21　探究電場的力的性質(zhì)

1、2.1探究電場的力的性質(zhì)學 習 目 標知 識 脈 絡1.知道電荷間的相互作用是通過電場實現(xiàn)的知道場與實物是物質(zhì)存在的兩種形式2會推導點電荷的電場強度的公式，能應用公式進行有關(guān)的計算(重點)3知道電場強度的疊加原理，能應用這一原理進行簡單的計算(難點)4知道電場線的定義和特點，會用電場線描述電場強度的大小和方向(重點、難點)電 場 和 電 場 強 度1電場(1)電荷周圍存在電場，電荷之間的相互作用力是通過電場發(fā)生的圖2­1­1(2)場與實物是物質(zhì)存在的兩種不同形式(3)靜止的電荷產(chǎn)生的電場稱為靜電場2電場強度試探電荷與場源電荷如圖2­1­2所示，帶電小球q

2、是用來檢驗電場是否存在及其強弱分布情況的，稱為試探電荷或檢驗電荷圖2­1­2被檢驗的電場是帶電金屬球Q所激發(fā)的，所以金屬球Q所帶電荷稱為場源電荷或源電荷3電場強度(1)定義：電場中某點的電荷所受到的電場力F跟它的電荷量q的比值(2)定義式：E.(3)方向：電場強度是矢量，規(guī)定電場中某點的電場強度的方向跟正電荷在該點所受的靜電力的方向相同(4)國際單位：牛/庫(N/C)或伏/米(V/m)1電場看不見，摸不著，因此電場實際不存在(×)2根據(jù)E，由于q有正、負，故電場中某點的場強有兩個方向(×)3據(jù)公式E可計算場強大小，但場強由場本身決定，與F、q大小無關(guān)()

3、1有同學認為：電場就是電場強度，你怎樣認為？【提示】電場是一種特殊的物質(zhì)，電場強度是描述電場強弱的物理量，二者不同2根據(jù)電場強度的定義式E，是不是只有試探電荷q存在時，電場才存在？【提示】不是，電場是由場源電荷產(chǎn)生的，與試探電荷的存在與否沒有關(guān)系在空間中有一電場，把一帶電荷量為q的試探電荷放在電場中的A點所受的電場力為F.探討1：電場中A點的電場強度EA多大？【提示】EA.探討2：將電荷量為2q的試探電荷放在電場中的A點所受的電場力為多大？此時A點的電場強度EA多大？【提示】電場強度由電場本身決定，與試探電荷無關(guān)，故EA不變，EA，而F2qEA2F，答案2F，.1試探電荷與場源電荷的比較定義大

4、小要求試探電荷用來檢驗電場是否存在及其強弱分布情況的電荷尺寸和電荷量必須充分小，放入電場后，不影響原電場場源電荷產(chǎn)生電場的電荷無要求，可大可小2.對電場強度的理解(1)公式E是電場強度的定義式，該式給出了測量電場中某一點電場強度的方法，應當注意，電場中某一點的電場強度由電場本身決定，與是否測量及如何測量無關(guān)(2)公式E僅定義了電場強度的大小，其方向需另外規(guī)定物理學上規(guī)定電場強度的方向是放在該處的正電荷所受電場力的方向(3)由E變形為FqE，表明：如果已知電場中某點的電場強度E，便可計算在電場中該點放任何電荷量的帶電體所受的靜電力的大小電場強度E與電荷量q的大小決定了靜電力的大??；電場強度E的方

5、向與電荷的電性共同決定靜電力的方向；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1(多選)在電場中的某點A放一試探電荷q，它所受到的電場力大小為F，方向水平向右，則A點的場強大小EA，方向水平向右下列說法中正確的是()A在A點放置一個q試探電荷，A點的場強方向變?yōu)樗较蜃驜在A點放置一個2q的試探電荷，則A點的場強變?yōu)?EAC在A點放置一個q的試探電荷，它所受的電場力方向水平向左D在A點放置一個電荷量為2q的試探電荷，所受電場力為2F【解析】E是電場強度的定義式，某點場強大小和方向與場源電荷有關(guān)，而與放入的試探電荷沒有任何關(guān)系，故選項A、B錯；因負電荷受到電場

6、力的方向與場強方向相反，故選項C正確；A點場強EA一定，放入的試探電荷所受電場力大小為FqEA，當放入電荷量為2q的試探電荷時，試探電荷所受電場力應為2F，故選項D正確【答案】CD2如圖2­1­3所示的是在一個電場中A、B、C、D四點分別引入試探電荷時，測得的試探電荷的電荷量跟它所受靜電力的函數(shù)關(guān)系圖像，那么下列敘述正確的是()圖2­1­3AA、B、C、D四點的電場強度大小相等BA、B、C、D四點的電場強度大小關(guān)系是ED>EA>EB>ECCA、B、C、D四點的電場強度大小關(guān)系是EA>EB>ED>ECD無法確定這四個點的

