物理魯科版選修3-1學(xué)案：課堂互動(dòng)第1章第3節(jié)電場(chǎng)及其描述Word版含解析正式版

1、三點(diǎn)剖析、公式 E=F和 E=k $的區(qū)別q r1. 公式 E=F是電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式，對(duì)任何電場(chǎng)都適用q2. 公式 E=Q是點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)決定式，僅適用于真空中點(diǎn)電荷的電場(chǎng)rE=F提供了量度電場(chǎng)強(qiáng)度的一種方法；E=kQ則提供了真空中點(diǎn)電荷電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算方qr法，在 E=F中,q 是試探電荷，故 E 與 q 無(wú)關(guān)，而在 E=kQ中,Q 是產(chǎn)生電場(chǎng)的場(chǎng)源電荷,qr故 E 與 Q 成正比.【例 1】研究表明，地球表面的電場(chǎng)強(qiáng)度不為零，假設(shè)地球表面附近的電場(chǎng)強(qiáng)度的平均值為20 N/C,方向垂直地表面向下，則地球表面帶 _ 電，平均每平方米表面帶電荷量為q=_ .（已知靜電力常量 k=9.0M09N m2/

2、C2,n取 3.0,地球半徑 R=6.4 106m）解析：把地球等效為一個(gè)均勻帶電的球體，將其表面的電荷量看作全部集中于地球的球心，由地球表面附近的電場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直地球表面向下可知地球表面帶負(fù)電.由 E=k2 得R2答案：負(fù) 1.85 0-10C 溫馨提示有些同學(xué)剛看到這個(gè)題的時(shí)候感到無(wú)從下手，但如果注意到題目中給了地球的場(chǎng)強(qiáng)和半徑，就能聯(lián)想到我們所學(xué)的點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)了.我們知道，一個(gè)半徑為 R 的均勻帶電球體在外部產(chǎn)生的電場(chǎng)，與一個(gè)位于球心的、 電荷量相等的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)相等，球外各點(diǎn)的電場(chǎng) 強(qiáng)度也是E=kRQ2.這里我們可以把地球看成是一個(gè)均勻帶電球體二、電場(chǎng)力和電場(chǎng)強(qiáng)度的區(qū)別和聯(lián)系電場(chǎng)強(qiáng)

3、度 E E電場(chǎng)力 F F含義反映電場(chǎng)中各點(diǎn)的力的性質(zhì)的物理量電場(chǎng)對(duì)放入其中的電荷的作用力公式E=FF=qEF=qEq決定因素E E 的大小只決定于電場(chǎng)本身， 與電荷 q q 無(wú)關(guān). .在電場(chǎng)中不 同的點(diǎn)，E E 的大小一般是不同的F F 的大小由放在電場(chǎng)中某點(diǎn)的點(diǎn) 電荷 q q和該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)共同決定，F(xiàn) F 和 q q 成正比方向?qū)τ诖_定的電場(chǎng)，其中各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)都有確定的方向，即 正電荷的受力方向同一電荷受力的方向因在電場(chǎng)中 的位置而異；同一位置則因受力電 荷的電性而異單位N/CN/CN N【例 2】如圖 1-3-2 所示，一帶電荷量為 q 的金屬球固定在絕緣的支架上，這時(shí)球外P 點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為

4、E當(dāng)把一電荷量也是 q 的點(diǎn)電荷放在 P 點(diǎn)，測(cè)得點(diǎn)電荷受到的靜電力為當(dāng)把一電荷量為 aq 的點(diǎn)電荷放在 P 點(diǎn)時(shí)，測(cè)得作用在這個(gè)點(diǎn)電荷的靜電力為 F2，則在國(guó)際單 位制中（）課堂互動(dòng)Q=ER2每平方米均勻帶電荷量q=，代入數(shù)A. Fi的數(shù)值等于 qE。B. F2的數(shù)值等于 aFiC. a 比 1 小得越多，F(xiàn)2的數(shù)值越接近 aqEoD. a 比 1 小得越多，F(xiàn)2的數(shù)值越接近 aFi解析：本題涉及的問(wèn)題是能否將放入P 點(diǎn)的點(diǎn)電荷看作試探電荷.顯然，當(dāng)引入電荷的電荷量也為 q 時(shí)，它對(duì)金屬球表面的電荷分布會(huì)帶來(lái)影響，這個(gè)電荷不能作為試探電荷，它改變了金屬球作為帶電體在空間中產(chǎn)生電場(chǎng)的分布，因此

