电场强度教学设计

1 1 物理学史上对电荷间相互作用力的认识过程物理学史上对电荷间相互作用力的认识过程 请同学们先看一下课本中 电场 部分 然后思考电荷间的相互作用是如何发生的 库仑 F 超距作用 牛顿 19 世纪 30 年代 法拉第提出 电荷周围存在着由它产生的电场 处在电 场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场给予的 电场 是存在于电荷周围的一种特殊的物质 场与实物是物质存在的两种不 同形式 静止电荷产生的电场称为静电场 电场力 电荷间的相互作用力称为电场力 电场的基本性质 对放入其中的电荷具有力的作用 2 2 电场强度电场强度 如何描述电场的强弱 场源电荷 产生电场的电荷 Q 试探电荷 用来检验电场是否存在及其强弱 的电量比较小 体积比较小的电荷 1 定义 放入电场中某点的试探电荷 q 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 2 21 r qq k 2 21 r mm GF 2 定义式 单位 牛 库仑 N C 伏特 米 v m q F E 3 矢量性 跟正电荷在该点所受电场力方向相同 跟负电荷在该点所受电 场力方向相反 4 理解 1 为定义式 适用于一切电场 q F E 2 电场强度是反映电场强弱和方向的物理量 3 由电场本身的性质决定 与试探电荷的正负 电荷量的大小及 受到的电场力都无关 练习 1 根据场强的定义式 E F q 可以知道 A 电场中某点的场强跟放入该点的电荷所受的电场力成正比 跟放入该 点的电荷的电荷量成反比 B 电场中的某一点 如果不放入检验电荷 则该点的场强为零 C 电场中的某一点 如果不放入检验电荷 则该点的场强为无穷大 D 电场中的某一点 不管放不放入检验电荷 也不管检验电荷的电荷量 是多少 该点的场强都是一定的 练习 2 真空中有一电场 在电场中的 P 点放一电量为 4 10 9C 的试探电荷 它受到的电场力 2 10 5N 则 P 点的场强度 N C 把试探电荷的电量 减少为 2 10 9C 则检验电荷所受的电场力为 N 如果把这个试探电 荷取走 则 P 点的电场强度为 N C 3 3 点电荷的电场强度点电荷的电场强度 在点电荷 Q 形成的电场中 距 Q 为 r 的 P 点 检验电荷受到的电场力为 练习 3 在与场源电荷 Q 相距 r 30 cm 的 P 点 q 4 0 10 9 C 的负点 电荷受到的电场力 F 2 0 10 5 N 方向指向 Q 1 求 P 点电场强度 的大小和方向 2 Q 为何种电荷 其电荷量是多少 总结 和 的区别 2 r qQ kF 2 r Q k q F E F E q 2 Q Ek r 练习 4 关于电场强度 下列说法正确的是 A E F q 若 q 减半 则该处的场强变为原来的 2 倍 B E kQ r2 中 E 与 Q 成正比 而与 r 平方成反比 C 在以一个点电荷为球心 r 为半径的球面上 各点的场强均相同 D 电场中某点的场强方向就是该点所放电荷受到的电场力的方 练习 5 在真空中 O 点放一个点电荷 Q 1 0 10 9C 直线 MN 通过 O 点 OM 的距离 r 30cm M 点放一个点电荷 q 1 0 10 10C 如图所示 已知静 电力常量 求 1 q 在 M 点受到点电荷 Q 的作用力 2 M 点的场强 3 拿走 q 后 M 点的电场强度 4 4 电场强度的叠加电场强度的叠加 5 5 适用范围电荷的意义 定义式 适用于一切电 场 q 是检验电荷 E 与 q 无关 仅对点电荷的电场适用Q 是场源电荷 E 与 Q 成正比 F E q 2 Q Ek r 因为电场强度是矢量 若几个点电荷同时存在 这时某点的电场强度 等 于各个点电荷在该点单独产生的电场强度的矢量和 练习 6 真空中 两个等量异种电荷电量数值均为 q 相距 r 两点电荷连线中 点处的电场强度的大小为 A 0 B 2kq r2 C 4kq r2 D 8kq r2 练习 7 如图所示 在真空中有两个点电荷 Q1 3 0 10 8C 和 Q2 3 0 10 8C 它们相距 0 1m 求电场中 A 点的场强 A 点与两个点电 荷的距离 r 相等 r 0 1m 练习 8 在 x 轴上有两个点电荷 一个带正电 Q1 一个带负电 Q2 且 Q1 