2018-2019學年高中物理 第一章 電荷與電場 3 電場學案 教科版選修1 -1.doc

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3　電場 學 習 目 標 知 識 脈 絡 1.認識電荷間的相互作用是通過電場發(fā)生的，電場具有力的性質． 2．理解電場強度的概念，會用電場強度描述電場的強弱和方向．(重點) 3．認識電場線，會用電場線來定性描述電場的強弱和方向．(難點) [自 主 預 習探 新 知] [知識梳理] 一、電場 1．電荷周圍存在電場，電場是一種特殊物質，電荷之間的作用就是通過電場發(fā)生的． 2．電場的基本性質之一是對放入其中的電荷有力的作用． 二、電場強度 1．定義：放入電場中某一點的檢驗電荷受到的電場力F跟它的電荷量q的比值叫做該點的電場強度． 2．定義式：E＝，其單位是牛頓每庫或伏特每米，符號為N/C或V/m. 3．點電荷的場強公式：E＝k. 4．方向：電場強度是矢量，其方向與正電荷在該點所受的靜電力的方向相同，與負電荷在該點所受的靜電力的方向相反． 5．物理意義：描述電場強弱的物理量，由場源電荷及到場源的距離決定，與q0無關． 三、電場線 1．概念：為了直觀形象地描述電場中各點電場強度的分布，在電場中畫出一系列曲線，使這些曲線上每一點的切線方向與該點的場強方向一致． 2．電場線的特點 (1)始于正電荷(或無窮遠)，終于負電荷(或無窮遠)． (2)任意兩條電場線都不相交，電場線是不閉合的． (3)電場線越密的地方，電場強度越強；電場線越稀的地方，電場強度越弱． [基礎自測] 1．思考判斷 (1)電場看不見、摸不著，因此電場不是物質．(　　) (2)電場對放入其中的任何電荷都有力的作用．(　　) (3)根據(jù)E＝電場強度E與F成正比，與q成反比．(　　) (4)電場線是客觀存在的物質．(　　) (5)電場線不是實際存在的線，而是為了形象地描述電場而假想的線．(　　) (6)電場線只表示電場強度的方向．(　　) [提示]　(1)　(2)√　(3)　(4)　(5)√　(6) 2．下列關于電場與電場線的說法中，正確的是(　　) A．電場是人為規(guī)定的 B．電場是客觀存在的特殊物質，它對放入其中的電荷有力的作用 C．電場線是客觀存在的一條條的線 D．電場線只能描述電場的方向，不能描述電場的強弱 B　[電場是真實存在的，不是人為規(guī)定的，對放入電場中的電荷有力的作用，A錯誤，B正確；電場線是為了方便研究電場而人為引入的，不是真實存在的，電場線的疏密程度可表示電場強弱，而電場線的方向可表示電場方向，故C、D錯誤．] 3．由電場強度的定義式E＝F/q可知，關于某靜電場中同一位置的說法，正確的是(　　) 【導學號：37032017】 A．電場強度E與電場力F成正比，與電荷量q成反比 B．電場強度E的方向一定與電場力F的方向相同 C．無論q如何變化，電場強度E保持不變 D．上式中的電場強度E是由電荷q產(chǎn)生的 C　[E＝F/q是電場強度的定義式，采用比值法定義，則知E與F、q無關，不能說E與電場力F成正比，與電荷量q成反正，故A錯誤．電場強度E的方向一定與正電荷所受的電場力F方向相同，而與負電荷所受的電場力方向相反，故B錯誤．電場強度反映其本身的性質，與試探電荷無關，則無論q如何變化，電場強度E保持不變，故C正確．公式E＝F/q中q是放入電場中的試探電荷，E不是由電荷q產(chǎn)生的，故D錯誤．] 4．將電量為q的點電荷放在電場中的A點，它受到的電場力為F，產(chǎn)生該電場的場源電荷的電量為Q，則A點的場強大小為：(　　) A．F/q　　 B．FQ C．F/Q D．Fq A　[根據(jù)電場強度定義得r處的場強大小為E＝，根據(jù)點電荷的場強公式得E＝k，Q為場源電荷的電量，但間距r不知，故A正確，B、C、D錯誤；選A．] [合 作 探 究攻 重 難] 對E＝和E＝k的理解 1．E＝是電場強度的定義式，適用于任何情況．