2019_2020學(xué)年高中物理第一章電場第三節(jié)電場強(qiáng)度學(xué)案粵教版.docx

第三節(jié)電場強(qiáng)度學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求物理觀念：1.知道電場是客觀存在的一種特殊物質(zhì).2.掌握電場強(qiáng)度的概念、公式及方向的規(guī)定.3.知道電場線，熟記幾種常見電場的電場線科學(xué)思維：1.領(lǐng)悟比值定義法定義物理量的特點.2.能根據(jù)庫侖定律和電場強(qiáng)度的定義式推導(dǎo)點電荷場強(qiáng)的計算式，并能進(jìn)行有關(guān)的計算.3.在進(jìn)行場強(qiáng)疊加等計算時培養(yǎng)綜合分析能力和知識的遷移能力一、電場1電荷的周圍存在電場帶電體間的相互作用是通過周圍的電場發(fā)生的，場是物質(zhì)存在的形式之一2電場的基本性質(zhì)：對放入其中的電荷有力的作用二、電場的描述1試探電荷：放入電場中探測電場是否存在及強(qiáng)弱的電荷，試探電荷的電荷量及線度都應(yīng)足夠小2電場強(qiáng)度：(1)定義：放入電場中某點的試探電荷所受的電場力與它的電荷量的比值，簡稱場強(qiáng)，用E表示(2)公式：E.(3)方向：與正電荷在該點所受電場力的方向相同(4)單位：牛/庫，符號為N/C.3真空中點電荷的場強(qiáng)：(1)場強(qiáng)公式：Ek，其中k是靜電力常量，Q是場源電荷的電荷量(2)方向：如果以Q為中心作一個球面，當(dāng)Q為正電荷時，E的方向沿半徑向外；當(dāng)Q為負(fù)電荷時，E的方向沿半徑向內(nèi)4勻強(qiáng)電場：電場中各點的場強(qiáng)大小和方向都相同5電場強(qiáng)度的疊加：場強(qiáng)是矢量，如果在空間同時存在多個點電荷，某點的場強(qiáng)等于各個點電荷單獨在該點產(chǎn)生場強(qiáng)的矢量和三、怎樣“看見”電場1法拉第最早提出用電場線的方法來表示電場2電場線：在電場中畫出的一系列的曲線，使曲線上每一點的切線方向都跟該點的場強(qiáng)方向一致3電場線的特點：(1)電場線的疏密程度反映電場的強(qiáng)弱，電場越強(qiáng)的地方，電場線越密(2)電場線從正電荷或無限遠(yuǎn)出發(fā)，到負(fù)電荷終止或延伸到無限遠(yuǎn)(3)勻強(qiáng)電場電場線的特點概念：如果電場中各點電場強(qiáng)度的大小相等、方向相同，這個電場就叫做勻強(qiáng)電場特點：a.電場方向處處相同，電場線是平行直線b場強(qiáng)大小處處相等，電場線間隔距離相等實例：相距很近、帶有等量異號電荷的一對平行金屬板之間的電場(邊緣除外)，就是勻強(qiáng)電場1判斷下列說法的正誤(1)根據(jù)電場強(qiáng)度的定義式E可知，E與F成正比，與q成反比()(2)電場中某點的電場強(qiáng)度與正電荷受力方向相同，當(dāng)該點放置負(fù)電荷時，場強(qiáng)反向()(3)由E知，在以Q為球心、r為半徑的球面上，各處場強(qiáng)相同()(4)若空間只有兩個點電荷，則該空間某點的場強(qiáng)等于這兩個點電荷單獨在該點產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的矢量和()2在靜電場中的某一點A放一個試探電荷q11010C，q受到的靜電力為1108N，方向向左，則A點的場強(qiáng)的大小為_，方向_；如果從A點取走q，A點場強(qiáng)大小為_答案100N/C向右100 N/C解析由題意知，q11010C，F(xiàn)1108N，由場強(qiáng)的定義知A點的場強(qiáng)的大小為：EN/C100 N/C，場強(qiáng)方向與負(fù)電荷在A點所受靜電力方向相反，所以A點的場強(qiáng)方向向右；電場強(qiáng)度是反映電場性質(zhì)的物理量，與有無試探電荷無關(guān)，把這個試探電荷取走，A點的電場強(qiáng)度不變，仍為100N/C.