5、，P 點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)會(huì)因引入 q 而發(fā)生變化，不再為 E。,則 A 錯(cuò).當(dāng)置于 P 點(diǎn)電荷的電荷量為 aq 時(shí)，金屬球電荷的分布情況又發(fā)生變化， 故 P 點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)又發(fā)生改變，即在兩種情況下所受電場(chǎng)力與帶電荷量都不成正比，故B 錯(cuò)誤.只有 a 比 1 小得越多，aq 電荷對(duì)金屬球的表面電荷分布影響越小，該處的電場(chǎng)強(qiáng)度越接近 Eo,此時(shí) F 的值越接近 aqEo.答案：C溫馨提示對(duì)于金屬球來(lái)說(shuō)，作為場(chǎng)源電荷，本來(lái)它在P 點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)由它自己決定，取決于它的帶電荷量及到 P 點(diǎn)的距離，但引入另一電荷后，會(huì)改變空間中的電場(chǎng)分布，從而改變P 點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，除非該電荷可看作檢驗(yàn)電荷，帶電荷量足夠小，不致于明顯地影響到金

6、屬球的電荷分布，因此做題時(shí)一定要注意物理規(guī)律的成立條件，不能簡(jiǎn)單套用【例 3】圖 1-3-3 所示為在同一電場(chǎng)中的 a、b、c 三點(diǎn)分別引入檢驗(yàn)電荷時(shí)，測(cè)得的檢驗(yàn)電 荷的電荷量和它所受電場(chǎng)力的函數(shù)圖象，則此三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小Ea、Eb、Ec的關(guān)系是（）A.Ea Eb EcB.Eb Ea EcC.Ec Ea EbD.EaEc Eb解析：根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)可知，各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小即圖中所示直線的斜率大小，可見(jiàn)Ec Ea Eb,因此,選項(xiàng) C 正確.答案：C三、幾種常見(jiàn)電場(chǎng)線的分布及特點(diǎn)1.點(diǎn)電荷的電場(chǎng)：正電荷的電場(chǎng)線從正電荷出發(fā)延伸到無(wú)限遠(yuǎn)處，負(fù)電荷的電場(chǎng)線由無(wú)限遠(yuǎn) 處延伸到負(fù)電荷，如圖 1-3-4 所示.(1) 點(diǎn)

7、電荷形成的電場(chǎng)中，不存在場(chǎng)強(qiáng)相等的點(diǎn)(2)若以點(diǎn)電荷為球心作一個(gè)球面，電場(chǎng)線處處與球面垂直在此球面上場(chǎng)強(qiáng)大小處處相等, 方向各不相同2等量同種電荷的電場(chǎng)：電場(chǎng)線分布如圖1-3-5 所示(以等量正電荷為例)，其特點(diǎn)有：圖 1-3-5(1) 兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn) 0 處場(chǎng)強(qiáng)為零，此處無(wú)電場(chǎng)線，向兩側(cè)場(chǎng)強(qiáng)逐漸增大，方向指向 中占I 八、(2) 兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn) 0 沿中垂面(中垂線)到無(wú)限遠(yuǎn)，電場(chǎng)線先變密后變疏，即場(chǎng)強(qiáng)先 變大后變小，方向背離中點(diǎn)3等量異種電荷的電場(chǎng)：電場(chǎng)線分布如圖1-3-6 所示，其特點(diǎn)有：圖 1-3-6(1)兩點(diǎn)電荷連線上的各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向從正電荷指向負(fù)電荷，沿電場(chǎng)線方向先變小再變大，

8、中點(diǎn)處場(chǎng)強(qiáng)最小(2 )兩點(diǎn)電荷連線的中垂面(中垂線)上，電場(chǎng)線的方向均相同，即電場(chǎng)強(qiáng)度方向都相同，總與中垂面(或中垂線)垂直且指向負(fù)點(diǎn)電荷一側(cè)， 從中點(diǎn)到無(wú)窮遠(yuǎn)處，場(chǎng)強(qiáng)大小一直減小, 中點(diǎn)處場(chǎng)強(qiáng)最大4勻強(qiáng)電場(chǎng)：場(chǎng)強(qiáng)的大小、方向處處相同，電場(chǎng)線為間距相等的平行直線，電場(chǎng)線分布如圖1-3-7 所示圖 1-3-75電場(chǎng)線是電荷在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡嗎？電場(chǎng)線有曲線，也有直線，下面我們分兩種情況討論圖 1-3-8(1)電場(chǎng)線是曲線的情況：如圖1-3-8 所示，將一正點(diǎn)電荷置于P 點(diǎn)(靜止)，電荷所受電場(chǎng)力的方向沿該點(diǎn)的切線方向，那么電荷要沿切線加速必然偏離電場(chǎng)線，電場(chǎng)線不能成為粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，如果點(diǎn)電荷有

