xx届高考物理第一轮基础知识电场强度电场线复习教案24

1 / 11 XX 届高考物理第一轮基础知识电场强度电场线复习教案 24 本资料为 WoRD 文档，请点击下载地址下载全文下载地址 第 2 课时 电场强度 电场线 基础知识归纳 1.电场 带电体周围存在的一种特殊物质，它的基本性质是对放入其中的电荷 有力 的作用，这种力叫电场力 .电荷间的相互作用就是通过 电场 发生作用的 .电场还具有 能 的性质 . 2.电场强度 E 反映电场 强弱 和 方向 的物理量，是矢量 . (1)定义：放入电场中某点的电荷所受的电场力 F 跟它的电荷量 q 的比值，叫做该点的电场强度，即 E Fq ，单位： V/m 或 N/c . (2)场强的方向： E 是矢量，规定 正电荷 在电场中某点的受力方向为该点的场强方向 . (3)电场中某点的场强与放入该点的试探电荷 无关 ，而是由产生这个电场的场源电荷和这一点的位置决定 . 3.点电荷产生的电场的场强 2 / 11 E，其中 Q 为场源电荷， E 为距离 Q 为 r 处某点的场强大小 .对于求均匀带电的球体或球壳外某点的场强时， r 为该点到 球心 的距离 . 4.电场的叠加 若空间中几个电场同时存在，电场中某点的场强就等于它们单独存在时在该点产生的场强的矢量和 . 5.电 场线 为了形象地描述电场而引入的假想的曲线 . (1)电场线的 疏密 表示场强的 弱强 ，电场线上每一点的切线方向表示该点的场强方向 . (2)电场线从 正电荷 或无穷远处出发，终止于无穷远处或 负电荷 .静电场中电场线不闭合，不中断于距场源电荷有限远的地方 . (3)电场线 不相交 ，也不相切，更不能认为是电荷在电场中的运动轨迹 . (4)顺着电场线 电势降低 ，而且降落最快，电场线与等势面 处处垂直 . 6.匀强电场 电场中各点场强大小相等，方向相同，匀强电场的电场线是一些等间距的平行线 . 7.几种典型的电场线 重点难点突破 3 / 11 一、怎样理解场强的三个表达式？掌握用比值定义的物理量的特点 1.定义式 E Fq：适用于一切电场，但场强 E 与试探电荷的电荷量 q 及其所受的电场力 F 无关，与试探电荷是否存在无关 . 2.决定式 E：只适用于在真空中点电荷产生的电场，场强E与场源电荷的电荷量 Q及研究点到场源电荷的距离 r有关 . 3.关系式 E Ud：只适用于匀强电场， U 指电场中两点的电势差， d 指这两点沿电场线方向的距离 . 二、怎样理解电场强度的三性 电场强度的三性为：矢量性、唯一性和叠加性 .因为场强是矢量，且电场中某点处场强 E 是唯一的，空间中多个电场存在时，某点的场强为多个电场的合场强，场强叠加遵循矢量合成法则 (平行四边形定则 ).场强叠加是高考热点，本节难点，需重点突破 . 电场线是认识和研究电场问题的有利工具，必须掌握典型电场的电场线分布 . 电场线的应用： 判断库仑力的方向； 判断场强的大小 (定性 )和方向； 判断电荷在电场中电势能的大小； 判断电势的高低和电势降落的快慢； 4 / 11 间接判断电场力做功的正负； 判断等势面的疏密和位置 . 三、怎样解决与电场力有关的力学问题 1.明确研 究对象 (多为一个带电体，也可以是几个带电体组成的系统 )； 2.分析研究对象所受的全部外力，包括电场力； 3.分析研究对象所处的状态：平衡、加速等； 4.由平衡条件或牛顿第二定律列方程求解即可 . 四、求解电场强度的几种特殊方法 补偿法、极值法、微元法、对称法、等效替代法等 . 典例精析 1.