2019-2020學(xué)年高中物理 第1章 2 電場(chǎng)學(xué)案 新人教版選修1-1

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1、二、電場(chǎng) 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.知道電場(chǎng)是客觀存在的物質(zhì)，認(rèn)識(shí)電場(chǎng)． 2．理解電場(chǎng)強(qiáng)度的概念，會(huì)用電場(chǎng)強(qiáng)度描述電場(chǎng)．(重點(diǎn)) 3．知道電場(chǎng)線，了解電場(chǎng)線的特點(diǎn)．(重點(diǎn)) 4．學(xué)會(huì)用電場(chǎng)線描述常見電場(chǎng)的分布．(難點(diǎn)、重點(diǎn)) 一、電場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度 1．電場(chǎng) (1)只要有電荷存在，電荷的周圍就有電場(chǎng)． 電荷間相互作用是通過(guò)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的． (2)電場(chǎng)的基本性質(zhì)是對(duì)放入其中的電荷有力的作用． (3)電場(chǎng)雖然看不見、摸不著，但它是客觀存在的物質(zhì)． 2．試探電荷 在電場(chǎng)中放入的電荷，它的電荷量要非常小，體積也要充分?。? 3．電場(chǎng)強(qiáng)度 (1)定義：放入電場(chǎng)

2、中某點(diǎn)的電荷，所受靜電力F跟它的電荷量的比值，叫做該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱場(chǎng)強(qiáng)． (2)公式：E＝． (3)單位：牛每庫(kù)(N/C)． (4)方向：電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量．物理學(xué)上規(guī)定：正電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向?yàn)樵擖c(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的方向，負(fù)電荷受電場(chǎng)力的方向與該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的方向相反． (5)物理意義：電場(chǎng)強(qiáng)度是描述電場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量． 二、電場(chǎng)線 1．概念 為了直觀形象地描述電場(chǎng)中各點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的分布，在電場(chǎng)中畫出一系列曲線，曲線上每一點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向． 2．電場(chǎng)線的特點(diǎn) (1)始于正電荷(或無(wú)窮遠(yuǎn))，終止于無(wú)窮遠(yuǎn)(或負(fù)電荷)． (2)任意兩條電場(chǎng)線都不相交． (3)在

3、同一幅電場(chǎng)線分布圖中，電場(chǎng)越強(qiáng)的地方，電場(chǎng)線越密． 3．勻強(qiáng)電場(chǎng) (1)定義：場(chǎng)強(qiáng)的大小和方向處處相同的電場(chǎng)． (2)電場(chǎng)線：勻強(qiáng)電場(chǎng)中的電場(chǎng)線是距離相等的平行直線． (3)獲取方法：平行正對(duì)分別帶有等量的正負(fù)電荷的兩金屬板，在兩板之間除邊緣外就是勻強(qiáng)電場(chǎng)． 1．思考判斷 (1)在電荷周圍有電場(chǎng)，電場(chǎng)是客觀存在的． (√) (2)如果把放入電場(chǎng)中某點(diǎn)的試探電荷取走，則那點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度變?yōu)?.(×) (3)電荷在電場(chǎng)中的受力方向就是該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向． (×) (4)電場(chǎng)線是客觀存在的物質(zhì)． (×) (5)電場(chǎng)線只能表示電場(chǎng)強(qiáng)度的方向． (×) (6)電場(chǎng)中兩條電場(chǎng)線之間未畫

4、電場(chǎng)線的地方電場(chǎng)強(qiáng)度不為0.(√) 2．(多選)下列說(shuō)法正確的是(　　) A．電場(chǎng)強(qiáng)度E跟F成正比，跟q成反比 B．無(wú)論試探電荷q值(不為零)如何變化，F(xiàn)與q的比值始終不變 C．電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為零，則處在該點(diǎn)的電荷受到的靜電力一定為零 D．一個(gè)不帶電的小球在P點(diǎn)受到的靜電力為零，則P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)一定為零 BC　[電場(chǎng)中某點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)E只由電場(chǎng)本身決定，與是否引入試探電荷q及q的大小、正負(fù)無(wú)關(guān)，故A項(xiàng)錯(cuò)，B項(xiàng)對(duì)．由F＝qE知，E＝0時(shí)，F(xiàn)一定為零；不帶電物體受力F＝0，E不一定為零，故C項(xiàng)對(duì)，D項(xiàng)錯(cuò)．] 3．(多選)下列關(guān)于電場(chǎng)的說(shuō)法正確的是(　　) A．電場(chǎng)是電荷周圍存在的一種特殊物質(zhì)