一、電場強(qiáng)度(1)電場的基本性質(zhì)是什么？如何去探究電場的這種性質(zhì)？(2)在空間中有一電場，把一帶電荷量為q的試探電荷放在電場中的A點，該電荷受到的靜電力為F.若把帶電荷量為2q的點電荷放在A點，則它受到的靜電力為多少？若把帶電荷量為nq的點電荷放在該點，它受到的靜電力為多少？電荷受到的靜電力F與電荷量q有何關(guān)系？答案(1)電場對放入其中的電荷有力的作用可在電場中放一試探電荷，通過分析試探電荷的受力研究電場的性質(zhì)(2)2F，nF.F與q成正比，即F與q的比值為定值1電場強(qiáng)度的大小和方向都是由電場本身所決定的，與試探電荷無關(guān)2電場強(qiáng)度是矢量，其方向與在該點的正電荷所受靜電力的方向相同，與在該點的負(fù)電荷所受靜電力的方向相反3公式E可變形為FqE：正電荷所受靜電力方向與電場強(qiáng)度方向相同，負(fù)電荷所受靜電力方向與電場強(qiáng)度方向相反例1(2018北師大附中高二上期中)電場中有一點P，下列說法正確的是()A若放在P點的試探電荷的電荷量加倍，則P點的場強(qiáng)加倍B若P點沒有試探電荷，則P點的場強(qiáng)為零CP點的場強(qiáng)越小，則同一電荷在P點受到的電場力越小DP點的場強(qiáng)方向就是試探電荷在該點的受力方向答案C解析若放在P點的電荷的電荷量加倍，則P處電荷受到的電場力會加倍，而此處的電場強(qiáng)度卻不變，即使不放電荷，電場強(qiáng)度仍保持不變，故A、B錯誤；電場力由電場強(qiáng)度與電荷量決定，P點的場強(qiáng)越小，則同一電荷在P點受到的電場力一定越小，故C正確；P點的場強(qiáng)方向為放在該點的正電荷所受電場力方向，故D錯誤例2如圖1所示，在一帶負(fù)電的導(dǎo)體A附近有一點B，如在B處放置一個q12.0108 C的點電荷，測出其受到的靜電力F1大小為4.0106N，方向如圖，則：(1)B處場強(qiáng)多大？方向如何？(2)如果換成一個q24.0107C的電荷放在B點，其受力多大？此時B處場強(qiáng)多大？(3)如果將B處電荷拿走，B處的場強(qiáng)是多大？圖1答案(1)200N/C方向與F1方向相反(2)8.0105N200N/C(3)200N/C解析(1)由場強(qiáng)公式可得EBN/C200 N/C，因為是負(fù)電荷，所以場強(qiáng)方向與F1方向相反(2)q2在B點所受靜電力大小為F2q2EB4.0107200N8.0105N，此時B處場強(qiáng)大小仍為200N/C.(3)某點場強(qiáng)大小與有無試探電荷無關(guān)，故將B處電荷拿走，B點場強(qiáng)大小仍為200N/C.學(xué)科素養(yǎng)以上兩題通過電場強(qiáng)度定義式及其變式的應(yīng)用，使學(xué)生進(jìn)一步理解比值定義法，并掌握電場強(qiáng)度的決定因素，較好地體現(xiàn)了“物理觀念”的學(xué)科素養(yǎng)二、點電荷的電場電場強(qiáng)度的疊加(1)如圖所示，在正點電荷Q的電場中有一試探電荷q放于P點，已知P點到Q的距離為r，Q對q的作用力是多大？