2019-2020學(xué)年人教版 選修3-1 高二暑假先修學(xué)案3 電場(chǎng)強(qiáng)度

1、學(xué)案3電場(chǎng)強(qiáng)度1理解電場(chǎng)強(qiáng)度的定義、單位、方向。體會(huì)用比值法定義物理量的方法。2能推導(dǎo)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算公式，并能使用公式進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算。3知道電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理，并能應(yīng)用這個(gè)原理進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析和計(jì)算。4知道電場(chǎng)線的定義和特點(diǎn)，會(huì)用電場(chǎng)線分析、描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向，知道幾種特殊電場(chǎng)的電場(chǎng)線的分布特征。教材展示 本節(jié)課是在前一節(jié)課了解了電荷之間的作用力的基礎(chǔ)上，知道庫(kù)侖力是通過(guò)電場(chǎng)“傳遞”的作用力，這個(gè)概念比較抽象。場(chǎng)的概念的提出與建立的過(guò)程，通過(guò)類比的方法。知識(shí)梳理 1電場(chǎng)(1)帶電體周圍存在一種物質(zhì)，這種物質(zhì)是 ，電荷間的相互作用就是通過(guò) 發(fā)生的，它是一種看不見(jiàn)的客觀存在的物質(zhì)，它具有力和

2、能的特性。(2)電場(chǎng)最基本的性質(zhì)是 。2電場(chǎng)強(qiáng)度(1)引入電場(chǎng)強(qiáng)度的目的是描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱，它所描述的是放入電場(chǎng)中的電荷所受力的性質(zhì);放入電場(chǎng)中某點(diǎn)的電荷所受的 與 的比值，叫電場(chǎng)強(qiáng)度。(2)電場(chǎng)強(qiáng)度定義式為 ，電場(chǎng)強(qiáng)度的單位為 。(3)電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量，規(guī)定電場(chǎng)強(qiáng)度方向與 (填“正”或“負(fù)”)電荷在該點(diǎn)所受到的靜電力的方向相同。(4)電場(chǎng)的疊加：在同一空間，如果有幾個(gè)靜止電荷同時(shí)產(chǎn)生電場(chǎng)，那么空間某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度是各電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和。合電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算應(yīng)遵守 。3電場(chǎng)線(1)為了直觀地描述電場(chǎng)，英國(guó)物理學(xué)家 (填人名)提出了用電場(chǎng)線描述電場(chǎng)的方法。(2)電場(chǎng)線：就是在電場(chǎng)

3、中畫(huà)出一些有方向的曲線，在這些曲線上，每一點(diǎn)的 表示該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向。電場(chǎng)線的疏密程度表示 。電場(chǎng)線并不是實(shí)際存在的，它只是為了形象地描述電場(chǎng)而引入的一種假想的曲線。(3)勻強(qiáng)電場(chǎng)：場(chǎng)強(qiáng)的大小和方向都相同的電場(chǎng)叫勻強(qiáng)電場(chǎng)。勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線是一簇 直線。知識(shí)拓展 一、對(duì)電場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度的理解1在真空中O點(diǎn)放一個(gè)電荷Q=+1.010-9 C，直線MN通過(guò)O點(diǎn)，OM的距離r=30 cm，M點(diǎn)放一個(gè)點(diǎn)電荷q=-1.010-10 C，如圖所示，求：(1)q在M點(diǎn)受到的作用力。(2)M點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度。(3)拿走q后M點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度。(4)若MN=30 cm，拿走q后N點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度多大?二、電場(chǎng)的疊加問(wèn)題2如圖

