2022年高中物理 第一章 第3講 電場強度教學案 新人教版選修3-1

《2022年高中物理 第一章 第3講 電場強度教學案 新人教版選修3-1》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2022年高中物理 第一章 第3講 電場強度教學案 新人教版選修3-1（12頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、2022年高中物理 第一章 第3講 電場強度教學案 新人教版選修3-1 [目標定位]　1.知道電荷間的相互作用是通過電場發(fā)生的，知道電場是客觀存在的一種物質形態(tài).2.知道電場強度的概念及其定義式，能推導點電荷的電場強度的公式，會應用公式進行有關的計算.3.會用電場線表示電場，并熟記幾種常見電場的電場線分布． 一、電場 1．電場：電場是在電荷周圍存在的一種特殊物質，是傳遞電荷間相互作用的． 2．靜電場：靜止電荷周圍的電場稱為靜電場． 3．性質：電場的基本性質是對放入其中的電荷有力的作用，無論電荷靜止或運動． 想一想　電場這種物質和實物的差別在哪里？ 答案　實物所占據的空間不能再

2、為另一實物所占據，但幾個場可以同時占據同一個空間；電場雖然看不見、摸不著，但它總能通過一些性質而表現(xiàn)其存在，它與實物一樣也具有物質的一般的重要屬性，如質量、能量等． 二、電場強度 1．試探電荷(檢驗電荷)：用來檢驗電場是否存在及其強弱分布情況的電荷． 2．場源電荷(源電荷)：激發(fā)或產生我們正在研究的電場的電荷． 3．電場強度 (1)概念：放入電場中某點的點電荷所受靜電力與它的電荷量的比值叫做該點的電場強度，簡稱場強． (2)物理意義：表示電場的強弱和方向． (3)定義式及單位：E＝，單位牛(頓)每庫(侖)，符號N/C. (4)方向：電場強度的方向與正電荷所受電場力的方向相同．

3、 想一想　這里定義電場強度的方法叫比值定義法，你還學過哪些用比值定義的物理量？它們都有什么共同點？ 答案　如加速度a＝ ；密度ρ＝ 等．用比值定義的新物理量可反映物質本身的某種屬性，與用來定義的另外兩個物理量并無直接關系． 三、點電荷的電場、電場強度的疊加 1. 真空中點電荷周圍的場強 (1)大?。篍＝k (2)方向：Q為正電荷時，E的方向由點電荷指向無窮遠；Q為負電荷時，E的方向由無窮遠指向點電荷． 2．電場強度的疊加：如果場源是多個點電荷，則電場中某點的電場強度為各個點電荷單獨在該點產生的電場強度的矢量和． 四、電場線 1．電場線：電場線是畫在電場中的一條條有方向的曲線，曲

4、線上每點的切線方向表示該點的電場強度方向，電場線不是實際存在的線，是為了形象描述電場而假想的線． 2．幾種特殊的電場線 熟記五種特殊電場線分布，如圖131所示． 3．電場線的特點 (1)電場線從正電荷(或無限遠)出發(fā)，終止于無限遠(或負電荷)． (2)電場線在電場中不相交． (3)在同一電場中，電場強度較大的地方電場線越密． (4)勻強電場的電場線是間隔相等的平行線． 想一想　 在相鄰的兩條電場線之間沒畫電場線的地方有電場嗎？ 答案　電場線是法拉第為了形象描述電場的強弱及方向而假想的，如果在每個地方都畫電場線也就無法對電場進行描述了．所以在相鄰的兩條電場線之間沒畫電場

5、線的地方也有電場． 五、勻強電場 1．定義：電場中各點電場強度大小相等、方向相同的電場． 2．特點：(1)場強方向處處相同，電場線是平行直線． (2)場強大小處處相等，要求電場線疏密程度相同，即電場線間隔相等. 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 一、對電場和電場強度的理解 1．電荷間的相互作用 是通過電場發(fā)生的．不是超距作用，是通過電場來傳遞的． 2．電場強度的理解 (1)電場強度是描述電場的力的性質的物理量．電場的基本性質是對放入其中的電荷有力的作用． (2)電場強度是比值法定義的物理量，電場強度的大小和方向只由電場本身特性決定，與放入其中的試探電荷無關．

