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

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

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)的電場強(qiáng)度，簡稱場強(qiáng)． (2)公式：E＝． (3)單位：牛每庫(N/C)． (4)方向：電場強(qiáng)度是矢量．物理學(xué)上規(guī)定：正電荷在電場中某點(diǎn)所受電場力的方向?yàn)樵擖c(diǎn)場強(qiáng)的方向，負(fù)電荷受電場力的方向與該點(diǎn)場強(qiáng)的方向相反． (5)物理意義：電場強(qiáng)度是描述電場強(qiáng)弱和方向的物理量． 二、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，曲線上每一點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向． 2．電場線的特點(diǎn) (1)始于正電荷(或無窮遠(yuǎn))，終止于無窮遠(yuǎn)(或負(fù)電荷)． (2)任意兩條電場線都不相交． (3)在

3、同一幅電場線分布圖中，電場越強(qiáng)的地方，電場線越密． 3．勻強(qiáng)電場 (1)定義：場強(qiáng)的大小和方向處處相同的電場． (2)電場線：勻強(qiáng)電場中的電場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． 1．思考判斷 (1)在電荷周圍有電場，電場是客觀存在的． (√) (2)如果把放入電場中某點(diǎn)的試探電荷取走，則那點(diǎn)的電場強(qiáng)度變?yōu)?.(×) (3)電荷在電場中的受力方向就是該點(diǎn)的場強(qiáng)方向． (×) (4)電場線是客觀存在的物質(zhì)． (×) (5)電場線只能表示電場強(qiáng)度的方向． (×) (6)電場中兩條電場線之間未畫

4、電場線的地方電場強(qiáng)度不為0.(√) 2．(多選)下列說法正確的是(　　) A．電場強(qiáng)度E跟F成正比，跟q成反比 B．無論試探電荷q值(不為零)如何變化，F(xiàn)與q的比值始終不變 C．電場中某點(diǎn)的場強(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)的場強(qiáng)一定為零 BC　[電場中某點(diǎn)場強(qiáng)E只由電場本身決定，與是否引入試探電荷q及q的大小、正負(fù)無關(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)于電場的說法正確的是(　　) A．電場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，引入了電場線，電場線是真實(shí)存在的 C．電場具有力的性質(zhì) D．電場不具有能的性質(zhì) AC　[場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，引入了電場線，電場線不是真實(shí)存在的，是人們假想的，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；電場具有力的性質(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)的電場強(qiáng)度的大小和方向，下列說法正確的是(　　) 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　[電場線密集的地方場強(qiáng)大，場強(qiáng)的方向是電場線的切向方向，因a點(diǎn)電場線較b點(diǎn)密集，則Ea>Eb，但是方向

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

7、強(qiáng)等于各個(gè)點(diǎn)電荷在該點(diǎn)單獨(dú)產(chǎn)生的場強(qiáng)的矢量和． 2．點(diǎn)電荷的電場 根據(jù)電場強(qiáng)度的定義式可得點(diǎn)電荷Q在空間中形成電場的電場強(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受的電場力； (2)q所在的B點(diǎn)的場強(qiáng)EB； (3)只將q換為q′＝4×10－5 C的正點(diǎn)電荷，再求q′受的電場力及B點(diǎn)的場強(qiáng)． 思路點(diǎn)撥：①應(yīng)用定義式求EB. ②EB由場的特點(diǎn)決定，與放入的檢驗(yàn)電荷無關(guān)． [解析]　(1)由庫侖定律得 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)電場強(qiáng)度的大小和方向都取決于電場本身

9、． (2)電場強(qiáng)度的大小雖然可由來量度，但與試探電荷的存在與否無關(guān)． (3)電場力F＝qE取決于電荷量q及電場中這一點(diǎn)的電場強(qiáng)度E的大?。? 1．空間存在電場，在電場中的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的電場力，A點(diǎn)的場強(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，電荷受到的電場力大小為__________N，方向________；該點(diǎn)的場強(qiáng)大小為______N/C，方向________．如果不在A點(diǎn)放電荷，該點(diǎn)的場強(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)的場強(qiáng)與試探電荷無關(guān)，改變?cè)囂诫姾傻碾姾闪炕虿环旁囂诫姾?，該點(diǎn)的場強(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)可求得電場力大小為8×10－4 N，方向與電場強(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 電場線的理解應(yīng)用 1.電場線的特點(diǎn) (1)不相交(空間任何一點(diǎn)，只能有一個(gè)確定的場強(qiáng)方向)； (2)不閉合(起于正電荷或來自無窮遠(yuǎn)處，止于負(fù)電荷或伸向無窮遠(yuǎn)處)； (3)電場線上

