2020学年高中物理 1.3 电场强度 学案1（人教版选修3-1）

2020学年高中物理 1.3 电场强度 学案1（人教版选修3-1）

‎1.3 电场强度 学案1（人教版选修3-1） ‎ ‎1．电场：电荷的周围存在着由它产生的一种特殊________．它的特征之一是对放入其中的________有力的作用．甲电荷对乙电荷的作用力，就是甲电荷的________对乙电荷的作用力．‎ ‎2．静电场是指________的电荷产生的电场．‎ ‎3．试探电荷是用来检验电场__________及其________分布情况的电荷，是研究电场的工具．激发或产生我们正在研究的电场的电荷是电场的________．‎ ‎4．放入电场中某点的试探电荷所受的________跟它的________的比值，叫做该点的电场强度．简称场强．其定义式为E＝________，单位是________，符号是________．电场强度是______量，有大小也有方向，其方向与________在该点所受电场力的方向相同．‎ ‎5．真空中点电荷的场强：E＝________.Q为正电荷时，在电场中的P点场强E的方向________；Q为负电荷时，E的方向__________．‎ ‎6．匀强电场：电场中各点场强的____________都相同的电场．‎ ‎7．电场强度的叠加：如果场源电荷不只是一个点电荷，则电场中某点的电场强度为__________________在该点产生的电场强度的__________．‎ ‎8．电场线是画在电场中的一条条________________，曲线上每点的________表示该点的电场强度方向．电场线的特点有：(1)起始于无限远或______，终止于______或______．(2)任意两条电场线________．(3)电场线的疏密表示场强的______．‎ 答案　1.物质　电荷　电场　2.静止　3.是否存在　强弱　场源电荷　4.静电力　电荷量　　牛顿每库仑　N/C　矢　正电荷　5.k ‎　由Q指向P　由P指向Q　6.大小和方向　7.各个点电荷单独　矢量和　8.有方向的曲线　切线方向　(1)正电荷　负电荷　无穷远　(2)不相交　(3)大小 一、电场 ‎[问题情境]‎ 天体之间没有直接接触，就有引力作用如图1所示，这种作用是通过引力场传递的，电荷与电荷之间的相互作用是通过电场来实现的 图1‎ ‎1．你知道哪里有电场吗？2.电场具有怎样的特征呢？‎ 答案　1.电荷的周围都存在电场.2.电场的基本特征是对放入其中的电荷有电场力的作用．‎ ‎[要点提炼]‎ 电场是存在于电荷周围的一种特殊物质，并非由分子、原子组成，但客观存在．电荷间的相互作用是通过电场发生的．‎ 二、电场强度 ‎[问题情境]‎ ‎1．检验电荷的作用是什么？‎ ‎2．同一检验电荷，放在电场中的不同位置受力不同，表明不同位置电场的强弱不同．如何准确描述这种性质？‎ 答案　1.检验电场是否存在及其强弱分布情况.2.引入了“电场强度”这一物理量来描 述．‎ ‎[要点提炼]‎ 电场强度是描述电场的强弱和方向的物理量，是______量，其大小由E＝来计算，其方向与______电荷的受力方向相同 答案 矢 正 ‎[问题延伸]‎ 根据公式E＝可以得出E与F成正比或E与q成反比的结论吗？‎ 答案　比值只是电场强度的定义式，并不能由此式得出场强与电荷受到的电场力成正比或与电荷量成反比，某点的场强仅由电场本身决定．‎ 三、点电荷的电场与电场强度的叠加 ‎[问题情境]‎ ‎1．在点电荷形成的电场中，某点的场强大小由哪些因素决定？‎ ‎2．公式E＝与E＝有何区别？‎ ‎3．什么是电场强度的叠加？它遵循什么原则？‎ 答案　1.与场源电荷带的电荷量Q和该点到场源电荷的距离r共同决定.2.见[要点提炼]　3.