专题6 电场 题源1 电场力的性质-【备战高考】备战2027高考物理母题题源同步练

专题6电场 考纲·题型解读 1.以选择题的形式考查对场强、点电荷、电场线等基本概念的深刻理解，而场强的概念又是考查的重点，常考查其比值定义 法、决定场强大小的因素及其矢量性等：对于库仑定律，常考查其适用条件及公式的应用. 2.以选择题的形式考查对电势、电势差、电功、电势能等基本概念的理解，以及物理量之间的区别与联系；对电场能的性质 将重点考查，常考查电场力做功的特点以及电场力做功与电势能的关系，题型灵活， 3.电容器、带电粒子在电场中的运动是本专题考查的重点，常以选择题和计算题的形式考查带电粒子在电场中的加速和偏 转，考查偏转（类平抛运动）时，常结合平抛运动的知识求解；常对电容器进行动态分析，或与其他力学，磁场等知识联系起来进 行考查. 十年高考母题题源揭秘 题源1 电场力的性质 ③库仑力可以和其他力平衡」 ④某个点电荷同时受几个点电荷的作用时，要用平行 解题模型1.1 四边形定则求合力 1.库仑定律 2.电荷及电荷守恒定律 内容：在真空中两个，点电荷的相互作用力跟它们的电 (1)自然界中只存在正负两种电荷，元电荷电量e 荷量的乘积成正比，跟它们间的距离的平方成反比，作用 1.6×109C,物体带电荷量均是元电荷电荷量的整数倍. 力的方向在它们的连线上， (2)物体带电方法有三种：①摩擦起电；②接触起电： 表达式：F=6Q,Q ③感应起电. r2 (3)电荷守恒定律：电荷既不能创造，也不能消失，它 [说明] 只能从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转 (1)库仑定律适用于真空中点电荷间的相互作用，点 移到另一部分，在转移过程中总电荷数不变 电荷在空气中的相互作用也可以应用该定律， (4)两完全相同的金属球接触后分开应平分它们原带 ①对于两个均匀带电绝缘球体，可以将其视为电荷集 净电荷的电荷量。 中于球心的点电荷，为两球心之间的距离。 ②对于两个带电金属球，要考虑金属表面电荷的重新 [真题1](2023·江苏)真空中，A、B两点与点电荷Q的 距离分别为r和3x,则A、B两点的电场强度大小之比为( 分布. A.3:1 B.1:3 ③库仑力不能根据公式错误的推论：当r→0时，F ∞，其实，在这样的条件下，两个带电体也已经不能再看作 C.9:1 D.1:9 点电荷 [解析] 可泽=织E一品故Et5 由E=Q (2)在计算时，各物理量应采用国际单位制单位.此时 =9:1. 静电力常量k=9×10N·m2/C2 [答案]C (3)F=Q,可采用两种方法计算 [真题2](2023·浙江)用金属箔做成一个不带电的圆环， ①采用绝对值计算，库仑力的方向由题意判断得出， 放在干燥的绝缘桌面上，小明同学用绝缘材料做的笔套与头发 摩棕后，将笔套自上向下慢慢靠近圆环，当距离约为0.5cm时圆 ②Q1、Q2带符号计算.此时库仑力F的正、负符号不 环被吸引到笔套上，如图所示对上述现象的判断与分析，下列 表示方向，只表示吸引力或排斥力 (4)库仑力具有力的共性 说法正确的是 A.摩棕使笔套带电 ①两个点电荷之间相互作用的库仑力遵守牛顿第三 B.笔套靠近圆环时，圆环上、下都感应 定律. 出异号电荷 ②库仑力可使带电体产生加速度.例如原子的核外电 C.圆环被吸引到笔套的过程中，圆环所 子绕核运动时，库仑力使核外电子产生向心加速度 受静电力的合力大于圆环的重力 D.笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷立刻被全部中和 ·67 [解析]绝缘材料做的笔套与头发摩擦，摩擦起电，A项 对：笔套靠近圆环时，圆环上下部感应出异号电荷，感应起电，B 2.