高中物理教科版选修1-1第1章第3节电场

第3节电场[目标定位]1.知道电荷间的相互作用是通过电场发生的.2.理解电场强度，会根据电场强度定义式进行有关计算.3.知道电场强度是矢量，方向就是电场的方向.4.知道电场线的特点和匀强电场的特点.一、电场概念的引入电荷周围存在着电场，电荷之间的相互作用是通过电场发生的.想一想：电场看不见、摸不着，我们如何确定电场的存在？答案若把电荷放在某处，电荷受到力的作用，说明该处有电场.二、电场强度1.电场的重要性质：对放入场中的电荷有力的作用.2.电场强度(1)定义：用检验电荷在电场中所受电场力与其电荷量的比值来描述该电场的力的性质，这个比值称为电场强度，简称场强，用符号E表示.(2)定义式：E＝eq\f(F,q).(3)单位：牛顿/库仑，用符号表示为N/C.说明：电场中任一点电场强度的大小和方向与单位正电荷在该点所受电场力的大小和方向相同.想一想：有同学据电场强度的定义式E＝eq\f(F,q)得出，“电场强度的大小与电场力成正比，与检验电荷的电荷量成反比”.这种说法正确吗？为什么？答案不正确.电场中某点的场强大小由电场本身决定，与检验电荷的电荷量q及其受力F大小无关.比值eq\f(F,q)只是电场强度的定义式，并不能由此式得出场强与检验电荷受到的电场力成正比或与电荷量成反比.三、电场线1.定义：在电场中作一系列曲线，使这些曲线上每一点的切线方向都和该点场强方向一致，这些曲线就叫做电场线.2.电场线的性质(1)电场线只是一种描述手段，实际上并不存在.(2)电场线从正电荷发出(或者来自无穷远处)，终止于负电荷(或者无穷远处).(3)电场线不会相交.(4)电场线密的地方，场强大；电场线疏的地方，场强小.3.匀强电场(1)定义：如果在某区域中电场强度的大小和方向处处都相同，那么这个区域的电场叫做匀强电场.(2)特点：匀强电场的电场线是距离相等的平行直线.想一想：电场线密的地方，场强大；电场线疏的地方，场强小.那么没有画电场线的地方是不是场强为零？答案不是.电场线是人为引入的，电场线的疏密程度只是为了形象的描述场强的强弱，虽然某处没有画电场线，并不代表场强为零.一、对电场、电场强度、电场力的理解1.对电场的理解(1)电场是存在于电荷周围的一种特殊物质，并非由分子、原子组成，但客观存在.(2)电场的基本性质：是对放入其中的电荷有力的作用，电荷间的相互作用是通过电场发生的.(3)电场的方向：电场是有方向的，正电荷在电场中某点的受力方向为电场方向，负电荷在电场中某点的受力方向与电场方向相反.2.对电场强度的理解(1)电场强度E＝eq\f(F,q)由电场本身决定，与放入其中的检验电荷无关.(2)电场强度是矢量，它遵循矢量的特点和运算法则.3.电荷受到的电场力：知道了电场强度，就可以求电荷在电场中受到的电场力F＝qE.4.点电荷的电场强度(1)大小：E＝keq\f(Q,r2)，其中Q为点电荷的电荷量，k是静电力常量，r是到点电荷Q的距离.(2)方向：正点电荷在P点的场强方向背离正点电荷，负点电荷在P点的场强方向指向负点电荷.如图1所示：图1【例1】(单选)(2018·宿迁学业水平模拟)在电场中某点放一个检验电荷，电荷量为q，检验电荷受到的电场力为F，则该点电场强度为E＝eq\f(F,q)，下列说法正确的是()A.若移去检验电荷，该点的电场强度就变为零B.若在该点放一个电荷量为2q的检验电荷，该点的场强就变为eq\f(E,2)C.若在该点放一个电荷量为－2q的检验电荷，则该点电场强度大小仍为E，但电场强度的方向与原来的方向相反D.若在该点放一个电荷量为2q的检验电荷，则该点的电场强度大小仍为E，电场强度的方向也还是原来的电场强度方向解析因为电场中某点的电场强度的大小和方向由电场本身决定，跟检验电荷无关，所以，移去检验电荷或在该点放电量为2q或－2q的检验电荷，该点电场强度均不变.故D正确，A、B、C错误.