高中物理 第2章 电场与示波器 2.1 探究电场的力的性质学案 沪科版选修3-1.doc

2.1探究电场的力的性质学习目标重点难点1知道电荷间的相互作用是通过电场实现的。2记住电场强度的定义、公式、单位和方向。3能推导点电荷的电场强度公式，并能进行有关的计算。4记住电场线的定义和特点，会用电场线判断有关问题。重点：电场强度，e和ek的区别与联系，电场线。难点：用比值法定义场强。1电场电荷周围存在着它产生的电场，场是物质存在的一种形态。电场最基本的性质是能够对电场中的电荷有力的作用，这个力叫做电场力。静止的电荷的电场称为静电场。2怎样描述电场(1)试探电荷：是一种理想化的物理模型。试探电荷的电荷量和尺寸都必须足够小，以至于放入电场时可以忽略对原来电场的影响。(2)电场强度定义：电场中某点的电荷受到的电场力f与它的电荷量q的比值，叫做电场强度，简称场强，用e表示。定义式：e，点电荷的场强公式：ek。电场强度具有方向，是矢量。电场中某点电场强度的方向跟正电荷在该点所受电场力的方向相同。单位：n/c，该单位为导出单位，由力的单位和电荷量的单位共同决定。物理意义：如果1 c的电荷在电场中某点受到的电场力是1 n，则该点的电场强度就是1_n/c。它是描述电场强弱的物理量。(3)电场线什么是电场线：在电场中画出一些曲线，曲线上任一点的电场强度方向就在该点的切线方向上，这样的曲线叫电场线。用电场线的疏密来大致表示电场强度的大小。物理模型：是为了形象地描述电场而假想的线，电场中实际并不存在这些线。匀强电场：物理学中把大小和方向都处处相同的电场叫做匀强电场。预习交流1用比值法定义电场强度：e，从定义式如何知道电场强度是电场的固有属性？定义式还表达电场强度哪些性质？答案：对电场中某点，为不变量，故e与f和q无关，是电场的固有属性。e在定义场强的同时也确定了e、f、q的关系，其变形式feq可求静电力。3电场强度的叠加原理许多点电荷在某点的场强，等于各点电荷在该点场强的矢量和，这叫做电场的叠加原理。预习交流2相距为a的a、b两点分别带有等量异种电荷q、q，在a、b连线中点处的电场强度为()。a零b，且指向qc，且指向q d，且指向q答案：d4匀强电场中金属导体的电荷分布(1)静电平衡：物理学中将导体中没有电荷移动的状态叫做静电平衡。(2)导体的内部场强：处在静电平衡下的导体，内部场强处处为零。(3)在导体表面附近，电场线与表面的关系：垂直。(4)电荷分布：处于静电平衡下的导体，电荷只分布在导体的外表面。预习交流3如下图所示，长为l的金属杆原来不带电，在距其左端r处放一个电荷量为q的点电荷。问：(1)金属杆中点处的场强为多少？(2)金属杆上的感应电荷在杆中点处产生的场强为多大？答案：(1)导体处于静电平衡时内部场强处处为零，故金属杆中点处场强为零。(2)所以e感e0，e感e。一、电场及电场强度(1)已知公式e，则e与f和q是否有关？(2)公式e与e有何不同？答案：(1)电场强度是描述电场的力的性质的物理量。虽然e，但e与f和q都无关，它是由电场本身决定的物理量。e是从检验电场的角度上定义的，决不能理解成e与f成正比，与q成反比。(2)公式e是电场中电场强度的定义式，适用于一切电场，公式e是真空中点电荷场强的决定式，仅适用于真空中点电荷的电场；e提供了量度电场强度的普遍方法，e则提供了真空中点电荷电场强度的计算方法；在e中q是引入的检验电荷，e与q无关，而在e中q是场源电荷的电荷量，e与q成正比。一检验电荷q4109 c，在电场中p点受到的电场力f6107 n。求：(1)p点的场强大小；(2)没有检验电荷时p点的场强大小；(3)放一电荷量为q1.2106 c的电荷在p点，其受到的电场力f是多大？答案：(1)1.5102 n/c(2)1.5102 n/c(3)1.8104 n解析：(1)e n/c1.5102 n/c。(2)场强是描述电场的物理量，跟检验电荷无关，所以场强仍是1.5102 n/c。(3)fqe1.21061.5102 n1.8104 n。(1)电场强度定义：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，叫做这一点的电场强度，简称场强，用符号e表示。大小：e。国际制单位：牛每库(n/c)。方向：电场中某点的电场强度的方向与该点正电荷受静电力方向一致，与负电荷受静电力方向相反。(2)点电荷的电场公式：ek，q为真空中的点电荷的带电荷量，r为该点到点电荷的距离。方向：若为正电荷，场强方向沿点电荷q和该点的连线指向该点；若为负电荷，场强方向沿点电荷q和该点的连线指向q。适用条件：真空中点电荷。注意：ek仅适用于真空中的点电荷，而e则适用于任何电场。