注意:电场线、等势面的特点和电场线与等势面间的关系:
①电场线的方向为该点的场强方向,电场线的疏密表示场强的大小。 ②电场线互不相交,等势面也互不相交。 ③电场线和等势面在相交处互相垂直。
④电场线的方向是电势降低的方向,而且是降低最快的方向。 ⑤电场线密的地方等差等势面密;等差等势面密的地方电场线也密。
电场中的图象问题研究
一、电场中的E-x 图象
1.(2009上海高考)两带电量分别为q 和-q 的点电荷放在x 轴上,相距为L ,能正确反映两电荷连线上场强大小E 与x 关系的是图( A )
B C
A
2.(2010江苏高考)空间有一沿x 轴对称分布的电场,其电场强度E 随x 变化的图象如图所示。下列说法正确的是( C ) A .O 点的电势最低 B .x 2点的电势最高
C .x 1和-x 1两点的电势相等 D .x 1和x 3两点的电势相等
3.空间有一沿x 轴对称分布的电场,其电场强度E 随x 变化的图象如图所示,下列说法正确的是( C )
A .O 点的电势最低
B .x 1和x 3两点的电势相等 C .x 2和-x 2两点的电势相等 D .x 2点的电势低于x 3点的电势
4.真空中有两个等量异种点电荷,以连线中点O 为坐标原点,以它们的中垂线为x 轴,下图中能正确表示x 轴上电场强度情况的是( A )
5.两个等量正点电荷位于x 轴上,关于原点O 呈对称分布,下列能正确描述电场强度E 随位置x 变化规律的图是( A )
D
6. 有一个均匀带电圆环,以圆环圆心O 为坐标原点,过O 且垂直于圆环平面的线为x 轴,如下图甲所示,现测得x 轴上的电场强度随坐标x 值变化的图像如图乙所示(场强为正值,表示方向沿x 轴正方向),H 、I 是x 轴上两点,且HO <OI ,取无穷远处电势为零。则以下分析正确的是 A .该圆环带负电 B .x 轴上O 点电势为零
C .将一个正的试探电荷沿x 轴从H 移动到I 的过程中,电势能先增大后减小
D .H 点的电势低于I 点的电势
7.(2013上海物理) (12分) 半径为R ,均匀带正电荷的球体在空间产生球对称的电场;场强大小沿半径分布如图所示,图中E 0已知,E -r 曲线下O -R 部分的面积等于R -2R 部分的面积。 (1)写出E -r 曲线下面积的单位;⑴V (或N ❿m/C或kg ❿m 2❿A -1❿s -3) (2)己知带电球在r ≥R 处的场强E =kQ /r 2,式中k 为静电力常量,该均匀带电球所带的电荷量Q 为多大? ⑵E 0R 2/k
(3)求球心与球表面间的电势差△U ; ⑶E 0R /2 (4)质量为m ,电荷量为q 的负电荷在球面处需具有多大的速度可以刚好运动到2R 处?
二、电场中的φ-x 图象
1.有一静电场,其电场强度方向平行于x 轴.其电势φ随坐标x 的改变而变化,变化的图线如图1所示,则图2中正确表示该静电场的场强E 随x 变化的图线是(设场强沿x 轴正方向时取正值)( A )
2.某静电场中的一条电场线与x 轴重合,其电势的变化规律如图所示。在O 点由静止释放一电子,电子仅受电场力的作用,则在- x0~x 0区间内( BC ) A .该静电场是匀强电场 B .该静电场是非匀强电场 C .电子将沿x 轴正方向运动,加速度逐渐减小 D .电子将沿x 轴正方向运动,加速度逐渐增大 3.如图甲所示,一条电场线与Ox 轴重合,取O 点电势为零,Ox 方向上各点的电势φ随x 变化的情况如图乙所示,若在O 点由静止释放一电子,电子仅受电场力的作用,则( AD )
A .电子将沿Ox 方向运动 B .电子的电势能将增大
C .电子运动的加速度恒定 D .电子运动的加速度先减小后增大
4.(2011上海)两个等量异种点电荷位于x 轴上,相对原点对称分布,正确描述电势φ随位置x 变化规律的是图( A )
5.(2009江苏高考)空间某一静电场的电势 在x 轴上分布如图所示,x 轴上两点B 、C 点电场强度在x 方向上的分量分别是E B x 、E C x ,下列说法中正确的有( AD ) A .E B x 的大小大于E C x 的大小 B .E B x 的方向沿x 轴正方向
C .电荷在O 点受到的电场力在x 方向上的分量最大
D .负电荷沿x 轴从B 移到C 的过程中,电场力先做正功,后做负功