电场线 项对；圆环刚被吸引向上运动，一定是静电力的合力大于圆环的 电场线：在电场中画出一系列的从正电荷出发到负电 重力，随后距离减小、引力增大，所以整个过程中静电力的合力 荷终止的曲线，使曲线上每一，点的切线方向都跟该点的场 大于圆环的重力，C项对：笔套碰到圆环后，由于笔套是绝缘体， 强方向一致，这些曲线叫电场线 极少电荷转移，所以圆环上仍然是感应电荷，不能中和，D项错， (1)电场线是起源于正电荷（或无穷远处），终止于负 [答案]ABC 电荷（或无穷远）的有源线. [真题3](2023·新课程标准I)一水平放置的平行板电 (2)电场线的疏密反映电场的强弱.电场线不相交， 容器的两极板间距为d,极板分别与电池两极相连，上极板中心 (3)电场线不表示电荷在电场中的运动轨迹，只有当 有一小（小孔对电场的影响可忽略不计）.小孔正上方号处的 电场线为直线、电荷初速度为零或初速度平行于电场线且 只受电场力作用时，运动轨迹才与电场线重合】 P点有一带电粒于，该粒于从静止开始下落，经过小孔进入电容 (4)几种典型电场的电场线分析 器，并在下极板处（未与极板接触）返回若将下极板向上平移 ①正，点电荷的电场如图甲所示：由正电荷出发，到无 ，则从P点开始下落的相同粒于将 d ( 穷远处终止 ②负点电荷的电场如图乙所示：由无穷远处出发到负 A.打到下极板上 电荷终止， B.在下极板处返回 C在距上极板号处返回 D.在距上极板号d处返回 [解析]根据题述，粒子从静止开始下落，经过小孔进入电 容器后电场力做负功，设粒子带电量为q,电池两极之间的电压 为U,由动能定理，mg(d十d/2)一gU=0.若将下极板向上平移 d/3,一定不能打在下极板上，设粒子在距上极板nd处返回，则 电场力做功为一g2 [说明]点电荷产生的电场 ·nd=一3gmU/2,由动能定理，mg(nd十 。离点电荷越近，电场线越密，场强越大 b.在点电荷形成的电场中，不存在场强相等的，点. d/2)-3gmU/2=0.解得n=2/5,即粒子将在距上极板2d/5处 ℃.若以点电荷为球心作一个球面，电场线处处与球面 返回，选项D正确。 垂直，在此球面上场强大小处处相等，方向各不相同， [答案]D ③等量异种，点电荷形成的电场中的电场线分布情况 解题模型1.2 如图丙所示，其特点有： .两点电荷连线上的各点场强方向从正电荷指向负 1.电场强度 电荷，沿电场线方向场强先变小再变大 (1)电场：带电体周围客观存在的一种物质，是电荷间 相互作用的媒体 (2)电场强度：放入电场中某一点的电荷受到的电场 力跟它的电荷量的比值，叫做这一点的电场强度 定义式：E=E 9 方向：正电荷在该点受力方向，是失量 ①=F造用于任何电扬.电扬中莱点的扬强是确定 少 了 g b.两，点电荷连线的中垂面（中垂线）上，电场线方向均 值，其大小和方向与检验电荷g无关，检验电荷g充当“测 相同，即场强方向均相同，且总与中垂面（中垂线）垂直. 量工具”的作用 c.在中垂面（中垂线）上，与两，点电荷连线的中，点O等 ②E=k8是真空中点电荷所形成的电场的决定式E r2 距离的各点场强相等 ④等量同种点电荷形成的电场中的电场线分布情况 由场源电荷Q和场源电荷到某，点的距离r决定 如图丁所示，其特点有： ®E是扬强与电势差的关系式，只道用于匀强电 .两点电荷连线中点O处场强为零，此处无电场线 场，注意式中d为两，点间沿电场方向的距离. b.两点电荷连线中点O附近的电场线非常稀疏，但场 ④电场强度是矢量，当空间的电场是由几个，点电荷共 强并不为零. 同激发的时候，空间某点的电场强度等于每个点电荷单独 c.从两，点电荷连线中点O沿中垂面（中垂线）到无限 存在时所激发的电场在该点的场强的矢量和 远，电场线先变密后变疏，即场强先变大后变小， 68 C.在P产生的电场中，M、N处的电势相同 3.匀强电场 D.M、N及细杆组成的系统所受合外力为零 在电场中，如果各，点场强的大小和方向都相同，这样 [解析]对M、N分别受力分析，根据库仑定律，假设杆无 的电场叫匀强电场.