4、所示，真空中帶電荷量分別為+Q和-Q的點(diǎn)電荷A、B相距r，則：(1)兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)O的電場(chǎng)強(qiáng)度多大?(2)距A、B兩點(diǎn)都為r的O點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度如何?三、運(yùn)動(dòng)軌跡與電場(chǎng)線相結(jié)合的問(wèn)題3如圖所示，圖中實(shí)線是一簇未標(biāo)明方向的由點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)線，虛線是某帶電粒子通過(guò)該電場(chǎng)區(qū)域時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡，a、b是軌跡上的兩點(diǎn)。若帶電粒子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中只受到靜電力作用，根據(jù)此圖可以做出正確判斷的是()A.帶電粒子所帶電荷的正負(fù)B.帶電粒子在a、b兩點(diǎn)的受力方向C.帶電粒子在a、b兩點(diǎn)的速度何處較大D.帶電粒子在a、b兩點(diǎn)的加速度何處較大思維導(dǎo)圖 1下列關(guān)于電場(chǎng)線的說(shuō)法正確的是()A電場(chǎng)中任何兩條電場(chǎng)線都可以相交B沿電

5、場(chǎng)線的方向，電場(chǎng)強(qiáng)度逐漸減小C電場(chǎng)線越密的地方電場(chǎng)強(qiáng)度越大D電場(chǎng)線是帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡2關(guān)于電場(chǎng)強(qiáng)度的公式E，下列說(shuō)法正確的是()A由公式可知，電場(chǎng)強(qiáng)度與試探電荷所帶電量成反比B此公式只適用于真空中的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)C此公式為電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式，可以適用于各種電場(chǎng)D公式中q是產(chǎn)生電場(chǎng)的電荷的帶電量，F(xiàn)是試探電荷所受到的力3用電場(chǎng)線能直觀、方便地比較電場(chǎng)中各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小與方向如圖是靜電除塵集塵板與放電極間的電場(chǎng)線，A、B是電場(chǎng)中的兩點(diǎn)，則()AEAEB，方向不同BEAEB，方向不同 DEAEB，方向相同4一帶負(fù)電荷的質(zhì)點(diǎn)，在電場(chǎng)力作用下沿曲線abc從a運(yùn)動(dòng)到c，已知質(zhì)點(diǎn)的速率是遞減的關(guān)于b

6、點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度E的方向，下列圖示中可能正確的是(虛線是曲線在b點(diǎn)的切線)()5如圖是表示在同一點(diǎn)電荷電場(chǎng)中a、b、c、d四點(diǎn)分別引入檢驗(yàn)電荷時(shí)，測(cè)得的檢驗(yàn)電荷的電荷量跟它所受電場(chǎng)力的函數(shù)關(guān)系圖象，那么下列敘述正確的是()A這個(gè)電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng)Ba、b、c、d四點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小關(guān)系是EaEbEcEdCa、b、c、d四點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向相同Da、b、c、d四點(diǎn)一定在同一直線上6在雷雨云下沿豎直方向的電場(chǎng)強(qiáng)度為104 N/C，已知一半徑為1 mm的雨滴在此電場(chǎng)中不會(huì)下落，取重力加速度大小為10 m/s2，水的密度為103 kg/m3.這雨滴攜帶的電荷量的最小值約為()A2109 C B4109 C C6109 C

7、D8109 C7(多選)A、B是一條電場(chǎng)線上的兩個(gè)點(diǎn)，一帶負(fù)電的微粒僅在電場(chǎng)力作用下以一定初速度從A點(diǎn)沿電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，其速度時(shí)間圖象如圖所示則這一電場(chǎng)不可能是下列圖中的()8如圖所示，電荷量為Q1、Q2的兩個(gè)正點(diǎn)電荷分別置于A點(diǎn)和B點(diǎn)，兩點(diǎn)相距L，在以L為直徑的光滑絕緣半圓環(huán)上，穿著一個(gè)電荷量q的帶正電小球(視為點(diǎn)電荷，重力不計(jì))，小球恰好靜止在P點(diǎn)，此時(shí)PA與AB的夾角37.已知cos 370.8，sin 370.6.則Q1與Q2的大小關(guān)系為()AQ1Q2 BQ1Q2CQ1Q2DQ1Q29如圖所示，三根均勻帶電的等長(zhǎng)絕緣棒組成等邊三角形ABC，P為三角形的中心，當(dāng)AB、AC棒所帶電荷量均