5、 B．為了定性描述電場(chǎng)，引入了電場(chǎng)線，電場(chǎng)線是真實(shí)存在的 C．電場(chǎng)具有力的性質(zhì) D．電場(chǎng)不具有能的性質(zhì) AC　[場(chǎng)是電荷周圍存在的一種特殊物質(zhì)，選項(xiàng)A正確；為了定性描述電場(chǎng)，引入了電場(chǎng)線，電場(chǎng)線不是真實(shí)存在的，是人們假想的，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；電場(chǎng)具有力的性質(zhì)和能的性質(zhì)，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤．] 4．如圖所示，關(guān)于a、b兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．Ea＞Eb，方向相同 B．Ea＜Eb，方向相同 C．Ea＜Eb，方向不同 D．Ea＞Eb，方向不同 D　[電場(chǎng)線密集的地方場(chǎng)強(qiáng)大，場(chǎng)強(qiáng)的方向是電場(chǎng)線的切向方向，因a點(diǎn)電場(chǎng)線較b點(diǎn)密集，則Ea>Eb，但是方向

6、不同，故選D.] 電場(chǎng)強(qiáng)度的理解和計(jì)算 1.對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的理解 (1)電場(chǎng)強(qiáng)度是描述電場(chǎng)性質(zhì)的物理量，與放入電場(chǎng)中的電荷無(wú)關(guān)，它的大小是由電場(chǎng)本身來(lái)決定的． (2)公式E＝是電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式，適用于一切電場(chǎng)，但E不隨F和q的變化而變化，不能說(shuō)E與F成正比，也不能說(shuō)E與q成反比．定義式僅告訴我們一種測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)大小的方法． (3)在電場(chǎng)中的同一點(diǎn)，是不變的；在電場(chǎng)中的不同點(diǎn)，往往不同，即完全由電場(chǎng)本身性質(zhì)決定，與放不放試探電荷，放入試探電荷的電性、電荷量多少均無(wú)關(guān)系． (4)電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量．空間某一點(diǎn)有幾個(gè)電場(chǎng)疊加，該點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)可用平行四邊形定則計(jì)算．即幾個(gè)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)中某點(diǎn)的合場(chǎng)

7、強(qiáng)等于各個(gè)點(diǎn)電荷在該點(diǎn)單獨(dú)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的矢量和． 2．點(diǎn)電荷的電場(chǎng) 根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式可得點(diǎn)電荷Q在空間中形成電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度的表達(dá)式：E＝k(r為空間某點(diǎn)到點(diǎn)電荷的距離)． 【例1】　場(chǎng)源電荷Q＝2×10－4 C，是正點(diǎn)電荷；試探電荷q＝－2×10－5 C，是負(fù)點(diǎn)電荷．它們相距r＝2 m而靜止，且都在真空中，如圖所示．求： (1)q受的電場(chǎng)力； (2)q所在的B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)EB； (3)只將q換為q′＝4×10－5 C的正點(diǎn)電荷，再求q′受的電場(chǎng)力及B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)． 思路點(diǎn)撥：①應(yīng)用定義式求EB. ②EB由場(chǎng)的特點(diǎn)決定，與放入的檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)． [解析]　(1)由庫(kù)侖定律得 F＝

8、k＝9×109× N＝9 N. 方向在A與B的連線上，且由B指向A. (2)因電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式：E＝， 所以EB＝ N/C＝4.5×105 N/C. 方向沿A、B連線向右． (3)由庫(kù)侖定律 F′＝k＝9×109× N＝18 N. 方向沿A、B連線向右． EB＝＝ N/C＝4.5×105 N/C.方向沿A、B連線向右． [答案]　(1)9 N，方向在A與B連線上，且由B指向A (2)4.5×105 N/C，方向沿A、B連線向右 (3)18 N，方向沿A、B連線向右；4.5×105 N/C，方向沿A、B連線向右 [注意事項(xiàng)]　 (1)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向都取決于電場(chǎng)本身