2Q2 用 E1 和 E2 分别表示两个点电荷所产生的场强的大小 则在 x 轴上 A E1 E2 之点只有一个 该处合场强为零 B E1 E2 之点共有两处 一处合场强为零 另一处合场强为 2E2 C E1 E2 之点共有三处 其中两处合场强为零 另一处合场强为 2E2 D E1 E2 之点共有三处 其中一处合场强为零 另两处合场强为 2E2 作业 教材P15 7 练习 9 直角坐标系 xOy 中 M N 两点位于 x 轴上 G H 两点坐标如图 M N 两点各固定一负点电荷 一电量为 Q 的正点电荷置于 O 点时 G 点处的电场强 度恰好为零 静电力常量用 k 表示 若将该正点电荷移到 G 点 则 H 点处场强 的大小和方向分别为 A 沿 y 轴正方向 B 沿 y 轴负方向 C 沿 y 轴正方向 D 沿 y 轴负方向 练习 10 如图所示 AC BD 为圆的两条互相垂直的直径 圆 心为 O 将带有等量电荷 q 的正 负点电荷放在圆周上 它们 的位置关于 AC 对称 要使圆心 O 处的电场强度为零 可在圆 周上再放置一个适当电荷量的正点电荷 Q 则该点电荷 Q 应放在 A A 点 B B 点 C C 点 D D 点 练习 11 如图 一半径为 R 的圆盘上均匀分布着电荷量为 Q 的电荷 在垂直于 圆盘且过圆心 c 的轴线上有 a b d 三个点 a 和 b b 和 c c 和 d 间的距 离均为 R 在 a 点处有一电荷量为 q q O 的固定点电荷 已知 b 点处的场强为 零 则 d 点处场强的大小为 k 为静电力常量 2 4 3 a KQ 2 4 3 a KQ 2 4 3 a KQ 2 4 5 a KQ 2 4 5 a KQ 练习 12 均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生 的电场 如图所示 在半球面 AB 上均匀分布正电荷 总电荷量为 q 球面半径 为 R CD 为通过半球顶点与球心 O 的轴线 在轴线上有 M N 两点 OM ON 2R 已知 M 点的场强大小为 E 则 N 点的场强大小为 A B C D 5 电场线电场线 1 电场线 在电场中画出一些曲线 使曲线上每一点的切线方向都跟该点的场 强方向一致 这样的曲线叫做电场线 注意 电场线不是电场里实际存在的线 而是形象地描述电场的假想的 线 电场虽然抽象但它是客观存在的物质 电场线虽然形象但它仅是假想的 线 2 电场线的特点 1 在静电场中 电场线起始于正电荷 终止于负电荷 对孤立的正电荷 可认为负电荷在无穷远处 电场线由正电荷出发伸向无 穷远 对孤立的负电荷 可认为正电荷在无穷远处 电场线由无穷远处伸向负 电荷 2 电场线上每一点的切线方向跟该点的场强方向一致 过电场线上某点的切线方向是指跟电场线的行进方向一致的那 个方向 如图所示 3 电场线的疏密程度表示电场强度的大小 电场线越密的地方 场强越 大 电场线越稀的地方 场强越小 4 两条电场线不能相交 电场中某处的场强大小和方向是惟一确定的 如果两条电场线相交就不能 惟一地确定出场强方向 同时在相交点处由于电场线密不可分 因而也不可能 反映出场强的大小 练习 13 如图所示是某电场中的电场线 在该电场中有 A B 两点 下列结论 中正确的是 A A 点的场强比 B 点的场强大 B A 点的场强方向与 B 点的场强方向相同 C 将同一点电荷分别放在 A B 两点 放 在 A 点的加速度比放在 B 点的加速度大 D 因为 A B 两点没有电场线通过 所以电荷放在这两点都不会受静电力作用 练习 14 某静电场中的电场线方向不确定 分布如图所示 带电粒子在电场中仅 受静电力作用 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 该静电场一定是孤立正电荷产生的 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 点的速度大于它在 N 点的速度 练习 15 如右图所示 实线为不知方向的三条电场线 从电场中 M 点以相同 速度垂直于电场线方向飞出 a b 两个带电粒子 运动轨迹如右图中虚线所示 则 A a 一定带正电 b 一定带负电 B a 的速度将减小 b 的速度将增加 C a 的加速度将减小 b 的加速度将增加 D 两个粒子的动能 