如果场源是多个点电荷，电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和；它遵循平行四边形定则．‎ ‎[要点提炼]‎ ‎1．公式E＝与E＝的对比理解 项目 意义 适用条件 Q或q的意义 公式中各量的关系 E＝ 电场强度的定义式 任何电场 q是试探电荷 E用F与q的比值来表示，但E大小与F、q大小无关 ‎ E＝k 点电荷的场强公式 点电荷在真空中 Q是场源电荷 E不仅由Q、r决定且E∝Q，E∝ ‎2.电场强度是矢量，叠加时遵循平行四边形定则．‎ 四、电场线 ‎[问题情境]‎ ‎1．电场线是如何表示电场方向的？‎ ‎2．电场线能不能相交？‎ ‎3．电场线是如何表示电场强弱的？‎ 答案　1.在电场中，某点电场线的切线方向表示该点场强方向．‎ ‎2．如果相交，则在同一点的切线方向有两个，电场强度方向也有两个，这与电场强度的方向只有一个相矛盾，所以不可能．‎ ‎3．用电场线的疏密表示电场强度的相对大小，电场强度较大的地方电场线较密，反之较疏．‎ ‎[要点提炼]‎ ‎1．电场线是为了描述电场而引入的一种假想曲线，曲线的______方向表示场强方向，曲线的________表示场强的相对大小．‎ ‎2．电场线从______电荷或无穷远出发，终止于无穷远或________电荷，电场线不相交．‎ ‎3．几种常见电场的电场线画法 答案　1.切线　疏密　2.正　负　3.正　负　等量同种　等量异种 五、匀强电场 ‎[问题情境]‎ ‎1．匀强电场有什么显著特点？电场线有什么特点？2.匀强电场通常存在于什么地方？‎ 答案　1.匀强电场中电场强度大小相等，方向相同；电场线是间距相等的平行线．‎ ‎2．匀强电场通常存在于带有等量异号电荷的一对平行金属板间．‎ ‎[要点提炼]‎ ‎1．匀强电场是电场强度的大小______，方向________的电场．‎ ‎2．匀强电场的电场线是________相等的________线．‎ 答案　1.相等　相同　2.间距　平行 例1　如图2所示，在一带负电的导体A附近有一点B，如在B处放置一个q1＝－2.0×10－‎8 C的电荷，测出其受到的静电力F1大小为4.0×10－6 N，方向如图，则B处场强是多大？如果换用一个q2＝4.0×10－‎7 C的电荷放在B点，其受力多大？此时B处场强多大？‎ 思路点拨　解答本题应把握以下三点：‎ 图2‎ ‎(1)电场强度的大小计算和方向判断可分开进行．‎ ‎(2)场强大小可由场强的定义式求解．‎ ‎(3)场强方向与正(负)电荷所受电场力方向相同(反)．‎ 解析　由场强公式可得 EB＝＝ N/C＝200 N/C 因为是负电荷，所以场强方向与F1方向相反．‎ q2在B点所受静电力 F2＝q2EB＝4.0×10－7×200 N＝8.0×10－5 N 方向与场强方向相同，也就是与F1反向．‎ 此时B处场强：‎ EB′＝＝ N/C＝200 N/C.‎ 答案　200 N/C　8.0×10－5 N　200 N/C 变式训练1　‎ 如图3所示是点电荷Q周围的电场线，图中A到Q的距离小于B到Q的距离．以下判断正确的是(　　)‎ 图3‎ A．Q是正电荷，A点的电场强度大于B点的电场强度 B．Q是正电荷，A点的电场强度小于B点的电场强度 C．Q是负电荷，A点的电场强度大于B点的电场强度 D．Q是负电荷，A点的电场强度小于B点的电场强度 答案　A 解析　正点电荷的电场是向外辐射的，电场线密的地方电场强度大，所以A正确．‎ 例2　在真空中O点放一个电荷Q＝＋1.0×10－‎9 C，直线MN通过O点，OM的距离r＝‎30 cm，M点放一个点电荷q＝－1.0×10－‎10 C，如图4所示，求：‎ 图4‎ ‎(1)q在M点受到的作用力；‎ ‎(2)M点的场强；‎ ‎(3)拿走q后M点的场强；‎ ‎(4)若MN＝‎30 cm，则N点的场强多大？‎ 思路点拨　解答本题时，可按以下思路分析：‎ (1) 库仑定律求受力．