9、． (2)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小雖然可由來(lái)量度，但與試探電荷的存在與否無(wú)關(guān)． (3)電場(chǎng)力F＝qE取決于電荷量q及電場(chǎng)中這一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小． 1．空間存在電場(chǎng)，在電場(chǎng)中的A點(diǎn)放入電荷量為2×10－9C的正電荷，電荷受到方向向右、大小為4×10－4N的電場(chǎng)力，A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為______N/C，方向________；若在該點(diǎn)改放電荷量為4×10－9C的負(fù)電荷，電荷受到的電場(chǎng)力大小為__________N，方向________；該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為______N/C，方向________．如果不在A點(diǎn)放電荷，該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為________N/C，方向________． [解析]　根據(jù)E＝，

10、代入數(shù)據(jù)可求A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為2×105 N/C，方向?yàn)檎姾墒芰Ψ较?，向右．A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)與試探電荷無(wú)關(guān)，改變?cè)囂诫姾傻碾姾闪炕虿环旁囂诫姾?，該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)都是2×105 N/C，方向向右．在A點(diǎn)改放電荷量為4×10－9 C的負(fù)電荷，根據(jù)F＝Eq，代入數(shù)據(jù)可求得電場(chǎng)力大小為8×10－4 N，方向與電場(chǎng)強(qiáng)度的方向相反，向左． [答案]　2×105　向右　8×10－4　向左　2×105　向右　2×105　向右 電場(chǎng)線的理解應(yīng)用 1.電場(chǎng)線的特點(diǎn) (1)不相交(空間任何一點(diǎn)，只能有一個(gè)確定的場(chǎng)強(qiáng)方向)； (2)不閉合(起于正電荷或來(lái)自無(wú)窮遠(yuǎn)處，止于負(fù)電荷或伸向無(wú)窮遠(yuǎn)處)； (3)電場(chǎng)線上

11、各處的切線方向(或在電場(chǎng)中電場(chǎng)線的方向)表示場(chǎng)強(qiáng)的方向； (4)電場(chǎng)線的疏密程度表示場(chǎng)強(qiáng)的大?。妶?chǎng)線越密場(chǎng)強(qiáng)越大，越疏場(chǎng)強(qiáng)越?。? 2．幾種常見帶電體周圍的電場(chǎng)線分布 電場(chǎng) 電場(chǎng)線圖樣 簡(jiǎn)要描述 電場(chǎng)特點(diǎn) 正點(diǎn) 電荷 發(fā)散狀 直線 離點(diǎn)電荷近處電場(chǎng)強(qiáng)度大，方向背離正電荷 負(fù)點(diǎn) 電荷 會(huì)聚狀 直線 離點(diǎn)電荷近處電場(chǎng)強(qiáng)度大，方向指向負(fù)電荷 等量 同種 電荷 相斥狀 曲線 連線上：中點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)最小(為零)，靠近電荷變大 中垂線：中點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)最小(為零)，向外移動(dòng)先變大后變小 等量 異種 電荷 相吸狀 曲線 連線上：中點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)最小，靠近電

12、荷變大 中垂線：中點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)最大，向外移動(dòng)逐漸變小 勻強(qiáng) 電場(chǎng) (兩平行板正對(duì)，中間部分為勻強(qiáng)電場(chǎng))平行的、等間距的、同向的直線 大小相等，方向相同 【例2】　如圖所示是某電場(chǎng)中的幾條電場(chǎng)線，帶負(fù)電的點(diǎn)電荷q在A點(diǎn)受到的電場(chǎng)力方向如圖所示． (1)試在圖中畫出電場(chǎng)線的指向； (2)試比較EA、EB的大?。? (3)在A、B兩點(diǎn)分別放上等量異種點(diǎn)電荷，則點(diǎn)電荷在哪點(diǎn)受力較大？ [解析]　(1)由于負(fù)電荷所受電場(chǎng)力方向與場(chǎng)強(qiáng)方向相反，可知A點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向如圖所示．亦可標(biāo)出電場(chǎng)線方向如圖所示． (2)由于A點(diǎn)處的電場(chǎng)線比B點(diǎn)處的密，可知EA＞EB. (3)電場(chǎng)力F＝qE，由

