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

第三節(jié)電場強度學科素養(yǎng)與目標要求物理觀念：1.知道電場是客觀存在的一種特殊物質.2.掌握電場強度的概念、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思維：1.領悟比值定義法定義物理量的特點.2.能根據(jù)庫侖定律和電場強度的定義式推導點電荷場強的計算式，并能進行有關的計算.3.在進行場強疊加等計算時培養(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，場是物質存在的形式之一2電場的基本性質：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弱的電荷，試探電荷的電荷量及線度都應足夠小2電場強度：(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，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：(1)場強公式：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Q為正電荷時，E的方向沿半徑向外；當Q為負電荷時，E的方向沿半徑向內4勻強電場：電場中各點的場強大小和方向都相同5電場強度的疊加：場強是矢量，如果在空間同時存在多個點電荷，某點的場強等于各個點電荷單獨在該點產(chǎn)生場強的矢量和三、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弱，電場越強的地方，電場線越密(2)電場線從正電荷或無限遠出發(fā)，到負電荷終止或延伸到無限遠(3)勻強電場電場線的特點概念：如果電場中各點電場強度的大小相等、方向相同，這個電場就叫做勻強電場特點：a.電場方向處處相同，電場線是平行直線b場強大小處處相等，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)，就是勻強電場1判斷下列說法的正誤(1)根據(jù)電場強度的定義式E可知，E與F成正比，與q成反比()(2)電場中某點的電場強度與正電荷受力方向相同，當該點放置負電荷時，場強反向()(3)由E知，在以Q為球心、r為半徑的球面上，各處場強相同()(4)若空間只有兩個點電荷，則該空間某點的場強等于這兩個點電荷單獨在該點產(chǎn)生的電場強度的矢量和()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點的場強的大小為_，方向_；如果從A點取走q，A點場強大小為_答案100N/C向右100 N/C解析由題意知，q11010C，F(xiàn)1108N，由場強的定義知A點的場強的大小為：EN/C100 N/C，場強方向與負電荷在A點所受靜電力方向相反，所以A點的場強方向向右；電場強度是反映電場性質的物理量，與有無試探電荷無關，把這個試探電荷取走，A點的電場強度不變，仍為100N/C.一、電場強度(1)電場的基本性質是什么？如何去探究電場的這種性質？(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(2)2F，nF.F與q成正比，即F與q的比值為定值1電場強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2電場強度是矢量，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度方向相同，負電荷所受靜電力方向與電場強度方向相反例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點的場強加倍B若P點沒有試探電荷，則P點的場強為零CP點的場強越小，則同一電荷在P點受到的電場力越小DP點的場強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，而此處的電場強度卻不變，即使不放電荷，電場強度仍保持不變，故A、B錯誤；電場力由電場強度與電荷量決定，P點的場強越小，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，在一帶負電的導體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處場強多大？(3)如果將B處電荷拿走，B處的場強是多大？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)由場強公式可得EBN/C200 N/C，因為是負電荷，所以場強方向與F1方向相反(2)q2在B點所受靜電力大小為F2q2EB4.0107200N8.0105N，此時B處場強大小仍為200N/C.(3)某點場強大小與有無試探電荷無關，故將B處電荷拿走，B點場強大小仍為200N/C.學科素養(yǎng)以上兩題通過電場強度定義式及其變式的應用，使學生進一步理解比值定義法，并掌握電場強度的決定因素，較好地體現(xiàn)了“物理觀念”的學科素養(yǎng)二、點電荷的電場電場強度的疊加(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點的電場強度為Q、Q單獨在P點產(chǎn)生的電場強度的矢量和E.1點電荷場強公式：Ek.2E與Ek的比較：公式比較內容EEk本質區(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系理解E的大小與F、q的大小無關E的大小與Q成正比3.電場強度是矢量，合成時遵循矢量運算法則(平行四邊形定則或三角形定則)；對于同一直線上電場強度的合成，可先規(guī)定正方向，進而把矢量運算轉化成代數(shù)運算例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)生的電場強度大小EAEB.O點的場強為：EOEAEB，方向由AB.(2)如圖乙所示，EAEB，由矢量圖結合幾何關系可知，O點的場強EOEAEB，方向平行于AB指向B.