理解场强的表达式 【例 1】在真空中 o 点放一个点电荷 Q 10 9c，直线mN 通过 o 点， om 的距离 r 30cm， m 点放一个点电荷 q10 10c，如图所示，求： (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)m、 N 两点的场强哪点大； (5)如果把 Q 换成 10 9c 的点电荷，情况如何 . 【解析】 (1)Fm k 9109110 19910 2N 解得 Fm 110 8N，方向由 mo. 5 / 11 (2)m 点的场强 Em Fmq 110 8110 10N/c 解得 Em 102N/c，方向由 om. 另法：利用点电荷的场强公式有 Em k 10910 /c Em 102N/c (3)Em 102N/c，方向由 om. (4)m 点的场强大 . (5)方向改变为相反，其大小相等 . 【思维提升】弄清形成电场的电荷与试探电荷的区别、电场强度的概念及决定因素 . 【拓展 1】有质量的物体周围存在着引力场 .万有引力和库仑力有类似的规律，因此我们可以用定义静电场强度的方法来定义引力场的场强 .由此可得，与质量为 m 的质点相距 r处的引力场场强的表达式为 EG (万有引力常量用 G 表示 ). 【解析】库仑力 Fc k，将 q 视为 Q 产生的电场中的试探电荷，则距 Q 为 r 处的场强为 E Fcq k.与此类似，万有引力FG，将 m 视为 m 产生的引力场中的试探物，则距 m 为 r 处的场强为 EG FGm 2.理解场强的矢量性，唯一性和叠加性 【例 2】如图所示，分别在 A、 B 两点放置点电荷 Q1 210 14c和 Q2 210 14c.在 AB的垂直平分线上有一点 c，6 / 11 且 AB Ac Bc 610 2m.求： (1)c 点的场强； (2)如果有一个电子静止在 c 点，它所受的库仑力的大小和方向如何 . 【解析】 (1)本题所研究的电场是点电荷 Q1 和 Q2 所形成的电场的合电场 .因此 c点的场强是由 Q1在 c处场强 E1c和 Q2在 c 处的场强 E2c 的合场强 .根据 E k 得： E1c k 109210 14(610 2)2N/c /c 方向如图所示 .同理求得： E2c k /c，方向如图所示 . 根据平行四边形定则作出 E1c 和 E2c 的合场强如图所示 . cE1cEc 是等边三角形，故 Ec E1c /c，方向与 AB 平行指向右 . (2)电子在 c 点所受的力的大小为： F qEc 10 19 10 20N 因为电子带负电，所以方向与 Ec 方向相反 . 【思维提升】 (1)解决此类问题，需要巧妙地运用对称性的特点，将相互对称的两个点电荷的场强进行叠加 . (2)不在同一直线上电场的叠加要根据电荷的正、负，先判断场强的方向，然后利用矢量合成法则，结合对称性分析叠加结果 . 【拓展 2】如图所示，空间中 A、 B、 c 三点的连线恰构成一7 / 11 直角三角形，且 c 30 ， AB L，在 B、 c 两点分别放置一点电荷，它们的电荷量分别是 Q 和 Q.(静电力常量为k)求： (1)斜边 Ac 的中点 D 处的电场强度； (2)为使 D 处的电场强度方向与 AB 平行，则应在 A 处再放一个什么样的电荷 . 【解析】 (1)连接 B、 D，由几何关系知， D 为 Bc 中垂线上的点，且 r BD Dc L，则两点电荷在 D 处产生的 场强，如图甲， EB Ec k E1 2EBsin60 3EB，方向沿 Bc 方向 . (2)应在 A 处放置一个负电荷 .如图乙所示， EA 和 E1 合成后与 AB 平行，由几何关系知 EA 3k23 2k 又 EA k，即 QA 联立 式解得 QA 2Q 3.与电场力有关的力学问题 【例 3】如图所示，带等量异种电荷的平行金属板，其间距为 d，两板间电势差为 U，极板与水平方向成 37 角放置，有一质量为 m 的带电微粒，恰好沿水平方向穿过板间匀强电场区域 .