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

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3　電場(chǎng) 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(guò)電場(chǎng)發(fā)生的，電場(chǎng)具有力的性質(zhì)． 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)的強(qiáng)弱和方向．(重點(diǎn)) 3．認(rèn)識(shí)電場(chǎng)線，會(huì)用電場(chǎng)線來(lái)定性描述電場(chǎng)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(chǎng) 1．電荷周圍存在電場(chǎng)，電場(chǎng)是一種特殊物質(zhì)，電荷之間的作用就是通過(guò)電場(chǎng)發(fā)生的． 2．電場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度 1．定義：放入電場(chǎng)中某一點(diǎn)的檢驗(yàn)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． 2．定義式：E＝，其單位是牛頓每庫(kù)或伏特每米，符號(hào)為N/C或V/m. 3．點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式：E＝k. 4．方向：電場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)弱的物理量，由場(chǎng)源電荷及到場(chǎng)源的距離決定，與q0無(wú)關(guān)． 三、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(huà)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(chǎng)強(qiáng)方向一致． 2．電場(chǎng)線的特點(diǎn) (1)始于正電荷(或無(wú)窮遠(yuǎn))，終于負(fù)電荷(或無(wú)窮遠(yuǎn))． (2)任意兩條電場(chǎng)線都不相交，電場(chǎng)線是不閉合的． (3)電場(chǎng)線越密的地方，電場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)；電場(chǎng)線越稀的地方，電場(chǎng)強(qiáng)度越弱． [基礎(chǔ)自測(cè)] 1．思考判斷 (1)電場(chǎng)看不見(jiàn)、摸不著，因此電場(chǎng)不是物質(zhì)．(　　) (2)電場(chǎng)對(duì)放入其中的任何電荷都有力的作用．(　　) (3)根據(jù)E＝電場(chǎng)強(qiáng)度E與F成正比，與q成反比．(　　) (4)電場(chǎng)線是客觀存在的物質(zhì)．(　　) (5)電場(chǎng)線不是實(shí)際存在的線，而是為了形象地描述電場(chǎng)而假想的線．(　　) (6)電場(chǎng)線只表示電場(chǎng)強(qiáng)度的方向．(　　) [提示]　(1)　(2)√　(3)　(4)　(5)√　(6) 2．下列關(guān)于電場(chǎng)與電場(chǎng)線的說(shuō)法中，正確的是(　　) A．電場(chǎng)是人為規(guī)定的 B．電場(chǎng)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．電場(chǎng)線是客觀存在的一條條的線 D．電場(chǎng)線只能描述電場(chǎng)的方向，不能描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱 B　[電場(chǎng)是真實(shí)存在的，不是人為規(guī)定的，對(duì)放入電場(chǎng)中的電荷有力的作用，A錯(cuò)誤，B正確；電場(chǎng)線是為了方便研究電場(chǎng)而人為引入的，不是真實(shí)存在的，電場(chǎng)線的疏密程度可表示電場(chǎng)強(qiáng)弱，而電場(chǎng)線的方向可表示電場(chǎng)方向，故C、D錯(cuò)誤．] 3．由電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式E＝F/q可知，關(guān)于某靜電場(chǎng)中同一位置的說(shuō)法，正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：37032017】 A．電場(chǎng)強(qiáng)度E與電場(chǎng)力F成正比，與電荷量q成反比 B．電場(chǎng)強(qiáng)度E的方向一定與電場(chǎng)力F的方向相同 C．無(wú)論q如何變化，電場(chǎng)強(qiáng)度E保持不變 D．上式中的電場(chǎng)強(qiáng)度E是由電荷q產(chǎn)生的 C　[E＝F/q是電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式，采用比值法定義，則知E與F、q無(wú)關(guān)，不能說(shuō)E與電場(chǎng)力F成正比，與電荷量q成反正，故A錯(cuò)誤．電場(chǎng)強(qiáng)度E的方向一定與正電荷所受的電場(chǎng)力F方向相同，而與負(fù)電荷所受的電場(chǎng)力方向相反，故B錯(cuò)誤．電場(chǎng)強(qiáng)度反映其本身的性質(zhì)，與試探電荷無(wú)關(guān)，則無(wú)論q如何變化，電場(chǎng)強(qiáng)度E保持不變，故C正確．公式E＝F/q中q是放入電場(chǎng)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(chǎng)中的A點(diǎn)，它受到的電場(chǎng)力為F，產(chǎn)生該電場(chǎng)的場(chǎng)源電荷的電量為Q，則A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為：(　　) A．F/q　　 B．FQ C．F/Q D．Fq A　[根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度定義得r處的場(chǎng)強(qiáng)大小為E＝，根據(jù)點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式得E＝k，Q為場(chǎng)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(chǎng)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(wú)關(guān)，電場(chǎng)強(qiáng)度是由電場(chǎng)本身決定的量．電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)是確定的，其大小、方向只與建立電場(chǎng)的本身(或場(chǎng)源電荷)有關(guān)，而與放入的試探電荷無(wú)關(guān)． 2．E＝k是點(diǎn)電荷所形成的電場(chǎng)的決定式．