2018-2019版高中物理 第一章 電場(chǎng)電流 第2講 電場(chǎng)學(xué)案 新人教版選修1-1

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1、 第2講　電　場(chǎng) [目標(biāo)定位]　1.通過實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)電場(chǎng)，了解場(chǎng)這種物質(zhì)存在的特點(diǎn).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).3.了解什么是電場(chǎng)線，會(huì)用電場(chǎng)線來描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向. 一、電場(chǎng) 1.電荷的周圍存在著一種叫做電場(chǎng)的物質(zhì)，電荷之間是通過電場(chǎng)發(fā)生相互作用的.電場(chǎng)的基本性質(zhì)是對(duì)放入其中的電荷有力的作用. 2.實(shí)物和場(chǎng)是物質(zhì)存在的兩種不同形式，雖然我們看不見電場(chǎng)和磁場(chǎng)，但是它們也是客觀存在的物質(zhì). 想一想　電場(chǎng)看不見、摸不著，我們?nèi)绾未_定電場(chǎng)的存在？ 答案　若把電荷放在某處，電荷受到力的作用，說明該處有電場(chǎng). 二、電場(chǎng)強(qiáng)度 1.試探電荷：試探電荷的電荷量和體積都要

2、非常小. 2.定義：放入電場(chǎng)中某點(diǎn)的電荷所受靜電力F跟它的電荷量q的比值.通常用E表示. 3.定義式：E＝. 4.國(guó)際單位：N/C. 5.矢量性：規(guī)定電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向跟正電荷在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力的方向相同. 6.物理意義：描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向. 想一想　有同學(xué)據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式E＝得出，“電場(chǎng)強(qiáng)度的大小與試探電荷受到的電場(chǎng)力成正比，與試探電荷的電荷量成反比”.這種說法正確嗎？為什么？ 答案　不正確.電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小由電場(chǎng)本身決定，與試探電荷的電荷量q及其受力F大小無關(guān).比值只是電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式，并不能由此式得出場(chǎng)強(qiáng)與電荷受到的電場(chǎng)力成正比或與電荷量成反比. 三、電場(chǎng)

3、線 1.電場(chǎng)線：電場(chǎng)線上每一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向一致. 2.電場(chǎng)線不僅可以表示電場(chǎng)強(qiáng)度的方向，還可以表示電場(chǎng)強(qiáng)度大小的分布情況. 3.電場(chǎng)線的特點(diǎn) (1)電場(chǎng)線從正電荷或無限遠(yuǎn)出發(fā)，終止于無限遠(yuǎn)或負(fù)電荷； (2)電場(chǎng)線在電場(chǎng)中不相交； (3)在同一幅電場(chǎng)線分布圖中電場(chǎng)越強(qiáng)的地方，電場(chǎng)線越密. 4.勻強(qiáng)電場(chǎng) (1)定義：如果電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向都相同，這個(gè)區(qū)域的電場(chǎng)叫勻強(qiáng)電場(chǎng). (2)特點(diǎn)：勻強(qiáng)電場(chǎng)中的電場(chǎng)線是距離相等的平行直線. (3)存在：兩塊靠近的平行金屬板，大小相等，互相正對(duì)，分別帶等量的正負(fù)電荷，它們間的電場(chǎng)(除邊緣外)就是勻強(qiáng)電場(chǎng). 想一想　電場(chǎng)線

4、是真實(shí)存在的嗎？ 答案　不是.電場(chǎng)線是人為畫出來的，是為了形象地描述電場(chǎng)分布而假想的曲線，實(shí)際上并不存在. 一、對(duì)電場(chǎng)、電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)力的理解 1.對(duì)電場(chǎng)的理解 (1)電場(chǎng)是存在于電荷周圍的一種特殊物質(zhì)，并非由分子、原子組成，但客觀存在. (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，電荷間的相互作用是通過電場(chǎng)發(fā)生的. (3)電場(chǎng)的方向：電場(chǎng)是有方向的，正電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)的受力方向?yàn)殡妶?chǎng)方向；負(fù)電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)的受力方向與電場(chǎng)方向相反. 2.對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的理解 (1)電場(chǎng)強(qiáng)度E＝由電場(chǎng)本身決定，與放入其中的試探電荷無關(guān). (2)電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量，它遵循矢量的特點(diǎn)和運(yùn)算法