9、初速度v0,不論 v0的方向如何，帶電粒子帶何種電荷，電場(chǎng)線均不能成為電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡（2 ）電場(chǎng)線是直線的情況：在動(dòng)力學(xué)中我們知道，一個(gè)物體做直線運(yùn)動(dòng)，必須滿足物體所受合外力的方向與初速度的方向在一條直線上，或者初速度為零而合外力的方向始終在一條直線上，如果電場(chǎng)線是一條直線，而帶電粒子只受電場(chǎng)力（或合外力方向在電場(chǎng)線上），同時(shí)滿足初速度為零（或初速度的方向在電場(chǎng)線上），電場(chǎng)線才與粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡重合【例 4】如圖 1-3-9 所示，一電子沿等量異種電荷的中垂線由AT0 宀 B 勻速飛過(guò)，電子重力不計(jì)，則電子所受電場(chǎng)力外另一個(gè)力的大小和方向變化情況是（ ）A. 先變大后變小，方向水平向左B. 先變

10、大后變小，方向水平向右C. 先變小后變大，方向水平向左D. 先變小后變大，方向水平向右解析：由等量異種電荷的電場(chǎng)線分布可以得出，從A 到 O,電場(chǎng)線由疏到密；從 0 到 B,電場(chǎng)線由密到疏，所以由ATOTB,電場(chǎng)強(qiáng)度先由小變大，再由大變小，而電場(chǎng)強(qiáng)度方向沿電場(chǎng)切線方向，為水平向左 由于電子處于平衡狀態(tài)，所受合外力必為零，故另一個(gè)力應(yīng) 與電子所受電場(chǎng)力大小相等、方向相反.電子受的電場(chǎng)力與場(chǎng)強(qiáng)相反，即水平向右，電子由ATOTB 的過(guò)程中，電場(chǎng)力由小變大，再由大變小，故另一個(gè)力方向應(yīng)水平向左，其大小 也應(yīng)先變大后變小，所以選項(xiàng)A正確.答案：A溫馨提示本題考查電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加： 電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為各

11、個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng) 強(qiáng)度的矢量和.在考試中要善于作圖分析.各個(gè)擊破類題演練 1下列關(guān)于電場(chǎng)強(qiáng)度的說(shuō)法中，正確的是（）A. 公式 E=只適用于真空中的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)qB. 由公式 E=F可知，電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度 E 與試探電荷在電場(chǎng)中該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力成正q比C. 在公式 F=kQIQ2中,kQ是點(diǎn)電荷 Q2產(chǎn)生的電場(chǎng)在點(diǎn)電荷 Qi處的場(chǎng)強(qiáng)大?。欢?kQ2是rrr點(diǎn)電荷 Q1產(chǎn)生的電場(chǎng)在點(diǎn)電荷 Q2處場(chǎng)強(qiáng)的大小解析：電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式 E=F適用于任何電場(chǎng)，故 A 錯(cuò).電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度由電場(chǎng)本q身決定，而與電場(chǎng)中該點(diǎn)是否有試探電荷或引入試探電荷所受的電場(chǎng)力無(wú)關(guān)（試探電荷所受電場(chǎng)力與

12、其所帶電荷量的比值僅反映該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的大小，但不能決定場(chǎng)強(qiáng)的大小），故 B 錯(cuò).點(diǎn)電荷間的相互作用力是通過(guò)電場(chǎng)產(chǎn)生的，故 C 對(duì).公式 E=h是點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中某點(diǎn)r場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算式，當(dāng) rT0時(shí)，所謂 點(diǎn)電荷”已不存在，該公式已不適用，故D 錯(cuò).答案：C 類題演練 2電荷所帶電荷量為 qi= 3.0X10-10C,在電場(chǎng)中的某一點(diǎn)所受的電場(chǎng)力F = 6.3X10-7N，方向豎直向上，試求這一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度.若在這一點(diǎn)放一電荷量為 q = 6.0X10-1c 的電荷時(shí)，那么電荷所受電場(chǎng)力是多大？若在這一點(diǎn)不放電荷時(shí)，這一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)是多大？解析： 電場(chǎng)強(qiáng)度是電場(chǎng)本身固有的性質(zhì)，它不因電場(chǎng)中是否放有電荷而改