6、不能認為E和F成正比，E和電量q成反比．這可以從兩方面理解：①電場強度的大小與該點放不放電荷、放入的電荷量的大小均無關；②電場強度的方向與放入該點的正試探電荷的受力方向相同，是確定的，如果在該點放入負試探電荷，則場強方向與負試探電荷受力方向相反． (3)某空間中有多個電荷時，該空間某點的電場強度等于所有電荷在該點產生的電場強度的矢量和． 3．電場和電場強度的關系 電場強度是為描述電場而引進的物理量，場強的大小和方向分別表示電場的強弱和方向． 圖132 例1　真空中O點放一個點電荷Q＝＋1.0×10－9C，直線MN通過O點，OM的距離r＝30 cm，M點放一個點電荷q＝－1.0×1

7、0－10C，如圖132所示．求： (1)q在M點受到的作用力． (2)M點的場強． (3)拿走q后M點的場強． (4)M、N兩點的場強哪點大？ 答案　(1)大小為1.0×10－8N　方向沿MO指向Q (2)大小為100 N/C　方向沿OM連線背離Q (3)大小為100 N/C　方向沿OM連線背離Q (4)M點場強大 解析　(1)電場是一種物質，電荷q在電場中M點所受的作用力是電荷Q通過它的電場對q的作用力，根據庫侖定律，得FM＝k＝ N ＝1.0×10－8 N．因為Q為正電，q為負電，庫侖力是吸引力，所以力的方向沿MO指向Q. (2)M點的場強EM＝＝ N/C＝100 N

8、/C，其方向沿OM連線背離Q，因為它的方向跟正電荷受電場力的方向相同． (3)在M點拿走試探電荷q，有的同學說M點的場強EM＝0，這是錯誤的．其原因在于不懂得場強是反映電場的力的性質的物理量，它是由形成電場的電荷Q及場中位置決定的，與試探電荷q是否存在無關．故M點的場強仍為100 N/C，方向沿OM連線背離Q. (4)由E∝得M點場強大． 借題發(fā)揮　公式E＝中的q是試探電荷的電荷量，所以E＝不是場強的決定式；公式E＝k中的Q是場源電荷的電荷量，所以E＝k是點電荷場強的決定式． 針對訓練　A為已知電場中的一固定點，在A點放一電量為q的試探電荷，所受電場力為F，A點的場強為E，則(　　)

9、 A．若在A點換上－q，A點場強方向發(fā)生變化 B．若在A點換上電量為2q的試探電荷，A點的場強將變?yōu)?E C．若在A點移去電荷q，A點的場強變?yōu)榱? D．A點場強的大小、方向與q的大小、正負、有無均無關答案　D 解析　電場強度E＝是通過比值定義法得出的，其大小及方向與試探電荷無關；故放入任何電荷時電場強度的方向大小均不變，故A、B、C均錯誤；故選D. 二、兩個公式E＝與E＝的對比理解 公式 比較內容　　 E＝ E＝ 本質區(qū)別 定義式 決定式 意義及用途 給出了一種量度電場強弱的方法 指明了點電荷場強大小的決定因素 適用范圍 一切電場 真空中點電荷

10、的電場 Q或q意義 q表示引入電場的檢驗(或試探)電荷的電荷量 Q表示產生電場的點電荷的電荷量 關系理解 E用F與q的比值來表示，但E的大小與F、q大小無關 E不僅能用Q、r來表示，且E∝Q，E∝ 例2　真空中距點電荷(電荷量為Q)為r的A點處，放一個帶電荷量為q(q?Q)的點電荷，q受到的電場力大小為F，則A點的場強為(　　) A. B. C．k D．k 答案　BD 解析　E＝中q指的是試探電荷，E＝中Q指的是場源電荷，故B、D正確． 三、電場強度的疊加 1．電場強度是矢量，它遵循矢量的特點和運算法則． 2．可以根據對稱性原理，靈活利用假設法、分割法等特殊

11、方法． 圖133 例3　如圖133所示，M、N和P是以MN為直徑的半圓弧上的三點，O點為半圓弧的圓心，∠MOP＝60°.電荷量相等、符號相反的兩個點電荷分別置于M、N兩點，這時O點電場強度的大小為E1；若將N點處的點電荷移至P點，則O點的場強大小變?yōu)镋2，E1與E2之比為(　　) A．1∶2 B．2∶1 C．2∶ D．4∶ 答案　B 解析　依題意，每個點電荷在O點產生的場強為，則當N點處的點電荷移至P點時，O點場強如圖所示，合場強大小為E2＝，則＝，B正確． 借題發(fā)揮　電場強度是矢量，合成時遵循矢量運算法則(平行四邊形定則或三角形定則)，常用的方法有圖解法、解析法、正

