2018-2019學(xué)年高中物理 第一章 電荷與電場 3 電場學(xué)案 教科版選修1-1

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1、 3　電場 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.認(rèn)識(shí)電荷間的相互作用是通過電場發(fā)生的，電場具有力的性質(zhì)． 2．理解電場強(qiáng)度的概念，會(huì)用電場強(qiáng)度描述電場的強(qiáng)弱和方向．(重點(diǎn)) 3．認(rèn)識(shí)電場線，會(huì)用電場線來定性描述電場的強(qiáng)弱和方向．(難點(diǎn)) [自 主 預(yù) 習(xí)·探 新 知] [知識(shí)梳理] 一、電場 1．電荷周圍存在電場，電場是一種特殊物質(zhì)，電荷之間的作用就是通過電場發(fā)生的． 2．電場的基本性質(zhì)之一是對(duì)放入其中的電荷有力的作用． 二、電場強(qiáng)度 1．定義：放入電場中某一點(diǎn)的檢驗(yàn)電荷受到的電場力F跟它的電荷量q的比值叫做該點(diǎn)的電場強(qiáng)度． 2．定義式：E＝，其單位是牛頓每庫或

2、伏特每米，符號(hào)為N/C或V/m. 3．點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式：E＝k. 4．方向：電場強(qiáng)度是矢量，其方向與正電荷在該點(diǎn)所受的靜電力的方向相同，與負(fù)電荷在該點(diǎn)所受的靜電力的方向相反． 5．物理意義：描述電場強(qiáng)弱的物理量，由場源電荷及到場源的距離決定，與q0無關(guān)． 三、電場線 1．概念：為了直觀形象地描述電場中各點(diǎn)電場強(qiáng)度的分布，在電場中畫出一系列曲線，使這些曲線上每一點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)的場強(qiáng)方向一致． 2．電場線的特點(diǎn) (1)始于正電荷(或無窮遠(yuǎn))，終于負(fù)電荷(或無窮遠(yuǎn))． (2)任意兩條電場線都不相交，電場線是不閉合的． (3)電場線越密的地方，電場強(qiáng)度越強(qiáng)；電場線越稀的地方，電場

3、強(qiáng)度越弱． [基礎(chǔ)自測] 1．思考判斷 (1)電場看不見、摸不著，因此電場不是物質(zhì)．(　　) (2)電場對(duì)放入其中的任何電荷都有力的作用．(　　) (3)根據(jù)E＝電場強(qiáng)度E與F成正比，與q成反比．(　　) (4)電場線是客觀存在的物質(zhì)．(　　) (5)電場線不是實(shí)際存在的線，而是為了形象地描述電場而假想的線．(　　) (6)電場線只表示電場強(qiáng)度的方向．(　　) [提示]　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)× 2．下列關(guān)于電場與電場線的說法中，正確的是(　　) A．電場是人為規(guī)定的 B．電場是客觀存在的特殊物質(zhì)，它對(duì)放入其中的電荷有力的作用 C．電

4、場線是客觀存在的一條條的線 D．電場線只能描述電場的方向，不能描述電場的強(qiáng)弱 B　[電場是真實(shí)存在的，不是人為規(guī)定的，對(duì)放入電場中的電荷有力的作用，A錯(cuò)誤，B正確；電場線是為了方便研究電場而人為引入的，不是真實(shí)存在的，電場線的疏密程度可表示電場強(qiáng)弱，而電場線的方向可表示電場方向，故C、D錯(cuò)誤．] 3．由電場強(qiáng)度的定義式E＝F/q可知，關(guān)于某靜電場中同一位置的說法，正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：37032017】 A．電場強(qiáng)度E與電場力F成正比，與電荷量q成反比 B．電場強(qiáng)度E的方向一定與電場力F的方向相同 C．無論q如何變化，電場強(qiáng)度E保持不變 D．上式中的電場強(qiáng)度E是由電荷q