(2)场强定义求M点场强．(3)场强的决定式求N点场强．‎ (2) 解析　(1)电场是一种物质，电荷q在电场中M点所受的作用力是电荷Q通过它的电场对q的作用力，根据库仑定律，得FM＝k＝ N＝‎ ‎1.0×10－8 N．因为Q带正电，q带负电，库仑力是吸引力，所以力的方向沿MO指向Q.‎ ‎(2)由电场强度的定义式得：‎ EM＝＝ N/C＝100 N/C，方向由O指向M.‎ ‎(3)拿走q后M点的场强仍为100 N/C，方向由O指向M.‎ ‎(4)N点的场强 EN＝＝· ＝·EM＝25 N/C.‎ 答案　(1)1.0×10－8 N，方向沿MO指向Q　(2)100 N/C，方向沿OM指向M　(3)100 N/C，沿OM指向M　(4)25 N/C 变式训练2　如图5所示，真空中，带电荷量分别为＋Q和－Q的点电荷A、B相距r，则：‎ 图5‎ ‎(1)两点电荷连线的中点O的场强为多大？‎ ‎(2)在两点电荷连线的中垂线上，距A、B两点都为r的O′点的场强如何？‎ 答案 （1），方向由A→B　(2) ，方向由A→B 解析　分别求出＋Q和－Q在某点的场强大小和方向，然后根据电场强度的叠加原理，求出合场强．‎ ‎(1)如图甲所示，A、B两点电荷在O点产生的场强方向相同，均由A→B.A、B两点电荷在O点产生的电场强度EA＝EB＝＝，‎ 所以O点的场强为：E＝2EA＝.‎ ‎（2）如图乙所示，==，由矢量图所形成的等边三角形可知，点的场===，方向与A、B的中垂线垂直，即A→B.‎ ‎【即学即练】‎ ‎1．电场强度的定义式为E＝F/q(　　)‎ A．该定义式只适用于点电荷产生的电场 B．F是检验电荷所受到的力，q是产生电场的电荷的电荷量 C．场强的方向与F的方向相同 D．由该定义式可知，场中某点电荷所受的电 场力大小与该点场强的大小成正比 答案　D 解析　定义式E＝对任何电场都适用，所以A错；公式中F指检验电荷在这一点所受的电场力大小，q是指检验电荷的电荷量，所以B错；场强方向与正电荷在该点所受F的方向相同，与负电荷所受F的方向相反，所以C错；由定义式可得，F与E成正比，所以D对．‎ ‎2．A为已知电场中的一固定点，在A点放一电荷量为q的电荷，所受电场力为F，A点的场强为E，则(　　)‎ A．若在A点换上－q，A点场强方向发生变化 B．若在A点换上电荷量为2q的电荷，A点的场强将变为2E C．若在A点移去电荷q，A点的场强变为零 D．A点场强的大小、方向与q的大小、正负、有无均无关 答案　D 解析　场强E是由电场本身的性质决定，与检验电荷所受电场力F和检验电荷带电荷量q均无关，与这一点有无电荷也无关，所以A、B、C均错，D正确．‎ ‎3．关于电场线的说法，正确的是(　　)‎ A．电场线的方向，就是电荷受力的方向 B．正电荷只在电场力作用下一定沿电场线运动 C．电场线越密的地方，同一电荷所受电场力越大 D．静电场的电场线不可能是闭合的 答案　CD 解析　正电荷的受力方向沿着电场线的切线方向，负电荷的受力方向沿着电场线切线的反方向，并且电场线不一定和电荷运动轨迹重合，所以A、B错；电场线的疏密程度表示场强大小，同一电荷所受电场力与场强成正比，所以C对；静电场的电场线从正电荷或无穷远出发，到无穷远或负电荷结束，且不闭合，所以D对．‎ ‎4.‎ ‎ 如图6所示，带箭头的直线是某一电场中的一条电场线，在这条线上有A、B两点，用EA、EB表示A、B两处的场强，则(　　)‎ 图6‎ A．A、B两处的场强方向相同 B．因为A、B在一条电场线上，且电场线是直线，所以EA＝EB C．电场线从A指向B，所以EA＞EB D．不知A、B附近电场线的分布情况，EA、EB的大小不能确定 答案　AD 解析　电场线的切线方向指场强方向，所以A对；电场线的疏密程度表示场强大小，只有一条电场线的情况下不能判断场强大小，所以B、C错误，D正确.‎