匀强电场中的电场线是间距相等且互 相平行的直线」 作用力：设M,N同距方，剥有：警=长条得 (√2-1)L;A错.由于水平桌面光滑，若P、M和N不在同一直 [真题4](2023·北京)如图所示，实线表示某静电场的电 线上，则各自受力不共线，会出现不平衡现象，B对；由带电量为 场线，虚线表示该电场的等势面.下列判断正确的是 () 十Q的小球P,结合沿电场线方向电势降低，则M点电势高于 N点，故C错；M、N及细杆组成的系统处于静止状态，因此合 外力为零，故D正确. [答案]BD [真题7](2023·新课程标准I)如图，在正电荷Q的电 场中有M、N、P、F四点，M、N、P为直角三角形的三个顶点，F 为MN的中点，∠M=30°，M、N、P、F四点处的电势分别用 A.1、2两点的场强相等 B.1、3两点的场强相等 9MpN9p9F表示，已知9M=9N9P=pF,点电荷Q在M、 C.1、2两点的电势相等D.2、3两点的电势相等 N、P三点所在平面内，则 [解析]电场线的疏密表示电场的强弱，由图可得，1与2 比较，1处的电场线密，所以1处的电场强度大，故A错误；同理 可知，B错误，顺着电场线，电势降低，所以1点的电势高于2点 处的电势，C错误；2与3处于同一条等势线上，所以2与3两点 的电势相等故D正确。 [答案]D A.点电荷Q一定在MP的连线上 [真题5](2023·福建)如图，真空中xOy平面直角坐标 B.连接PF的线段一定在同一等势面上 系上的ABC三点构成等边三角形，边长L=2.0m,若将电荷量 C.将正试探电荷从P点搬运到N点，电场力做负功 均为g=十2.0×10C的两点电荷分别固定在A,B点，已知静 D.p>OM 电力常量k=9.0×10°N·m/C2,求： [解析门如图， (1)两点电荷间的库仑力大小； (2)C点的电场强度的大小和方向. y/m M 点电荷的等势面是一系列的同心圆，对于圆、圆孤上任意两 ,点的连线的中垂线一定通过圆心，故场源电荷在MV的中垂线 和FP的中垂线的交，点上，在MP的连线上，如图所示，A正确： B 9P=F,线段PF是P、F所在等势面（圆）的一个弦，B错；在正 -1 0 1 x/m 的，点电荷的电场中，离场源越远，电势越低，将正试探电荷从P [解析](1)根据库仑定律，A、B两点间的库仑力大小为： 点搬运到N,点，电势能降低，故电场力做正功，C错；在正的点电 F=,是代入数指得：F=90X10N 荷的电场中，离场源越远，电势越低，故9p>9M,D正确. (2)A、B点电荷在C点产生的场强大小相等，均为：E1= [答案]AD [真题8](2023·江苏)如图所示，一圆环上均匀分布着正 ,A、B两点电荷形成的电场在C点的合场强大小为：E白 电荷，x轴垂直于环面且过圆心O,下列关于x轴上的电场强度 2E1cos30°，代入数据得E=7.8×103N/C,方向沿y轴正方向. 和电势的说法中正确的是 [答案](1)9.0×103N(2)C点的电场强度大小为7.8 ×10N/C,方向为y轴正方向， [真题6](2023·广东)如图所示，光滑绝缘的水平桌面 上，固定着一个带电量为十Q的小球P,带电量分别为一q和 +2g的小球M和N,由绝缘细杆相连，静止在桌面上，P与M相 距L,P,M和N视为点电荷，下列说法正确的是 A,O点的电场强度为零，电势最低 B.O点的电场强度为零，电势最高 C.从O点沿x轴正方向，电场强度减小，电势升高 P D.从O点沿x轴正方向，电场强度增大，电势降低 [解析]圆环上均匀分布着正电荷，根据对称性可知，圆环 A.M与V的距离大于L 上各电荷在O点产生的场强抵消，合场强为零，圆环上各电荷产 B.P、M和N在同一直线上 生的电场强度在x轴有向右的分量，根据电场的叠加原理可知， ·69· x轴上电场强度方向向右，根据顺着电场线方向电势降低，可知 在x轴上O点的电势最高，故A错误，B正确. -6×10- 差U6= 2X10V=-3X10V.