答案D[针对训练1](多选)下列各图是电场中某点的电场强度E与放在该点处检验电荷量q及检验电荷所受静电力F与电荷量q之间的函数关系图像，其中正确的是()解析电场中某点的场强E只取决于电场本身，比值法E＝eq\f(F,q)定义E，而大小与F、q无关，故A、D对，B、C错.答案AD二、对电场线的理解1.电场线：为形象地描述抽象的电场而引入的假想曲线.电场线上每一点的切线方向都跟该点的电场强度方向一致.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)同一幅图中，电场线的疏密程度可定性地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)电场线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，如图2所示.图2(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.几种常见的电场线(如图3所示)图3【例2】(多选)(2018·盐城学业水平模拟)如图所示电场可能存在并且属于匀强电场的是()解析匀强电场中电场线是等间距的平行直线，A选项尽管平行但不等间距，并且这样的电场不存在，所以A项错误；C选项尽管等间距，但不是平行的直线，所以C错误；只有B、D符合题设条件.答案BD[针对训练2](单选)(2018·连云港学业水平模拟)下列电场中，A、B两点电场强度相同的是()解析电场强度是矢量，A、B两点电场强度相同，必须大小和方向都相同，故C正确.答案C对电场、电场强度的理解1.(单选)(2017·江苏扬州学业水平考试模拟)关于电场强度的定义式E＝eq\f(F,q)，下列说法中正确的是()A.E和F成正比，F越大E越大B.E和q成反比，q越大E越小C.E的方向与F的方向相同D.E的大小可由eq\f(F,q)计算解析E＝eq\f(F,q)是电场强度的定义式.可以根据该式计算某点的电场强度的大小，但是电场强度的大小和方向由电场本身决定，跟检验电荷及其受力情况无关，选项A、B错误，D正确；电场强度的方向可以与F方向相同也可以与F方向相反，选项C错误.答案D2.(单选)关于电场强度，下列说法正确的是()A.以点电荷为球心、r为半径的球面上，各点的场强相同B.正电荷周围的电场一定比负电荷周围的电场场强大C.若放入正电荷时，电场中某点的场强向右，则当放入负电荷时，该点的场强仍向右D.电荷所受到的电场力很大，即该点的电场强度很大解析以点电荷为球心，r为半径的球面上，各点的场强大小相等，方向不同，A错误；由E＝eq\f(kQ,r2)知，点电荷周围的场强大小仅与Q及r有关，与电荷的正、负无关，B错误；电场中某点场强的方向为恒定的，不会随着放入的检验电荷的电性变化而变化，C正确；由E＝eq\f(F,q)知，电场力F很大，场强不一定大，D错误.答案C对电场线的理解3.(单选)(2018·扬州学业水平模拟)某电场的电场线如图4所示，电场中M、N两点的场强大小分别为EM和EN，由图可知()图4A.EM＝ENB.EM＞ENC.EM＜END.无法比较EM和EN的大小解析电场线的疏密程度表示场强的大小，电场线越密说明场强越大，所以EM＜EN，选项C正确.答案C图54.(单选)(2017·江苏学业水平测试)如图5所示，为某一点电荷产生的电场线，A、B、C点的场强大小分别为2E、E、E，则()A.该点电荷在A点的左侧B.该点电荷为正电荷C.B、C两点场强相同D.负电荷在A点受到的电场力方向与该点的场强方向相同解析由点电荷的电场线分布情况可知，点电荷在A点的左侧，且为负电荷，选项A正确，B错误；场强是矢量，由题意可知B、C两点的场强大小相等，但是它们的方向不同，选项C错误；负电荷在A点受到的电场力方向与该点的场强方向相反，选项D错误.答案A(时间：30分钟)题组一、对电场、电场强度的理解1.(多选)下列说法正确的是()A.电荷只有通过接触才能产生力的作用B.只要有电荷存在，电荷周围就一定存在电场C.电场是一种物质，它与其他物质一样，是不依赖我们的感觉而客观存在的D.