2024-2025學年新教材高中物理第1章靜電力與電場強度3電場與電場強度學案魯科版必修3

PAGE12-第3節(jié)電場與電場強度新課程標準學業(yè)質(zhì)量目標1.知道電場是一種物質(zhì)。2.了解電場強度,體會用物理量之比定義新物理量的方法。3.會用電場線描述電場。合格性考試1.形成初步的電場的觀念,并能夠運用電場的定義說明相關(guān)的自然現(xiàn)象。2.理解電場強度的定義,體會用物理量之比定義新物理量的方法。3.通過電場線描述電場,加深對電場強度的相識。選擇性考試通過靜電場的試驗探究,能夠運用點電荷、摸索電荷分析靜電場問題。必備學問·自主學習一、電場與電場力兩個互不接觸的帶電小球會產(chǎn)生相互作用,這種作用是如何產(chǎn)生的?提示:帶電小球會產(chǎn)生電場,電場會對另外一個處于其中的帶電小球產(chǎn)生力的作用。1.電場:由電荷產(chǎn)生的一種特別物質(zhì),是物質(zhì)存在的一種形式。2.電場的性質(zhì):對放入其中的電荷有力的作用。3.電場力:電場對放入其中的電荷的作用力。二、電場強度如圖所示的演示試驗中,為什么帶電量相同、質(zhì)量相同的小球懸線偏離豎直方向的角度不同?提示:小球A產(chǎn)生的電場中不同位置的強弱不一樣,對相同的小球產(chǎn)生的力大小也不一樣,造成小球懸線偏離豎直方向的角度不一樣。1.場源電荷與摸索電荷:(1)場源電荷:用來產(chǎn)生電場的電荷。(2)摸索電荷:用來檢驗電場的電荷。2.電場強度:(1)定義:置于電場中的摸索電荷受到的電場力與它的電荷量的比值。(2)表達式:E=。(3)方向:與正電荷受力方向相同。(4)單位:牛每庫,符號N/C。(5)意義:反映電場的強弱。3.電場線:(1)電場線:用來形象、直觀描述電場的曲線。(2)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電場線從正電荷或無窮遠動身,終止于無窮遠或負電荷,即電場線不閉合,在無電荷處不中斷。③隨意兩條電場線不相交。④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。⑤電場線不表示電荷在電場中運動的軌跡。(1)電場看不見、摸不著,電場并不是真實存在的。 (×)(2)電場對放入其中的任何電荷都有力的作用。 (√)(3)依據(jù)E=,電場強度E與F成正比,與q成反比。 (×)(4)電場強度的方向就是放在該處的摸索電荷所受電場力的方向。 (×)(5)電場線就是電荷在電場中的運動軌跡。 (×)關(guān)鍵實力·合作學習學問點一電場強度的三特性質(zhì)性質(zhì)理解矢量性電場強度既有大小,又有方向。電場強度的方向與正電荷所受電場力方向相同唯一性電場中某點的電場強度是唯一的,由電場本身確定,與放在該點的摸索電荷的電荷量q及其所受電場力F無關(guān)疊加性若在某一空間中有多個電荷,則該點的電場強度等于全部電荷在該點的電場強度的矢量和物理課上剛學習了電場強度的定義,李華認為依據(jù)公式E=,假如把摸索電荷拿走,那么該點的電場強度會變?yōu)?。李華同學的想法正確嗎?為什么?提示:這種想法不對,電場強度只與電場本身有關(guān),與放在該點的摸索電荷的電荷量q及其所受電場力F無關(guān)。即使沒有摸索電荷,該點的電場強度依舊是原有值?！镜淅繄鲈措姾蒕=2×10-4C,是正點電荷。檢驗電荷q=-2×10-5C,是負點電荷,它們相距r=2m,且都在真空中,如圖所示。(k=9.0×109N·m2/C(1)q受的靜電力。(2)q所在的B點的場強EB。【解析】(1)依據(jù)庫侖定律得,q所受的靜電力為:F=k=9×109×N=9N,方向由B指向A。(2)依據(jù)電場強度的定義式知,B點的場強EB==N/C=4.5×105N/C,方向由A指向B。