Q在P點產(chǎn)生的電場的電場強(qiáng)度是多大？方向如何？(2)如果再有一正點電荷QQ，放在如圖所示的位置，P點的電場強(qiáng)度多大？答案(1)根據(jù)庫侖定律有Fk，所以Q在P點產(chǎn)生的電場的電場強(qiáng)度為Ek，方向沿QP的連線由Q指向P.(2)如圖所示，P點的電場強(qiáng)度為Q、Q單獨在P點產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的矢量和E.1點電荷場強(qiáng)公式：Ek.2E與Ek的比較：公式比較內(nèi)容EEk本質(zhì)區(qū)別定義式?jīng)Q定式適用范圍一切電場真空中點電荷的電場Q與q的意義q為檢驗電荷的電荷量Q為場源電荷的電荷量關(guān)系理解E的大小與F、q的大小無關(guān)E的大小與Q成正比3.電場強(qiáng)度是矢量，合成時遵循矢量運(yùn)算法則(平行四邊形定則或三角形定則)；對于同一直線上電場強(qiáng)度的合成，可先規(guī)定正方向，進(jìn)而把矢量運(yùn)算轉(zhuǎn)化成代數(shù)運(yùn)算例3如圖2所示，真空中，帶電荷量分別為Q和Q的點電荷A、B相距r，求：(1)兩點電荷連線的中點O的場強(qiáng)大小和方向(2)在兩點電荷連線的中垂線上，距A、B兩點都為r的O點的場強(qiáng)大小和方向圖2答案(1)，方向由AB(2)，方向平行于AB指向B解析(1)如圖甲所示，A、B兩點電荷在O點產(chǎn)生的場強(qiáng)方向相同，均由AB.A、B兩點電荷分別在O點產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大小EAEB.O點的場強(qiáng)為：EOEAEB，方向由AB.(2)如圖乙所示，EAEB，由矢量圖結(jié)合幾何關(guān)系可知，O點的場強(qiáng)EOEAEB，方向平行于AB指向B.針對訓(xùn)練(2017蘇州市調(diào)研測試)如圖所示，在正方形四個頂點分別放置一個點電荷，所帶電荷量已在圖中標(biāo)出，則下列四個選項中，正方形中心處場強(qiáng)最大的是()答案B解析點電荷電場強(qiáng)度公式為E，由于各點電荷到正方形中心處距離r相等，根據(jù)矢量合成，可知B正確三、電場線(1)為了形象的描述電場，法拉第引入了電場線的概念電場線是真實存在的嗎？(2)電場線是如何表示電場方向和強(qiáng)弱的？(3)試畫出點電荷、等量異號點電荷、等量同號點電荷及勻強(qiáng)電場的電場線答案(1)電場線實際上不存在(2)在電場中，電場線某點的切線方向表示該點電場強(qiáng)度的方向；電場線的疏密表示電場強(qiáng)度的相對大小，電場強(qiáng)度較大的地方電場線較密，反之較疏(3)答案見知識深化1電場線的特點(1)電場線是為了形象描述電場而假想的曲線，實際并不存在(2)電場線的疏密表示電場的強(qiáng)弱；電場線上某點的切線方向表示該點的電場強(qiáng)度的方向(3)電場線總是起自正電荷(或無限遠(yuǎn)處)，止于負(fù)電荷(或延伸到無限遠(yuǎn))，即電場線不閉合，在無電荷處不中斷(4)任意兩條電場線不相交2幾種特殊的電場線分布，如圖3所示圖33注意：電場線不是粒子的運(yùn)動軌跡，粒子運(yùn)動軌跡也不一定與電場線重合例4(2018啟東市期中)如圖4為金屬球放入勻強(qiáng)電場后電場線的分布情況設(shè)該電場中A、B兩點的電場強(qiáng)度大小分別為EA、EB，則A、B兩點()圖4AEAEB，電場方向相同BEAEB，電場方向不同DEAEB，電場方向不同答案D解析電場線的疏密表示