6.两电荷量分别为q 1和q 2的点电荷放在x 轴上的O 、M 两点,两电荷连线上各点电势φ随x 变化的关系如图所示,其中A 、N 两点的电势为零,ND 段中C 点电势最高,则( A ) A .C 点的电场强度大小为零 B .A 点的电场强度大小为零 C .NC 间场强方向向x 轴正方向
D .将一负点电荷从N 点移到D 点,电场力先做负功后做正功
7.真空中有一半径为r 0的带电金属球壳,通过其球心的一直线上各点的电势φ分布如图,r 表示该直线上某点到球心的距离,r 1、r 2分别是该直线上A 、B 两点离球心的距离. 下列说法中正确的是( B )
A .A 点的电势低于B 点的电势 B .A 点的电场强度方向由A 指向B C .A 点的电场强度小于B 点的电场强度
D .正电荷沿直线从A 移到B 的过程中,电场力做负功
8.空间某一静电场的电势φ在x 轴上分布如图所示,A 、B 、C 、D 是x 轴上的四点,电场强度在x 轴方向上的分量大小分别是E A 、E B 、E C 、E D ,则(BCD )
A .E A <E B B .E C <E D
C .A 、D 两点在x 轴方向上的场强方向相反
D .同一负点电荷在A 点时的电势能小于在B 点时的电势能
三、电场中的v-t 图象
1.如图所示,两个带等量的正电荷的小球A 、B (可视为点电荷) ,被固定在光滑的绝缘的水平面上,P 、N 是小球A 、B 的连线的水平中垂线上的两点,且PO =ON . 现将一个电荷量很小的带负电的小球C (可视为质点) ,由P 点静止释放,在小球C 向N 点的运动的过程中,下列关于小球C 的速度图象中,可能正确的是( AB
)
2.在真空中上、下两个区域均为竖直向下的匀强电场,其电场线分布如右图所示,有一带负电的微粒,从上边区域沿一条电场线以速度v 0匀速下落,并进入下边区域(该区域的电场足够广) ,在如图所示的速度——时间图象中,符合粒子在电场内运动情况的是( C
)
3.如图所示,点电荷+4Q 与+Q 分别固定在A 、B 两点,C 、D 两点将AB 连线三等分,现使一个带负电的粒子从C 点开始以某一初速度向右运动,不计粒子的重力,则该粒子在CD 之间运动的速度大小v 与时间t 的关系图象可能是( BC
)
4.有一负电荷自电场中的A 点自由释放,只受电场力作用,沿电场线运动到B 点,它运动的速度图象如图1所示,则A 、B 所在电场区域的电场线分布可能是图2中的( B )
5.如图(1)是某一点电荷形成的电场中的一条电场线,A 、B 是电场线上的两点,一负电荷q 仅在电场力作用下以初速度v 0从A 运动到B 过程中的速度图线如图(2)所示,则以下说法中正确的是( ABD )
A .A 、B 两点的电场强度是E A φB
C .负电荷q 在A 、B 两点的电势能大小是εA >εB D .此电场一定是负电荷形成的电场
6.图甲所示有向线段表示电场中的一根电场线,质量为m 、电荷量为-q 的带电粒子仅在电场力作用下沿电场线向右运动,经过A 点时速度为v 0,一段时间后到达与A 相距为d 的B 点,速度减为0,粒子运动的v-t 图象如图乙所示,下列判断正确的是( B )
A .该电场为匀强电场,可以求出电场强度大小
B .A 点电势一定高于B 点电势,可以求出AB 电势差 C .A 点电势一定高于B 点电势,可以求出A 点电势
D .电荷在A 点的电势能一定大于B 点的电势能,可以求出A 到B 过程中电场力做的功 7.一正电荷仅在电场力作用下,从A 点运动到B 点,速度大小随时间变化的图象如图所示.下列关于A 、B 两点电场强度E 的大小和电势φ的高低的判断,正确的是( B )
A .E A >E B ,φA >φB B .E A =E B ,φA =φB C .E A <E B ,φA >φB D .E A <E B ,φA <φB
8.平行板间有如图所示的周期性变化的电压.重力不计的带电粒子静止在平行板中央,从t =0时刻开始将其释放,运动过程中无碰板情况.能正确定性描述粒子运动的速度图象的是( A )
四、电场中图象问题综合
1.在地面附近,存在着一有界电场,边界MN 将某空间分成上下两个区域Ⅰ、Ⅱ,在区域Ⅱ中有竖直向上的匀强电场,在区域Ⅰ中离边界某一高度由静止释放一质量为m 的带电小球A ,如图甲所示,小球运动的v -t 图象如图乙所示,已知重力加速度为g ,不计空气阻力,则( BC )
