速度大小变化规律无法确定.A.B错误.但因为电场力的方向总是由P→O.且O点合场强方零.所以点电荷从P到O一直做加速运动.到O点时加速度为零.速度最大.C正确.过了O点后.电场力做负功.速度越来越小.加速度大小也是无法判定.由电场的对称性可知.点电荷再到与P对称的另一侧的某点时.速度又达到零.D错. 查看更多

 

题目列表(包括答案和解析)

如图所示,一质量为m、电量为+q的带电小球以与水平方向成某一角度θ的初速度v0射入水平方向的匀强电场中,小球恰能在电场中做直线运动.若电场的场强大小不变,方向改为相反同时加一垂直纸面向外的匀强磁场,小球仍以原来的初速度重新射人,小球恰好又能做直线运动.求电场强度的大小、磁感应强度的大小和初速度与水平方向的夹角θ.

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精英家教网如图所示,在光滑绝缘的水平面上,有一静止在A点质量为m=1×10-3kg、带正电的小球,现加一水平方向的匀强电场使小球由A点运动到B点,静电力做功为W=0.2J,已知A、B两点间距离为L=0.1m,电势差为UAB=20V,
(1)判断匀强电场的场强方向;
(2)求电场强度的大小;
(3)求小球的带电量;
(4)求小球到达B点时的速率.

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如图所示,边长为L的正方形区域abcd内存在着匀强电场.电荷量为q、动能为Ek的带电粒子从a点沿ab方向垂直于电场线进入电场,不计重力作用
(1)若粒子从c点离开电场,求电场强度的大小和粒子离开电场时的动能;
(2)如果改变电场强度的大小,试对带电粒子离开电场的位置进行讨论.

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(2007?上海)如图所示,边长为L的正方形区域abcd内存在着匀强电场.电量为q、动能为E0的带电粒子从a点沿ab方向进入电场,不计重力.
(1)若粒子从c点离开电场,求电场强度的大小和粒子离开电场时的动能.
(2)若粒子离开电场时动能为EK′,求电场强度的大小?

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精英家教网如图所示,在直角坐标系的X轴上方有沿:C轴负向的匀强电场,x轴下方有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为b;x轴为匀强磁场和匀强电场的理想边界.一个质量为m,电荷量为q的带正电粒子从y轴上A点以v0沿y轴负向运动.已知OA=L,粒子第一次经过x轴进入匀强磁场的坐标是(-
L2
,0).当粒子第二次经过x轴返回匀强电场时,x轴上方的电场强度大小不变,方向突然反向.不计粒子重力.
(1)求电场强度?的大小;
(2)粒子经过电场和磁场之后,能否回到A点?如果不能回到A点,请通过计算说明;如能回到A点,则粒子从A点出发再次回到A点所用的时间是多少?

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