高中物理第一章静电场第3节电场强度教学案新人教版.docx

第3节 电场强度一、电场1概念：电荷周围存在的一种特殊的物质，由电荷产生。场和实物是物质存在的两种不同形式。2基本性质：对放入其中的电荷有力的作用。电荷之间通过电场相互作用。3静电场：静止电荷产生的电场。 说明关于电场的三点说明(1)特殊物质性：电场是一种特殊的物质，虽然电场看不见摸不着，但它与实物一样客观存在着，也具有动量、能量等重要属性。(2)客观存在性：电荷的周围一定存在电场，静止电荷的周围存在着静电场。(3)“桥梁纽带”作用：电场是电荷间相互作用的桥梁，故电荷间不直接接触就能发生相互作用。判一判1只要有电荷存在，电荷周围就一定存在电场()2电场是一种物质，与其他物质一样，是不依赖我们的感觉而客观存在的东西()3电荷间的相互作用是通过电场产生的，电场最基本的性质是对处在它里面的其他电荷有力的作用()二、电场强度1试探电荷(检验电荷)：用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的电荷，是研究电场的工具。2场源电荷(源电荷)：激发或产生我们正在研究的电场的电荷。3电场强度(1)概念：放入电场中某点的点电荷所受静电力F与它的电荷量q的比值，简称场强。(2)物理意义：表示电场的强弱和方向。(3)定义式及单位：EF/q，单位牛/库仑，符号N/C。(4)矢量性：电场强度的方向与正电荷在该点所受静电力的方向相同。说明关于电场强度的三点说明(1)电场强度反映了电场的力的性质。(2)唯一性：电场中某点的电场强度E是唯一的，是由电场本身的特性(形成电场的电荷及空间位置)决定的，与是否放入试探电荷、放入电荷的电性、电荷量的多少均无关。(3)矢量性：电场强度描述了电场的强弱，是矢量，其运算遵循平行四边形定则。选一选电场中有一点P，下列哪种说法是正确的( )A若放在P点试探电荷的电荷量减半，则P点场强减半B若P点没有试探电荷，则P点场强为零CP点场强越大，则同一电荷在P点所受静电力越大DP点的场强方向为试探电荷在该点的受力方向解析：选C电场中某点的电场强度与试探电荷无关，故A、B错误；由电场强度的定义可知C对；电场强度方向与正试探电荷受力方向相同，故D错。三、点电荷的电场电场强度的叠加2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各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。3均匀带电球体外部的电场强度：与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场强度相同，Ek，r是球心到该点的距离(rR)，Q为整个球体所带的电荷量。注意E与Ek两个公式的比较选一选真空中，A、B两点与点电荷Q的距离分别为r和3r，则A、B两点的电场强度大小之比为( )A31 B13 C91 D19解析：选C由点电荷场强公式有：Ekr2，故有2291，C项正确。四、电场线匀强电场1电场线：为了形象描述电场而假想的一条条有方向的曲线。曲线上每点的切线的方向表示该点的电场强度的方向。2电场线的特点(1)电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷。(2)电场线在电场中不相交。(3)电场强度较大的地方，电场线较密；电场强度较小的地方，电场线较疏。(4)电场线上任一点顺着电场线的切线方向，就表示该点电场强度的方向。(5)电场线不是实际存在的曲线，是为了形象描述电场而假想的。3匀强电场(1)定义：各点电场强度的大小相等、方向相同的电场。(2)匀强电场的电场线：间隔相等的平行直线。选一选多选如图是某电场区域的电场线分布，A、B、C是电场中的三个点，下列说法正确的是( )AA点的电场强度最小BB点的电场强度最小C把一个正点电荷依次放在这三点时，其中放在B点时它受到的静电力最大D把一个负点电荷放在A点时，它所受的静电力方向和A点的电场强度方向一致解析：选AC电场线密的地方电场强度大，电场线稀疏的地方电场强度小，A正确，B错误；由FqE知，C正确；电场强度的方向与负电荷受力方向相反，D错误。 电场强度和静电力的区别和联系 典型例题例1.