答案:(1)9N方向由B指向A(2)4.5×105N/C方向由A指向B1.(母題追問)在【典例】所處物理情境中,若將q換為q′=4×10-5C(1)q′受力及B點的場強。(2)將檢驗電荷q′拿去后再求B點的場強?！窘馕觥?1)將q換為q′=4×10-5C的正點電荷,B點的場強不變,大小為4.5×105q′所受的靜電力大小F′=q′EB=4×10-5×4.5×105N=18N,方向由A指向B。(2)將檢驗電荷q′拿去后,B點的場強不變,大小為4.5×105N/C,方向由A指向B。答案:(1)18N方向由A指向B4.5×105N/C方向由A指向B(2)4.5×105N/C方向由A指向B2.(教材二次開發(fā)·P16【節(jié)練習】T1變式)由電場強度的定義式E=可知,在電場中的同一點 ()A.電場強度E跟F成正比,跟q成反比B.無論檢驗電荷所帶的電量如何變更,始終不變C.電荷在電場中某點所受的電場力越大,該點的電場強度就越大D.一個不帶電的小球在P點受到的電場力為零,則P點的場強肯定為零【解析】選B。電場強度取決于電場本身,與檢驗電荷所受的電場力F和電荷量q無關(guān),不能認為電場強度E跟F成正比,跟q成反比,故A錯誤;電場強度由電場本身確定,與檢驗電荷的電量無關(guān),則無論檢驗電荷所帶的電量如何變更,始終不變,故B正確;電荷在電場中某點所受的電場力越大,該點的電場強度不肯定越大,因為電場力還與該電荷的電荷量有關(guān),故C錯誤;一個不帶電的小球在P點受到的電場力為零,P點的場強可能為零,也可能不為零,故D錯誤?！炯庸逃?xùn)練】1.N是電場中的一點,某時刻在N點放入電量為-q的摸索電荷,測得該點的電場強度為E;若在該點放入電量為+2q的摸索電荷,此時測得該點的場強為 ()A.大小為2E,方向與E相反B.大小為E,方向與E相同C.大小為2E,方向與E相同D.大小為E,方向與E相反【解析】選B。電場強度是描述電場本身性質(zhì)的物理量,與摸索電荷的電荷量、電性無關(guān)。E=是電場強度的定義式,E的大小、方向與F、q無關(guān);比值只是在客觀上反映空間某點場強的強弱,而空間某點場強的有無、強弱、方向與是否放入摸索電荷、放入什么樣的摸索電荷無關(guān),所以選B。2.下列關(guān)于電場強度的描述正確的是 ()A.電場中某點的場強在數(shù)值上等于單位電荷受到的電場力B.電場中某點的場強與該點檢驗電荷所受的電場力成正比C.電場中某點的場強方向就是檢驗電荷在該點所受電場力的方向D.電場中某點的場強與該點的檢驗電荷有關(guān)【解析】選A。依據(jù)E=可知,電場中某點的場強在數(shù)值上等于單位電荷受到的電場力,選項A正確;電場中某點的場強與該點檢驗電荷所受的電場力無關(guān),選項B、D錯誤;電場中某點的場強方向就是帶正電的檢驗電荷在該點所受電場力的方向,選項C錯誤;故選A。學問點二常見電場線的特點1.電場線的疏密和場強的關(guān)系的常見狀況:(1)場強大的地方電場線密集,場強小的地方電場線稀疏,兩條電場線中間部位存在電場。(2)若只給一條直電場線是無法推斷場強大小的。2.幾種常見電場的特點:(1)點電荷的電場:①離點電荷越近,電場線越密集,場強越強。②場強方向由正電荷指向無窮遠,或由無窮遠指向負電荷。③在一個點電荷的電場中,不存在場強相同的點。④以點電荷為球心的球面,電場線到處與球面垂直,在此球面上,場強到處大小相等,方向各不相同。(2)等量異種點電荷和等量同種點電荷形成的電場場強分布特點的比較。比較項目等量異種點電荷等量同種(正)點電荷電場線分布圖連線上的場強大小O點最小,從O點沿線向兩邊漸漸增大O點為零,從O點沿線向兩邊漸漸增大垂直平分線上場強大小O點最大,從O點沿中垂線向兩邊漸漸減小O點為零,從O點沿中垂線向兩邊先增大后減小關(guān)于O點對稱的點A和A′,B與B′的場強等大同向等大反向如圖所示,A、B是點電荷a、b連線上的兩點,實線是它們之間的電場線。