电荷间的相互作用是通过电场产生的，电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用解析电荷间相互作用是通过电场相互作用的，所以不需要通过接触就能产生力的作用，故A错误；只要有电荷存在，电荷周围就一定存在电场，故B正确；电场是一种物质，看不见也摸不着，它与其他物质一样，是不依赖我们的感觉而客观存在的，故C正确；电荷间的相互作用是通过电场产生的，电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用，故D正确.答案BCD2.(多选)下列选项中属于物理学中的理想化模型的是()A.电场强度 B.质点C.点电荷 D.元电荷解析电场强度采用了比值定义法，质点和点电荷忽略了物体或带电体的形状和大小，属于理想化模型，元电荷是最小的电荷量，选项B、C正确，A、D错误.答案BC3.(多选)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点的场强为零C.P点的场强越大，则同一电荷在P点受到的静电力越大D.P点的场强方向为正检验电荷在该点所受静电力的方向解析电场强度是源电荷(产生电场的电荷)电场的属性，与放入电场中的电荷无关，A、B错误；电场强度的定义式提供了通过检验电荷确定场强大小和方向的途径，如果已知E，则由E＝eq\f(F,q)的变式F＝qE，可以确定静电力的大小和方向.故C、D正确.答案CD4.(多选)真空中距点电荷(电荷量为Q)为r的A点处，放一个带电荷量为q(q≪Q)的点电荷，q受到的电场力大小为F，则A点的场强为()A.eq\f(F,Q) B.eq\f(F,q)C.keq\f(q,r2) D.keq\f(Q,r2)解析由电场强度的定义式，可得场强E＝eq\f(F,q)，选项A错误，B正确；由库仑定律可得F＝keq\f(Qq,r2)，所以场强E＝eq\f(F,q)＝keq\f(Q,r2)，选项C错误，D正确.答案BD题组二、对电场线的理解5.(单选)(2017·江苏省学业水平考试)下列各图中，正确描绘一个负电荷电场线的是()答案A6.(单选)(2018·连云港学业水平模拟)在如图所示的四种电场中，分别标记有a、b两点，其中a、b两点电场强度大小相等、方向相反的是()解析A图中与点电荷等距的a、b两点，场强大小相同，方向不同但不相反，A错误；对B图来说，根据电场线的疏密及对称性可判断，b点和a点场强大小、方向均相同，B错误；C图中两等量同种电荷连线的中垂线上与连线等距的a、b两点，场强大小相同，方向相反，C正确；对D图来说，根据电场线的疏密可判断，b点的场强大于a点的场强，D错误.答案C7.(多选)如图1所示，为某一电场中的一条电场线，a、b为线上的两点，则下列判断正确的是()图1A.这是一个匀强电场 B.a点场强一定比b点场强大C.a点场强可能比b点场强小D.不知a、b附近电场线的分布情况，场强大小不能确定解析电场线的疏密表示电场的强弱，一条电场线无法判断疏密，当然也就无法判断强弱.答案CD8.(单选)一个正点电荷的电场线分布如图2所示，A、B是电场中的两点，EA和EB分别表示A、B两点电场强度的大小，关于EA和EB的大小关系，下列说法正确的是()图2A.EA＞EBB.EA＝EBC.EA＜EBD.无法比较EA和EB的大小解析电场线的疏密表示场强的大小，电场线越密说明场强越大，所以EA＞EB，选项A正确.答案A9.(2018·连云港学业水平模拟)在场强为E、方向竖直向下的匀强电场中，有两个质量均为m的带电小球，电荷量分别为＋2q和－q，用长为l的绝缘细线相连，另用绝缘细线系住带正电的小球悬挂于O处，处于平衡状态，如图3所示，重力加速度为g.则细线对O点的作用力等于________.图3解析两球均处于静止，用平衡条件求解.解法一：隔离法，分别对两球进行受力分析，列两个方程联立求解；解法二：整体法.进行受力分析，列方程联立求解.答案2m