A .在t =2.5 s时,小球经过边界MN B .小球受到的重力与电场力之比为3∶5
C .在小球向下运动的整个过程中,重力做的功与电场力做的功大小相等 D .在小球运动的整个过程中,小球的机械能与电势能总和先变大再变小
2.如图甲所示,Q 1、Q 2为两个固定点电荷,其中Q 1带正电,它们连线的延长线上有a 、b 两 点.一正试探电荷以一定的初速度沿直线从b 点开始经a 点向远处运动,其速度图象如图乙所示.则 ( BC ) A .Q 2带正电 B .Q 2带负电
C .试探电荷从b 到a 的过程中电势能增大 D .试探电荷从b 到a 的过程中电势能减小
3.如图所示,交变电压加在平行板电容器A 、B 两极板上,开始B 板电势比A 板
电势高,这时有一个原来静止的电子正处在两板的中间,它在电场作用下开始运动.设A 、B 两极板间的距离足够大,下列说法正确的是( D )
A .电子一直向着A 板运动 B .电子一直向着B 板运动
C .电子先向A 板运动,然后返回向B 板运动,之后在A 、B 两板间做周期性往复运动 D .电子先向B 板运动,然后返回向A 板运动,之后在A 、B 两板间做周期性往复运动
4.如图所示,A 、B 为一对中间开有小孔的平行金属板,相距一定距离,A 板接地,现有一电子在t =0时刻在A 板小孔中由静止开始向B 板运动,不计重力及阻力影响,使电子一定能从B 板小孔射出,则B 板电势φB 与时间t 的变化规律是( AB
)
注意:电场线、等势面的特点和电场线与等势面间的关系:
①电场线的方向为该点的场强方向,电场线的疏密表示场强的大小。 ②电场线互不相交,等势面也互不相交。 ③电场线和等势面在相交处互相垂直。
④电场线的方向是电势降低的方向,而且是降低最快的方向。 ⑤电场线密的地方等差等势面密;等差等势面密的地方电场线也密。
电场中的图象问题研究
一、电场中的E-x 图象
1.(2009上海高考)两带电量分别为q 和-q 的点电荷放在x 轴上,相距为L ,能正确反映两电荷连线上场强大小E 与x 关系的是图( A )
B C
A
2.(2010江苏高考)空间有一沿x 轴对称分布的电场,其电场强度E 随x 变化的图象如图所示。下列说法正确的是( C ) A .O 点的电势最低 B .x 2点的电势最高
C .x 1和-x 1两点的电势相等 D .x 1和x 3两点的电势相等
3.空间有一沿x 轴对称分布的电场,其电场强度E 随x 变化的图象如图所示,下列说法正确的是( C )
A .O 点的电势最低
B .x 1和x 3两点的电势相等 C .x 2和-x 2两点的电势相等 D .x 2点的电势低于x 3点的电势
4.真空中有两个等量异种点电荷,以连线中点O 为坐标原点,以它们的中垂线为x 轴,下图中能正确表示x 轴上电场强度情况的是( A )
5.两个等量正点电荷位于x 轴上,关于原点O 呈对称分布,下列能正确描述电场强度E 随位置x 变化规律的图是( A )
D
6. 有一个均匀带电圆环,以圆环圆心O 为坐标原点,过O 且垂直于圆环平面的线为x 轴,如下图甲所示,现测得x 轴上的电场强度随坐标x 值变化的图像如图乙所示(场强为正值,表示方向沿x 轴正方向),H 、I 是x 轴上两点,且HO <OI ,取无穷远处电势为零。则以下分析正确的是 A .该圆环带负电 B .x 轴上O 点电势为零
C .将一个正的试探电荷沿x 轴从H 移动到I 的过程中,电势能先增大后减小
D .H 点的电势低于I 点的电势
7.(2013上海物理) (12分) 半径为R ,均匀带正电荷的球体在空间产生球对称的电场;场强大小沿半径分布如图所示,图中E 0已知,E -r 曲线下O -R 部分的面积等于R -2R 部分的面积。 (1)写出E -r 曲线下面积的单位;⑴V (或N ❿m/C或kg ❿m 2❿A -1❿s -3) (2)己知带电球在r ≥R 处的场强E =kQ /r 2,式中k 为静电力常量,该均匀带电球所带的电荷量Q 为多大? ⑵E 0R 2/k
(3)求球心与球表面间的电势差△U ; ⑶E 0R /2 (4)质量为m ,电荷量为q 的负电荷在球面处需具有多大的速度可以刚好运动到2R 处?