E由場(chǎng)源電荷Q和試探電荷到場(chǎng)源電荷的距離決定，與是否放入試探電荷無(wú)關(guān)． 3．電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量，當(dāng)空間的電場(chǎng)是由幾個(gè)電荷共同產(chǎn)生時(shí)，某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)是每個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的矢量和． 　如圖131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(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度． 圖131 【解析】　要求小球所在處的電場(chǎng)強(qiáng)度，可以采用電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式，需要求出小球所受到的電場(chǎng)力，可以通過(guò)平衡條件求得電場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度E＝＝，因?yàn)锳帶正電，小球受水平向右的電場(chǎng)力，因此電場(chǎng)強(qiáng)度方向水平向右． 【答案】　電場(chǎng)強(qiáng)度大小為，電場(chǎng)強(qiáng)度方向?yàn)樗较蛴? 帶電金屬板A不能當(dāng)成點(diǎn)電荷，電場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度. [針對(duì)訓(xùn)練] 1．關(guān)于電場(chǎng)，下列說(shuō)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(chǎng)強(qiáng)度為原來(lái)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(chǎng)強(qiáng)均相同 D．電場(chǎng)中某點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向就是該點(diǎn)所放電荷受到的電場(chǎng)力的方向 B　[因E＝為場(chǎng)強(qiáng)定義式，而電場(chǎng)中某點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)E只由電場(chǎng)本身決定，與是否引入電荷及q的大小、正負(fù)無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)誤；由場(chǎng)強(qiáng)方向的規(guī)定知D錯(cuò)誤；E＝k是點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式，故B正確、C錯(cuò)誤．] 對(duì)電場(chǎng)線的理解 1．電場(chǎng)線的特點(diǎn) (1)電場(chǎng)線是為了形象地描述電場(chǎng)而假想的，實(shí)際并不存在，因此電場(chǎng)線是一種理想化的模型． (2)電場(chǎng)線始于正電荷，止于負(fù)電荷．在正電荷形成的電場(chǎng)中，電場(chǎng)線起于正電荷，延伸到無(wú)窮遠(yuǎn)處；在負(fù)電荷形成的電場(chǎng)中，電場(chǎng)線起于無(wú)窮遠(yuǎn)處，止于負(fù)電荷． (3)電場(chǎng)線分布的疏密反映了電場(chǎng)的強(qiáng)弱．表示場(chǎng)強(qiáng)的大?。鄬?duì)而言，電場(chǎng)線越密的區(qū)域，電場(chǎng)強(qiáng)度就越大． (4)電場(chǎng)線上任意一點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向一致． (5)電場(chǎng)線在電場(chǎng)中一定不相交，不中斷． 2．電場(chǎng)線不是電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡 電場(chǎng)線是為了形象地描述電場(chǎng)而引入的假想線，規(guī)定電場(chǎng)線上每點(diǎn)的場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)中實(shí)際通過(guò)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(chǎng)線不是帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡．只有當(dāng)電場(chǎng)線是直線，而帶電粒子又只受電場(chǎng)力作用由靜止開(kāi)始或初速度方向沿電場(chǎng)線方向運(yùn)動(dòng)時(shí)軌跡才有可能與電場(chǎng)線重合． 3．幾種常見(jiàn)電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布．如圖132所示． 圖132 　(多選)某電場(chǎng)區(qū)域的電場(chǎng)線如圖133所示，a、b是其中一條電場(chǎng)線上的兩點(diǎn)，下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖133 A．a(chǎn)點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向一定沿著過(guò)a點(diǎn)的電場(chǎng)線向右 B．a(chǎn)點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)一定大于b點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng) C．正電荷在a點(diǎn)受到的電場(chǎng)力一定大于它在b點(diǎn)受到的電場(chǎng)力 D．負(fù)電荷在a點(diǎn)受到的電場(chǎng)力一定小于它在b點(diǎn)受到的電場(chǎng)力 思路點(diǎn)撥：①根據(jù)電場(chǎng)線疏密分析電場(chǎng)強(qiáng)度的大小． ②根據(jù)電場(chǎng)線的切向分析電場(chǎng)強(qiáng)度的方向． ABC　[過(guò)a點(diǎn)的電場(chǎng)線是一條水平向右的直線，故選項(xiàng)A對(duì)，a點(diǎn)處電場(chǎng)線密集，電場(chǎng)較強(qiáng)，故Ea>Eb，選項(xiàng)B對(duì)．無(wú)論電荷正負(fù)，根據(jù)F＝qE，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(chǎng)線是為了形象、直觀、方便地描述電場(chǎng)的特性，而引入的一種輔助手段．如果知道了電場(chǎng)線的疏密分布及電場(chǎng)線的形狀、箭頭指向，就能討論電場(chǎng)中各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小關(guān)系和方向．