13、于EA＞EB，所以FA＞FB，點(diǎn)電荷在A點(diǎn)受力大． [答案]　(1)見解析　(2)EA＞EB　(3)A點(diǎn) [解題誤區(qū)]　 (1)電場(chǎng)線不是客觀存在的，它只是用來(lái)描述電場(chǎng)的方向和定性地描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱，并不是帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡． (2)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡是由帶電粒子受的合外力與初速度共同決定的． (3)電場(chǎng)線能反映帶電粒子在電場(chǎng)線上各點(diǎn)受電場(chǎng)力的方向． 2．(多選)如圖中帶箭頭的直線是某一電場(chǎng)中的一條電場(chǎng)線，在這條直線上有A、B兩點(diǎn)，用EA、EB表示A、B兩處的場(chǎng)強(qiáng)大小，則(　　) A．A、B兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向相同 B．電場(chǎng)線從A指向B，所以EA＞EB C．A

14、、B同在一條電場(chǎng)線上，且電場(chǎng)線是直線，所以EA＝EB D．不知A、B附近的電場(chǎng)線分布狀況，EA、EB的大小不能確定 AD　[根據(jù)電場(chǎng)線的物理意義，線上各點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向．因題中的電場(chǎng)線是直線，所以A、B兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向相同，都沿著電場(chǎng)線向右；電場(chǎng)線的疏密程度反映了場(chǎng)強(qiáng)的大小，但由于題中僅畫出一條電場(chǎng)線，不知道A、B附近電場(chǎng)線的分布狀況，所以無(wú)法確定EA、EB的大小，故A、D項(xiàng)正確．] 1．關(guān)于場(chǎng)強(qiáng)，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．根據(jù)公式E＝，電場(chǎng)中某位置的場(chǎng)強(qiáng)與放在該點(diǎn)試探電荷的電荷量q成反比 B．根據(jù)公式E＝，電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)與試探電荷在該點(diǎn)所受的靜電力成正比

15、C．公式E＝和E＝適用條件相同 D．電場(chǎng)強(qiáng)度是反映電場(chǎng)本身特性的物理量，與是否存在試探電荷無(wú)關(guān) D　[空間某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)由形成電場(chǎng)的場(chǎng)源電荷和該點(diǎn)位置決定，與檢驗(yàn)電荷及其受力均無(wú)關(guān)，公式E＝中q是檢驗(yàn)電荷，E＝中Q是場(chǎng)源電荷，故A、B、C錯(cuò)，D正確．] 2．如圖所示，屬于勻強(qiáng)電場(chǎng)的有(　　) C　[因?yàn)閯驈?qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線間距相等且平行，故選C.] 3．在如圖所示的各電場(chǎng)中，A、B兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)相同的是(　　) A． B．　 　C．　 　　D. C　[A選項(xiàng)中A、B兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等，但方向不同；B選項(xiàng)中EA>EB；C選項(xiàng)中是勻強(qiáng)電場(chǎng)；D選項(xiàng)中EB>EA，且方向也

16、不同．故只有C正確．] 4．如圖所示，把質(zhì)量為0.2 g的帶電小球A用絲線吊起，若將帶電荷量為4×10－6 C的小球B靠近它，當(dāng)兩小球在同一高度相距3 cm時(shí)，絲線與豎直夾角為45°，此時(shí)小球B受到的庫(kù)侖力F＝________ N，小球B處的場(chǎng)強(qiáng)為________ N/C(g取10m/s2). [解析]　A球、B球之間的庫(kù)侖力為作用力與反作用力，則求B球受力可通過(guò)求A球所受庫(kù)侖力根據(jù)對(duì)A球的受力分析有F=mg=0.2×10－3×10N＝2×10－3 N，B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為A球產(chǎn)生的，所以E＝＝500 N/C. [答案]　2×10－3 N　500 N/C - 8 -