多选图甲中AB是一个点电荷形成电场的一条电场线，图乙则是电场线上P、Q处的试探电荷所受电场力的大小与其电荷量间的函数关系图象，下列说法可能的是( ) A场源电荷在P点左侧B场源电荷在P、Q之间C场源电荷在Q点右侧D因不知场源电荷的电性，所以无法确定场强方向解析由FEq和图乙可知，EPEQ，故场源电荷离P点较近，因为图甲中AB是一个点电荷形成电场的一条电场线，如果场源电荷在P、Q之间，那AB就是两条电场线了，所以场源电荷在P点左侧，A正确，B、C错误；如果场源电荷为正电荷，则场强方向由P指向Q；如果场源电荷为负电荷，则场强方向由Q指向P。由于不知道点电荷的电性，故无法确定场强方向，D正确。答案AD点评场强公式的应用技巧在解答和计算与场强有关的问题时应注意区分电场强度定义式E及决定式Ek，二者不能混淆。(1)若检验电荷的电量和所受库仑力已知，则用场强的定义式计算。(2)若场源电荷的电量和检验电荷到场源的距离已知，则用场强的决定式计算。即时巩固1下列关于电场强度的说法正确的是( )A公式E只适用于真空中点电荷产生的电场B由公式E可知，电场中某点的电场强度E与试探电荷在电场中该点所受的电场力成正比C在公式Fk中，k是点电荷Q2产生的电场在点电荷Q1处的场强大小；而k是点电荷Q1产生的电场在点电荷Q2处的场强的大小D由公式E可知，在离点电荷非常近的地方(r0)，电场强度E可达无穷大解析：选C电场强度的定义式E适用于任何电场，A错误；电场中某点的电场强度，由电场本身决定，与电场中该点是否有试探电荷或引入的试探电荷在该点所受的电场力无关，B错误；由Fk和E可知，C正确；公式Ek是点电荷产生的电场中某点场强的计算式，当r0时，场源就不能视为点电荷了，该公式不再适用，D错误。电场强度叠加时应注意的问题1电场强度是矢量，当空间的电场是由多个电荷共同产生时，计算空间某点的电场强度时，应先分析每个电荷单独在该点所产生的场强的大小和方向，再根据平行四边形定则求合场强的大小和方向。2比较大的带电体产生的电场，可以把带电体分解为若干小块，每小块看做点电荷，用电场叠加的方法计算。典型例题例2.(全国新课标)如图所示，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( ) A. B. C. D. 解析带电小球a、b在c球位置处产生的场强大小均为EaEb，方向如图所示，根据平行四边形定则，其合场强大小为Eab2kcos 30，电场Eab应与外加的匀强电场E等大反向，即E，B正确。答案B点评求合场强应注意的问题(1)因为电场强度是矢量，所以求合场强时既要求出大小，也要求出方向。(2)若某点的场强是由点电荷Q1、Q2的电场在此点叠加的，则可以先分别求出Q1、Q2在此点各自产生的场强，然后根据矢量的合成法则(平行四边形定则)求矢量和。即时巩固2如图所示，A、B、C、D、E是半径为r的圆周上等间距的五个点，在这些点上各固定一个点电荷，除A点处的电荷量为q外，其余各点处的电荷量均为q，则圆心O处( ) A场强大小为，方向沿OA方向B场强大小为，方向沿AO方向C场强大小为，方向沿OA方向D场强大小为，方向沿AO方向解析：选C在A处放一个q的点电荷与在A处同时放一个q和一个2q的点电荷的效果相当，因此可以认为O处的场强是由五个q和一个2q的点电荷产生的场强合成的，五个q处于对称位置上，在圆心O处产生的合场强为零，所以O点的场强相当于2q在O处产生的场强，C正确。典型例题例3.(全国新课标)如图所示，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(q0)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)( ) Ak Bk Ck Dk解析由b点处的合场强为零可得圆盘在b点处的场强与点电荷q在b点处的场强大小相等、方向相反，所以圆盘在b点处的场强大小为Ebk，再根据圆盘场强的对称性和电场强度叠加即可得出d点处的场强为EdEbkk，B正确。答案B点评电场中两类对称问题(1)点电荷中的对称到点电荷距离相等的点，电场强度大小均相等。(2)带电薄板中的对称如图所示，若带电薄板两侧A、B两点关于薄板对称，则A、B两点的场强大小相等，方向相反。即时巩固3如图所示，带电荷量为q的点电荷与均匀带电薄板相距为2d，点电荷到带电薄板的垂线通过板的几何中心。若图中a点处的电场强度为零，根据对称性，带电薄板在图中b点处产生的电场强度大小为_，方向_。