5、產(chǎn)生的 C　[E＝F/q是電場強(qiáng)度的定義式，采用比值法定義，則知E與F、q無關(guān)，不能說E與電場力F成正比，與電荷量q成反正，故A錯(cuò)誤．電場強(qiáng)度E的方向一定與正電荷所受的電場力F方向相同，而與負(fù)電荷所受的電場力方向相反，故B錯(cuò)誤．電場強(qiáng)度反映其本身的性質(zhì)，與試探電荷無關(guān)，則無論q如何變化，電場強(qiáng)度E保持不變，故C正確．公式E＝F/q中q是放入電場中的試探電荷，E不是由電荷q產(chǎn)生的，故D錯(cuò)誤．] 4．將電量為q的點(diǎn)電荷放在電場中的A點(diǎn)，它受到的電場力為F，產(chǎn)生該電場的場源電荷的電量為Q，則A點(diǎn)的場強(qiáng)大小為：(　　) A．F/q　　 B．FQ C．F/Q D．Fq A　[根據(jù)電場強(qiáng)度定義得

6、r處的場強(qiáng)大小為E＝，根據(jù)點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式得E＝k，Q為場源電荷的電量，但間距r不知，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤；選A．] [合 作 探 究·攻 重 難] 對(duì)E＝和E＝k的理解 1．E＝是電場強(qiáng)度的定義式，適用于任何情況．雖然E＝，但E與F和q都無關(guān)，電場強(qiáng)度是由電場本身決定的量．電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)是確定的，其大小、方向只與建立電場的本身(或場源電荷)有關(guān)，而與放入的試探電荷無關(guān)． 2．E＝k是點(diǎn)電荷所形成的電場的決定式．E由場源電荷Q和試探電荷到場源電荷的距離決定，與是否放入試探電荷無關(guān)． 3．電場強(qiáng)度是矢量，當(dāng)空間的電場是由幾個(gè)電荷共同產(chǎn)生時(shí)，某點(diǎn)的場強(qiáng)應(yīng)是每個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)

7、存在時(shí)在該點(diǎn)場強(qiáng)的矢量和． 　如圖1-3-1所示，A為帶正電Q的金屬板，沿金屬板的垂直平分線，在距板r處放一質(zhì)量為m、電荷量為q的小球，小球受水平向右的電場力偏轉(zhuǎn)θ角而靜止，小球用絕緣細(xì)線懸掛于O點(diǎn)，試求小球所在處的電場強(qiáng)度． 圖1-3-1 【解析】　要求小球所在處的電場強(qiáng)度，可以采用電場強(qiáng)度的定義式，需要求出小球所受到的電場力，可以通過平衡條件求得電場力．分析小球受力如圖所示，由平衡條件得： F電＝mgtan θ，所以小球所在處的電場強(qiáng)度E＝＝，因?yàn)锳帶正電，小球受水平向右的電場力，因此電場強(qiáng)度方向水平向右． 【答案】　電場強(qiáng)度大小為，電場強(qiáng)度方向?yàn)樗较蛴? 帶電金屬

8、板A不能當(dāng)成點(diǎn)電荷，電場強(qiáng)度是矢量，不僅要求出大小，還要求出方向.根據(jù)共點(diǎn)力的平衡條件即可求得帶電體之間的作用力，從而進(jìn)一步求解電場強(qiáng)度. [針對(duì)訓(xùn)練] 1．關(guān)于電場，下列說法正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：37032018】 A．由E＝知，若q減半，則該處電場強(qiáng)度為原來的2倍 B．由E＝k知，E與Q成正比，而與r2成反比 C．由E＝k知，在以Q為球心，以r為半徑的球面上，各處場強(qiáng)均相同 D．電場中某點(diǎn)場強(qiáng)方向就是該點(diǎn)所放電荷受到的電場力的方向 B　[因E＝為場強(qiáng)定義式，而電場中某點(diǎn)場強(qiáng)E只由電場本身決定，與是否引入電荷及q的大小、正負(fù)無關(guān)，故A錯(cuò)誤；由場強(qiáng)方向的規(guī)定知D錯(cuò)

9、誤；E＝k是點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式，故B正確、C錯(cuò)誤．] 對(duì)電場線的理解 1．電場線的特點(diǎn) (1)電場線是為了形象地描述電場而假想的，實(shí)際并不存在，因此電場線是一種理想化的模型． (2)電場線始于正電荷，止于負(fù)電荷．在正電荷形成的電場中，電場線起于正電荷，延伸到無窮遠(yuǎn)處；在負(fù)電荷形成的電場中，電場線起于無窮遠(yuǎn)處，止于負(fù)電荷． (3)電場線分布的疏密反映了電場的強(qiáng)弱．表示場強(qiáng)的大小．相對(duì)而言，電場線越密的區(qū)域，電場強(qiáng)度就越大． (4)電場線上任意一點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)場強(qiáng)方向一致． (5)電場線在電場中一定不相交，不中斷． 2．電場線不是電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡 電場線是為了形象地描述電場而