13、變.電荷在電場(chǎng)中某處受到的電場(chǎng)力是由該處的場(chǎng)強(qiáng)和帶電體的電荷量共同決定的.根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)的定義式可知:F6.3 10，E=帀 N/Cq3.0 103=2.1X0-N/C，方向豎直向上.電荷 q 在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力為：F =E =2 1036.0 10-10N-6=1.26 106N.答案：2.1 10-3N/C、方向豎直向上 1.26 10-6N2.1 10-N/C變式演練 1如圖 1-3-10 所示，用絕緣細(xì)線拴一個(gè)質(zhì)量為m 的小球，小球在豎直向下的場(chǎng)強(qiáng)為E 的勻強(qiáng)電場(chǎng)中的豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則小球帶 _ 電荷，所帶電荷量為 _ .圖 1-3-10解析：小球受三個(gè)力：重力、拉力、電場(chǎng)力，因小

14、球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其合外力總指向圓心, 所以應(yīng)滿足Eq=mg，即重力與電場(chǎng)力相互抵消，相當(dāng)于只受繩子的拉力作用答案：負(fù)mgE變式演練 2在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，將一質(zhì)量為 m、電荷量為 q 的小球由靜止釋放， 帶電小球的運(yùn)動(dòng)軌跡為一直 線，該直線與豎直方向的夾角為如圖 1-3-11 所示.則勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小為（）D.由公式 E=辱可知，在離點(diǎn)電荷非常近的地方（rrT0）,電場(chǎng)強(qiáng)度 E 可達(dá)無(wú)窮大解析：兩等量異種點(diǎn)電荷連線的中垂面（中垂線）上，電場(chǎng)線的方向均相同，即電場(chǎng)強(qiáng)度方 向都相同，總與中垂面（或中垂線） 垂直且指向負(fù)點(diǎn)電荷一側(cè)，正電荷所受電場(chǎng)力與電場(chǎng)強(qiáng) 度方向相同，負(fù)電荷所受電場(chǎng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度方向相

15、反答案：B 類題演練 4相距為 a 的 A、B 兩點(diǎn)分別帶有等量異種電荷 Q、一 Q,在 A、B 連線中點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度為（ ）A.零 B.，且指向一 QaC.2kQ，且指向一 QD.8kQ，且指向一 QaakQ kQ 8kQ、解析：E-EA+EB=廠，方向指向負(fù)電何一側(cè)（|）2（|）2a答案：D 變式演練 3A.最大值是 EB.最小值為qqC.唯一值是mg taD.以上都不對(duì)q解析：物體做直線運(yùn)動(dòng)的條件是合外力方向與速度方向在一條直線上，外力為零， 故電場(chǎng)力最小值就等于重力垂直于速度方向的分力， 所以 答案：B即垂直于速度方向合B 正確.類題演練 3靜電在各種產(chǎn)業(yè)和日常生活中有著重要的應(yīng)用理幾

16、乎都是讓帶電的物質(zhì)微粒在電場(chǎng)作用下奔向并吸附到電極上點(diǎn)向下射入由正、負(fù)電極產(chǎn)生的電場(chǎng)中，它們的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖,如靜電除塵、靜電復(fù)印等，所依據(jù)的基本原.現(xiàn)有三個(gè)粒子 a、b、c 從 P1-3-12 所示.則（ ）/J飛圖1-3-12A.a 帶負(fù)電荷，B.a 帶正電荷，C.a 帶負(fù)電荷，D.a 帶正電荷，b 帶正電荷，b 不帶電荷,b 不帶電荷,b 帶負(fù)電荷,c 不帶電荷c 帶負(fù)電荷c 帶正電荷c 不帶電荷圖 1-3-11如圖 1-3-13 所示，M、N 為兩個(gè)等量同種電荷，在其連線的中垂線上的 P 點(diǎn)放一靜止的點(diǎn)電荷 q （負(fù)電荷），不計(jì)重力，下列說(shuō)法中正確的是（）V十Qo十 Q3?:yIIitI圖 1-3-13A. 點(diǎn)電荷在從 P 到 0 的過(guò)程中，加速度越來(lái)越大，速度也越來(lái)越大B. 點(diǎn)電荷在從 P 到 O 的過(guò)程中，加速度越來(lái)越小，速度越來(lái)越大C. 點(diǎn)電荷運(yùn)動(dòng)到 O 點(diǎn)時(shí)加速度為零，速度達(dá)最大值D. 點(diǎn)電荷越過(guò) O 點(diǎn)后，速度越來(lái)越小，加速度越來(lái)越大，直到粒子速度