二、电场中的φ-x 图象
1.有一静电场,其电场强度方向平行于x 轴.其电势φ随坐标x 的改变而变化,变化的图线如图1所示,则图2中正确表示该静电场的场强E 随x 变化的图线是(设场强沿x 轴正方向时取正值)( A )
2.某静电场中的一条电场线与x 轴重合,其电势的变化规律如图所示。在O 点由静止释放一电子,电子仅受电场力的作用,则在- x0~x 0区间内( BC ) A .该静电场是匀强电场 B .该静电场是非匀强电场 C .电子将沿x 轴正方向运动,加速度逐渐减小 D .电子将沿x 轴正方向运动,加速度逐渐增大 3.如图甲所示,一条电场线与Ox 轴重合,取O 点电势为零,Ox 方向上各点的电势φ随x 变化的情况如图乙所示,若在O 点由静止释放一电子,电子仅受电场力的作用,则( AD )
A .电子将沿Ox 方向运动 B .电子的电势能将增大
C .电子运动的加速度恒定 D .电子运动的加速度先减小后增大
4.(2011上海)两个等量异种点电荷位于x 轴上,相对原点对称分布,正确描述电势φ随位置x 变化规律的是图( A )
5.(2009江苏高考)空间某一静电场的电势 在x 轴上分布如图所示,x 轴上两点B 、C 点电场强度在x 方向上的分量分别是E B x 、E C x ,下列说法中正确的有( AD ) A .E B x 的大小大于E C x 的大小 B .E B x 的方向沿x 轴正方向
C .电荷在O 点受到的电场力在x 方向上的分量最大
D .负电荷沿x 轴从B 移到C 的过程中,电场力先做正功,后做负功
6.两电荷量分别为q 1和q 2的点电荷放在x 轴上的O 、M 两点,两电荷连线上各点电势φ随x 变化的关系如图所示,其中A 、N 两点的电势为零,ND 段中C 点电势最高,则( A ) A .C 点的电场强度大小为零 B .A 点的电场强度大小为零 C .NC 间场强方向向x 轴正方向
D .将一负点电荷从N 点移到D 点,电场力先做负功后做正功
7.真空中有一半径为r 0的带电金属球壳,通过其球心的一直线上各点的电势φ分布如图,r 表示该直线上某点到球心的距离,r 1、r 2分别是该直线上A 、B 两点离球心的距离. 下列说法中正确的是( B )
A .A 点的电势低于B 点的电势 B .A 点的电场强度方向由A 指向B C .A 点的电场强度小于B 点的电场强度
D .正电荷沿直线从A 移到B 的过程中,电场力做负功
8.空间某一静电场的电势φ在x 轴上分布如图所示,A 、B 、C 、D 是x 轴上的四点,电场强度在x 轴方向上的分量大小分别是E A 、E B 、E C 、E D ,则(BCD )
A .E A <E B B .E C <E D
C .A 、D 两点在x 轴方向上的场强方向相反
D .同一负点电荷在A 点时的电势能小于在B 点时的电势能
三、电场中的v-t 图象
1.如图所示,两个带等量的正电荷的小球A 、B (可视为点电荷) ,被固定在光滑的绝缘的水平面上,P 、N 是小球A 、B 的连线的水平中垂线上的两点,且PO =ON . 现将一个电荷量很小的带负电的小球C (可视为质点) ,由P 点静止释放,在小球C 向N 点的运动的过程中,下列关于小球C 的速度图象中,可能正确的是( AB
)
2.在真空中上、下两个区域均为竖直向下的匀强电场,其电场线分布如右图所示,有一带负电的微粒,从上边区域沿一条电场线以速度v 0匀速下落,并进入下边区域(该区域的电场足够广) ,在如图所示的速度——时间图象中,符合粒子在电场内运动情况的是( C
)
3.如图所示,点电荷+4Q 与+Q 分别固定在A 、B 两点,C 、D 两点将AB 连线三等分,现使一个带负电的粒子从C 点开始以某一初速度向右运动,不计粒子的重力,则该粒子在CD 之间运动的速度大小v 与时间t 的关系图象可能是( BC
