高二物理电场专题(精编含答案解析)

高二物理电场专题(精编含答案解析)

-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

高二物理电场专题

一. 教学内容：电场考点例析

电场是电学的基础知识，是承前启后的一章。通过这一章的学习要系统地把力学的“三大方法”复习一遍，同时又要掌握新的概念和规律。这一章为历年高考的重点之一，特别是在力电综合试题中巧妙地把电场概念与牛顿定律、功能关系、动量等力学知识有机地结合起来，从求解过程中可以考查学生对力学、电学有关知识点的理解和熟练程度。只要同学们在复习本章时牢牢抓住“力和能两条主线”，实现知识的系统化，找出它们的有机联系，做到融会贯通，在高考得到本章相应试题的分数是不困难的。

二. 夯实基础知识

1. 深刻理解库仑定律和电荷守恒定律。

（1）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：

其中k 为静电力常量， k =9.0×10 9 N m 2/c 2

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，不能再用球心间距代替r ）。

（2）电荷守恒定律：系统与外界无电荷交换时，系统的电荷代数和守恒。

2. 深刻理解电场的力的性质。

电场的最基本的性质是对放入其中的电荷有力的作用。电场强度E 是描述电场的力的性质的物理量。

（1）定义： 放入电场中某点的电荷所受的电场力F 跟它的电荷量q 的比值，叫做该点的电场强度，简称场强。这是电场强度的定义式，适用于任何电场。其中的q 为试探电荷（以前称为检验电荷），是电荷量很小的点电荷（可正可负）。电场强度是矢量，规定其方向与正电荷在该点受的电场力方向相同。

（2）点电荷周围的场强公式是： ，其中Q 是产生该电场的电荷，叫场源电荷。

（3）匀强电场的场强公式是： ，其中d 是沿电场线方向上的距离。

3. 深刻理解电场的能的性质。

（1）电势φ：是描述电场能的性质的物理量。

① 电势定义为φ= ，是一个没有方向意义的物理量，电势有高低之分，按规定：正电荷在电场中某点具有的电势能越大，该点电势越高 。

② 电势的值与零电势的选取有关，通常取离电场无穷远处电势为零；实际应用中常取大地电势为零。

③ 当存在几个“场源”时，某处合电场的电势为各“场源”在此处电场的电势的代数和 。

④ 电势差，A 、B 间电势差U AB =ΦA －ΦB ；B 、A 间电势差U BA =ΦB －ΦA ，显然U AB =－U BA ，电势差的值与零电势的选取无关。

q

E P

（2）电势能：电荷在电场中由电荷和电场的相对位置所决定的能，它具有相对性，即电势能的零点选取具有任意性；系统性，即电势能是电荷与电场所共有。

① 电势能可用Ep=q Ф计算。

② 由于电荷有正、负，电势也有正、负（分别表示高于和低于零电势），故用Ep=q Ф计算电势能时，需带符号运算。

（3）电场线的特点：

① 始于正电荷（或无穷远），终于负电荷（或无穷远）；

② 不相交，不闭合；

③ 不能穿过处于静电平衡状态的导体。

（4）电场线、场强、电势等势面的相互关系。

① 电场线与场强的关系；电场线越密的地方表示场强越大，电场线上每一点的切线方向表示该点的场强方向。

② 电场线与电势的关系：沿着电场线方向，电势越来越低；

③ 电场线与等势面的关系：电场线越密的地方等差等势面也越密，电场线与通过该处的等势面垂直；

④ 场强与电势无直接关系：场强大（或小）的地方电势不一定大（或小），零电势可由人为选取，而场强是否为零则由电场本身决定；

⑤ 场强与等势面的关系：场强方向与通过该处的等势面垂直且由高电势指向低电势，等差等势面越密的地方表示场强越大。

4. 掌握电场力做功计算方法

（1）电场力做功与电荷电势能的变化的关系。

电场力对电荷做正功时，电荷电势能减少；电场力对电荷做负功时，电荷电势能增加，电势能增加或减少的数值等于电场力做功的数值。

（2）电场力做功的特点

电荷在电场中任意两点间移动时，它的电势能的变化量是确定的，因而移动电荷做功的值也是确定的，所以，电场力移动电荷所做的功，与移动的路径无关，仅与始末位置的电势差有关，这与重力做功十分相似。

（3）计算方法

① 由功的定义式W=F ·S 来计算，但在中学阶段，限于数学基础，要求式中F 为恒力才行，所以，这个方法有局限性，仅在匀强电场中使用。

② 用结论“电场力做功等于电荷电势能增量的负值”来计算，即Φ∆-=E W ，已知电荷电势能的值时求电场力的功比较方便。

③ 用W=qU AB 来计算，此时，一般又有两个方案：一是严格带符号运算，q 和U AB 均考虚正和负，所得W 的正、负直接表明电场力做功的正、负；二是只取绝对值进行计算 ，所得W 只是功的数值，至于做正功还是负功？可用力学知识判定。

5. 深刻理解电场中导体静电平衡条件。

把导体放入电场时，导体的电荷将出现重新分布，当感应电荷产生的附加场强附E 和原场强原E 在导体内部叠加为零时，自由电子停止定向移动，导体处于静电平衡状态。

孤立的带电体和处于电场中的感应导体，处于静电平衡时，其特征：

（1）导体内部场强处处为零，没有电场线（叠加后的）；（2）整个导体是等势体，导体表面是等势面；（3）导体外部电场线与导体表面垂直，表面场强不一定为零；（4）对孤立导体，净电荷分布在外表面。

处理静电平衡问题的方法：（1）直接用静电平衡的特征进行分析；（2）画出电场中电场线，进而分析电荷在电场力作用下移动情况。

注意两点：（1）用导线接地或用手触摸导体可把导体和地球看成一个大导体。（2）一般取无穷远和地球的电势为零。

6. 深刻理解电容器电容概念

电容器的电容C=Q/U=△Q /△U ，此式为定义式，适用于任何电容器。平行板电容器的电容的决定式为C= 。对平行板电容器有关的Q 、E 、U 、C 的讨论要熟记两种情况：

（1）若两极保持与电源相连，则两极板间电压U 不变；

（2）若充电后断开电源，则带电量Q 不变。

【典型例题】

问题1：会解电荷守恒定律与库仑定律的综合题。

求解这类问题关键是抓住“等大的带电金属球接触后先中和，后平分”，然后利用库仑定律求解。注意绝缘球带电是不能中和的。

[例1] 有三个完全一样的金属小球A 、B 、C ，A 带电量7Q ，B 带电量－Q ，C 不带电，将

A 、

B 固定，相距r ，然后让

C 球反复与A 、B 球多次接触，最后移去C 球，试问A 、B 两球间的相互作用力变为原来的多少倍 （答：F ’= F ）

[例2] 两个相同的带电金属小球相距r 时，相互作用力大小为F ，将两球接触后分开，放回原处，相互作用力大小仍等于F ，则两球原来所带电量和电性（ ）

A. 可能是等量的同种电荷

B. 可能是不等量的同种电荷

C. 可能是不等量的异种电荷

D. 不可能是异种电荷

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