電場強(qiáng)弱，由題圖可知，B點密集，A點稀疏，故EAEB，又某點的電場方向為電場線上該點的切線方向，A、B兩點的電場方向不同，故A、B、C錯誤，D正確1(電場強(qiáng)度的概念)(2018福州市八校聯(lián)考)關(guān)于電場強(qiáng)度的概念，下列說法正確的是()A由E可知，某電場的場強(qiáng)E與q成反比，與F成正比B電場中某一點的場強(qiáng)與放入該點的試探電荷的正負(fù)無關(guān)C正、負(fù)試探電荷在電場中同一點受到的電場力方向相反，所以某一點場強(qiáng)方向與放入試探電荷的正負(fù)有關(guān)D電場中某一點不放試探電荷時，該點場強(qiáng)等于零答案B解析E是電場強(qiáng)度的定義式，某電場的場強(qiáng)E的大小和方向都取決于電場本身，而與試探電荷的電荷量q、試探電荷受到的電場力F無關(guān)，故A、C錯誤，B正確某點不放試探電荷時，該點的電場依然存在，故D錯誤2(點電荷的電場)對電場強(qiáng)度公式E有幾種不同理解，其中正確的是()A只要帶電體電荷量為Q，在距離r處激發(fā)的電場都能用此公式計算場強(qiáng)EB以點電荷Q為中心、r為半徑的球面上各處的場強(qiáng)E相同C當(dāng)離場源電荷距離r0時，場強(qiáng)ED當(dāng)離場源電荷距離r時，場強(qiáng)E0答案D解析電場強(qiáng)度公式E適用于點電荷形成的電場，對于不能看做點電荷的帶電體，本公式不再適用，故A選項錯誤；電場強(qiáng)度是矢量，以點電荷Q為中心、r為半徑的球面上各處的場強(qiáng)E大小相等，方向不同，故B選項錯誤；當(dāng)離場源電荷距離r0時，此時帶電體不能看做點電荷，公式不再成立，故C選項錯誤；當(dāng)離場源電荷距離r時，根據(jù)公式可得場強(qiáng)E0，故D選項正確3(電場線)(2017如東中學(xué)期末)如圖所示的電場中，一帶電質(zhì)點從P點沿著電場線方向運(yùn)動，若只受電場力作用，質(zhì)點加速度逐漸增大的是()答案B解析電場線疏密表示電場強(qiáng)度的大小，沿電場線的方向A選項中電場強(qiáng)度減?。籅選項中電場強(qiáng)度增大；C選項中電場強(qiáng)度不變；D選項中電場強(qiáng)度先增大后減小，再由a知，aE，故本題選B.4.(電場強(qiáng)度的疊加)(2018煙臺市高二期末)如圖5所示，四個點電荷所帶電荷量的絕對值均為Q，分別固定在正方形的四個頂點上，正方形邊長為a，則正方形兩條對角線交點處的電場強(qiáng)度()圖5A大小為，方向豎直向上B大小為，方向豎直向上C大小為，方向豎直向下D大小為，方向豎直向下答案C解析兩個正點電荷在O點產(chǎn)生的場強(qiáng)大小E1E2k兩正電荷的總場強(qiáng)E，方向豎直向下兩個負(fù)電荷與正電荷在O點產(chǎn)生的場強(qiáng)大小相等，方向相同，故四個點電荷在O點產(chǎn)生的場強(qiáng)的矢量和E2E，方向豎直向下5.(場強(qiáng)的計算)(2018濟(jì)寧市期末)如圖6所示，把可視為點電荷的帶電小球A用絕緣細(xì)桿固定，其電荷量為Q4.0106C，在距A球r0.30m處放置試探電荷B，其電荷量為q5.0108C，靜電力常量k9109Nm2/C2.求：(1)試探電荷B所受庫侖力F的大??；(2)試探電荷B所在位置的電場強(qiáng)度E的大小圖6答案(1)2102N(2)4105N/C解析(1)由庫侖定律知Fk2102N.(2)E4105N/C.