10、引入的假想線，規(guī)定電場線上每點(diǎn)的場強(qiáng)方向沿該點(diǎn)的切線方向，也就是正電荷在該點(diǎn)受電場力產(chǎn)生的加速度的方向(負(fù)電荷受力方向相反)．運(yùn)動(dòng)軌跡是帶電粒子在電場中實(shí)際通過的軌跡，徑跡上每點(diǎn)的切線方向?yàn)閹щ娏Ｗ釉谠擖c(diǎn)的速度方向．結(jié)合力學(xué)知識(shí)我們知道，物體的速度方向不一定與加速度的方向一致，因此電場線不是帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡．只有當(dāng)電場線是直線，而帶電粒子又只受電場力作用由靜止開始或初速度方向沿電場線方向運(yùn)動(dòng)時(shí)軌跡才有可能與電場線重合． 3．幾種常見電場的電場線分布．如圖1-3-2所示． 圖1-3-2 　(多選)某電場區(qū)域的電場線如圖1-3-3所示，a、b是其中一條電場線上的兩點(diǎn)，下列說法中正確的是

11、(　　) 圖1-3-3 A．a(chǎn)點(diǎn)的場強(qiáng)方向一定沿著過a點(diǎn)的電場線向右 B．a(chǎn)點(diǎn)的場強(qiáng)一定大于b點(diǎn)的場強(qiáng) C．正電荷在a點(diǎn)受到的電場力一定大于它在b點(diǎn)受到的電場力 D．負(fù)電荷在a點(diǎn)受到的電場力一定小于它在b點(diǎn)受到的電場力 思路點(diǎn)撥：①根據(jù)電場線疏密分析電場強(qiáng)度的大?。? ②根據(jù)電場線的切向分析電場強(qiáng)度的方向． ABC　[過a點(diǎn)的電場線是一條水平向右的直線，故選項(xiàng)A對(duì)，a點(diǎn)處電場線密集，電場較強(qiáng)，故Ea>Eb，選項(xiàng)B對(duì)．無論電荷正負(fù)，根據(jù)F＝q·E，Ea>Eb，所以Fa>Fb，只是正負(fù)電荷所受的靜電力的方向相反，故選項(xiàng)C對(duì)，選項(xiàng)D錯(cuò)．] 電場線是為了形象、直觀、方便地描述電

12、場的特性，而引入的一種輔助手段．如果知道了電場線的疏密分布及電場線的形狀、箭頭指向，就能討論電場中各點(diǎn)的場強(qiáng)大小關(guān)系和方向．因此了解各種常見電場的電場線分布情況，對(duì)于靈活運(yùn)用電場線判斷電場的性質(zhì)是大有幫助的． [針對(duì)訓(xùn)練] 2．如圖1-3-4所示的電場線可形象描述等量同種電荷形成的電場，EM、EN分別表示電場中同一直線上M、N兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度大?。P(guān)于M、N兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度，下列判斷正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：37032019】 圖1-3-4 A．EMEN，方向不同 D．EM>EN，方向相同 D　[電場中，電場線的疏密

13、表示場強(qiáng)的大小，該點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的場強(qiáng)方向，故EM>EN，方向相同，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤．] [當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)·固 雙 基] 1．電場強(qiáng)度的定義式為E＝，則(　　) A．定義式中，F(xiàn)是置于電場中試探點(diǎn)電荷所受的電場力，q是該點(diǎn)電荷的電荷量 B．此公式只適用于點(diǎn)電荷形成的電場 C．電場中的場強(qiáng)E與點(diǎn)電荷所受電場力F成正比 D．場強(qiáng)方向與試探電荷的正、負(fù)有關(guān) A　[定義式E＝中，F(xiàn)是置于電場中試探點(diǎn)電荷所受的電場力，q是該點(diǎn)電荷的電荷量，故A正確；電場強(qiáng)度的定義式E＝，采用比值法定義，適用于任何電場，故B錯(cuò)誤；根據(jù)比值法定義的共性可知，電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)E的大小跟放在該點(diǎn)的檢