(1)電荷a、b各帶有什么性質(zhì)的電荷?提示:由于電場線起始于正電荷,終止于負電荷,由圖可知a帶正電,b帶負電。(2)A、B兩點的電場強度大小相同嗎?方向相同嗎?提示: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那一點的電場方向,故A、B兩點中B點電場較強,電場方向均向右?！镜淅?多選)用電場線能很直觀、很便利地比較電場中各點的強弱。如圖,左邊是等量異種點電荷形成電場的電場線,右邊是場中的一些點:O是電荷連線的中點,E、F是連線中垂線上相對O對稱的兩點,B、C和A、D也相對O對稱,則下列說法正確的是 ()A.B、C兩點場強大小和方向都相同B.A、D兩點場強大小相等,方向相反C.E、F兩點場強大小和方向都相同D.從E到F過程中場強先增大后減小【解析】選A、C、D。依據(jù)對稱性看出,B、C兩處電場線疏密程度相同,則B、C兩點場強大小相同。這兩點場強的方向均由B→C,方向相同,故A正確;依據(jù)對稱性看出,A、D兩處電場線疏密程度相同,則A、D兩點場強大小相同。由題圖看出,A、D兩點場強方向相同,故B錯誤;由題圖看出,E、F兩點中,電場線疏密程度相同,兩點場強方向相同,故C正確;由題圖看出,從E到F過程中電場線先變密,再變疏,所以場強先增大后減小,故D正確。1.關(guān)于靜電場的電場線,下列說法正確的是 ()A.電場強度較大的地方電場線肯定較密B.沿電場線方向,電場強度肯定越來越小C.在同一靜電場中,電場線可以相交D.電場線就是帶電粒子在電場中運動的軌跡【解析】選A。電場強度與電場線的密集程度有關(guān),電場線越密,電場強度越大;反之則越小,故A正確;電場強度的大小與電場線的方向無關(guān),故B錯誤;電場線的切線方向即為場強的方向,電場中隨意兩條電場線都不相交,故C錯誤;電場線并不實際存在,它只是人為的協(xié)助工具,而帶電粒子的運動軌跡是實際存在的,故D錯誤。2.下列各電場中,A、B兩點電場強度相同的是 ()【解析】選C。電場線的疏密表示場強的大小,電場線的切線方向表示電場強度的方向。由圖可知,只有C圖中A、B兩點的電場線疏密程度相同,場強的方向也相同。故A、B兩點電場強度相同的只有C?！炯庸逃?xùn)練】1.如圖所示是一簇未標明方向、由單一點電荷產(chǎn)生的電場線,虛線是一帶電粒子通過該電場區(qū)域時的運動軌跡,a、b是軌跡上的兩點。若帶電粒子在運動中只受電場力的作用,依據(jù)此圖得出下列推斷正確的是 ()A.帶電粒子電性與場源電荷的電性相同B.在a、b兩點加速度aa>abC.由于帶電粒子帶電性未知,無法推斷在a、b兩點受力的方向D.在a、b兩點的速度va<vb【解析】選B。依據(jù)帶電粒子的運動軌跡可知,帶電粒子所受電場力的方向沿電場線切線方向,指向曲線彎曲的內(nèi)側(cè),由此可知,帶電粒子與場源電荷電性相反,A、C錯誤;a點電場線比b點密,所以a點場強大,帶電粒子在a點所受電場力較大,加速度較大,B正確;假設(shè)帶電粒子由a運動到b,電場力方向與速度方向之間夾角大于90°,粒子做減速運動,D錯誤。2.兩點電荷形成電場的電場線分布如圖所示,A、B是電場線上的兩點,則下列推斷正確的是 ()A.A、B兩點的電場強度大小不等,方向相同B.A、B兩點的電場強度大小相等,方向不同C.左邊電荷帶負電,右邊電荷帶正電D.兩電荷所帶電荷量相等【解析】選C。電場線從正電荷動身,到負電荷終止,電場線的疏密程度表示電場的強弱,電場線的切線方向表示電場的方向,A、B兩點的電場強度大小不相等,方向也不相同,A、B錯誤,C正確;電場線分布不對稱,兩電荷所帶電荷量不相等,D錯誤。