5、則. 3.電荷受到的電場(chǎng)力：知道了電場(chǎng)強(qiáng)度，就可以求電荷在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力F＝qE. 4.點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度 (1)大?。篍＝，其中Q為點(diǎn)電荷的電荷量，k是靜電力常量，r是到點(diǎn)電荷Q的距離. (2)方向：正點(diǎn)電荷在P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向背離正點(diǎn)電荷，負(fù)點(diǎn)電荷在P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向指向負(fù)點(diǎn)電荷.如圖1－2－1所示： 圖1－2－1 例1　關(guān)于電場(chǎng)強(qiáng)度的下列說法中正確的是(　　) A.電場(chǎng)強(qiáng)度在數(shù)值上等于單位電荷在電場(chǎng)中所受的電場(chǎng)力 B.在電場(chǎng)中某點(diǎn)不放電荷，則該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度一定為零 C.正電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向就是這點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向 D.負(fù)電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向就是這

6、點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向 答案　AC 解析　由電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式可知，電場(chǎng)強(qiáng)度在數(shù)值上等于單位電荷在電場(chǎng)中所受的電場(chǎng)力，選項(xiàng)A正確；電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小由電場(chǎng)本身決定，與試探電荷的電荷量q及其受力F大小無關(guān)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；正電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向就是這點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向，選項(xiàng)C正確；負(fù)電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向與這點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向相反，選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 針對(duì)訓(xùn)練1　下列各圖是電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E與放在該點(diǎn)處檢驗(yàn)電荷量q及檢驗(yàn)電荷所受靜電力F與電荷量q之間的函數(shù)關(guān)系圖象，其中正確的是(　　) 答案　AD 解析　電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)E只取決于電場(chǎng)本身，比值法E＝定義E，而大小與F、q無關(guān)

7、，故A、D對(duì)，B、C錯(cuò). 二、對(duì)電場(chǎng)線的理解 1.電場(chǎng)線：為形象地描述抽象的電場(chǎng)而引入的假想曲線.電場(chǎng)線上每一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向一致. 2.電場(chǎng)線的特點(diǎn) (1)電場(chǎng)線從正電荷或無限遠(yuǎn)出發(fā)，終止于無限遠(yuǎn)或負(fù)電荷； (2)電場(chǎng)線在電場(chǎng)中不相交； (3)同一幅圖中，電場(chǎng)線的疏密程度可定性地表示電場(chǎng)強(qiáng)度的大小.電場(chǎng)線越密的地方，場(chǎng)強(qiáng)越大；電場(chǎng)線越稀的地方，場(chǎng)強(qiáng)越小. (4)電場(chǎng)線任一點(diǎn)順著電場(chǎng)線的切線方向，就表示該點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向，如圖1－2－2所示. 圖1－2－2 (5)電場(chǎng)線不是實(shí)際存在的曲線，是為了形象描述電場(chǎng)而假想的. 3. 幾種常見的電場(chǎng)線(如圖1－2

8、－3所示) 圖1－2－3 例2　下列電場(chǎng)中，A、B兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度相同的是(　　) 答案　C 解析　電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量，A、B兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度相同，必須大小和方向都相同，故C項(xiàng)正確. 針對(duì)訓(xùn)練2　一個(gè)正點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線分布如圖1－2－4所示，A、B是電場(chǎng)中的兩點(diǎn)，EA和EB分別表示A、B兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，關(guān)于EA和EB的大小關(guān)系，下列說法正確的是(　　) 圖1－2－4 A.EA＞EB B.EA＝EB C.EA＜EB D.無法比較EA和EB的大小 答案　A 解析　電場(chǎng)線的疏密程度表示場(chǎng)強(qiáng)的大小，電場(chǎng)線越密說明場(chǎng)強(qiáng)越大，所以 EA＞EB，選項(xiàng)A正確. 對(duì)電場(chǎng)、電