雖然E＝，但E與F和q都無關，電場強度是由電場本身決定的量．電場中某點的場強是確定的，其大小、方向只與建立電場的本身(或場源電荷)有關，而與放入的試探電荷無關． 2．E＝k是點電荷所形成的電場的決定式．E由場源電荷Q和試探電荷到場源電荷的距離決定，與是否放入試探電荷無關． 3．電場強度是矢量，當空間的電場是由幾個電荷共同產(chǎn)生時，某點的場強應是每個點電荷單獨存在時在該點場強的矢量和． 　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處放一質量為m、電荷量為q的小球，小球受水平向右的電場力偏轉θ角而靜止，小球用絕緣細線懸掛于O點，試求小球所在處的電場強度． 圖131 【解析】　要求小球所在處的電場強度，可以采用電場強度的定義式，需要求出小球所受到的電場力，可以通過平衡條件求得電場力．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強度E＝＝，因為A帶正電，小球受水平向右的電場力，因此電場強度方向水平向右． 【答案】　電場強度大小為，電場強度方向為水平向右 帶電金屬板A不能當成點電荷，電場強度是矢量，不僅要求出大小，還要求出方向.根據(jù)共點力的平衡條件即可求得帶電體之間的作用力，從而進一步求解電場強度. [針對訓練] 1．關于電場，下列說法正確的是(　　) 【導學號：37032018】 A．由E＝知，若q減半，則該處電場強度為原來的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，各處場強均相同 D．電場中某點場強方向就是該點所放電荷受到的電場力的方向 B　[因E＝為場強定義式，而電場中某點場強E只由電場本身決定，與是否引入電荷及q的大小、正負無關，故A錯誤；由場強方向的規(guī)定知D錯誤；E＝k是點電荷的場強公式，故B正確、C錯誤．] 對電場線的理解 1．電場線的特點 (1)電場線是為了形象地描述電場而假想的，實際并不存在，因此電場線是一種理想化的模型． (2)電場線始于正電荷，止于負電荷．在正電荷形成的電場中，電場線起于正電荷，延伸到無窮遠處；在負電荷形成的電場中，電場線起于無窮遠處，止于負電荷． (3)電場線分布的疏密反映了電場的強弱．表示場強的大小．相對而言，電場線越密的區(qū)域，電場強度就越大． (4)電場線上任意一點的切線方向與該點場強方向一致． (5)電場線在電場中一定不相交，不中斷． 2．電場線不是電荷的運動軌跡 電場線是為了形象地描述電場而引入的假想線，規(guī)定電場線上每點的場強方向沿該點的切線方向，也就是正電荷在該點受電場力產(chǎn)生的加速度的方向(負電荷受力方向相反)．運動軌跡是帶電粒子在電場中實際通過的軌跡，徑跡上每點的切線方向為帶電粒子在該點的速度方向．結合力學知識我們知道，物體的速度方向不一定與加速度的方向一致，因此電場線不是帶電粒子的運動軌跡．只有當電場線是直線，而帶電粒子又只受電場力作用由靜止開始或初速度方向沿電場線方向運動時軌跡才有可能與電場線重合． 3．幾種常見電場的電場線分布．如圖132所示． 圖132 　(多選)某電場區(qū)域的電場線如圖133所示，a、b是其中一條電場線上的兩點，下列說法中正確的是(　　) 圖133 A．a(chǎn)點的場強方向一定沿著過a點的電場線向右 B．a(chǎn)點的場強一定大于b點的場強 C．正電荷在a點受到的電場力一定大于它在b點受到的電場力 D．負電荷在a點受到的電場力一定小于它在b點受到的電場力 思路點撥：①根據(jù)電場線疏密分析電場強度的大?。? ②根據(jù)電場線的切向分析電場強度的方向． ABC　[過a點的電場線是一條水平向右的直線，故選項A對，a點處電場線密集，電場較強，故Ea>Eb，選項B對．無論電荷正負，根據(jù)F＝qE，Ea>Eb，所以Fa>Fb，只是正負電荷所受的靜電力的方向相反，故選項C對，選項D錯．] 