【拓展例題】考查內(nèi)容:電場力的性質(zhì)的綜合應(yīng)用【典例】如圖,一質(zhì)量為m、帶電量為q(q>0)的滑塊靜止在傾角為30°的絕緣斜面上,斜面所在空間存在方向水平向右、大小為的勻強電場。則滑塊受到斜面的摩擦力大小是 ()A.mgB.mgC.mgD.mg【解析】選B。由于滑塊靜止在斜面上,所以滑塊受力平衡,受到的摩擦力為靜摩擦力,受力分析如圖所示:將重力G與電場力F在平行于斜面和垂直于斜面兩個方向上做正交分解,在平行于斜面方向上由受力平衡得:mgsin30°+f=qEcos30°,代入E=,解得:f=mg,故B正確,A、C、D錯誤。情境·模型·素養(yǎng)示波器是一種用途非常廣泛的電子測量儀器,能夠把肉眼看不見的電信號變換成看得見的圖像,示波管是示波器的重要組成部分,它由兩相互垂直的電場組成偏轉(zhuǎn)系統(tǒng),通過變更偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的電場強度,從而變更圖像。探究:(1)假如電子打在O點的正下方,試問電場強度方向如何?(2)電場強度增加,電子受到的電場力如何變更?【解析】(1)電子帶負電,電場強度方向與負電荷受力方向相反,所以場強方向由Y′指向Y。(2)由F=qE可知,電場強度E增加時,電子受到的電場力增大。答案:見解析電偶極子是兩個等量異號點電荷組成的系統(tǒng),是一種常見的帶電結(jié)構(gòu)。我們在做心電圖的過程中,心臟就可視為電偶極子模型。體內(nèi)電荷分布如圖甲所示,等效電場如圖乙所示:探究:(1)正、負點電荷連線上關(guān)于O點的對稱點A與A′電場強度關(guān)系怎樣?(2)正、負點電荷連線的中垂線上關(guān)于O點的對稱點B與B′電場強度關(guān)系怎樣?【解析】(1)A與A′電場強度大小相等,方向也相同。(2)B與B′電場強度大小相等,方向也相同。答案:見解析課堂檢測·素養(yǎng)達標1.(多選)下列關(guān)于電場與電場線的說法中,正確的是 ()A.電場是人為設(shè)想出來的,其實并不存在B.電荷間的相互作用是通過電場產(chǎn)生的,電場對處于其中的電荷有力的作用C.只要有電荷存在,電荷四周就肯定存在著電場D.電場線是電荷四周客觀存在的曲線【解析】選B、C。電場雖然看不見、摸不著,卻是客觀存在的,故A錯誤;電荷間的相互作用是通過電場產(chǎn)生的,電場對處于其中的電荷有力的作用,這是電場的性質(zhì),故B正確;電荷四周肯定存在電場,故C正確;電場線是假想曲線,并不真實存在,故D錯誤。2.A點為已知電場中的一固定點,在A點放一電量為q的電荷,所受電場力為F,A點的場強為E,則 ()A.若在A點換上電量為-q的電荷,A點的場強方向發(fā)生變更B.A點場強的大小、方向與q無關(guān)C.若在A點移去電荷q,A點的場強變?yōu)榱鉊.若在A點換上電量為2q的電荷,A點的場強將變?yōu)?E【解析】選B。電場強度E=是通過比值定義法得出的,電場強度取決于電場本身,與摸索電荷無關(guān),故在A點換上-q或2q或把q移去,A點的場強都不變,故A、C、D錯誤,B正確?！炯庸逃?xùn)練】在電場中A點,先后放入q1、q2兩個點電荷(q1>q2),點電荷所受到的電場力分別為F1、F2,兩次測得該點的電場強度分別為E1、E2,則 ()A.F1=F2,E1=E2 B.F1>F2,E1=E2C.F1>F2,E1>E2 D.F1<F2,E1<E2【解析】選B。在電場中的同一點,電場強度相同,與所放的電荷無關(guān),所以E1=E2,依據(jù)F=qE,q1>q2知,F1>F2,故B正確,A、C、D錯誤。3.如圖,A、B為電場線上的兩點,A、B兩點電場強度分別為EA、EB,則 ()A.EA>EB,方向相同B.EA>EB,方向不同C.EA<EB,方