(静电力常量为k) 解析：均匀带电薄板在a、b两对称点处产生的场强大小相等、方向相反，具有对称性。带电薄板和点电荷q在a点处的合场强为零，则薄板在a处产生的场强大小Ea，方向垂直于薄板向右，故薄板在b处产生的场强大小EbEa，方向垂直于薄板向左。答案：垂直于薄板向左1.电场线与带电粒子的运动轨迹(1)电场线是为了形象地描述电场而引入的假想曲线，规定电场线上每点的切线方向为该点的场强方向，即是正电荷在该点受电场力产生加速度的方向(负电荷受力方向相反)。(2)运动轨迹是带电粒子在电场中实际通过的轨迹，轨迹上每点的切线方向为粒子在该点的速度方向。(3)在满足以下条件时带电粒子运动轨迹才和电场线重合电场线是直线。带电粒子初速度为零或初速度方向与电场线方向平行。2等量点电荷电场线的分布及特点(1)等量同种点电荷的电场：电场线分布如图所示(以等量正点电荷为例)，其特点有：两点电荷连线的中点处场强为零，此处无电场线，向两侧场强逐渐增大，方向指向中点。两点电荷连线中点沿中垂面(中垂线)到无限远，电场线先变密后变疏，即场强先变大后变小，方向背离中点。(2)等量异种点电荷的电场：电场线分布如图所示(以等量正、负点电荷为例)，其特点有：两点电荷连线上的各点场强方向从正电荷指向负电荷，沿电场线方向先变小再变大，中点处场强最小。两点电荷连线的中垂面(中垂线)上，电场线的方向均相同，即电场强度方向都相同，总与中垂面(或中垂线)垂直且指向负点电荷一侧，从中点到无穷远处，场强大小一直减小，中点处场强最大。典型例题例4.多选如图所示是一簇未标明方向、由单一点电荷产生的电场线，虚线是一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹，a、b是轨迹上的两点。若带电粒子在运动中只受电场力作用，根据此图可判断出该带电粒子( )A电性与场源电荷的电性相同B在a、b两点所受电场力大小FaFbC在a、b两点的速度大小vavbD在a、b两点的动能EaEb解析根据带电粒子的运动轨迹可知，带电粒子所受电场力的方向跟电场线共线，指向曲线弯曲的内侧，由此可知，带电粒子与场源电荷电性相反，A错误；a点电场线比b点密，所以a点场强较大，带电粒子在a点所受电场力较大，B正确；假设带电粒子由a点运动到b点，所受电场力方向与速度方向之间的夹角大于90，电场力做负功，带电粒子的动能减少，速度减小，即EaEb，vavb，同理可分析带电粒子由b点运动到a点时也有EaEb，vavb，C正确，D错误。答案BC点评带电粒子在电场中运动时的分析思路第一步根据带电粒子运动轨迹弯曲方向，判断出电场力情况。第二步把电场线方向、电场力方向与电性相联系。第三步把电场线疏密和受力大小、加速度大小相联系。即时巩固4多选某静电场中的电场线如图所示，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这个电场可能是负点电荷的电场B粒子必定带正电荷C粒子在M点的加速度大于它在N点的加速度D粒子在M点的加速度小于它在N点的加速度解析：选BD负点电荷的电场线为直线，A错误；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方向，故此粒子带正电，B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点加速度大于它在M点的加速度，C错误，D正确。1多选一带电量为q的检验电荷在电场中某点受到的静电力大小为F，该点场强大小为E，则下面能正确反映这三者关系的是( )解析：选BC场强由电场本身决定，不随q或F的变化而变化，A、D错误，B正确；FEq，场强不变时，F与q成正比，C正确。2对于由点电荷Q产生的电场，下列说法正确的是( )A电场强度的表达式仍成立，即E，式中的q就是产生电场的点电荷的电荷量B在真空中，电场强度的表达式为Ek，式中的Q是产生电场的点电荷的电荷量C在真空中Ek，式中Q是试探电荷的电荷量D以上说法都不对解析：选B公式E是电场强度的定义式，普遍适用，其中q是试探电荷的电荷量；公式Ek是在定义式基础上推导出的点电荷电场强度的计算公式，其中Q是产生电场的场源电荷的电荷量，B正确。3某电场的电场线分布如图所示，下列说法正确的是( )Ac点的电场强度大于b点的电场强度B若将一试探电荷q由a点释放，它将沿电场线运动到b点Cb点的电场强度大于d点的电场强度Da点