一.軌迹線
描述物體運動軌迹的曲線叫做軌迹線.軌迹線是物體運動軌迹的形象表現。
二.電場線
為形象地描述場強的分布,在電場中人為地畫出一些有方向的曲線,曲線上一點的切線方向表示該點場強的方向。電場線的疏密程度與該處場強大小成正比。 電場是一種物質,電場線是我們人為畫出的便于形象描述電場分布的輔助工具,并不是客觀存在的。 在沒有電荷的空間,電場線具有不相交、不中斷的特點。
靜電場的電場線還具有下列特性:
1、電場線不閉合,始于正電荷終止于負電荷;
2、電場線垂直于導體表面;
3、電場線與等勢面垂直。
感應電場的電場線具有下述特性:
1、電場線是閉合的;
2、閉合的電場線包圍磁感線。
知道一個電場的電場線,就可判定場強的方向和大小,就可畫出等勢面,能判定電勢高低(沿電場線方向電勢降低)。 應該注意,
電場線不是電荷的運動軌迹。根據電場線方向能确定電荷的受力方向和加速度方向,不能确定電荷的速度方向、運動的軌迹。電場線是直線時,電荷運動速度與電場線平行,電荷運動軌迹與電場線重合。因為粒子沿着電場線做曲線運動,而電場力
僅在電場力作用下,隻有電場線是直線并且帶電粒子的初速度為零或者初速度與電場線共線情況下,粒子才能沿着電場線運動。如果電場線是曲線,粒子僅在電場力作用下是不可能沿着電場線運動的。
三.等勢線(面、體)
電勢相等點的連線。
等勢面(線)的特點:
(1)等勢面一定與電場線垂直,即跟場強的方向垂直。假若電場線與等勢面不垂直,則場強在等勢面上就會産生一個分量,在同一等勢面上的兩點就會産生電勢差,出現了一個矛盾的結論,故等勢面一定與電場線垂直。
(2)電場線總是由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面,兩個不同的等勢面永遠不會相交。
(3)兩個等勢面間的電勢差是相等的,但在非勻強電場中,兩個等勢面間的距離并不恒定,場強大的地方,兩個等勢面間的距離小,場強小的地方,兩個等勢面間的距離大。
(4)在同一等勢面上移動電荷時,電場力不做功。說明:因為電場強度與等勢面垂直,則電荷在同一等勢面上移動時,電場力總與運動方向垂直,故在同一等勢面上移動電荷時,電場力不做功。
注意:若一電荷由等勢面A先移到等勢面B,再由等勢面B移回等勢面A,整個過程電場力做功為零,但分段來看,電場力可能先做正功,後做負功,也可能先做負功,後做正功,例如,在如圖所示中帶正電的物體由A點運動到B點的過程中,電場力先做負功,後做正功,但總功為零。
(5)處于靜電平衡狀态的導體是一個等勢體,表面是一個等勢面。
等勢面(線)與電場線的關系:
電場中電勢相等的點構成的面是等勢面。在同一等勢面上任意兩點間移動電荷時,電場力不做功。電場線總是與等勢面垂直(如果電場線與等勢面不垂直,電場在等勢面上就有分量,在等勢面上移動電荷,電場力就會做功)。
在同一電場中,等勢面的疏密也反映了電場的強弱,等勢面密處,電場線也密,電場也強,反之則弱。知道等勢面,可以畫出電場線。但等勢面與電場線的區别是很明顯的,電場線反映了電場的分布情況,是一簇帶箭頭的不閉合的有向曲線,而等勢面是一系列的電勢相等的點構成的面,可以是封閉的,也可以是不封閉的。電荷沿電場線移動,電場力必定做功,而電荷沿等勢面移動,電場力必定不做功。
例:如圖所示,
在兩個點電荷Q₁、Q₂産生的電場中,實線為其電場線分布,虛線為電子(不計重力)從A點運動到B點的運動軌迹,則下列判斷正确的是()
A.電子經過A點的加速度比經過B點的加速度大
B.Q₁的電荷量大于Q₂的電荷量