)
4.有一负电荷自电场中的A 点自由释放,只受电场力作用,沿电场线运动到B 点,它运动的速度图象如图1所示,则A 、B 所在电场区域的电场线分布可能是图2中的( B )
5.如图(1)是某一点电荷形成的电场中的一条电场线,A 、B 是电场线上的两点,一负电荷q 仅在电场力作用下以初速度v 0从A 运动到B 过程中的速度图线如图(2)所示,则以下说法中正确的是( ABD )
A .A 、B 两点的电场强度是E A φB
C .负电荷q 在A 、B 两点的电势能大小是εA >εB D .此电场一定是负电荷形成的电场
6.图甲所示有向线段表示电场中的一根电场线,质量为m 、电荷量为-q 的带电粒子仅在电场力作用下沿电场线向右运动,经过A 点时速度为v 0,一段时间后到达与A 相距为d 的B 点,速度减为0,粒子运动的v-t 图象如图乙所示,下列判断正确的是( B )
A .该电场为匀强电场,可以求出电场强度大小
B .A 点电势一定高于B 点电势,可以求出AB 电势差 C .A 点电势一定高于B 点电势,可以求出A 点电势
D .电荷在A 点的电势能一定大于B 点的电势能,可以求出A 到B 过程中电场力做的功 7.一正电荷仅在电场力作用下,从A 点运动到B 点,速度大小随时间变化的图象如图所示.下列关于A 、B 两点电场强度E 的大小和电势φ的高低的判断,正确的是( B )
A .E A >E B ,φA >φB B .E A =E B ,φA =φB C .E A <E B ,φA >φB D .E A <E B ,φA <φB
8.平行板间有如图所示的周期性变化的电压.重力不计的带电粒子静止在平行板中央,从t =0时刻开始将其释放,运动过程中无碰板情况.能正确定性描述粒子运动的速度图象的是( A )
四、电场中图象问题综合
1.在地面附近,存在着一有界电场,边界MN 将某空间分成上下两个区域Ⅰ、Ⅱ,在区域Ⅱ中有竖直向上的匀强电场,在区域Ⅰ中离边界某一高度由静止释放一质量为m 的带电小球A ,如图甲所示,小球运动的v -t 图象如图乙所示,已知重力加速度为g ,不计空气阻力,则( BC )
A .在t =2.5 s时,小球经过边界MN B .小球受到的重力与电场力之比为3∶5
C .在小球向下运动的整个过程中,重力做的功与电场力做的功大小相等 D .在小球运动的整个过程中,小球的机械能与电势能总和先变大再变小
2.如图甲所示,Q 1、Q 2为两个固定点电荷,其中Q 1带正电,它们连线的延长线上有a 、b 两 点.一正试探电荷以一定的初速度沿直线从b 点开始经a 点向远处运动,其速度图象如图乙所示.则 ( BC ) A .Q 2带正电 B .Q 2带负电
C .试探电荷从b 到a 的过程中电势能增大 D .试探电荷从b 到a 的过程中电势能减小
3.如图所示,交变电压加在平行板电容器A 、B 两极板上,开始B 板电势比A 板
电势高,这时有一个原来静止的电子正处在两板的中间,它在电场作用下开始运动.设A 、B 两极板间的距离足够大,下列说法正确的是( D )
A .电子一直向着A 板运动 B .电子一直向着B 板运动
C .电子先向A 板运动,然后返回向B 板运动,之后在A 、B 两板间做周期性往复运动 D .电子先向B 板运动,然后返回向A 板运动,之后在A 、B 两板间做周期性往复运动
4.如图所示,A 、B 为一对中间开有小孔的平行金属板,相距一定距离,A 板接地,现有一电子在t =0时刻在A 板小孔中由静止开始向B 板运动,不计重力及阻力影响,使电子一定能从B 板小孔射出,则B 板电势φB 与时间t 的变化规律是( AB
)