14、驗(yàn)電荷q所受電場力、檢驗(yàn)電荷q都無關(guān)，由電場本身的性質(zhì)決定，故C、D錯(cuò)誤．] 2．下面的說法中不正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：37032020】 A．電荷的周圍存在電場 B．電場是一種物質(zhì)，它與其他物質(zhì)一樣，是不依賴我們的感覺而存在的 C．電荷甲對(duì)電荷乙的電場力是電荷甲的電場對(duì)電荷乙的作用力 D．電場力是不相接觸的物體之間的作用力，這種相互作用不經(jīng)其他物質(zhì)便可直接進(jìn)行 D　[電場是電荷周圍存在的一種特殊物質(zhì)，電荷間的相互作用力是通過電場進(jìn)行的，故ABC均正確，D不正確．] 3．電場中有一點(diǎn)P，下列哪種說法是正確的(　　) A．若放在P點(diǎn)電荷的電荷量減半，則P點(diǎn)的場強(qiáng)減半 B

15、．若P點(diǎn)沒有檢驗(yàn)電荷，則P點(diǎn)場強(qiáng)為零 C．P點(diǎn)場強(qiáng)越大，則同一電荷在P點(diǎn)所受電場力越大 D．P點(diǎn)場強(qiáng)方向?yàn)樵囂诫姾稍谠擖c(diǎn)受力方向 C　[為了知道電場中某點(diǎn)的強(qiáng)度，可以把一個(gè)檢驗(yàn)電荷放入該點(diǎn)，其受到的電場力F與自身的電荷量q的比值可反映該點(diǎn)場強(qiáng)的大小，但該點(diǎn)的場強(qiáng)由電場本身決定，與檢驗(yàn)電荷的電荷量多少、電性無關(guān)，所以選項(xiàng)A、B錯(cuò)．由E＝得F＝Eq，當(dāng)q一定時(shí)，E越大，F(xiàn)越大，所以選項(xiàng)C正確．電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)方向規(guī)定為正電荷在該點(diǎn)時(shí)受到的電場力方向，與負(fù)電荷受力的方向相反，選項(xiàng)D錯(cuò)．] 4.如圖1-3-5所示，為靜電場的一部分電場線分布情況，下列說法中正確的是(　　) 圖1-3-5

16、 A．這個(gè)電場可能是負(fù)點(diǎn)電荷的電場 B．這個(gè)電場可能是勻強(qiáng)電場 C．點(diǎn)電荷q在A點(diǎn)時(shí)受到的電場力比在B點(diǎn)時(shí)受到的電場力大 D．負(fù)電荷在B點(diǎn)受到的電場力的方向?yàn)檠谺點(diǎn)的切線方向 C　[點(diǎn)電荷電場線為匯聚狀射線，這個(gè)電場既不是勻強(qiáng)電場也不是負(fù)點(diǎn)電荷的電場，A、B錯(cuò)誤．A點(diǎn)比B點(diǎn)電場線密，場強(qiáng)大，點(diǎn)電荷q在A點(diǎn)受到的電場力比在B點(diǎn)大，C正確．正電荷在B點(diǎn)受到的電場力的方向與B點(diǎn)切線方向相同，D錯(cuò)誤．] 5．某勻強(qiáng)電場的電場線如圖1-3-6所示，A、B是電場中的兩點(diǎn)，電荷量q＝2×10－7 C的正點(diǎn)電荷，放在A點(diǎn)時(shí)受到的電場力大小F＝4×10－3N.問： 圖1-3-6 (1)該勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度大小是多少？ (2)若把另一個(gè)電荷量q′＝4×10－7 C的負(fù)電荷，放在電場中的B點(diǎn)，則它受到的電場力大小多少？方向如何？ 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：37032021】 【解析】　(1)根據(jù)電場強(qiáng)度的定義公式可得勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度大小為： E＝＝＝2×104 N/C. (2)根據(jù)F＝q′E可得電荷受到的電場力為：F＝q′E＝4×10－7×2×104＝8×10－3N，因?yàn)槭秦?fù)電荷，所以電場力方向向左． 【答案】　(1)2×104 N/C　(2)8×10－3 N　水平向左 8