7、電場強度大小關(guān)系【解析】題圖中給出了A、B、C、D四個位置上電荷量和它所受靜電力大小的變化關(guān)系，由電場強度的定義式E可知，F(xiàn)­q圖像的斜率代表電場強度斜率大的電場強度大，斜率小的電場強度小故選項B正確，選項A、C、D錯誤【答案】B3如圖2­1­4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q12.0×108 C的點電荷，測出其受到的靜電力F1大小為4.0×106 N，方向如圖所示，則B處場強是多少？如果換用一個q24.0×107 C的點電荷放在B點，其受力多大？方向如何？圖2­1­4【解析】由場強公式可得

8、EB N/C200 N/C因為是負電荷，所以場強方向與F1方向相反q2在B點所受靜電力F2q2EB4.0×107×200 N8.0×105 N因為q2是正電荷，F(xiàn)2方向與場強方向相同，也就是與F1反向【答案】200 N/C，方向與F1相反8.0×105 N方向與F1相反點 電 荷 的 電 場 電 場 的 疊 加 原 理1真空中點電荷的場強(1)大?。篍k.(2)方向：Q為正電荷時，在電場中的某點P，E的方向由Q指向P；Q是負電荷時，E的方向由P指向Q.2電場強度的疊加原理許多點電荷在某點的合場強，等于各點電荷在該點場強的矢量和，這叫做電場的疊加原理3勻強

9、電場中金屬導體的電荷分布(1)靜電平衡：物理學中將導體中沒有電荷移動的狀態(tài)叫做靜電平衡(2)導體的內(nèi)部場強：處在靜電平衡下的導體，內(nèi)部場強處處為零(3)在導體表面附近，電場線與表面的關(guān)系：垂直(4)電荷分布：處于靜電平衡下的導體，電荷只分布在導體的外表面1在E中場強大小與q無關(guān)，同樣在E中場強大小與Q也無關(guān)(×)2公式E對于任何靜電場都成立(×)3場強的疊加滿足平行四邊形定則()在計算式E中，當r0時，電場強度E將趨近于無窮大，這種說法對嗎？為什么？【提示】不對因為當r0時，電荷量為Q的物體就不能看作點電荷了，計算式E也就不適用了如圖2­1­5所示Q和Q

10、均為正點電荷，且QQ.圖2­1­5探討1：正點電荷Q在q處產(chǎn)生的場強為多大？沿什么方向？【提示】強場大小為，方向沿Q、q的連線，水平向右探討2：正點電荷Q和Q在q處產(chǎn)生的合場強為多大？沿什么方向？【提示】場強大小為，方向斜向右上方，與水平方向夾角為45°.1電場強度公式E與Ek的比較公式物理含義引入過程適用范圍E是電場強度大小的定義式Fq，但E與F、q無關(guān)，E是反映某點處電場的性質(zhì)適用于一切電場Ek是真空中點電荷電場強度的決定式由E和庫侖定律導出，E由Q、r決定在真空中，場源電荷Q是點電荷2.計算電場強度的幾種方法(1)用定義式E求解，常用于涉及試探電荷或帶電體的

11、受力情況(2)用Ek求解，但僅適用于真空中的點電荷產(chǎn)生的電場(3)利用疊加原理求解，常用于涉及空間的電場是由多個電荷共同產(chǎn)生的情景4真空中，A、B兩點與點電荷Q的距離分別為r和3r，則A、B兩點的電場強度大小之比為()【導學號：29682019】A31 B13C91D19【解析】由點電荷場強公式有：Ekr2，故有91，C項正確，A、B、D項錯誤【答案】C5(多選)真空中距點電荷(電量為Q)為r的A點處，放一個帶電量為q(qQ)的點電荷，q受到的電場力大小為F，則A點的場強為()A. B. Ck Dk【解析】由電場強度的定義可知A點場強為E，又由庫侖定律知F，代入后得Ek，B、D對，A、C錯【答

12、案】BD6直角坐標系xOy中，M、N兩點位于x軸上，G、H兩點坐標如圖2­1­6.M、N兩點各固定一負點電荷，一電量為Q的正點電荷置于O點時，G點處的電場強度恰好為零靜電力常量用k表示若將該正點電荷移到G點，則H點處場強的大小和方向分別為()圖2­1­6A.，沿y軸正向 B.，沿y軸負向C.，沿y軸正向 D.，沿y軸負向【解析】處于O點的正點電荷在G點處產(chǎn)生的場強E1k，方向沿y軸負向；又因為G點處場強為零，所以M、N處兩負點電荷在G點共同產(chǎn)生的場強E2E1k，方向沿y軸正向；根據(jù)對稱性，M、N處兩負點電荷在H點共同產(chǎn)生的場強E3E2k，方向沿y軸負向；