12、交分解法等；對于同一直線上電場強度的合成，可先規(guī)定正方向，進而把矢量運算轉化成代數(shù)運算． 四、電場線的理解和應用 1．電場線并不是粒子運動的軌跡．帶電粒子在電場中的運動軌跡由帶電粒子所受合外力與初速度共同決定．電場線上各點的切線方向是場強方向，決定著粒子所受電場力的方向．軌跡上每一點的切線方向為粒子在該點的速度方向． 2．電場線與帶電粒子運動軌跡重合必須同時滿足以下三個條件 (1)電場線是直線． (2)帶電粒子只受電場力作用，或受其他力，但其他力的方向沿電場線所在直線． (3)帶電粒子初速度的方向為零或初速度的方向沿電場線所在的直線． 例4　以下關于電場和電場線的說法中正確的是

13、(　　) A．電場線就是電荷在電場中的運動軌跡 B．在電場中，凡是有電場線通過的點，場強不為零，不畫電場線的區(qū)域內的點場強為零 C．同一試探電荷在電場線密集的地方所受靜電力大 D．電場線是人們假想的，用以形象表示電場的強弱和方向，客觀上并不存在 答案　CD 解析　電場線是為了描述電場的強弱及方向的方便而引進的假想線，它一般不與電荷的運動軌跡重合，A錯誤，D正確．在同一電場中，電場強度較大的地方電場線越密，電荷受到的電場力也越大C正確. 對電場強度的理解及應用 圖134 1．如圖134所示，在一帶負電的導體A附近有一點B，如在B處放置一個q1＝－2.0×10－8 C的電

14、荷，測出其受到的靜電力F1大小為4.0×10－6 N，方向如圖，則B處場強多大？如果換用一個q2＝4.0×10－7 C的電荷放在B點，其受力多大？此時B處場強多大？ 答案　200 N/C　8.0×10－5 N　200 N/C 解析　由場強公式可得EB＝＝ N/C＝200 N/C，因為是負電荷，所以場強方向與F1方向相反． q2在B點所受靜電力F2＝q2EB＝4.0×10－7×200 N＝8.0×10－5 N，方向與場強方向相同，也就是與F1反向． 此時B處場強仍為200 N/C不變，方向與F1相反． 電場強度的矢量性　電場疊加原理 圖135 2．如圖135所示，A、B、C三點

15、為一直角三角形的三個頂點，∠B＝30°，現(xiàn)在A、B兩點放置兩點電荷qA、qB，測得C點電場強度的方向與AB平行，則qA帶__________電，qA：qB＝__________. 答案　負　1∶8 解析　如圖所示，放在A點和B點的點電荷在C處產生的電場強度方向分別在AC和BC的連線上，因C點電場強度方向與BA方向平行，故放在A點的點電荷和放在B點的點電荷產生的電場強度方向只能如圖所示：由C→A和由B→C，故qA帶負電，qB帶正電，且EB＝2EA，即k＝2k，又由幾何關系知＝2，所以qA∶qB＝1∶8. 電場線的特點及應用 圖136 3．如圖136所示是點電荷Q周圍的電場線

16、，圖中A到Q的距離小于B到Q的距離．以下判斷正確的是(　　) A．Q是正電荷，A點的電場強度大于B點的電場強度 B．Q是正電荷，A點的電場強度小于B點的電場強度 C．Q是負電荷，A點的電場強度大于B點的電場強度 D．Q是負電荷，A點的電場強度小于B點的電場強度 答案　A 解析　正點電荷的電場是向外輻射狀的，電場線密的地方電場強度大．所以A正確. (時間：60分鐘) 題組一　對電場及電場強度的理解 1．下列關于電場和電場強度的說法正確的是(　　) A．電荷間的相互作用是通過電場產生的，電場最基本的特征是對處在它里面的電荷有力的作用 B．電場是人為設想出來的，其實并不存在

