2018年高中物理 第一章 靜電場(chǎng) 1.4 電場(chǎng)力性質(zhì)的定量描述——電場(chǎng)強(qiáng)度學(xué)案 新人教版選修3-1.doc

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電場(chǎng)力性質(zhì)的定量描述——電場(chǎng)強(qiáng)度 一、考點(diǎn)突破： 知識(shí)點(diǎn) 考綱要求 題型 說(shuō)明 電場(chǎng)力性質(zhì)的定量描述——電場(chǎng)強(qiáng)度 1. 深刻理解電場(chǎng)強(qiáng)度的概念； 2. 掌握電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式并能進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)的合成； 3. 掌握真空中點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式。 選擇題 計(jì)算題 本知識(shí)點(diǎn)屬于高頻考點(diǎn)，屬于高中階段重要物理概念，描述電場(chǎng)力的性質(zhì)，考查的方向有矢量合成、平衡問(wèn)題、動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。 二、重難點(diǎn)提示： 重點(diǎn)：1. 掌握電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式并能進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)的合成； 2. 深刻理解電場(chǎng)強(qiáng)度的概念。 難點(diǎn)：掌握電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理并進(jìn)行計(jì)算。 一、電場(chǎng)強(qiáng)度 1. 靜電場(chǎng) （1）電場(chǎng)是存在于電荷周?chē)囊环N物質(zhì)，靜電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)叫靜電場(chǎng)。 （2）電荷間的相互作用是通過(guò)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)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。 （3）從場(chǎng)的觀點(diǎn)理解電荷間的相互作用。 2. 電場(chǎng)強(qiáng)度 電場(chǎng)強(qiáng)度 物理意義 表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向。 定義 電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電荷受到的電場(chǎng)力F跟它的電荷量q的比值叫做該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度。定義式：E＝；單位：牛頓/庫(kù)侖（N/C） 標(biāo)矢性 電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量，正電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)受力的方向?yàn)樵擖c(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向，電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加遵從平行四邊形定則。 理解 電場(chǎng)強(qiáng)度是描述電場(chǎng)本身的力的性質(zhì)的物理量，反映電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電場(chǎng)性質(zhì)，其大小表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱，由產(chǎn)生電場(chǎng)的場(chǎng)源電荷和點(diǎn)的位置決定，與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)。數(shù)值上等于單位電荷在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力。 二、真空中點(diǎn)電荷的電場(chǎng) 1. 公式：E= （1）Q為激發(fā)電場(chǎng)的場(chǎng)源電荷； （2）r為該點(diǎn)到場(chǎng)源電荷的距離； （3）上述公式為點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)的決定式。 2. 場(chǎng)強(qiáng)的方向：正點(diǎn)電荷周?chē)妶?chǎng)方向沿該點(diǎn)與電荷連線(xiàn)背離場(chǎng)源電荷； 負(fù)點(diǎn)電荷周?chē)妶?chǎng)方向沿該點(diǎn)與電荷連線(xiàn)指向場(chǎng)源電荷。 3. 孤立的點(diǎn)電荷周?chē)臻g沒(méi)有場(chǎng)強(qiáng)相同的點(diǎn)。 