8、為q，BC棒帶電荷量為2q時(shí)，P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小為E，現(xiàn)將BC棒取走，AB、AC棒的電荷分布不變，則取走BC棒后，P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為()A.B.C. DE10在一個(gè)點(diǎn)電荷Q形成的電場(chǎng)中，建立如圖甲所示的Ox坐標(biāo)軸，坐標(biāo)軸上A、B兩點(diǎn)的坐標(biāo)分別為2.0 m和5.0 m放在A、B兩點(diǎn)的試探電荷所受電場(chǎng)力大小跟其電量的關(guān)系圖象分別如圖乙中直線a、b所示如果放在A點(diǎn)的試探電荷帶正電、放在B點(diǎn)的試探電荷帶負(fù)電，則它們受到的電場(chǎng)力方向都跟x軸的正方向相同求：(1)B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向；(2)試判斷點(diǎn)電荷Q的電性，并說(shuō)明理由；(3)點(diǎn)電荷Q的位置坐標(biāo)11用一條絕緣輕繩懸掛一個(gè)帶電小球，小球質(zhì)量為1.0102

9、kg，所帶電荷量為2.0108 C現(xiàn)加一水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，平衡時(shí)絕緣繩與鉛垂線成30角(如圖所示)求這個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度(g取10 N/kg)知識(shí)梳理：1.【答案】電場(chǎng)電場(chǎng)對(duì)放入其中的電荷有力的作用靜電力電荷量E牛頓/庫(kù)侖或N/C正平行四邊形定則法拉第切線方向電場(chǎng)強(qiáng)度的大小等間距的平行知識(shí)拓展：一、對(duì)電場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度的理解1【解析】(1)電場(chǎng)是一種物質(zhì)，電荷q在電場(chǎng)中M點(diǎn)所受的作用力是電荷Q通過(guò)它的電場(chǎng)對(duì)q的作用力，根據(jù)庫(kù)侖定律得：FM=kQqr2=9.01091.010-91.010-100.32 N=1.010-8N因?yàn)镼為正電荷，q為負(fù)電荷，庫(kù)侖力是吸引力，所以力的方向沿MO指向O。(

10、2)M點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度EM=FMq=1.010-81.010-10 N/C=100 N/C，其方向沿OM連線背離O因?yàn)樗姆较蚋姾墒莒o電力的方向相同。(3)拿走q后M點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度仍為100 N/C，方向由O指向M。(4)N點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度EN=kQr2=9.01091.010-90.62 N/C=25 N/C。二、電場(chǎng)的疊加問(wèn)題2【解析】(1)如圖所示，A、B兩點(diǎn)電荷在O點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同，由AB，A、B兩點(diǎn)電荷在O點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度：EA=EB=kQ(r2)2=4kQr2故O點(diǎn)的合電場(chǎng)強(qiáng)度為EO=2EA=8kQr2，方向由A指向B。(2)如圖所示，EA=EB=kQr2，由矢量圖所形成的等邊三

11、角形可知，O點(diǎn)的合電場(chǎng)強(qiáng)度EO=EA=kQr2，方向與A、B的中垂線垂直，即EO與EO同向。三、運(yùn)動(dòng)軌跡與電場(chǎng)線相結(jié)合的問(wèn)題3【答案】BCD【解析】由軌跡的彎曲情況，可知靜電力應(yīng)沿電場(chǎng)線向左;但因不知電場(chǎng)線的方向，故帶電粒子所帶電荷電性不能確定;設(shè)粒子從a運(yùn)動(dòng)到b(也可分析從b到a的情形，兩種分析不影響結(jié)論)，速度方向與靜電力夾角大于90，故速度減小，a點(diǎn)速度大于b點(diǎn)速度;由電場(chǎng)線的疏密程度知a點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大于b點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度，帶電粒子在a點(diǎn)受靜電力較大，從而加速度較大，綜上所述B、C、D正確。先學(xué)后練：1 【答案】C【解析】電場(chǎng)線是為了形象的描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向而假想的曲線，是不相交的，A選項(xiàng)錯(cuò)誤