針對訓練(2017蘇州市調研測試)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出，則下列四個選項中，正方形中心處場強最大的是()答案B解析點電荷電場強度公式為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度的方向；電場線的疏密表示電場強度的相對大小，電場強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弱；電場線上某點的切線方向表示該點的電場強度的方向(3)電場線總是起自正電荷(或無限遠處)，止于負電荷(或延伸到無限遠)，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動軌跡，粒子運動軌跡也不一定與電場線重合例4(2018啟東市期中)如圖4為金屬球放入勻強電場后電場線的分布情況設該電場中A、B兩點的電場強度大小分別為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(電場強度的概念)(2018福州市八校聯(lián)考)關于電場強度的概念，下列說法正確的是()A由E可知，某電場的場強E與q成反比，與F成正比B電場中某一點的場強與放入該點的試探電荷的正負無關C正、負試探電荷在電場中同一點受到的電場力方向相反，所以某一點場強方向與放入試探電荷的正負有關D電場中某一點不放試探電荷時，該點場強等于零答案B解析E是電場強度的定義式，某電場的場強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，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EB以點電荷Q為中心、r為半徑的球面上各處的場強E相同C當離場源電荷距離r0時，場強ED當離場源電荷距離r時，場強E0答案D解析電場強度公式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E大小相等，方向不同，故B選項錯誤；當離場源電荷距離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；當離場源電荷距離r時，根據(jù)公式可得場強E0，故D選項正確3(電場線)(2017如東中學期末)如圖所示的電場中，一帶電質點從P點沿著電場線方向運動，若只受電場力作用，質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度的大小，沿電場線的方向A選項中電場強度減小；B選項中電場強度增大；C選項中電場強度不變；D選項中電場強度先增大后減小，再由a知，aE，故本題選B.4.(電場強度的疊加)(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)生的場強大小E1E2k兩正電荷的總場強E，方向豎直向下兩個負電荷與正電荷在O點產(chǎn)生的場強大小相等，方向相同，故四個點電荷在O點產(chǎn)生的場強的矢量和E2E，方向豎直向下5.(場強的計算)(2018濟寧市期末)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，它與其他物質一樣，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，電場最基本的性質是對處在它里面的電荷有力的作用D場強的定義式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點的電場強度EBP點的電場強度EC撤去試探電荷，P點的電場強度變?yōu)榱鉊把q變?yōu)?q，則P點的電場強度變?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，這一點的電場強度為E，在下圖中能正確反映q、E、F三者關系的是()答案D解析電場中某點的電場強度由電場本身的性質決定，與放入該點的試探電荷及其所受靜電力無關，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兩點場強相同的是()答案C解析A選項中，A、B兩點電場強度大小相等但方向不同；B選項中，A、B兩點電場強度方向相同但大小不等；C選項為勻強電場，電場強度處處相同；D選項中，B處電場線密集，故B處電場強度大，且A、B兩點電場強度方向不同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解析負點電荷的電場線是從四周無限遠處不同方向指向負點電荷的直線，故A錯；電場線越密的地方場強越大，由題圖知EAEB，又因FqE，得FAFB，故B正確；由a知，aF，所以aAaB，故D錯；負電荷在B點受到的靜電力的方向與B點電場強度的方向相反，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帶負電Ca點的電場強度大于b點的電場強度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點的電場強度大于a點的電場強度，故C錯誤；c點的電場強度大于d點的電場強度，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解析負點電荷在靜電力的作用下由A運動到B，由vt圖象知：負點電荷做加速度逐漸增大的減速運動由Fma得負點電荷所受靜電力越來越大，由E得電場強度越來越大，電場線分布越來越密又由于負電荷所受靜電力方向與速度方向相反，故場強方向為由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電荷(僅受電場力作用)，它將沿電場線向B點運動下列判斷中正確的是()圖4A電場線由B指向A，該電荷做加速運動，加速度越來越小B電場線由B指向A，該電荷做加速運動，其加速度大小的變化不能確定C電場線由A指向B，該電荷做勻速運動D電場線由B指向A，該電荷做加速運動，加速度越來越大答案B解析負電荷由靜止開始從O向B點運動，其所受電場力方向從O到B，場強方向與負電荷所受電場力方向相反，故場強方向由B指向A.負電荷從靜止開始，必定做加速運動，由于電場線的分布情況未知，場強如何變化無法確定，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點處的場強為零，則c點處場強的大小為(k為靜電力常量)()圖5A0BkCkDk答案B解析b點處的場強為零，說明a處和d處的兩個點電荷在b處產(chǎn)生的場強大小相等、方向相反，設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)生的場強大小E1kk，方向向右；Q在c點產(chǎn)生的場強大小E2kk，方向向左；故c點處場強的大小為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度為零，可在圓周上再放一個適當?shù)狞c電荷Q，則該點電荷Q()圖7A應放在A點，Q2qB應放在B點，Q2qC應放在C點，QqD應放在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)生的合場強大小等于其中一個點電荷在O點產(chǎn)生的場強的大小，方向水平向右，要使圓心處的電場強度為零，應在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兩點關于薄板對稱，到薄板的距離都是d.若圖中a點的電場強度為零，則b點的電場強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點處的合場強為零，所以帶電薄板在a處產(chǎn)生的場強與點電荷q在a處產(chǎn)生的場強大小相等均為，方向相反，可知帶電薄板應帶正電；由帶電薄板產(chǎn)生場強的對稱性可知，薄板在b點產(chǎn)生的場強方向向左，大小等于，故b點的電場強度