一、選擇題考點一電場和電場強(qiáng)度1(多選)下列說法中正確的是()A只要有電荷存在，電荷周圍就一定存在著電場B電場是一種物質(zhì)，它與其他物質(zhì)一樣，是不依賴我們的感覺而客觀存在的東西C電荷間的相互作用是通過電場而產(chǎn)生的，電場最基本的性質(zhì)是對處在它里面的電荷有力的作用D場強(qiáng)的定義式E中，F(xiàn)是放入電場中的電荷所受的力，q是產(chǎn)生電場的電荷的電荷量答案ABC2(2018聊城市期末)某點電荷電荷量為Q，在其電場中的P點放一電荷量為q的試探電荷，受到的靜電力為F，則()AP點的電場強(qiáng)度EBP點的電場強(qiáng)度EC撤去試探電荷，P點的電場強(qiáng)度變?yōu)榱鉊把q變?yōu)?q，則P點的電場強(qiáng)度變?yōu)樵瓉淼?倍答案B3一個試探電荷在電場中某點受到的靜電力為F，這一點的電場強(qiáng)度為E，在下圖中能正確反映q、E、F三者關(guān)系的是()答案D解析電場中某點的電場強(qiáng)度由電場本身的性質(zhì)決定，與放入該點的試探電荷及其所受靜電力無關(guān)，A、B錯誤；試探電荷在該點受到的靜電力FEq，F(xiàn)正比于q，C錯誤，D正確考點二電場線4(2018無錫市江陰四校高二期中)在如圖所示的各電場中，A、B兩點場強(qiáng)相同的是()答案C解析A選項中，A、B兩點電場強(qiáng)度大小相等但方向不同；B選項中，A、B兩點電場強(qiáng)度方向相同但大小不等；C選項為勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度處處相同；D選項中，B處電場線密集，故B處電場強(qiáng)度大，且A、B兩點電場強(qiáng)度方向不同5.如圖1所示是某靜電場的一部分電場線分布情況，下列說法中正確的是()圖1A這個電場可能是負(fù)點電荷的電場B點電荷q在A點處受到的靜電力比在B點處受到的靜電力大C負(fù)電荷在B點處受到的靜電力的方向沿電場線的切線方向D點電荷q在A點處的瞬時加速度比在B點處的瞬時加速度小(不計重力)答案B解析負(fù)點電荷的電場線是從四周無限遠(yuǎn)處不同方向指向負(fù)點電荷的直線，故A錯；電場線越密的地方場強(qiáng)越大，由題圖知EAEB，又因FqE，得FAFB，故B正確；由a知，aF，所以aAaB，故D錯；負(fù)電荷在B點受到的靜電力的方向與B點電場強(qiáng)度的方向相反，故C錯6(多選)某電場的電場線分布如圖2所示，則()圖2A電荷P帶正電B電荷P帶負(fù)電Ca點的電場強(qiáng)度大于b點的電場強(qiáng)度D正試探電荷在c點受到的靜電力大于在d點受到的靜電力答案AD解析電場線從正電荷出發(fā)，故A正確，B錯誤；從電場線的分布情況可知，b點的電場線比a點的密，所以b點的電場強(qiáng)度大于a點的電場強(qiáng)度，故C錯誤；c點的電場強(qiáng)度大于d點的電場強(qiáng)度，所以正試探電荷在c點受到的靜電力大于在d點受到的靜電力，故D正確7.A、B是一條電場線上的兩個點，一負(fù)點電荷僅在靜電力作用下以一定的初速度從A點沿電場線運(yùn)動到B點，其vt圖象如圖3所示則此電場的電場線分布可能是()圖3答案A解析負(fù)點電荷在靜電力的作用下由A運(yùn)動到B，由vt圖象知：負(fù)點電荷做加速度逐漸增大的減速運(yùn)動由Fma得負(fù)點電荷所受靜電力越來越大，由E得電場強(qiáng)度越來越大，電場線分布越來越密又由于負(fù)電荷所受靜電力方向與速度方向相反，故場強(qiáng)方向為由A到B，故A選項正確考點三點電荷的電場電場強(qiáng)度的疊加8(2018安徽師大附中期末)如圖4所示是某