山东科技版物理选修3-1第一章静电场第3-4节电场及其描述;电场中的导体(学案)

1、年 级局一学 科物理版本鲁教版内容标题第3节电场及其描述【本讲教育信息】一.教学内容：第3节电场及其描述1 .电场(1)电荷的周围存在着电场，带电体间的相互作用是通过周围的电场发生的。(2)性质：电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用。2 .电场力电场对于处在其中的电荷有力的作用，这种力叫做电场力。3 .电场强度(1)定义：放入电场中某一点的电荷受到的电场力跟它的电荷量的比值叫做该点的电 场强度。(2)公式：E F。q(3)单位：牛/库，符号N/C。(4)方向：规定为正电荷在该点受电场力的方向，所以电场强度是矢量。(5)某点的场强为1N/C,它表示1C的点电荷在此处会受到 1N的电场力作用

2、。(6)试探电荷；为了测量电场对一个电荷的作用力，应使放入的这个电荷的电荷量足 够小，以致不影响将要研究的电场，使这个电荷的线度足够小到能确定电场中各点的性质， 这样的电荷叫试探电荷。4 .点电荷的电场(1)点电荷电场的场强大小的表达式：E k措。r(2)点电荷Q的电场中任意点的电场强度的大小，与点电荷的电荷量成正比，与该点 到点电荷距离的平方成反比。5 .匀强电场在电场的某一区域里，如果各点场强的大小和方向都相同， 这个区域的电场就叫做匀强 电场。两块靠近的、大小相等且互相正对的平行金属板， 若分别带上等量异种电荷，两板之 间的电场就可以认为是匀强电场，其电场线是均匀分布的平行直线。6 .电

3、场线(1)意义：如果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，这样的曲线就叫做电场线。(2)特点：电场线不是电场里实际存在的线，而是为形象地描述电场而假想的线，因此电场线是一种理想化模型。电场线始于正电荷，止于负电荷，在正电荷形成的电场中，电场线起于正电荷， 延伸到无穷远处；在负电荷形成的电场中，电场线起于无穷远处，止于负电荷。电场线不闭合、不相交，也不是带电粒子的运动轨迹。在同一电场里，电场线越密的地方，场强越大，电场线越稀的地方，场强越小。1 .对于电场强度E E的理解q电场强度是描述电场的力的性质的物理量。虽然E E ,但E与F和q都无关，电场强q度是由电

4、场本身决定的量。E F是从检验电场的角度上定义的场强，决不能理解成E与Fq成正比，与q成反比。2 . E F和E k_Q_的区别与联系 qrE F是电场中电场强度的定义式，在所有电场中都适用；E kg仅适用于真空中点qr电荷的电场。E F提供了任一电场的场强计算方法；E kg则提供了真空中点电荷电场qr的场强计算方法。在 E £中，q是引入的试探电荷，故 E与q无关；而在E kg中，Q qr是产生电场的电荷，故 E与Q成正比。3 .电场线不是电荷的运动轨迹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受电场力产生的加速度的方向

5、(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轨迹，径迹上每点的切线方向为粒子在该点的速度方向。结合力学知识我们知道， 物体的速度方向不一定与加速度的方向一致，因此电场线不是粒子的运动轨迹。只有当电场线是直线， 而带电粒子又只受电场力作用由静止开始运动时轨 迹才有可能与电场线重合。4 .电场线的疏密和场强的关系的常见情况按照电场线的画法的规定，场强大的地方电场线密，场强小的地方电场线疏。如图中 Ea>Eb。但若只给一条直电场线如图所示，A、B两点的场强的大小，则无法由疏密程度来确定。对此情况可有多种推理判断：(1)若是正点电荷电场中的一根电场线，则Ea>Eb；(1)

6、若是负点电荷电场中的一根电场线，则有Ea<Eb;(2) 若是匀强电场中的一根电场线，则有Ea=Eb。【典型例题】例1.在真空中。点放一个点电荷 Q 10 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，求：(3) q在M点受到的作用力。(4) 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？思维分析：根据题意，Q是形成电场的电荷，q为试探电荷，为了方便，只用电荷量的 绝对值计算。力和场强的方向可通过电荷的正负判断。解析：(1)电场是一种物质，电荷 q在电场中M点所受的作用力是电荷 Q通过它的电 场