9、場(chǎng)強(qiáng)度的理解 1.在電場(chǎng)中某點(diǎn)放一個(gè)檢驗(yàn)電荷，電荷量為q，檢驗(yàn)電荷受到的電場(chǎng)力為F，則該點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度為E＝，下列說法正確的是(　　) A.若移去檢驗(yàn)電荷，該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度就變?yōu)榱? B.若在該點(diǎn)放一個(gè)電荷量為2q的檢驗(yàn)電荷，該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)就變?yōu)? C.若在該點(diǎn)放一個(gè)電荷量為－2q的檢驗(yàn)電荷，則該點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大小仍為E，但電場(chǎng)強(qiáng)度的方向與原來的方向相反 D.若在該點(diǎn)放一個(gè)電荷量為2q的檢驗(yàn)電荷，則該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小仍為E，電場(chǎng)強(qiáng)度的方向還是原來的電場(chǎng)強(qiáng)度方向 答案　D 解析　因?yàn)殡妶?chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向由電場(chǎng)本身決定，跟檢驗(yàn)電荷無關(guān)，所以，移去檢驗(yàn)電荷或在該點(diǎn)放電荷量為2q或－2q的檢驗(yàn)

10、電荷，該點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度均不變.故D正確，A、B、C錯(cuò)誤. 2.關(guān)于電場(chǎng)強(qiáng)度，下列說法正確的是(　　) A.以點(diǎn)電荷為球心、r為半徑的球面上，各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)相同 B.正電荷周圍的電場(chǎng)一定比負(fù)電荷周圍的電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)大 C.若放入正電荷時(shí)，電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)向右，則當(dāng)放入負(fù)電荷時(shí)，該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)仍向右 D.電荷所受到的電場(chǎng)力很大，即該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度很大 答案　C 解析　以點(diǎn)電荷為球心，r為半徑的球面上，各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小相等，方向不同，A錯(cuò)誤；由E＝知，點(diǎn)電荷周圍的場(chǎng)強(qiáng)大小僅與Q及r有關(guān)，與電荷的正、負(fù)無關(guān)，B錯(cuò)誤；電場(chǎng)中某點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的方向?yàn)楹愣ǖ?，不?huì)隨著放入的試探電荷的電性變化而變化，C正確；由E＝知，電場(chǎng)力

11、F很大，場(chǎng)強(qiáng)不一定大，D錯(cuò)誤. 對(duì)電場(chǎng)線的理解 3.在靜電場(chǎng)中，對(duì)電場(chǎng)線的理解正確的是(　　) A.電場(chǎng)線是真實(shí)存在的一簇曲線 B.電場(chǎng)線從正電荷或無限遠(yuǎn)出發(fā)，終止于無限遠(yuǎn)或負(fù)電荷 C.電場(chǎng)線一定不相交 D.在同一幅電場(chǎng)線分布圖中電場(chǎng)越弱的地方，電場(chǎng)線越密 答案　BC 解析　電場(chǎng)線是為了研究電場(chǎng)分布而假想的曲線，實(shí)際并不存在，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；電場(chǎng)線從正電荷或無限遠(yuǎn)出發(fā)，終止于無限遠(yuǎn)或負(fù)電荷，選項(xiàng)B正確；電場(chǎng)線一定不相交，選項(xiàng)C正確；在同一幅電場(chǎng)線分布圖中電場(chǎng)越強(qiáng)的地方，電場(chǎng)線越密，選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 4.如圖1－2－5所示，一點(diǎn)電荷先后置于勻強(qiáng)電場(chǎng)中的A、B兩點(diǎn)，則該點(diǎn)電荷在這兩點(diǎn)所受