11、各處的切線方向(或在電場中電場線的方向)表示場強(qiáng)的方向； (4)電場線的疏密程度表示場強(qiáng)的大?。妶鼍€越密場強(qiáng)越大，越疏場強(qiáng)越?。? 2．幾種常見帶電體周圍的電場線分布 電場 電場線圖樣 簡要描述 電場特點(diǎn) 正點(diǎn) 電荷 發(fā)散狀 直線 離點(diǎn)電荷近處電場強(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)場強(qiáng)最小(為零)，靠近電荷變大 中垂線：中點(diǎn)場強(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)場強(qiáng)最小，靠近電

12、荷變大 中垂線：中點(diǎn)場強(qiáng)最大，向外移動(dòng)逐漸變小 勻強(qiáng) 電場 (兩平行板正對(duì)，中間部分為勻強(qiáng)電場)平行的、等間距的、同向的直線 大小相等，方向相同 【例2】　如圖所示是某電場中的幾條電場線，帶負(fù)電的點(diǎn)電荷q在A點(diǎn)受到的電場力方向如圖所示． (1)試在圖中畫出電場線的指向； (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)電荷所受電場力方向與場強(qiáng)方向相反，可知A點(diǎn)場強(qiáng)方向如圖所示．亦可標(biāo)出電場線方向如圖所示． (2)由于A點(diǎn)處的電場線比B點(diǎn)處的密，可知EA＞EB. (3)電場力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)電場線不是客觀存在的，它只是用來描述電場的方向和定性地描述電場的強(qiáng)弱，并不是帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)軌跡． (2)帶電粒子在電場中的運(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)電場線能反映帶電粒子在電場線上各點(diǎn)受電場力的方向． 2．(多選)如圖中帶箭頭的直線是某一電場中的一條電場線，在這條直線上有A、B兩點(diǎn)，用EA、EB表示A、B兩處的場強(qiáng)大小，則(　　) A．A、B兩點(diǎn)的場強(qiáng)方向相同 B．電場線從A指向B，所以EA＞EB C．A

14、、B同在一條電場線上，且電場線是直線，所以EA＝EB D．不知A、B附近的電場線分布狀況，EA、EB的大小不能確定 AD　[根據(jù)電場線的物理意義，線上各點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的場強(qiáng)方向．因題中的電場線是直線，所以A、B兩點(diǎn)的場強(qiáng)方向相同，都沿著電場線向右；電場線的疏密程度反映了場強(qiáng)的大小，但由于題中僅畫出一條電場線，不知道A、B附近電場線的分布狀況，所以無法確定EA、EB的大小，故A、D項(xiàng)正確．] 1．關(guān)于場強(qiáng)，下列說法中正確的是(　　) A．根據(jù)公式E＝，電場中某位置的場強(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＝，電場中某點(diǎn)的場強(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．電場強(qiáng)度是反映電場本身特性的物理量，與是否存在試探電荷無關(guān) D　[空間某點(diǎn)的場強(qiáng)由形成電場的場源電荷和該點(diǎn)位置決定，與檢驗(yàn)電荷及其受力均無關(guān)，公式E＝中q是檢驗(yàn)電荷，E＝中Q是場源電荷，故A、B、C錯(cuò)，D正確．] 2．如圖所示，屬于勻強(qiáng)電場的有(　　) C　[因?yàn)閯驈?qiáng)電場的電場線間距相等且平行，故選C.] 3．在如圖所示的各電場中，A、B兩點(diǎn)場強(qiáng)相同的是(　　) A． B．　 　C．　 　　D. C　[A選項(xiàng)中A、B兩點(diǎn)電場強(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；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受到的庫侖力F＝________ N，小球B處的場強(qiáng)為________ N/C(g取10m/s2). [解析]　A球、B球之間的庫侖力為作用力與反作用力，則求B球受力可通過求A球所受庫侖力根據(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 -