一个增加一个减小 作业 教材P15 5 3 几种常见的带电体周围的电场线分布 几种常见的带电体周围的电场线分布 1 点电荷的电场线分布 正电荷的电场线从正电荷出发延伸到无限远 负电荷 的电场线无限远处延伸到负电荷 如图所示 2 等量异种点电荷的电场线 1 沿点电荷的连线方向 场强先变小后变大 2 两点电荷连线的中垂面 中垂线 上 场强方向均相同 且总与中垂面 线 垂直 沿中垂线 O 点向外场强逐渐减小 在中垂线 上到两点电荷连线中点 O 点等距离处各点的 场强相等 3 在中垂面 线 上的电荷受到的电场力的 方向总与中垂面 线 垂直 因此 在中垂面 线 上移动电荷时电场力不做功 3 等量同种点电荷的电场线 1 两点电荷连线中点 O 处场强为零 2 中点 O 附近的电场线非常稀疏 但场 强并不为零两点电荷连线中垂面 线 上 场强方向总沿面 线 远离 O 等量正电荷 3 在中垂面 线 上从 O 点到无穷远 电场线先变密后变疏 即场强先变强后变弱 练习 16 如图为真空中两点电荷 A B 形成的电场中的一簇电场线 已知该电场线关于虚线对称 O 点为 A B 电荷连线的中点 a b 为其连线的中垂线上对称的两点 则下列说法正确的是 A A B 可能带等量异号的正 负电荷 B A B 可能带不等量的正电荷 C a b 两点处无电场线 故其电场强度可能为零 D 同一试探电荷在 a b 两点处所受电场力大小相等 方向一定相反 练习 17 如图所示 A B 为两个等量同种点电荷 a O b 在点电荷 A B 的 连线上 c O d 在连线的中垂线上 Oa Ob Oc Od 则 A a b 两点的场强相同 电势也相同 B c d 两点的场强不相同 电势相同 C O 点是 A B 连线上电势最低的点 也是 A B 连线上场强最小的点 D O 点是中垂线 cd 上电势最高的点 也中垂线上场强最大的点 练习 18 P Q 两电荷的电场线分布如图所示 c d 为电场中的关于 PQ 连线的中 垂线对称的两点 一个离子 不计重力 从 a 运动到 的轨迹如图所示 则下列 判断不正确的是 A P 带负电荷 B C d 两点的电场强度相同 C 离子在运动过程中受到 P 的吸引力 D 离子从 a 运动到 电场力做正功 练习 19 如图所示 两个带等量正电荷的小球 A B 可视为点电荷 被固定在 光滑绝缘的水平面上 P N 是小球 A B 的连线的水平中垂线 且 PO ON 现将一个电荷量很小的带负电的小球 C 可视为质点 由 P 点静止释放 在小球 C 向 N 点运动的过程中 下列说法正确的是 A 速度先增大 再减小 B 速度一直增大 C 加速度先增大再减小 过 O 点后 加速度先减小再增大 D 加速度先减小再增大 3 点电荷与带电平板的电场线分布 如图所示 4 带等量异种电荷两靠近的平行金属板间的电场线分布 如图所示 匀强电场匀强电场 1 匀强电场 电场强度的大小和方向处处相同的电场 叫做匀强电场 2 匀强电场的电场线 是一组等间隔的平行线 3 匀强电场的实例 两块靠近的平行金属板 大小相等 互相正对 分别 带有等量的正负电荷 它们之间电场除边缘附近外是匀强电场 练习 20 如图所示 正电荷 Q 放在一水平向右匀强电场中 在以 Q 为圆心 半径为 r 的圆周上有 abc 三点 将检验电荷 q 放在 a 点 它受到的电场力恰好 为零 则匀强电场的大小为 最高点 b 点的场强大小 最右侧 C 点的 场强大小为 练习 21 2013 新课标全国卷 如图 在光滑绝缘水平面上 三个带电小 球 a b 和 c 分别位于边长为 l 的正三角形的三个顶点上 a b 带正电 电荷量 均为 q c 带负电 整个系统置于方向水平的匀强电场中 已知静电力常量为 k 若 三个小球均处于静止状态 则匀强电场场强的大小为 2222 3332 3 A B C D 3 kqkqkqkq llll 作业 教材 P15 6 练习 22 如图所示 空间存在着电场强度为 E 2 5 102N C 方向竖直向上的匀 强电场 一长为 L 0 5m 的绝缘细线 一端固定在 O 点 一端拴着质量 m 0 5kg 电荷量 q 4 10 2C 的小球 现将细线拉直到水平位置 使小球由静止 释放 则小球能运动到最高点 不计阻力 取 g 10m s2 求 1 小球的电性 2 细线在最高点受到的拉力 3 若小球刚