三、電場(chǎng)強(qiáng)度和電場(chǎng)力的對(duì)比分析 電場(chǎng)強(qiáng)度E 電場(chǎng)力F 1 是反映電場(chǎng)本身的力的性質(zhì)的物理量，其大小表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱 僅指電荷在電場(chǎng)中的受力情況 2 定義式：E=F/q 計(jì)算式：F=qE 3 E的大小只決定于電場(chǎng)本身，與電荷q無(wú)關(guān) F的大小由放在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電荷q和該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)E共同決定 4 E是矢量，其方向與正電荷 （+q）在該點(diǎn)受到的電場(chǎng)力的方向相同 F是矢量，其方向?qū)τ谡姾桑?q）而言,F與E同向；對(duì)于負(fù)電荷（-q）而言,F與E反向 5 E的單位：牛頓/庫(kù)侖（N/C） F的單位：牛（N） 四、 適用范圍 電荷的意義 定義式，適用于一切電場(chǎng) q是檢驗(yàn)電荷，E與q無(wú)關(guān) 僅對(duì)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)適用，而且為決定式 Q是場(chǎng)源電荷，E與Q成正比 例題1 如圖，一半徑為R的圓盤(pán)上均勻分布著電荷量為Q的電荷，在垂直于圓盤(pán)且過(guò)圓心c的軸線(xiàn)上有a、b、d三個(gè)點(diǎn)，a和b、b和c、 c和d間的距離均為R，在a點(diǎn)處有一電荷量為q （q>0）的固定點(diǎn)電荷，已知b點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)為零，則d點(diǎn)處場(chǎng)強(qiáng)的大小為（k為靜電力常量）（　?。? A. k B. k C. k D. k 思路分析：電荷q產(chǎn)生的電場(chǎng)在b處的場(chǎng)強(qiáng)Eb＝，方向水平向右，由于b點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)為零，故圓盤(pán)上的電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)在b處的場(chǎng)強(qiáng)Eb′＝Eb，方向水平向左，故Q＞0，由于b、d關(guān)于圓盤(pán)對(duì)稱(chēng)，故Q產(chǎn)生的電場(chǎng)在d處的場(chǎng)強(qiáng)Ed′＝Eb′＝，方向水平向右，電荷q產(chǎn)生的電場(chǎng)在d處的場(chǎng)強(qiáng)Ed＝，方向水平向右，所以d處的合場(chǎng)強(qiáng)的大小E＝Ed′＋Ed＝k。 答案：B 例題2 下列選項(xiàng)中的各圓環(huán)大小相同，所帶電荷量已在圖中標(biāo)出，且電荷均勻分布，各 圓環(huán)間彼此絕緣，坐標(biāo)原點(diǎn)O處電場(chǎng)強(qiáng)度最大的是 （　?。? 思路分析：設(shè)圓環(huán)的電荷在原點(diǎn)O產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度為E0，根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理，在坐標(biāo)原點(diǎn)O處，A圖場(chǎng)強(qiáng)為E0，B圖場(chǎng)強(qiáng)為E0，C圖場(chǎng)強(qiáng)為E0，D圖場(chǎng)強(qiáng)為0，因此本題答案為B。 答案：B 例題3 圖中邊長(zhǎng)為a的正三角形ABC的三個(gè)頂點(diǎn)分別固定三個(gè)點(diǎn)電荷＋q、＋q、－q，則該三角形中心O點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)為（　　） A. ，方向由C指向O B. ，方向由O指向C C. ，方向由C指向O D. ，方向由O指向C 思路分析：每個(gè)點(diǎn)電荷在O點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)大小都是E＝，畫(huà)出矢量疊加的示意圖如圖所示，由圖可得O點(diǎn)處的合場(chǎng)強(qiáng)為E0＝2E＝，方向由O指向C，B項(xiàng)正確。 答案：B 【方法提煉】利用補(bǔ)償法和對(duì)稱(chēng)法求電場(chǎng)強(qiáng)度 （1）補(bǔ)償法：題給條件建立的模型A不是一個(gè)完整的標(biāo)準(zhǔn)模型，這時(shí)需要給原來(lái)的問(wèn)題補(bǔ)充一些條件，由這些補(bǔ)充條件建立另一個(gè)容易求解的模型B，并且模型A與模型B恰好組成一個(gè)完整的標(biāo)準(zhǔn)模型，這樣求解模型A的問(wèn)題就變?yōu)榍蠼庖粋€(gè)完整的標(biāo)準(zhǔn)模型與模型B的差值問(wèn)題。 （2）對(duì)稱(chēng)法：利用帶電體（如球體、薄板等）產(chǎn)生的電場(chǎng)具有對(duì)稱(chēng)性的特點(diǎn)來(lái)求電場(chǎng)強(qiáng)度的方法。 滿(mǎn)分訓(xùn)練：N（N>1）個(gè)電荷量均為q（q>0）的小球，均勻分布在半徑為R的圓周上，如圖所示，若移去位于圓周上P點(diǎn)（圖中未標(biāo)出）的一個(gè)小球，則圓心O點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為_(kāi)_______，方向________。（已知靜電力常量為k） 思路分析：P點(diǎn)的帶電小球在圓心O處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E1＝k，方向沿PO指向O；N個(gè)小球在O點(diǎn)處電場(chǎng)強(qiáng)度疊加后，合場(chǎng)強(qiáng)為零；移去P點(diǎn)的小球后，則剩余N－1個(gè)小球在圓心O處的電場(chǎng)強(qiáng)度與P點(diǎn)的小球在圓心O處的電場(chǎng)強(qiáng)度等大反向，即E＝E1＝k，方向沿OP指向P。 答案：　沿OP指向P