Part12 电场力
2023年电气工程师发输变电专业练习题和答案(Part12)
2023 年电气工程师发输变电专业练习题和答案〔 Part12〕共 2 种题型，共 75 题一、单项选择题(共 60 题)1.范围I 的系统中，由于两侧电源的不同步，在非全相分合闸时，在变压器中性点上可消灭接近于〔〕的过电压，如产生铁磁谐振，则会消灭更高的过电压。
A：1.5p.u.；B：1.8p.u.；C：2.Op.u.；D：2.3p.u.。
【答案】：C2.某发电厂 220kV 母线在正常运行方式下电压变动范围为〔225.5~237.6〕kV,在事故运行方式下最低运行电压为 214,5kV。
本电厂 220kV 母线在亊故运行方式到正常运行方式时实际电压偏差范围是〔〕。
A：-2.5%~+8.0%；B：+2.5%~+8.0%；C：-2.5%~+2.5%；D：0%~+8,0%。
【答案】：C3.在A 类电气装置的接地装置设计中，标准规定了接地装置导体的最小尺寸，请依据屋内、屋外两种不同条件下，确定地下敷设的扁钢的最小截面和厚度。
当用于屋外、地下敷设时，扁钢的最小截面和厚度是〔〕。
A：24mm2,3mm；B：24mm2，4mm；C：48mm2,4mm；D：48mm2,6mm。
【答案】：C【解析】：依据 DL/T621-1997P5 第6.1.5 条规定〔见表1〕。
4.计算机系统接地线截面的选择〔承受绝缘锎绞线或电缆为接地线〕。
机柜间链式接地连接线为〔〕。
A：1.5mm2；B：2.5mm2；C：4mm2； D：6mm2。
【答案】：A【解析】：依据 DL/T5136—2023 第13 章选择。
5.范围I 的架空线路和变电所绝缘子串、空气间隙的操作过电压要求的绝缘水平，进确缘协作的根底是〔〕。
A：计算用最大操作过电压；B：最大解列过电压；C：开断空载长线过电压；D：开断空载变压器过电压。
【答案】：A6.当每段发电机容量为 12MW 以下时，发电机电压母线宜承受〔〕接线方式。
A.单母线或单母线分段；B.双母线；C双母线或双母线分段；D.单母线。
电场力和电势能
电场力和电势能是电学中非常重要的概念，它们帮助我们理解电荷之间相互作用的规律以及电场中储存的能量。
这两个概念的引入，使得我们能够对电场的现象和性质进行深入的研究和解释。
首先，电场力是指电荷间相互作用所产生的力。
根据库仑定律，两个电荷之间的作用力与它们的电荷量大小成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
这个作用力可以用矢量形式表示，即F = qE，其中F是作用力，q是电荷量，E是电场强度。
电场力的方向与电场强度的方向相同，大小与电荷量的大小成正比。
电场力在自然界中无处不在。
在电荷周围的空间里，会形成电场，当有其他电荷进入这个电场时，它将受到电场力的作用。
例如，当我们将一个带正电的物体靠近一个带负电的物体时，这两个物体之间会产生一个电场，而带正电的物体将受到电场力的作用，被吸引到带负电的物体附近。
同样，两个带同种电荷的物体之间产生的电场力会使它们相互排斥。
电场力的概念为我们解释了静电现象和电荷之间相互作用提供了理论基础。
在现代科技中，我们利用电场力来实现许多重要的应用，如电容器、电场传感器和电场电压计等。
这些应用的实现依赖于对电场力的深入理解和精确控制。
另一方面，电势能是指带电粒子在电场中具有的能量。
在电场中，当一个带电粒子由于电场力的作用而移动时，它的势能会发生改变。
根据电势能定义，电势能等于电场力与带电粒子之间的势能差。
电势能与位置之间的关系可以用电势来描述，电势是电势能单位电荷的大小。
电势是一个标量量，它描述了电场的强弱和方向。