求： (1)微粒带何种电荷 ？ (2)微粒的加速度多大？ 8 / 11 (3)微粒所带电荷量是多少？ 【解析】由于微粒恰好做直线运动，表明微粒所受合外力的方向与速度的方向在一条直线上，即微粒所受合外力的方向在水平方向，微粒受到重力 mg 和电场力 Eq 的作用 . (1)微粒的受力如图所示，由于微粒所受电场力的方向跟电场线的方向相反，故微粒带负电荷 . (2)根据牛顿第二定律有： F 合 mgtan ma 解得 a gtan 34g (3)根据几何关系有： Eqcos mg 而 E Ud 解得 q 【思维提升】 (1)本题考查了带电微粒在匀强 电场中的匀变速直线运动、牛顿第二定律、电场力、匀强电场中场强与电势差的关系，这是一道综合性较强的试题，同时也可以考查学生学科内的综合能力 . (2)确定带电微粒受到的电场力的方向及是否受重力是解答此题的关键所在 . (3)由于微粒在电场中做直线运动，故一般从合运动出发，分析该题比较方便 . 4.补偿法求解电场的强度 【例 4】如图所示，用金属丝 AB 弯成半径 r 1m 的圆弧，9 / 11 但在 A、 B 之间留出宽度为 d 2cm，相对来说很小的间隙 .将电荷量 Q 10 9c 的正电荷均匀分布在金属丝上，求圆心 o 处的电场强度 . 【解 析】设原缺口环所带电荷的线密度为 ， .则补上的金属小段带电量 Q d ，它在 o 处的场强为 E1 k 9109(10 913 12)N/c 910 2N/c 设待求的场强为 E2，由 E1 E2 0 可得 E2 E1 910 2N/c 负号表示 E2 与 E1 方向相反，即 E2 的方向向左，指向缺口 . 【思维提升】中学物理只学点电荷场强及匀强电场场强的计算方法 .一个不规则的带电体 (如本题的缺口带电环 )所产生的场强，没有现成的公式可用 .但可以这样想：将圆环的缺口补上，并且它的电荷密度与缺了口 的环体原有电荷密度一样，这样就形成了一个电荷均匀分布的完整带电环，环上处于同一直径两端的微小部分可看成两个相对应的点电荷，它们产生的电场在圆心 o 处叠加后场强为零 .根据对称性，圆心 o处总场强 E 0.补上的小段在 o处产生场强 E1是可求的 .题中待求场强为 E2，则由 E1 E2 E 0，便可求得 E2. 【拓展 3】如图所示，均匀带电圆环的电荷量为 Q，半径为R，圆心为 o， P 为垂直于圆环平面的对称轴上的一点， oPL，试求 P 点的场强 . 10 / 11 【解析】本题需要用 “ 微元法 ” ，将非点电荷电场问题转化成了点电荷电场问题求解 .设想将圆 环等分为 n 个小段，每一小段便可看做点电荷，其带电荷量为 q，由点电荷场强公式可得每一小段点电荷在 P 处的场强为 E k 由对称性可知，各小段带电环在 P 处的场强 E 的垂直于轴向的分量 Ey 相互抵消 .而 E 的轴向分量 Ex 之和即为带电圆环在 P 处的场强 EP Ex kcos k k 易错门诊 5.场强公式的使用条件 【例 5】下列说法中，正确的是 ( ) A.在一个以点电荷为中心， r 为半径的球面上各处的电场强度都相同 仅适用于真空中点电荷形成的电场 c.电场强度的方向就是放 入电场中的电荷受到的电场力的方向 D.电场中某点场强的方向与试探电荷的正负无关 【错解】因为点电荷的场强公式为 E k，所以同一球面上各处 r 相同，电场强度都相同， A、 B 对；又因为电场强度定义式 E F/q， q 是标量，场强 E 的方向与力 F 的方向相同，c、 D 对 . 【错因】没有正确理解电场强度的矢量性，不明白电场强度11 / 11 的方向与电荷在电场中所受电场力方向有时相同，有时相