12、；電場(chǎng)線的疏密程度表示場(chǎng)強(qiáng)的強(qiáng)弱，沿電場(chǎng)線的方向場(chǎng)強(qiáng)大小可能增大，也可能不變，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；電場(chǎng)線越密的地方場(chǎng)強(qiáng)越大，C選項(xiàng)正確；電場(chǎng)線不是帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡，D選項(xiàng)錯(cuò)誤2 【答案】C【解析】公式E是電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式，適用于任何電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)，故B錯(cuò)，C對(duì)；電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度只與電場(chǎng)自身因素有關(guān)，與試探電荷的帶電量無(wú)關(guān)，A錯(cuò)；公式中q是試探電荷的帶電量，F(xiàn)是試探電荷所受到的力，D錯(cuò)3 【答案】C【解析】根據(jù)電場(chǎng)線的疏密表示電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，知A處電場(chǎng)線比B處密，因此EAEB.電場(chǎng)強(qiáng)度的方向?yàn)殡妶?chǎng)線上該點(diǎn)的切線方向，可知，A、B兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向不同，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確4 【答案】D【解

13、析】根據(jù)曲線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可知，受力指向軌跡的內(nèi)側(cè)，由于質(zhì)點(diǎn)帶負(fù)電，速率是遞減的，故電場(chǎng)方向可能沿豎直方向向上，D選項(xiàng)正確5 【答案】D【解析】由Fq圖象的斜率大小等于場(chǎng)強(qiáng)的大小得知，四點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小關(guān)系是EaEcEbEd.所以此電場(chǎng)是非勻強(qiáng)電場(chǎng)，故A、B錯(cuò)誤；由Fq圖象的斜率正負(fù)反映場(chǎng)強(qiáng)的方向得知，a、b、d三條直線的斜率均為正值，說(shuō)明三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向均為正方向，方向相同，而c圖線的斜率是負(fù)值，說(shuō)明c點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向?yàn)樨?fù)方向，故C錯(cuò)誤；因力分別沿正方向和反方向，則說(shuō)明四點(diǎn)一定在同一直線上，故D正確，故選D.6 【答案】B【解析】帶電雨滴受到重力和電場(chǎng)力作用，處于平衡狀態(tài)，mgqE，其中mr3，聯(lián)立解得q

14、4109 C，B選項(xiàng)正確7 【答案】BCD【解析】負(fù)電荷受力方向和電場(chǎng)線方向相反，由v t圖象可知，微粒做加速度不斷增大的減速運(yùn)動(dòng)，故A可能，B、C、D不可能8 【答案】B【解析】分析小球的受力情況，如圖所示：根據(jù)庫(kù)侖定律可知，F(xiàn)1k、F2k，根據(jù)平衡條件得，F(xiàn)1sin F2cos ，聯(lián)立解得Q1Q2，B選項(xiàng)正確9 【答案】B【解析】根據(jù)電場(chǎng)疊加原理分析，AB棒和AC棒在P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小相等，夾角為120，兩者的合場(chǎng)強(qiáng)與分場(chǎng)強(qiáng)相等，BC棒在P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)等于AB棒的二倍，故取走BC棒后，P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為，B選項(xiàng)正確10【解析】(1)據(jù)圖乙和場(chǎng)強(qiáng)的定義式可知：Eb40 V/m據(jù)場(chǎng)強(qiáng)方向的規(guī)定可知沿x軸負(fù)向(2)由于放在A點(diǎn)的試探電荷帶正電