微型專題2 電場(chǎng)力的性質(zhì)
[學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求]
物理觀念:1.進(jìn)一步熟練掌握庫(kù)侖定律、電場(chǎng)強(qiáng)度公式.2.熟練掌握兩等量同種電荷和兩等量異種電荷的電場(chǎng)線分布特點(diǎn).
科學(xué)思維:1.建立形象化的思維模型,體會(huì)用電場(chǎng)線解決問(wèn)題的方便性.2.掌握解決帶電體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的思路和方法,進(jìn)一步建立解決電場(chǎng)中平衡問(wèn)題和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的思維模型.
一、兩等量點(diǎn)電荷周圍的電場(chǎng)
1.等量同號(hào)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)(電場(chǎng)線分布如圖1):
(1)兩點(diǎn)電荷連線上,中點(diǎn)O處場(chǎng)強(qiáng)為零,向兩側(cè)場(chǎng)強(qiáng)逐漸增大.
(2)兩點(diǎn)電荷連線的中垂線上由中點(diǎn)O到無(wú)限遠(yuǎn),場(chǎng)強(qiáng)先變大后變。
(3)關(guān)于中心點(diǎn)O點(diǎn)的對(duì)稱點(diǎn),場(chǎng)強(qiáng)等大反向.
圖1 圖2
2.等量異號(hào)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)(電場(chǎng)線分布如圖2):
(1)兩點(diǎn)電荷連線上,沿電場(chǎng)線方向場(chǎng)強(qiáng)先變小再變大,中點(diǎn)處場(chǎng)強(qiáng)最。
(2)兩點(diǎn)電荷連線的中垂線上電場(chǎng)強(qiáng)度方向都相同,總與中垂線垂直且指向負(fù)點(diǎn)電荷一側(cè).沿中垂線從中點(diǎn)到無(wú)限遠(yuǎn)處,場(chǎng)強(qiáng)一直減小,中點(diǎn)處場(chǎng)強(qiáng)最大.
(3)關(guān)于中心點(diǎn)對(duì)稱的點(diǎn),場(chǎng)強(qiáng)等大同向.
例1 如圖3所示,a、b兩點(diǎn)處分別固定有等量異種點(diǎn)電荷+Q和-Q,c是線段ab的中點(diǎn),d是ac的中點(diǎn),e是ab的垂直平分線上的一點(diǎn),將一個(gè)正點(diǎn)電荷先后放在d、c、e點(diǎn),它所受的電場(chǎng)力分別為Fd、Fc、Fe,則下列說(shuō)法中正確的是( )
圖3
A.Fd、Fc、Fe的方向都是水平向右
B.Fd、Fc的方向水平向右,Fe的方向豎直向上
C.Fd、Fe的方向水平向右,Fc=0
D.Fd、Fc、Fe的大小都相等
答案 A
解析 根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)疊加原理,d、c、e三點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向都是水平向右,正點(diǎn)電荷在各點(diǎn)所受電場(chǎng)力方向與場(chǎng)強(qiáng)方向相同,故A正確,B、C錯(cuò)誤;兩點(diǎn)電荷連線上場(chǎng)強(qiáng)由a到b先減小后增大,中垂線上由c到無(wú)窮遠(yuǎn)處逐漸減小,因此c點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)是兩點(diǎn)電荷連線上最小的(但不為0),是中垂線上最大的,故Fd>Fc>Fe,故D錯(cuò)誤.
針對(duì)訓(xùn)練1 兩個(gè)帶等量正電荷的點(diǎn)電荷如圖4所示,O點(diǎn)為兩電荷連線的中點(diǎn),a點(diǎn)在連線的中垂線上,若在a點(diǎn)由靜止釋放一個(gè)電子,關(guān)于電子的運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法正確的是( )
圖4
A.電子在從a點(diǎn)向O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,加速度越來(lái)越大,速度越來(lái)越大
B.電子在從a點(diǎn)向O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,加速度越來(lái)越小,速度越來(lái)越大
C.電子運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí),加速度為零,速度最大
D.電子通過(guò)O點(diǎn)后,速度越來(lái)越小,加速度越來(lái)越大,一直到速度為零
答案 C
解析 帶等量正電荷的兩點(diǎn)電荷連線的中垂線上,中點(diǎn)O處的場(chǎng)強(qiáng)為零,沿中垂線從O點(diǎn)向無(wú)窮遠(yuǎn)處場(chǎng)強(qiáng)先變大,達(dá)到一個(gè)最大值后,再逐漸減小到零.但a點(diǎn)與最大場(chǎng)強(qiáng)點(diǎn)的位置關(guān)系不能確定,電子在從a點(diǎn)向O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,當(dāng)a點(diǎn)在最大場(chǎng)強(qiáng)點(diǎn)的上方時(shí),加速度先增大后減。划(dāng)a點(diǎn)在最大場(chǎng)強(qiáng)點(diǎn)的下方時(shí),電子的加速度則一直減小,故A、B錯(cuò)誤;但不論a點(diǎn)的位置如何,電子在向O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,都在做加速運(yùn)動(dòng),所以電子的速度一直增加,當(dāng)?shù)竭_(dá)O點(diǎn)時(shí),加速度為零,速度達(dá)到最大值,C正確;通過(guò)O點(diǎn)后,電子的運(yùn)動(dòng)方向與場(chǎng)強(qiáng)的方向相同,與所受電場(chǎng)力方向相反,故電子做減速運(yùn)動(dòng),由能量守恒定律得,當(dāng)電子運(yùn)動(dòng)到與a點(diǎn)關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱的b點(diǎn)時(shí),電子的速度為零.同樣因b點(diǎn)與最大場(chǎng)強(qiáng)點(diǎn)的位置關(guān)系不能確定,故加速度大小的變化不能確定,D錯(cuò)誤.