電場線是為了形象、直觀、方便地描述電場的特性，而引入的一種輔助手段．如果知道了電場線的疏密分布及電場線的形狀、箭頭指向，就能討論電場中各點的場強大小關系和方向．因此了解各種常見電場的電場線分布情況，對于靈活運用電場線判斷電場的性質是大有幫助的． [針對訓練] 2．如圖134所示的電場線可形象描述等量同種電荷形成的電場，EM、EN分別表示電場中同一直線上M、N兩點的電場強度大?。P于M、N兩點的電場強度，下列判斷正確的是(　　) 【導學號：37032019】 圖134 A．EMEN，方向不同 D．EM>EN，方向相同 D　[電場中，電場線的疏密表示場強的大小，該點的切線方向表示該點的場強方向，故EM>EN，方向相同，故D正確，A、B、C錯誤．] [當 堂 達 標固 雙 基] 1．電場強度的定義式為E＝，則(　　) A．定義式中，F(xiàn)是置于電場中試探點電荷所受的電場力，q是該點電荷的電荷量 B．此公式只適用于點電荷形成的電場 C．電場中的場強E與點電荷所受電場力F成正比 D．場強方向與試探電荷的正、負有關 A　[定義式E＝中，F(xiàn)是置于電場中試探點電荷所受的電場力，q是該點電荷的電荷量，故A正確；電場強度的定義式E＝，采用比值法定義，適用于任何電場，故B錯誤；根據(jù)比值法定義的共性可知，電場中某點的場強E的大小跟放在該點的檢驗電荷q所受電場力、檢驗電荷q都無關，由電場本身的性質決定，故C、D錯誤．] 2．下面的說法中不正確的是(　　) 【導學號：37032020】 A．電荷的周圍存在電場 B．電場是一種物質，它與其他物質一樣，是不依賴我們的感覺而存在的 C．電荷甲對電荷乙的電場力是電荷甲的電場對電荷乙的作用力 D．電場力是不相接觸的物體之間的作用力，這種相互作用不經(jīng)其他物質便可直接進行 D　[電場是電荷周圍存在的一種特殊物質，電荷間的相互作用力是通過電場進行的，故ABC均正確，D不正確．] 3．電場中有一點P，下列哪種說法是正確的(　　) A．若放在P點電荷的電荷量減半，則P點的場強減半 B．若P點沒有檢驗電荷，則P點場強為零 C．P點場強越大，則同一電荷在P點所受電場力越大 D．P點場強方向為試探電荷在該點受力方向 C　[為了知道電場中某點的強度，可以把一個檢驗電荷放入該點，其受到的電場力F與自身的電荷量q的比值可反映該點場強的大小，但該點的場強由電場本身決定，與檢驗電荷的電荷量多少、電性無關，所以選項A、B錯．由E＝得F＝Eq，當q一定時，E越大，F(xiàn)越大，所以選項C正確．電場中某點的場強方向規(guī)定為正電荷在該點時受到的電場力方向，與負電荷受力的方向相反，選項D錯．] 4.如圖135所示，為靜電場的一部分電場線分布情況，下列說法中正確的是(　　) 圖135 A．這個電場可能是負點電荷的電場 B．這個電場可能是勻強電場 C．點電荷q在A點時受到的電場力比在B點時受到的電場力大 D．負電荷在B點受到的電場力的方向為沿B點的切線方向 C　[點電荷電場線為匯聚狀射線，這個電場既不是勻強電場也不是負點電荷的電場，A、B錯誤．A點比B點電場線密，場強大，點電荷q在A點受到的電場力比在B點大，C正確．正電荷在B點受到的電場力的方向與B點切線方向相同，D錯誤．] 5．某勻強電場的電場線如圖136所示，A、B是電場中的兩點，電荷量q＝210－7 C的正點電荷，放在A點時受到的電場力大小F＝410－3N.問： 圖136 (1)該勻強電場的電場強度大小是多少？ (2)若把另一個電荷量q′＝410－7 C的負電荷，放在電場中的B點，則它受到的電場力大小多少？方向如何？ 【導學號：37032021】 【解析】　(1)根據(jù)電場強度的定義公式可得勻強電場的電場強度大小為： E＝＝＝2104 N/C. (2)根據(jù)F＝q′E可得電荷受到的電場力為：F＝q′E＝410－72104＝810－3N，因為是負電荷，所以電場力方向向左． 【答案】　(1)2104 N/C　(2)810－3 N　水平向左