不同位置的电势不同，沿电场线上的电势是相等的。
对于一个电场中的带电粒子，当它从较高电势的位置移动到较低电势的位置时，它会释放出势能，并将之转化为动能或其他形式的能量。
电势能的理论基础为我们解释了电场能量的储存和释放机制。
例如，当我们在电容器中放置电荷时，电势能将储存在电荷和电容器之间的电场中。
当我们连接电容器的两个端子时，电势能将转化为电流，实现能量的传输。
总结起来，电场力和电势能是电学中重要的概念，它们揭示了电荷之间相互作用和电场能量储存的规律。
关于电场力的公式
关于电场力的公式
电场力的公式取决于具体情况，具体有以下几种情况：
1. 点电荷之间电场力公式：F=kq1q2/r2。
它表示两个点电荷q1和q2之
间的相互作用力F与电荷量的乘积成正比，与两电荷间距离r的平方成反比。
k是电荷力常数，取值为9×109N·m2/C2。
这个公式适用于真空中或者介
质中的两个点电荷之间的情况，如果有多个点电荷，可以用叠加原理求出总的电场力。
2. 任意电场电场力公式：F=qE。
它表示电场力等于电荷q与电场强度E的乘积。
电场强度E是描述电场效应的重要物理量，它的大小等于电场力在单位电荷上的作用力。
这个公式适用于任何形状和分布的电场中的任何带电粒子的情况，只要知道该处的电场强度就可以求出该处的电场力。
3. 匀强电场电场力公式：F=Uq/d。
这个公式是根据匀强电场的特点推导出来的，它表示一个带电粒子在匀强电场中所受到的电场力与它的电量和该匀强电场中任意两点间的电势差成正比，与该两点在匀强电场方向上的距离成反比，且沿着匀强电场方向。
这个公式适用于匀强电场中的任何带电粒子的情况，只要知道匀强电场中任意两点间的电势差和距离就可以求出该处的电场力。
以上内容仅供参考，如需更多信息，建议查阅相关文献或咨询物理学家。
静电场中的电场力与电势能
静电场中的电场力与电势能静电场是指没有任何电流的电场，其产生的主要原因是电荷的分离和聚集。
在静电场中，电荷之间存在相互作用力，这种力被称为电场力。
同时，电荷由于其位置的改变，具有电势能。
本文将就静电场中的电场力与电势能进行讨论。
1. 电场力静电场中的电场力是通过静电力来描述的。
静电力是指电荷之间由于电场的作用而产生的力。
根据库仑定律，两个电荷之间的电场力与它们的电量大小成正比，与它们之间距离的平方成反比。
具体表达式如下：F = k * q1 * q2 / r^2其中，F为电场力，k为库仑常数，q1和q2为两个电荷的电量，r 为两个电荷之间的距离。
例如，当两个电荷的电量相同时，它们之间的电场力与它们之间的距离的平方成反比。
当距离增大时，电场力减小；当距离减小时，电场力增大。
这表明，静电场中的电场力随着电荷之间距离的改变而变化。
2. 电势能电势能是指电荷在电场中具有的能量。
在静电场中，电势能的大小取决于电荷的电量和电荷所处的位置。
电势能的计算需要引入电势概念。
电势是指单位正电荷在电场中所具有的电位，用V表示，单位是伏特（V）。
对于一个点电荷，其电势可以通过以下公式计算：V = k * q / r其中，V为电势，k为库仑常数，q为电荷的电量，r为电荷与该点之间的距离。
电势能的计算可以通过以下公式得到：E = q * V其中，E为电势能，q为电荷的电量，V为电势。
由电势能的公式可以看出，电势能与电荷的电量成正比，与电势成反比。
当电势增大时，电势能减小；当电势减小时，电势能增大。
这表明，在静电场中，电势能随着电势的改变而变化。
3. 电场力与电势能的关系在静电场中，电场力与电势能之间存在一定的关系。
根据电场力的定义和电势能的计算公式可以得到：F = -dE/dr其中，F为电场力，E为电势能，r为电势能随位置改变的速率。