二、电场线(1)电场线是如何描述电场的？(2)电场线和带电粒子在电场中的运动轨迹相同吗？答案：(1)电场线能描述场的强弱和方向：电场线的疏密程度表示电场强弱，电场线上某点的切线方向表示这一点的电场方向。(2)电场线不是带电粒子的运动轨迹。物理学上规定电场线上每点的切线方向为该点的场强方向，也是正电荷在该点受力产生的加速度的方向(与负电荷受力方向相反)。运动轨迹是带电粒子在电场中实际通过的径迹，径迹上每点的切线方向为粒子在该点的速度方向。在力学的学习中我们就已知道，物体运动速度的方向和它的加速度方向是两回事，不一定相同。因此，电场线与运动轨迹不能混为一谈，不能认为电场线就是带电粒子在电场中的轨迹。某静电场中的电场线如下图所示，带电粒子在电场中仅受电场力作用，其运动轨迹如图中虚线所示，由m运动到n，以下说法正确的是()。a粒子必定带正电荷b粒子在m点的加速度大于它在n点的加速度c粒子在m点的加速度小于它在n点的加速度d粒子在m点的动能小于它在n点的动能答案：acd解析：根据电荷运动轨迹弯曲的情况，可以确定点电荷受电场力的方向沿电场线切线方向，故此点电荷带正电，a选项正确。由于电场线越密，场强越大，点电荷受电场力就越大，根据牛顿第二定律可知其加速度也越大，故此点电荷在n点加速度大，c选项正确，粒子从m点到n点，电场力做正功，根据动能定理得此点电荷在n点动能大，故d选项正确。(1)电场线是为形象地描述电场而引入的假想曲线。规定电场线上每点的场强方向沿该点的切线方向，也就是正电荷在该点所受电场力的方向(负电荷受力方向与此方向相反)。(2)对于由电场线和粒子运动轨迹判断粒子运动情况的题目，其关键是抓住粒子受电场力的方向指向粒子轨迹弯曲的一侧(即凹侧)并沿电场线的切线方向或切线的反方向。三、电场的叠加我们知道，每个电荷都会在它的周围空间产生电场，那么当许多电荷同时存在时，空间各点的场强该如何计算呢？答案：一般情况下，许多点电荷在某点的合场强，等于各点电荷的电场在该点场强的矢量和，即e合e1e2en，这叫做电场的叠加原理。如图所示，a、b、c三点为一直角三角形的顶点，b30。现在a、b两点放置两个点电荷qa、qb，测得c点场强方向与ab平行，问qa带什么电？qaqb是多少？答案：负电18解析：由qa、qb在c点产生的场强ec，可作出矢量图(如图所示)，可知qa一定带负电，且eaeb又eak，ebk所以，即qaqbac22bc218。(1)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，这种关系叫做电场强度的叠加。(2)电场强度是矢量，场强的叠加本质是矢量叠加，所以应该用平行四边形定则。(3)电场的可叠加性也是电场与普通物质的重要区别。1关于电场，下列说法中正确的是()。a只要有电荷存在，在其周围就一定存在电场b电场是一种物质，它与其他物质一样，是不依赖于我们的感觉而客观存在的东西c电荷间的相互作用是通过电场发生的，电场最基本的性质是对处在它里面的电荷有力的作用d电荷间的作用是一种超距作用答案：abc解析：电场是客观存在的，是由电荷形成的，电荷间的相互作用是通过电场发生的，电荷间的作用不是超距作用，故a、b、c正确，d错误。2电场中有一点p，下列说法正确的是()。a若放在p点的检验电荷的电荷量减半，则p点的场强减半b若p点没有检验电荷，则p点场强为零cp点场强越大，则同一电荷在p点所受电场力越大dp点的场强方向为试探电荷在该点的受力方向答案：c解析：场强不因检验电荷的改变而改变。场强的方向为正电荷所受电场力方向。3以下关于电场和电场线的说法中正确的是()。a电场和电场线都是客观存在的物质b在电场中，凡是电场线通过的点的场强不为零，不画电场线区域内的点的场强为零c同一试探电荷在电场线密集的地方所受电场力大d电场线是人为假设的，用以形象地表示电场的强弱和方向，客观上并不存在答案：cd解析：电场线是假想的，没有电场线的地方场强也可能不为零，故a、b错误，c、d正确。4在x轴上有两个点电荷，一个带正电q1，一个带负电q2，且q12q2。用e1和e2分别表示两个电荷所产生的场强的大小，则在x轴上()。ae1e2的点只有一处：该点合场强为零be1e2的点共有两处：一处合场强为零，另一处合场强为2e2ce1e2的点共有三处：其中两处合场强为零，另一处合场强为2e2de1e2的点共有三处：其中一处合场强为零，另两处合场强为2e2答案：b解析：设两电荷间距离为l，e1e2的点离q2的距离为x，由点电荷的场强ek知，当该点在q1、q2连线外侧时，kk，解得x1(1)l，此处两电场反向，合场强为零。当该点在连线之间时，kk，解得x2(1)l，此处两电场同向，e2e2。所以