12、的電場(chǎng)力(　　) 圖1－2－5 A.大小相等，方向相同 B.大小相等，方向相反 C.大小不等，方向相同 D.大小不等，方向相反 答案　A 解析　在勻強(qiáng)電場(chǎng)中各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等、方向相同，由F＝Eq可知，點(diǎn)電荷在A、B兩點(diǎn)所受的電場(chǎng)力也大小相等、方向相同，故A對(duì)，B、C、D錯(cuò). (時(shí)間：60分鐘) 題組一、對(duì)電場(chǎng)、電場(chǎng)強(qiáng)度的理解 1.下列說法正確的是(　　) A.電荷只有通過接觸才能產(chǎn)生力的作用 B.只要有電荷存在，電荷周圍就一定存在電場(chǎng) C.電場(chǎng)是一種物質(zhì)，它與其它物質(zhì)一樣，是不依賴我們的感覺而客觀存在的 D.電荷間的相互作用是通過電場(chǎng)產(chǎn)生的，電場(chǎng)的基本

13、性質(zhì)是對(duì)放入其中的電荷有力的作用 答案　BCD 解析　電荷間相互作用是通過電場(chǎng)相互作用的，所以不需要通過接觸就能產(chǎn)生力的作用，故A錯(cuò)誤；只要有電荷存在，電荷周圍就一定存在電場(chǎng)，故B正確；電場(chǎng)是一種物質(zhì)，看不見也摸不著，它與其它物質(zhì)一樣，是不依賴我們的感覺而客觀存在的，故C正確；電荷間的相互作用是通過電場(chǎng)產(chǎn)生的，電場(chǎng)的基本性質(zhì)是對(duì)放入其中的電荷有力的作用，故D正確. 2.下列選項(xiàng)中屬于物理學(xué)中的理想化模型的是(　　) A.電場(chǎng)強(qiáng)度 B.質(zhì)點(diǎn) C.點(diǎn)電荷 D.元電荷 答案　BC 解析　電場(chǎng)強(qiáng)度采用了比值定義法；質(zhì)點(diǎn)和點(diǎn)電荷忽略了物體或帶電體的形狀和大小，屬于理想化模型；元電

14、荷是最小的電荷量.選項(xiàng)B、C正確，A、D錯(cuò)誤. 3.電場(chǎng)中有一點(diǎn)P，下列說法正確的是(　　) A.若放在P點(diǎn)的試探電荷的電荷量減半，則P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)減半 B.若P點(diǎn)沒有試探電荷，則P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為零 C.P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)越大，則同一電荷在P點(diǎn)受到的靜電力越大 D.P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向?yàn)檎囂诫姾稍谠擖c(diǎn)所受靜電力的方向 答案　CD 解析　電場(chǎng)強(qiáng)度是源電荷(產(chǎn)生電場(chǎng)的電荷)電場(chǎng)的屬性，與放入電場(chǎng)中的電荷無關(guān)，A、B錯(cuò)誤；電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式提供了通過試探電荷確定場(chǎng)強(qiáng)大小和方向的途徑，如果已知E，則由E＝的變式F＝qE，可以確定靜電力的大小和方向.故C、D正確. 4.真空中距點(diǎn)電荷(電荷量為Q)為r的A點(diǎn)處