由上式可以看出，电场力的方向与电势能随位置变化的方向相反。
当电势能增加时，电场力指向电势降低的方向；当电势能减小时，电场力指向电势增加的方向。
电场力与电势差的物理知识点分析
电场力与电势差的物理知识点分析在物理学的广袤领域中，电场力与电势差是两个至关重要的概念。
它们不仅在理论研究中具有重要地位，也在实际应用中发挥着关键作用。
让我们一起深入探讨这两个物理知识点。
首先，我们来了解一下电场力。
电场力是指处于电场中的电荷所受到的力。
电荷在电场中会受到一种“推动力”，这个推动力就是电场力。
就好像一个物体在重力场中会受到重力一样，电荷在电场中就会受到电场力。
电场力的大小与电荷的电荷量以及电场的强度有关。
其计算公式为：＄F ＝ qE$，其中＄F$ 表示电场力，＄q$ 表示电荷的电荷量，＄E$ 表示电场强度。
电场强度是描述电场本身性质的物理量，它表示单位正电荷在电场中所受到的电场力。
如果电场强度越大，那么相同电荷量的电荷在这个电场中所受到的电场力也就越大。
接下来，我们再看看电势差。
电势差也称为电压，它是描述电场中两点之间电势高低差异的物理量。
可以把电势想象成一座山的高度，而电势差就是两座山之间的高度差。
在电路中，电流之所以能够流动，就是因为存在电势差。
电势差的定义式为：＄U_{AB} ＝＼varphi_A ＼varphi_B$，其中＄U_{AB}＄表示 A、B 两点之间的电势差，＄＼varphi_A$ 和＄＼varphi_B$ 分别表示 A 点和 B 点的电势。
那么电场力和电势差之间有着怎样的关系呢？这就不得不提到一个重要的公式——＄W ＝qU$，其中＄W$ 表示电场力对电荷所做的功，＄q$ 是电荷的电荷量，＄U$ 是两点之间的电势差。
这个公式表明，电场力对电荷做功等于电荷的电荷量与两点之间电势差的乘积。
从这个公式我们可以看出，如果电势差越大，在电荷量不变的情况下，电场力做功就越多。
这就好比在一个高度差很大的滑梯上，小孩滑下来所获得的动能就会更多。
在实际应用中，电场力和电势差的概念无处不在。
比如在电容器中，电容器两极板之间存在电势差，当给电容器充电或放电时，电场力会对电荷做功，从而实现电能的储存和释放。
高中物理 12 电场课件 新人教版选修11
问题(wèntí)
导学
课前预习导学
课堂合作探究
KEQIAN YUXI DAOXUE
KETANG HEZUO TANJIU
当堂(dānɡ
tánɡ)检测
观察到的部分现象如图所示:
从图上我们清楚地看到花粉在电荷周围规则排列,这是否说明带
电体周围电场线是客观存在的?
答案:不是.花粉只是模拟了电荷周围电场线的分布.电场线只是为
9 2×10 ×2×10
F=kr2 =9×10 ×
22
N =9 N ,
方向在 A 与 B 的连线上,且指向 A.
F
q
Q
r
(2)由电场强度的定义:E= =k 2,
9
2×10-4
所以 EB=9×10 ×
22
5
N /C =4.5×10 N /C ,
方向由 A 指向 B.
第十一页，共29页。
课前预习导学
生相互作用的.
(2)电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用.
第三页，共29页。
目标
(mùbiāo)导
航
课前预习导学
课堂合作探究
KEQIAN YUXI DAOXUE
KETANG HEZUO TANJIU
预习(yùxí)导
引
2.电场强度
(1)定义:放入电场中某点的电荷所受静电力 F 跟它的电荷量的比值,
当堂(dānɡ
tánɡ)检测
二、电场线
活动与探究
按照以下步骤观察花粉在电场中的分布:
(1)将花粉均匀地拌在蓖麻油(或洗洁精)内,然后放到点电荷电场中,
观察花粉的排列形状.