17、 C．某點的場強越大，則同一電荷在該點所受到的電場力越大 D．某點的場強方向為試探電荷在該點受到的電場力的方向 答案　AC 解析　電場是電荷周圍客觀存在的一種特殊物質，電荷間的相互作用是通過電場產生的，不是假想的，故A正確；由E＝得．F＝Eq，當q一定時，E越大，F(xiàn)越大，所以C正確；場強方向規(guī)定為正電荷在該點受到的電場力方向，與負電荷受電場力的方向相反，D錯誤． 2．在電場中某點，當放入正電荷時受到的電場力方向向右；當放入負電荷時受到的電場力方向向左，則下列說法中正確的是(　　) A．當放入正電荷時，該點場強方向向右；當放入負電荷時，該點場強方向向左 B．該點場強方向一定向右

18、C．該點場強方向一定向左 D．該點場強方向可能向右，也可能向左 答案　B 解析　電場中某一點的電場方向取決于電場本身，其方向與放在該點的正電荷的受力方向一致，與負電荷的受力方向相反，故只有B正確． 3. 圖137 在電場中的A、B兩處分別引入不同的試探電荷q，得到試探電荷所受的電場力隨電荷量變化的關系如圖137所示，則(　　) A．EA＞EB B．EA＜EB C．EA＝EB D．不能判定EA、EB的大小 答案　A 解析　根據電場強度的定義式E＝，電場強度與圖中圖線的斜率相對應，故EA＞EB，A項正確． 題組二　電場強度的疊加 圖138 4．如圖138所示，

19、AC、BD為圓的兩條互相垂直的直徑，圓心為O，將帶有等量電荷q的正、負點電荷放在圓周上，它們的位置關于AC對稱．要使圓心O處的電場強度為零，可在圓周上再放置一個適當電荷量的正點電荷＋Q，則該點電荷＋Q應放在(　　) A．A點 B．B點 C．C點 D．D點 答案　D 解析　由電場的疊加原理和對稱性可知，＋q、－q在O點的合場強方向應沿OD方向，要使O點的合場強為零，放上的電荷＋Q在O點的場強方向應與＋q、－q在O點的合場強方向相反，所以D正確． 圖139 5．如圖139所示，有一水平方向的勻強電場，場強大小為900 N/C，在電場內一水平面上作半徑為10 cm的圓，圓上取A、

20、B兩點，AO沿E方向，BO⊥OA，另在圓心處放一電量為10－9 C的正點電荷，則A處場強大小EA＝________ N/C，B處的場強大小EB＝________ N/C. 答案　0　1.27×103 解析　由E＝k，點電荷在A處產生的場強EA＝900 N/C，方向向左，所以A處合場強為零．點電荷在B處產生的場強EB＝900 N/C，方向向下，所以B處合場強為1.27×103 N/C. 圖1310 6．N(N>1)個電荷量均為q(q>0)的小球，均勻分布在半徑為R的圓周上，示意如圖1310所示，若移去位于圓周上P點的一個小球，則圓心O點處的電場強度大小為________，方向____

21、____. (已知靜電力常量為k) 答案　大小為，方向沿OP指向P點 解析　根據對稱性可知，均勻分布在半徑為R的圓周上帶電小球在圓心O處的合場強E＝0，那么移去位于圓周上P點的一個小球后，圓心O處的場強與P電荷在圓心O處產生的場強大小相等、方向相反．即大小為，方向沿OP指向P點． 題組三　電場線的特點及應用 7．關于電場線的性質，以下說法正確的有(　　) A．電場線是電荷在電場中的運動軌跡 B．電場線的分布情況反映電場中不同點的場強的相對大小 C．電場線的箭頭方向表示場強減弱的方向 D．空間中兩條電場線不能相交 答案　BD 解析　電場線是為了描述電場的強弱及方向的方便而引進

22、的假想線，它一般不與電荷的運動軌跡重合，A錯誤，B正確．電場線的箭頭方向表示場強的方向，C錯誤．由于電場的具體方向與電場線上某點的切線方向相同，若兩條電場線相交，則在該點可以作出兩條切線，表明該點的電場不唯一，這與實際不符，D正確．故選BD. 8．下列各電場中，A、B兩點電場強度相同的是(　　) 答案　C 解析　A圖中，A、B兩點場強大小相等，方向不同，B圖中，A、B兩點場強的方向相同，但大小不等，C圖中是勻強電場，則A、B兩點場強大小、方向相同；D圖中A、B兩點場強大小、方向均不相同．故選C. 圖1311 9．法拉第首先提出用電場線形象生動地描繪電場，如圖1311所示，為