C.電子在A點的電勢能大于在B點的電勢能
D.兩個點電荷連線中點O的場強為零
解析:A點電場線較B點密集,則A點場強較B點大,電子經過A點的加速度比經過B點的加速度大,選項A正确;由電場線的分布可知,Q₁的電荷量小于Q₂的電荷量,選項B錯誤;由電子的運動軌迹可知,Q₂帶正電,Q₁也帶正電,則A點的電勢高于B點,電子在A點的電勢能小于在B點的電勢能,選項C錯誤;
由于兩電荷帶電荷量不等,則兩個點電荷連線中點O的場強不為零,選項D錯誤。
例:如圖所示,
虛線a,b,c代表電場中的三條電場線,實線為一帶負電的粒子僅在電場力作用下通過該區域時的運動軌迹,P、R、Q是這條軌迹上的三點,由此可知()
A.帶電粒子在R點時的速度大小大于在Q點時的速度大小
B.帶電粒子在P點時的電勢能比在Q點時的電勢能大
C.帶電粒子在R點時的動能與電勢能之和比在Q點時的小,比在P點時的大
D.帶電粒子在R點時的加速度大小小于在Q點時的加速度大小解:A、電荷做曲線運動,電場力指向曲線的内側,所以電場力的方向沿電場線向右,若粒子從P運動到Q,電場力做負功,電勢能增大,動能減小,R點速度小于Q點速度,若粒子從Q運動到P,則電場力做正功,電勢能減小,動能增大,Q點速度小于R點速度,P點時的電勢能比在Q點時的電勢能小,故A正确,B錯誤;
C、隻有電場力做功,電勢能和動能之和守恒,故帶電質點在P點的動能與電勢能之和等于在Q點的動能與電勢能之和,保持不變,故C錯誤;
D、由電場線疏密确定出,R點場強大比Q大,電場力大,加速度大,故D錯誤。故選A。
例:如圖所示,
O是一固定的點電荷,虛線是該點電荷産生的電場中的三條等勢線,正點電荷q僅受電場力的作用下沿實線所示的軌迹從a處運動到b處,然後又運動到c處.由此可知(CD)
A.O為負電荷
B.在整個過程中,q的電勢能先變小後變大
C.在整個過程中,q的加速度先變大後變小
D.在整個過程中,電場力做功為零
例:如圖所示,
實線表示一簇關于x軸對稱的等勢面,在x軸上有A、B兩點,則(AD)
A.A、B兩點的電場強度方向與x軸同向
B.A、B兩點的電場強度方向與x軸反向
C.A點的電場強度Eᴀ大于B點的電場強度Eʙ
D.A點的電場強度Eᴀ小于B點的電場強度Eʙ
例:位于A、B處的兩個帶有不等量負電的點電荷在平面内電勢分布如圖所示,
圖中實線表示等勢線,則(CD)。
A.a點和b點的電場強度相同
B.正電荷從c點移到d點,電場力做正功
C.負電荷從a點移到c點,電場力做正功
D.正電荷從e點沿圖中虛線移到f點電勢能先減小後增大
例:如圖所示,在O點放置一個正電荷,在過O點的豎直平面内的A點,自由釋放一個帶正電的小球,小球的質量為m。小球落下的軌迹如圖中虛線所示,
它與以O點為圓心、R為半徑的圓(圖中實線表示)相交于B、C兩點,O、C兩點在同一水平線上,∠BOC=30°,A點距離OC的豎直高度為h。若小球通過B點的速度大小為v,則(C)
例:如圖所示,
直線a、b和c、d是處于勻強電場中的兩組平行線,M、N、P、Q是它們的交點,四點處的電勢分别為φᴍ、φɴ、φᴘ、φǫ。一電子由M點分别運動到N點和P點圖的過程中,靜電力所做的負功相等,則(B)
A.直線a位于某一等勢面内,φᴍ>φǫ
B.直線c位于某一等勢面内,φᴍ>φɴ
C.若電子由M點運動到Q點,靜電力做正功
D.若電子由P點運動到Q點,靜電力做負功
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