個點電荷電場中的一根電場線，在電場線上的O點由靜止釋放一個自由的負(fù)電荷(僅受電場力作用)，它將沿電場線向B點運(yùn)動下列判斷中正確的是()圖4A電場線由B指向A，該電荷做加速運(yùn)動，加速度越來越小B電場線由B指向A，該電荷做加速運(yùn)動，其加速度大小的變化不能確定C電場線由A指向B，該電荷做勻速運(yùn)動D電場線由B指向A，該電荷做加速運(yùn)動，加速度越來越大答案B解析負(fù)電荷由靜止開始從O向B點運(yùn)動，其所受電場力方向從O到B，場強(qiáng)方向與負(fù)電荷所受電場力方向相反，故場強(qiáng)方向由B指向A.負(fù)電荷從靜止開始，必定做加速運(yùn)動，由于電場線的分布情況未知，場強(qiáng)如何變化無法確定，電場力和加速度如何變化也無法確定，故B正確，A、C、D錯誤9如圖5所示，a、b、c、d四個點在一條直線上，a和b、b和c、c和d間的距離均為R，在a點處固定有一電荷量為Q的正點電荷，在d點處固定有另一個電荷量未知的點電荷，除此之外無其他電荷，已知b點處的場強(qiáng)為零，則c點處場強(qiáng)的大小為(k為靜電力常量)()圖5A0BkCkDk答案B解析b點處的場強(qiáng)為零，說明a處和d處的兩個點電荷在b處產(chǎn)生的場強(qiáng)大小相等、方向相反，設(shè)d處點電荷的電荷量為Q，則有：kk，得Q4Q，電性與Q相同則Q在c點產(chǎn)生的場強(qiáng)大小E1kk，方向向右；Q在c點產(chǎn)生的場強(qiáng)大小E2kk，方向向左；故c點處場強(qiáng)的大小為EE2E1k.10.如圖6所示，M、N和P是以MN為直徑的半圓弧上的三點，O點為半圓弧的圓心，MOP60.電荷量相等、符號相反的兩個點電荷分別置于M、N兩點，這時O點電場強(qiáng)度的大小為E1；若將N點處的點電荷移至P點，則O點的電場強(qiáng)度大小變?yōu)镋2.那么，E1與E2之比為()圖6A12B21C2D4答案B11.AB和CD為圓上兩條相互垂直的直徑，圓心為O.將電荷量分別為q和q的兩點電荷放在圓周上，其位置關(guān)于AB對稱且距離等于圓的半徑，如圖7所示要使圓心處的電場強(qiáng)度為零，可在圓周上再放一個適當(dāng)?shù)狞c電荷Q，則該點電荷Q()圖7A應(yīng)放在A點，Q2qB應(yīng)放在B點，Q2qC應(yīng)放在C點，QqD應(yīng)放在D點，Qq答案C解析根據(jù)平行四邊形定則，可知q和q在O點產(chǎn)生的合場強(qiáng)大小等于其中一個點電荷在O點產(chǎn)生的場強(qiáng)的大小，方向水平向右，要使圓心處的電場強(qiáng)度為零，應(yīng)在C點放一個電荷量Qq的點電荷或在D點放一個電荷量Qq的點電荷，C選項正確12(2018齊齊哈爾市期末)如圖8所示，電荷量為q的點電荷與均勻帶電圓形薄板相距為2d，點電荷到帶電薄板的垂線通過板的幾何中心，垂線上的a、b兩點關(guān)于薄板對稱，到薄板的距離都是d.若圖中a點的電場強(qiáng)度為零，則b點的電場強(qiáng)度大小和方向分別為(靜電力常量為k)()圖8A.，垂直薄板向左B.，垂直薄板向右C.，垂直薄板向左D.，垂直薄板向左答案D解析由于a點處的合場強(qiáng)為零，所以帶電薄板在a處產(chǎn)生的場強(qiáng)與點電荷q在a處產(chǎn)生的場強(qiáng)大小相等均為，方向相反，可知帶電薄板應(yīng)帶正電；由帶電薄板產(chǎn)生場強(qiáng)的對稱性可知，薄板在b點產(chǎn)生的場強(qiáng)方向向左，大小等于，故b點的電場強(qiáng)度