15、，放一個(gè)帶電荷量為q(q≤Q)的點(diǎn)電荷，q受到的電場(chǎng)力大小為F，則A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為(　　) A. B. C.k D.k 答案　BD 解析　由電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式，可得場(chǎng)強(qiáng)E＝，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；由庫(kù)侖定律可得F＝k，所以場(chǎng)強(qiáng)E＝＝k，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確. 題組二、對(duì)電場(chǎng)線的理解 5.在如圖所示的四種電場(chǎng)中，分別標(biāo)記有a、b兩點(diǎn)，其中a、b兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等、方向相反的是(　　) 答案　C 解析　A圖中與點(diǎn)電荷等距的a、b兩點(diǎn)，場(chǎng)強(qiáng)大小相同，方向不同但不相反，A錯(cuò)誤；對(duì)B圖來說，根據(jù)電場(chǎng)線的疏密及對(duì)稱性可判斷，b點(diǎn)和a點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小、方向均相同，B錯(cuò)誤；C圖中兩等量同

16、種電荷連線的中垂線上與連線等距的a、b兩點(diǎn)，場(chǎng)強(qiáng)大小相同，方向相反，C正確；對(duì)D圖來說，根據(jù)電場(chǎng)線的疏密可判斷，b點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大于a點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，D錯(cuò)誤. 6.電場(chǎng)中某區(qū)域的電場(chǎng)線分布如圖1－2－6所示，A、B是電場(chǎng)中的兩點(diǎn)，則(　　) 圖1－2－6 A.A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度較大 B.A、B兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同 C.因?yàn)锽點(diǎn)沒有電場(chǎng)線，所以電荷在B點(diǎn)不受到電場(chǎng)力作用 D.同一點(diǎn)電荷放在A點(diǎn)受到的電場(chǎng)力比放在B點(diǎn)時(shí)受到的電場(chǎng)力小 答案　A 解析　電場(chǎng)線是人為想象出來的曲線，它不是客觀存在的.用它可以形象直觀表示帶電體周圍的電場(chǎng)分布情況.B點(diǎn)也存在電場(chǎng). 7.如圖1－2－7所示，為某一電

17、場(chǎng)中的一條電場(chǎng)線，a、b為線上的兩點(diǎn)，則下列判斷正確的是(　　) 圖1－2－7 A.這是一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng) B.a點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)一定比b點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大 C.a點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)可能比b點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)小 D.不知a、b附近電場(chǎng)線的分布情況，場(chǎng)強(qiáng)大小不能確定 答案　CD 解析　電場(chǎng)線的疏密程度表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱，一條電場(chǎng)線無法判斷電場(chǎng)線的疏密程度，當(dāng)然也就無法判斷電場(chǎng)的強(qiáng)弱. 8.下列各圖中，正確描繪一個(gè)負(fù)電荷電場(chǎng)線的是(　　) 答案　A 9.如圖1－2－8所示，a、b是等量異種點(diǎn)電荷連線的中垂線上的兩點(diǎn)?，F(xiàn)將某檢驗(yàn)電荷分別放在a、b兩點(diǎn)，下列說法正確的是(　　) 圖1－2－8 A.受到的電場(chǎng)力大小相等

18、，方向相同 B.受到的電場(chǎng)力大小相等，方向相反 C.受到的電場(chǎng)力大小不相等，方向相反 D.受到的電場(chǎng)力大小不相等，方向相同 答案　D 解析　電場(chǎng)線越密處場(chǎng)強(qiáng)越大，等量異種電荷連線中垂線上各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向相同，D項(xiàng)正確. 10.如圖1－2－9所示的電場(chǎng)中，A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E＝2.0×104 N/C.將電荷量q＝＋2.0×10－8 C的點(diǎn)電荷放在A點(diǎn). 圖1－2－9 (1)求該點(diǎn)電荷在A點(diǎn)所受靜電力F的大小； (2)在圖中畫出該點(diǎn)電荷在A點(diǎn)所受靜電力F的方向. 答案　(1)4.0×10－4 N (2)點(diǎn)電荷在A點(diǎn)所受靜電力的方向如圖所示 解析　 (1)電場(chǎng)力F＝qE＝2.0×10－8C×2.0×104 N/C＝4.0×10－4 N (2)正電荷在某點(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向與該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向相同，所以該點(diǎn)電荷在A點(diǎn)所受靜電力F的方向如答案圖所示. 10