(2)将两块相互平行、比较靠近的金属板,分别接到起电机的两个放
电场力公式及适用范围
电场力公式及适用范围在咱们学习物理的奇妙旅程中，电场力公式可是个相当重要的角色！就好像是打开电场世界大门的一把神奇钥匙。
咱们先来说说电场力的公式，那就是 F = Eq 。
这里的“F”代表电场力，“E”表示电场强度，“q”呢则是电荷量。
那这个公式啥时候能用呢？一般来说，只要是在匀强电场中，这个公式就像一把万能钥匙，能轻松帮咱们解决问题。
我记得有一次给学生们讲这个知识点的时候，有个小家伙瞪着大眼睛，一脸疑惑地问我：“老师，这公式真能解决实际问题吗？”我笑着跟他说：“那必须能啊！”然后我就给他举了个例子。
比如说，有一个平行板电容器，两板之间的电场强度是 200 N/C ，一个电荷量为 3×10⁻⁶ C 的带电粒子放在里面。
那这时候，咱们用 F = Eq 这个公式，就能算出电场力 F =200×3×10⁻⁶ = 6×10⁻⁴ N 。
说完这个例子，那小家伙眼睛一下子亮了，好像突然就明白了。
再来说说这个公式的适用范围。
它主要适用于匀强电场，为啥呢？因为匀强电场里，电场强度 E 的大小和方向都是恒定不变的。
但要是在非匀强电场里，电场强度在不同的位置都不一样，这时候直接用这个公式就不太准确啦。
不过别担心，咱们还有其他的办法来对付非匀强电场。
比如说，通过电场线的疏密来大致判断电场强度的变化，然后再想办法解决问题。
就像咱们生活中，有时候走的路很平坦，就像匀强电场，方法简单直接。
但有时候路弯弯曲曲，坑坑洼洼，就像非匀强电场，得更小心，多想想办法。
总之，电场力公式 F = Eq 是咱们探索电场世界的好帮手，但得清楚它的适用范围，才能在解题的时候游刃有余，不会迷路哟！在学习物理的道路上，咱们会遇到各种各样的公式和概念，电场力公式只是其中的一小部分。
但只要咱们认真学，多思考，多练习，就一定能掌握这些知识，让它们成为咱们解决问题的有力武器。
所以，同学们，加油吧！让我们一起在物理的海洋里畅游，发现更多的奇妙和乐趣！。
电场力与电势能
电场力与电势能电场力与电势能是电学中重要的概念，它们描述了电荷之间相互作用的特性。
电场力是电荷间相互作用产生的力，而电势能是电荷由于存在于电场中而具有的能量。
本文将介绍电场力和电势能的概念、计算方法以及它们在电学中的应用。
一、电场力的概念与计算方法电场力是指空间某点单位正电荷所受到的力。
在电场中，电荷受到的力是由其他电荷产生的电场所引起的。
根据库仑定律，电场力的大小与作用在电荷上的电场强度以及电荷大小有关。
电场力的计算公式为：\[ F = q \cdot E \]其中，F表示电场力，q是电荷的大小，E是电场强度。
电场力的方向与电荷的性质有关。
若电荷为正电荷，则所受电场力与电场强度方向相同；若电荷为负电荷，则所受电场力与电场强度方向相反。
二、电势能的概念与计算方法电势能是指电荷由于存在于电场中而具有的能量。
当电荷在电场中移动时，它会由于电场力的作用而发生势能的变化。
我们常将无穷远处电势能定义为零点，此时电荷没有受到电场力的影响。
电势能的计算公式为：\[ U = q \cdot V \]其中，U表示电势能，q是电荷的大小，V是电势。
电势是衡量电场能量分布的物理量，它用来描述单位正电荷在某一点处的电势能。
电势的计算公式为：\[ V = \frac{K \cdot Q}{r} \]其中，V表示电势，K是库仑常数，Q是电荷的大小，r是距离电荷的距离。
三、电场力与电势能的应用电场力和电势能在电学中有广泛的应用。
它们被用来解释静电现象、电场中的传输现象以及电场力对电荷的影响等。
静电粘附现象是电场力的重要应用之一。
当物体带有静电荷时，它会产生电场，并在周围引起其他物体上的静电荷移动。
这种现象在日常生活中很常见，比如橡皮擦吸附小纸片、头发被梳子吸引等。
另一个应用是电势能在电路中的转换。
在电路中，电池提供电势差，使电荷在电路中流动，此时电势能转化为电流，并为其他电器设备提供能量。
这种转换过程符合能量守恒定律。
此外，电场力和电势能在电容器中的应用也非常重要。
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Topic # 12—电场力 n法拉第的观点n虚位移法Review: 电场力的计算方法 n 库仑定律条件：点电荷（两）；无限大均匀介质e 内2 4 rqq F e r e ¢ = p v vF qE= v v 这里的E 是除电荷q 外其余电荷产生的 n 电场强度定义公式n 基于法拉第观点计算电场力n 电位移管电场中通过某一面元S 周界上各点的 的集合，构成电位移管 D v q+ q - SD v 线集合n 基于法拉第观点计算电场力n 法拉第观点212 1 N/m2 F F F DE ¢¢¢ === 、 电磁场中的机械力，都可归结为电场内部的力。