7、对q的作用力，根据库仑定律得：因为Q为正电荷，q为负电荷，库仑力是吸引力，所以力的方向沿MO指向O。(2) M 点的场强 Em Fm / q 10 10 8/1.0 10 10N/C 100N/C,其方向沿 OM 连 线背离O,因为它的方向跟正电荷受电场力的方向相同。(3)在M点拿走试探电荷 q,有的同学说 M点的场强Em = 0,这是错误的。其原因在 于不懂得场强是反映电场的力的性质的物理量，它是由形成电场的电荷Q决定的，与试探电荷q是否存在无关，所以 M点场强不变。第1页（ 4） M 点场强大。答案：（1）大小为1.0 10 8N ,方向沿MO指向O。（2）大小为100N/C,方向沿OM

8、连线背离O。（3）大小为100N/C,方向沿OM连线背离O。（4） M点场强大。例 2. 如图所示为静电场的一部分电场线的分布，下列说法正确的是（）A. 这个电场可能是负点电荷形成的B. C 点处的场强为零，因为那里没有电场线C. 点电荷 q 在 A 点所受到的电场力比在B 点所受电场力大D. 负电荷在B 点时受到的电场力的方向沿B 点切线方向解析： 负电荷的电场线是指向负电荷的直线，故 A 错误。 电场线只是形象地描述电场，没有电场线的地方，场强不一定为零，故 B错误。又Ea>Eb, F=qE,所以Fa>Fb,故C正 确。负电荷在B 点受电场力的方向与B 点的切线方向相反，故D

9、错误。答案： C例3.把质量为m的正点电荷q,在电场中从静止释放，在它运动过程中如果不计重力， 下述正确的是（）A. 点电荷运动轨迹必与电场线重合B. 点电荷的速度方向，必定和所在点的电场线的切线方向一致C. 点电荷的加速度方向，必与所在点的电场线的切线方向一致D. 点电荷的受力方向，必与所在点的电场线的切线方向一致解析： 正点电荷q 由静止释放，如果电场线为直线，电荷将沿电场线运动，但电场线如果是曲线，电荷一定不沿电场线运动（因为如果沿电场线运动，其速度方向与受力方向重合，不符合曲线运动的条件），故 A 选项不正确；由于点电荷做曲线运动时，其速度方向与电场力方向不再一致（初始时刻除外），故

10、B 选项不正确；而点电荷的加速度方向，也即电荷所受电场力方向必与该点场强方向一致，即与所在点的电场线的切线方向一致。故C、 D 选项正确。答案： CD例4.如图所示，一电子沿等量异种电荷的中垂线由A - O-B匀速飞过，电子重力不计，则电子所受另一个力的大小和方向变化情况是（）A. 先变大后变小，方向水平向左B. 先变大后变小，方向水平向右C. 先变小后变大，方向水平向左D. 先变小后变大，方向水平向右解析：等量异种电荷电场分布如图（a）所示，由图中电场线的分布可以看出，从 A到 O,电场线由疏到密；从 。至1J B,电场线由密到疏，所以从 A-OfB,电场强度应由小变 大，再由大变小，而电场

11、强度方向沿电场线切线方向，为水平向右，如图（ b）所示。由于 电子处于平衡状态，所受合外力必为零，故另一个力应与电子所受电场力大小相等方向相反。电子受的电场力与场强方向相反，即水平向左，电子从A - O-B过程中，电场力由小变大，再由大变小，故另一个力方向应水平向右，其大小应先变大后变小，所以选项B 正确。答案： B例5.竖直放置的两块足够长的平行金属板间有匀强电场，其电场强度为E。在该匀强电场中，用丝线悬挂质量为m的带电小球，丝线跟竖直方向成。角时小球恰好平衡，如图所示，请问：（ 1）小球所带的电荷量是多少？（ 2）若剪断丝线，小球碰到金属板需多长时间？解析： （ 1）由于小球处于平衡状态，对小球受力分析如图所示。由萼得：tan 正，故q mgtanmgE(2)由第(1)问中的方程知T 口-,而剪断丝线后小球所受电场力和重力的合力cos与未剪断丝线