因此了解各種常見(jiàn)電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布情況，對(duì)于靈活運(yùn)用電場(chǎng)線判斷電場(chǎng)的性質(zhì)是大有幫助的． [針對(duì)訓(xùn)練] 2．如圖134所示的電場(chǎng)線可形象描述等量同種電荷形成的電場(chǎng)，EM、EN分別表示電場(chǎng)中同一直線上M、N兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小．關(guān)于M、N兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，下列判斷正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：37032019】 圖134 A．EMEN，方向不同 D．EM>EN，方向相同 D　[電場(chǎng)中，電場(chǎng)線的疏密表示場(chǎng)強(qiáng)的大小，該點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度的定義式為E＝，則(　　) A．定義式中，F(xiàn)是置于電場(chǎng)中試探點(diǎn)電荷所受的電場(chǎng)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(chǎng) C．電場(chǎng)中的場(chǎng)強(qiáng)E與點(diǎn)電荷所受電場(chǎng)力F成正比 D．場(chǎng)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(chǎng)中試探點(diǎn)電荷所受的電場(chǎng)力，q是該點(diǎn)電荷的電荷量，故A正確；電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式E＝，采用比值法定義，適用于任何電場(chǎng)，故B錯(cuò)誤；根據(jù)比值法定義的共性可知，電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)E的大小跟放在該點(diǎn)的檢驗(yàn)電荷q所受電場(chǎng)力、檢驗(yàn)電荷q都無(wú)關(guān)，由電場(chǎng)本身的性質(zhì)決定，故C、D錯(cuò)誤．] 2．下面的說(shuō)法中不正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：37032020】 A．電荷的周圍存在電場(chǎng) B．電場(chǎng)是一種物質(zhì)，它與其他物質(zhì)一樣，是不依賴我們的感覺(jué)而存在的 C．電荷甲對(duì)電荷乙的電場(chǎng)力是電荷甲的電場(chǎng)對(duì)電荷乙的作用力 D．電場(chǎng)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(chǎng)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(guò)電場(chǎng)進(jìn)行的，故ABC均正確，D不正確．] 3．電場(chǎng)中有一點(diǎn)P，下列哪種說(shuō)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(chǎng)強(qiáng)減半 B．若P點(diǎn)沒(méi)有檢驗(yàn)電荷，則P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為零 C．P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)越大，則同一電荷在P點(diǎn)所受電場(chǎng)力越大 D．P點(diǎn)場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)力F與自身的電荷量q的比值可反映該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的大小，但該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)由電場(chǎng)本身決定，與檢驗(yàn)電荷的電荷量多少、電性無(wú)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(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向規(guī)定為正電荷在該點(diǎn)時(shí)受到的電場(chǎng)力方向，與負(fù)電荷受力的方向相反，選項(xiàng)D錯(cuò)．] 4.如圖135所示，為靜電場(chǎng)的一部分電場(chǎng)線分布情況，下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖135 A．這個(gè)電場(chǎng)可能是負(fù)點(diǎn)電荷的電場(chǎng) B．這個(gè)電場(chǎng)可能是勻強(qiáng)電場(chǎng) C．點(diǎn)電荷q在A點(diǎn)時(shí)受到的電場(chǎng)力比在B點(diǎn)時(shí)受到的電場(chǎng)力大 D．負(fù)電荷在B點(diǎn)受到的電場(chǎng)力的方向?yàn)檠谺點(diǎn)的切線方向 C　[點(diǎn)電荷電場(chǎng)線為匯聚狀射線，這個(gè)電場(chǎng)既不是勻強(qiáng)電場(chǎng)也不是負(fù)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)，A、B錯(cuò)誤．A點(diǎn)比B點(diǎn)電場(chǎng)線密，場(chǎng)強(qiáng)大，點(diǎn)電荷q在A點(diǎn)受到的電場(chǎng)力比在B點(diǎn)大，C正確．正電荷在B點(diǎn)受到的電場(chǎng)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(chǎng)的電場(chǎng)線如圖136所示，A、B是電場(chǎng)中的兩點(diǎn)，電荷量q＝210－7 C的正點(diǎn)電荷，放在A點(diǎn)時(shí)受到的電場(chǎng)力大小F＝410－3N.問(wèn)： 圖136 (1)該勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小是多少？ (2)若把另一個(gè)電荷量q′＝410－7 C的負(fù)電荷，放在電場(chǎng)中的B點(diǎn)，則它受到的電場(chǎng)力大小多少？方向如何？ 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：37032021】 【解析】　(1)根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度的定義公式可得勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為： E＝＝＝2104 N/C. (2)根據(jù)F＝q′E可得電荷受到的電場(chǎng)力為：F＝q′E＝410－72104＝810－3N，因?yàn)槭秦?fù)電荷，所以電場(chǎng)力方向向左． 【答案】　(1)2104 N/C　(2)810－3 N　水平向左