即电磁力通 过媒质以连续的方式传递。
A. 沿 管轴线方向受到纵张力B. 沿 管侧壁则作用着侧压力C. 两种力均与所在点的场量有关，恒等于D v D vn 基于法拉第观点计算电场力n 法拉第观点2 12 1 N/m 2F F F DE ¢¢¢ === 、 Electromagnetic fields are mediators of theinteractions between material objects. The fields transmit stresses through space. An electric field transmits a tension along itself and a pressure perpendicular to itself. The magnitude of thetension or pressure transmitted by an electric field is given byn 基于法拉第观点计算电场力n 法拉第观点 1 F v 2F v F ¢¢v F ¢v 2 12 1 N/m 2F F F DE ¢¢¢ === 、n基于法拉第观点计算电场力n法拉第观点An imaginary box in an electric field 电场 (orange vectors). The short vectors 灰色力 indicate the directions of stresses transmitted by the field, either pressures (on the left or right faces of the box) or tensions (on the top and bottom faces of the box).n 基于法拉第观点计算电场力n 法拉第观点 在均匀电介质内部 1 l D 2 l D 1 F r 2F r F ¢r F ¢¢ r e1212 (0),||||,||||l l F F F F ¢¢¢ D =D ®== r r r r 不存在净的电场力， 只有在不同电介质的 分界面，才可能出现 电场力n基于法拉第观点计算电场力n求作用于图示的平行板电容器中两种介质分界面 上每单位面积所受的电场力1eU2 eF 左F右() SD 侧面积n 基于法拉第观点计算电场力n 分析1e U 2 e F 左 F 右() S D 侧面积 I. 在两种媒质中， 相等 II. 以分界面为基准，沿电 场方向作一很短的 管，并令其长度趋近于0III. 此时D v D v 上下两个面的侧压力相等n 基于法拉第观点计算电场力 n 分析 1e U2e F 左F 右()S D 侧面积 212 D F Se = D 左 2 22 D F Se = D 右 221 11 2 D F F F S e e æö=-=- Dç÷ èø 右左 2221 11 N/m2 s F D F S e e æö==- ç÷ D èø定义正方向为向右n 基于法拉第观点计算电场力 n 分析 1e U2e F 左F 右()S D 侧面积 2221 11 N/m2 s F D F S e e æö ==- ç÷ D èø定义正方向为向右电场力总从 e 大者指向小 者，且其方向垂直于界面n 基于法拉第观点计算电场力 n Case two1e U2e F 下F 上()S D 侧面积n 基于法拉第观点计算电场力 n 分析1e U2e F 下F 上()S D 侧面积 I.在两种媒质中， 相等II. 以分界面为基准，沿电 场方向作一很短的 管，并令其长度趋近于 0 III. 此时E vD v 左右两个面的纵张力相等n 基于法拉第观点计算电场力 n 计算 1e U2e F 下F 上()S D 侧面积 21 12 F E S e = D下 22 1 2F E Se = D 上 ( ) 2221 N/m 2s F E F S e e ==- D 规定正方向为向上( ) 221 2 EF F F Se e =-=- D 下 上n 基于法拉第观点计算电场力 n 计算 1e U2e F 下F 上()S D 侧面积 ( ) 2221 N/m 2s F E F S e e ==- D 规定正方向为向上电场力总从 e 大者指向小 者，且其方向垂直于界面n 基于法拉第观点计算电场力 n Observations1. 在不同介质分界面上，电场力总是从 e 大者指向小 者，且其方向垂直于界面；2. 场域内介质中存在着电场力，但并未表现出来，因 为纵张力或侧压力总是成对出现，相互平衡的，但 若在介质与导体交界面上，或不同介质分界面上， 则力不平衡，将显现出净力的作用；3. 法拉第观点正确表明了电场力是通过媒质而作用 的，但他归结为管特性的描述则是不正确的。