在月U WA想求电 O点的场强为零，无穷远处场强也为零，所以从O点沿x轴 正方向，场强应先增大后减小，x轴上电场强度方向向右，电势降 势差时，式中三个物理量均为标量，但均有正负，计算时最 低，故CD错误。 好将符号代入计算 [答案]B (2)电势 [真题9](2023·新课标Ⅱ卷)关于静电场的电场强度和 电场中某点的电势是指这点与电势零点之间的电势 电势，下列说法正确的是 ( 差，它在数值上等于单位正电荷由该点移至零电势点时电 A.电场强度的方向处处与等电势面垂直 场力所做的功. B.电场强度为零的地方，电势也为零 令9B=0,则9A=UAB=9A一9B: C.随着电场强度的大小逐渐减小，电势也逐渐降低 (3)电势能 D.任一点的电场强度总是指向该点电势降落最快的方向 电荷在电场中所具有的势能叫电势能，它是相对的， [解析]电场线与等势面垂直，而电场强度的方向为电场 与参考位置（零势能点）的选择有关. 线的方向，所以电场强度的方向与等势面垂直，A正确；电场强 (4)等势面 度与电势没有直接关系，电场强度为零时，电势不一定为零；电 电场中电势相等的点构成的平面叫等势面， 势为零，电场强度不一定为零，B错：场强大小与电场线的疏密有 2.场强与电势的关系 关，而沿着电场线的方向电势降低，所以随电场强度逐渐减小，电 (1)电势反映电场能的特性，而电场强度反映电场力 势不一定降低，C错：顺着电场线方向电势降低，由匀强电场= 的特性 Ed可知，电场强度的方向是电势降低最快的方向，D正确。 (2)电势是标量，具有相对性，而电场强度是矢量，不 [答案]AD 具相对性，两者叠加时运算法则不同. [真题10](2023·江苏)下列选项中的各圆环大小相 电势的正负有大小的含义，而电场强度的正负表示方 向，并不表示大小， 同，所带电荷量已在因中标出，且电荷均匀分布，合子圆环间夜 (3)电势与电场强度的大小没有必然的联系，某点的 电势为零，电场强度可以不为零，反之亦然， 此绝缘，坐标原点O处电场强度最大的是 ( (4)同一检验电荷在E大处F大，但正电荷在P大处e 才大，而负电荷在中大处€反而小 (5)电势和电场强度都是由电场本身的因素决定的， 与检验电荷无关 (6)在匀强电场中有关系式U=E·d 3.等势面与电场线的关系 电场线总是与等势面垂直，且由高等势面指向低等势面. 4.匀强电场中电势差与电场强度的关系 (1)关系可由公式表达： i或U=Ed. D [解析]根据对称性和失量叠加，D项O点的场强为零，C (2)对E=巴（或U=Ed)的理解 d 项中等效为第二象限内电荷在O,点产生的电场，大小与A项相 U 同，B项正、负电荷产生的场强大小相等，互相垂直，合场强是其 ①公式E=行反映了电场强度与电势差之间的美系， 中一个的√2倍，也是A、C项场强的√2倍，因此B项中O点场强 由公式可知：电场强度的方向就是电势降低最快的方向. 最大，B项正确， 如图所示，由A点沿AB、AC、AD、AF路径电势均降 [答案]B 落，且UAB=UAC=UAD=UAF,其中AB路径电势降落最快 题源2 电场能的性质 (单位长度上的电势差最大). 解题模型2.1 1.电势差、电势、电势能、等势面的概念 (1)电势差 电荷在电场中由一点A移到另一点B时，电场力做的 功与电荷电量的比值，叫微这两点的电势差，U=W出 ②公式E= U 的应用只适用于匀强电场，且应用时注 例如，将一个带电量为g=2.0X108C的质，点在静电场中 意d的含义是表示某两点沿电场线方向上的距离，或两点 由a点移到b点，电场力做功为一6×10iJ,则a、b间电势 所在等势面之间的距离，由公式可得结论：在匀强电场中， 70