13、將該正點電荷移到G處，該正點電荷在H點產(chǎn)生的場強E4k，方向沿y軸正向，所以H點的場強EE3E4，方向沿y軸負向【答案】B合場強的求解技巧(1)電場強度是矢量，合成時遵循矢量運算法則，常用的方法有圖解法、解析法、正交分解法等；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(zhuǎn)化成代數(shù)運算(2)當兩矢量滿足大小相等，方向相反，作用在同一直線上時，兩矢量合成疊加，合矢量為零，這樣的矢量稱為“對稱矢量”，在電場的疊加中，注意圖形的對稱性，發(fā)現(xiàn)對稱矢量可簡化計算電 場 線 勻 強 電 場1電場線(1)定義：電場線是在電場中畫出的一些有方向的曲線，曲線上每一點的切線方向都表示該點的電場強度方

14、向(如圖2­1­7)圖2­1­7(2)幾種常見電場的電場線正點電荷負點電荷 等量正點電荷等量異種點電荷 勻強電場圖2­1­82勻強電場(1)定義：場強的大小和方向都相同的電場(2)勻強電場的電場線：間隔相等的平行直線1電場線可以描述電場的強弱也能描述電場的方向()2電場線不是實際存在的線，而是為了形象地描述電場而假想的線()3只要電場線是平行的直線，該電場一定是勻強電場(×)1有同學認為，由于兩條電場線之間無電場線故無電場你認為對嗎？【提示】不對，電場線是人們?yōu)樾蜗笱芯侩妶?，人為畫出的一些線，在電場中任何區(qū)域均可畫電場線2為

15、什么電場中電場線不會相交？【提示】如果電場中電場線相交，在交點處有兩個“切線方向”，就會得出電場中同一點電場方向不唯一的錯誤結(jié)論探討1：電場線是怎樣描述電場的強弱和方向？電場線實際存在嗎？【提示】電場線的疏密描述電場的強弱，電場線上某一點的切線方向是該點的電場強度的方向電場線不是實際存在的，是一些假想的曲線探討2：電場線和帶電粒子在電場中的運動軌跡相同嗎？二者在什么條件下才重合？【提示】不相同電場線是為了形象地描述電場而引入的假想曲線，帶電粒子在電場中的運動軌跡是帶電粒子在電場中實際通過的徑跡，只有當電場線是直線，且?guī)щ娏Ｗ又皇莒o電力作用(或受其他力，但方向沿電場線所在直線)，同時帶電粒子的初

16、速度為零或初速度方向沿電場線所在直線時，運動軌跡才和電場線重合1電場線的基本性質(zhì)(1)電場線上每一點的切線方向就是該點電場強度的方向(2)電場線的疏密反映電場強度的大小(疏弱密強)(3)靜電場中電場線始于正電荷或無窮遠處，止于負電荷或無窮遠處，不封閉，也不會中斷(4)同一電場中，任意兩條電場線都不會相交(5)電場線不是實際存在的線，是為了形象地描述電場而假想的線2幾種常見電場線的分布及特點(1)點電荷的電場：正電荷的電場線從正電荷出發(fā)延伸到無限遠處，負電荷的電場線由無限遠處延伸到負電荷，如圖2­1­9所示圖2­1­9點電荷形成的電場中，不存在電場強度相等

17、的點若以點電荷為球心做一個球面，電場線處處與球面垂直在此球面上電場強度大小處處相等，方向各不相同(2)等量同種電荷的電場：電場線分布如圖2­1­10所示(以等量正電荷為例)，其特點有：圖2­1­10兩點電荷連線的中點處電場強度為零，向兩側(cè)電場強度逐漸增大，方向指向中點兩點電荷連線中點沿中垂面(中垂線)到無限遠，電場線先變密后變疏，即電場強度先變大后變小，方向背離中點(3)等量異種電荷的電場：電場線分布如圖2­1­11所示，其特點有：圖2­1­11兩點電荷連線上的各點的電場強度方向從正電荷指向負電荷，沿電場線方向先變

18、小再變大，中點處電場強度最小兩點電荷連線的中垂面(中垂線)上，電場線的方向均相同，即電場強度方向都相同，總與中垂面(或中垂線)垂直且指向負點電荷一側(cè)，從中點到無窮遠處，電場強度大小一直減小，中點處電場強度最大3電場線與帶電粒子在電場中的運動軌跡的比較電場線運動軌跡客觀性電場中并不存在，是為研究電場方便而人為引入的粒子在電場中的運動軌跡是客觀存在的切線的意義曲線上各點的切線方向即為該點的電場強度方向，同時也是正電荷在該點的受力方向，即正電荷在該點產(chǎn)生加速度的方向軌跡上每一點的切線方向即為粒子在該點的速度方向，但加速度的方向與速度的方向不一定相同7下列各電場中，A、B兩點場強相同的是()【解析】場強是矢量，有大小和方向，由點電荷的公式知，A圖中兩點距離場源相同，場強大小相同，但是方向不同，所以場強不同；B圖中兩點場強方向相同，但大小不同；D圖中場強大小和方向均不相同；C圖是勻強電場，場強大小和方向均相同【答案】C8正電荷q在電場力作用下由P向Q做加速運動，而且加速度越來越大，那么可以