D vn 虚位移法 n 原理W FS= Fv ()d F g=´ 广义功广义力广义坐标的变化 广义坐标：用来确定带电导体形状、尺寸、相对位置的一组 独立几何量（距离、面积、体 积、角度等）。
假设带电体发生一定的位移，通过因“虚”位移引起的电场能 量的变化，与外力及电场力作功之间的关系，计算电场力n虚位移法n原理假设带电体发生一定的位移，通过因“虚”位移引起的电场能 量的变化，与外力及电场力作功之间的关系，计算电场力广义力：企图改变某一广义坐标的力，即称为对应于该广义 坐标的广义力，其方向系以相应广义坐标增加的方向为假定 正方向（(机械)力、张力、压强、力矩）n 虚位移法n 功、能平衡关系d d (d d ( ) ) ) ( ge W g F W g =+ 因变化产生的电场 与各导体相联结的电源提供的能量 电场力所 量的增量 作的功 能 F dg 的量纲(dimension)为功或能的量纲即可计算出广义力n虚位移法n常电位系统——给定j ：导体与外源连接qd gk kgvFn 虚位移法n 常电位系统——给定j ：导体与外源连接现设由于dg ‘虚位移’引起第k 号导体的电荷变化量为d q k,。
则相 应的1d d nk k k W qj = = å 电源提供的能量n 虚位移法n 常电位系统——给定j ：导体与外源连接现设由于dg ‘虚位移’引起第k 号导体的电荷变化量为d q k, 。
则相 应的静电场能量e 1 1 2 n k k k W q j = = å d e 11d d 2 g ng k k k W qj = ¾¾¾®= å 变化() e g w +储存在静电场 中的能量静电场能量的增量11 ()2 n k k k k q dq f = =+ ån 虚位移法n 常电位系统——给定j ：导体与外源连接e (1,)11 d d d2 k nk k g C k n k F g q W j j == = == å FdgW d dW e g + = å = nk k k dq 1j å =n 1 k k k dq 2 1 j = +Fdgn 虚位移法n 常电位系统——给定j ：导体与外源连接e (1,)11 d d d2 k nk k g C k n k F g q W j j == = == å ee(1,)(1,) d d k kg C k n C k n W W F g g j j == == ¶ ==¶n 虚位移法n 常电荷系统：各导体不与外源连接系统内d q k=0 ( k = 1, n )，外源不提供能量，d W =0 0d d g e W F g=+ ee(1,)(1,) d d k kg q C k n q C k n W WF g g == == ¶ =-=- ¶n虚位移法n AttentionsPoint one常电荷、常电位假设得到计算结果应相同。
这是因为， 实际上带电体并没有发生位移，电场分布当然也没有变 化，因此求得的是所论系统对应于同一状态的电荷和电 荷情况下的电场力。
n虚位移法n AttentionsPoint two看成常电荷系统时，电场能量需写成电荷的函数；看成 常电位系统时，电场能量需写成电位（电压）的函数。
n 虚位移法n 例214 计算带电肥皂泡的膨胀力qa0 e 0e 分析肥皂泡膨胀—广义坐标：体积即可看成常电荷系统，亦可看成 常电位系统n 虚位移法 n 例214qa0 e 0e 采用体积V =4p a 3 /3为广义坐标e 0 20 11 224 8 q W q qa q aj e e ==× p = p 2 20 2 e4 30 8 (N/m ) 324 3 q c q a W q f g a a e e 2 = æö¶ ç÷ p ¶ èø =-=-= ¶p æö p ¶ ç÷ èø计算—常电荷系统n 虚位移法 n 例214Va a W V W e e ¶ ¶ ¶ ¶ = ¶ ¶n 虚位移法 n 例214qa0 e 0e 采用体积V =4p a 3 /3为广义坐标e 2 0 20 1122 1 4 22 W q u cuau auj e e ==× =´p =p ( ) 22 0 2e 0 2 32 (N/m ) 2 43 q c au W u f g a a e e = ¶p ¶ === ¶ æöp ¶ ç÷ èø计算—常电位系统n 虚位移法 n 例214法拉第观点1E r2E r 1F r 2 F r2 212 11 (N/m ) 22 F DE E e == 、 2101 1 2F Ee = 2202 1 02F E e == 1 20 4 qE ae = p 222101 40 1 (N/m ) 232 q F E a e e 2 == p 222101 40 1 (N/m ) 232 q F F E ae e 2 === p。