专题五电磁学中的“场”第9讲电场

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1、学科:物理年级：高三版本：冲刺版期数：2339本周教学内容：专题五电磁学中的“场”第9讲电场考纲要求1.掌握库仑定律、电荷守恒定律，并能利用两个定律计算和解释现象。2.透彻理解电场、电场强度、电势能、电势、电势差、电场线、等势面等概念，并能应用这些概念和相应公式进行有关计算。3.掌握匀强电场中场强和电势差的关系，并能对此进行熟练的运算。4.理解静电感应、静电平衡的知识和静电场中导体的特点，并能用此规律解释有关现象。5.理解电场力做功和电势能变化及带电粒子动能变化的关系，并能熟练应用带电粒在匀强电场中加速和偏转的规律解决有关实

2、际问题。6.理解电容器的概念和基本规律，了解静电防止和应用的原理和实际例子。知识结构热点导析1.本章总体上以库仑定律为理论基础，以描述电场性质的各物理量为核心，重点理解各基本概念的物理意义，注意力学和电场知识的灵活结合。2.场强和电势是从不同角度（力和能）描述电场性质的物理量。认为场强和电势数值上有必然联系是错误的，场强的大小是客观存在的，电势的零点是人为选择的；场强为零时，电势不一定为零，反之亦然；场强相等的各点，电势不一定相等，反之亦然。在匀强电场中电势降落最陡的方向才是电场方向。3.电场线和等势面均是人为引进的为反映场

3、强和电势在电场空间分布规律的假想线。将带电粒子电场中的运动轨迹和电场线混为一体是错误的。只有在直线状电场线区域，带电粒子只受电场力作用以与电场线共线的初速度运动，轨迹和电场线才有机会重合。4.电场中导体达到静电平衡后，内部总电场处处为零，要区分源电荷电场、感应电荷电场和总电场三种电场，总电场等于意味着源电场和感应电荷电场等值反向。5.电容器的电容是用比例来定义的又一物理量，C的大小由Q、U定义而不由Q、U决定，C由电容器本身的结构来决定。电容器与电源始终相接则电压不变，电容器与电源接后断开，则电量不变。6.带电粒子在电场和重

4、力场的复合场中偏转，可先将同为保守力的匀强电场力和重力进行合成，再讨论粒子在合场中运动规律。带电粒子在该复合场中运动机械能和动量往往不守恒，动能定理和动力学解法较为常用。典型例析【例1】有三根长度皆为l=1.00m不可伸长的绝缘轻线，其中两根的一端固定在天花板上的O点，另一端分别拴有质量皆为m=1.00×10-2kg的带电小球A和B，它们的电量分别为-q和+q,q=1.00×10-7C。A、B之间用第三根线连接起来。空间中存在大小为E=1.00×106N/C的匀强电场，场强方向沿水平向右，平衡时A、B球的位置如图5-9-1所

5、示。现将O、B之间的线烧断，由于有空气阻力，A、B球最后会达到新的平衡位置。求最后两球的机械能与电势能的总和与烧断前相比改变了多少。（不计两带电小球间相互作用的静电力）【解析】由5-9-2甲中虚线表示A、B球原来的平衡位置，实线表示烧断后重新达到平衡的位置，其中α、β分别表示细线OA、AB与竖直方向的夹角。A球受力如图5-9-2乙所示：重力mg，竖直向下；电场力qE，水平向左；细线OA对A的拉力T1，方向如图；细线AB对A的拉力T2，方向如图。由平衡条件T1sinα+T2sinβ=qE①T1cosα=mg+T2cosβ②B球

6、受力如图5-9-2丙所示：重力mg，竖直向下；电场力qE，水平向右；细线AB对B的拉力T2，方向如图。由平衡条件T2sinβ=qE③T2cosβ=mg④联立以上各式并代入数据，得α=0⑤β=45°⑥由此可知，A、B球重新达到平衡的位置如图5-9-2丁所示。与原来位置相比，A球的重力势能减少了EA=mg(1-sin60°)⑦B球的重力势能减少了EB=mgl(1-sin60°+cos45°)⑧A球的电势能增加了WA=qElcos60°⑨B球的电势能减少了WB=qEl(sin45°-sin30°)⑩两种势能总和减少了W=WB-WA

7、+EA+EB代入数据解得W=6.8×10-2J【说明】本题将静力学的平衡问题和电场、重力场的势能及其变化结合起来，具有一定的综合性。本题是2002年高考原题。【例2】宇宙飞船利用离子喷气发动机获得动力，设发动机的加速电压U=50KV，喷出两价氧离子，离子束形成的电流I=2×103A，求飞船获得的加速度。已知基本电荷e=1.60×10-19C，原子质量单位1u=1.7×10-27kg。飞船质量M=200kg。设宇宙飞船在茫茫太空所受其他天体的作用可忽略不计。【解析】由氧离子束形成的电流I，可求出每秒喷出的氧离子数N=，每个氧离

8、子加速获得的动能为mv2=qU=2eU，得v=。获得的动量mv=16u×=8,发动机对氧离子束的作用力F=Nmv=×8=。即飞船获得的反冲力的大小。由牛顿运动定律可得，a=m/s2≈3m/s2。此题也可以换一种思路求解。喷气发动机的功率就是氧离子束形成的电流的电功率：P=IU。应等于每秒钟