23、點電荷a、b所形成電場的電場線分布，以下幾種說法正確的是(　　) A．a、b為異種電荷，a的電荷量大于b的電荷量 B．a、b為異種電荷，a的電荷量小于b的電荷量 C．a、b為同種電荷，a的電荷量大于b的電荷量 D．a、b為異種電荷，a的電荷量等于b的電荷量 答案　B 解析　由題中圖形可知一系列電場線在a、b之間，則一定為異種電荷，由電場線左右不對稱可知，兩電荷是不等量的，又根據電場線的疏密可知b所帶電荷量大，則答案為B. 圖1312 10．A、B是一條電場線上的兩個點，一帶負電的微粒僅在靜電力作用下，以一定的初速度從A點沿電場線運動到B點，其v－t圖象如圖1312所示．則此

24、電場的電場線分布可能是(　　) 答案　A 解析　從題圖可以直接看出，粒子的速度隨時間的增大逐漸減小；圖線的斜率逐漸增大，說明粒子的加速度逐漸變大，電場強度逐漸變大，從A到B電場線逐漸變密．綜合分析知，微粒是順著電場線運動，由電場線疏處到達密處，正確選項是A. 題組四　綜合應用 圖1313 11．如圖1313所示，一電子沿等量異種電荷的中垂線由A→O→B勻速飛過，電子重力不計，則電子除受電場力外，所受的另一個力的大小和方向變化情況是(　　) A．先變大后變小，方向水平向左 B．先變大后變小，方向水平向右 C．先變小后變大，方向水平向左 D．先變小后變大，方向水平向右

25、答案　B 解析　等量異種電荷電場線分布如圖甲所示，由圖中電場線的分布可以看出，從A點到O點，電場線由疏到密；從O點到B點，電場線由密到疏，所以沿點A、O、B，電場強度應先由小變大，再由大變小，方向為水平向右，如圖乙所示．由于電子做勻速直線運動，所受合外力必為零，故另一個力應與電子所受電場力大小相等、方向相反，電子受到電場力方向水平向左，且沿點A、O、B運動的過程中，電場力由小變大，再由大變小，故另一個力的方向應水平向右，其大小應先變大后變小，故選B. 圖1314 12．如圖1314所示，真空中帶電荷量分別為＋Q和－Q的點電荷A、B相距r，則： (1)兩點電荷連線的中點O的場強多

26、大？ (2)在兩點電荷連線的中垂線上，距A、B兩點都為r的O′點的場強如何？ 答案　(1)，方向由A指向B (2)，方向與AB連線平行，由A指向B 解析　本題考查了點電荷的電場及電場強度的疊加問題．求解方法是分別求出＋Q和－Q在某點的場強大小和方向，然后根據電場強度的疊加原理求出合場強． (1)如圖甲所示，A、B兩點電荷在O點產生的場強方向相同，由A指向B.A、B兩點電荷在O點產生的電場強 度EA＝EB＝＝. 故O點的合場強為E0＝2EA＝，方向由A指向B. (2)如圖乙所示，EA′＝EB′＝，由矢量圖所形成的等邊三角形可知，O′點的合場強E0′＝EA′＝EB′＝，方向與A

27、、B的中垂線垂直，即E0′與E0同向． 圖1315 13．豎直放置的兩塊足夠長的平行金屬板間有勻強電場．其電場強度為E，在該勻強電場中，用絲線懸掛質量為m的帶電小球，絲線跟豎直方向成θ角時小球恰好平衡，如圖1315所示．請問： (1)小球帶電荷量是多少？ (2)若剪斷絲線，小球碰到金屬板需多長時間？ 答案　(1)　(2) 解析　(1)由于小球處于平衡狀態(tài)知小球帶正電，對小球受力分析如圖所示 FTsin θ＝qE① FTcos θ＝mg② 由得tan θ＝，故q＝. (2)由第(1)問中的方程②知FT＝，而剪斷絲線后小球所受電場力和重力的合力與未剪斷絲線時絲線對小球的拉力大小相等，故剪斷絲線后小球所受重力、電場力的合力等于.小球的加速度a＝＝，小球由靜止開始沿著絲線拉力的反方向做勻加速直線運動，當碰到金屬板上時，它的位移為x＝，又由x＝at2，得t＝ ＝ ＝ .