2017屆高中物理第1章靜電場第3講電場及其描述學(xué)案魯科版選修.docx

第3講電場及其描述目標(biāo)定位1.理解電場強(qiáng)度的概念及其定義式，并會進(jìn)行有關(guān)計算.2.會用電場線表示電場，并熟記幾種常見電場的電場線分布特征.3.理解點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度及場強(qiáng)疊加原理.一、電場及電場力1.電場：電荷周圍存在場，電荷的相互作用不可能超越距離，是通過場傳遞的，這種場稱為電場.2.電場力：電場對于處在其中的電荷有力的作用，這種力叫做電場力.二、電場強(qiáng)度1.試探電荷(1)電荷量足夠小，(2)大小足夠小的電荷，放到電場中用來檢驗電場中各點(diǎn)的性質(zhì).2.電場強(qiáng)度(1)概念：放入電場中某點(diǎn)的電荷受到的電場力F與它的電荷量q的比值，叫做該點(diǎn)的電場強(qiáng)度，簡稱場強(qiáng).(2)物理意義：表示電場的強(qiáng)弱.(3)定義式及單位：E，單位牛(頓)每庫(侖)，符號N/C.(4)方向：電場強(qiáng)度的方向與正電荷所受電場力的方向相同.想一想這里定義電場強(qiáng)度的方法叫比值定義法，你還學(xué)過哪些用比值定義的物理量？它們都有什么共同點(diǎn)？答案如加速度a；密度等.用比值定義的新物理量可反映物質(zhì)本身的某種屬性，與用來定義的另外兩個物理量并無直接關(guān)系.三、點(diǎn)電荷的電場與勻強(qiáng)電場1.真空中點(diǎn)電荷周圍的場強(qiáng)：Ek.2.勻強(qiáng)電場：大小和方向都處處相同的電場叫做勻強(qiáng)電場.想一想我們能根據(jù)Ek說，r0時，E嗎？答案不能；這是根據(jù)庫侖定律推導(dǎo)出來的，只適用于點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場，r較小時，帶電體不能再看做點(diǎn)電荷，此公式不再適用.四、電場線1.電場線在電場中繪出的一些曲線，曲線上任一點(diǎn)的電場方向就在該點(diǎn)的切線方向上，這樣的曲線叫做電場線.2.幾種特殊的電場線熟記五種特殊電場的電場線分布，如圖1所示.圖13.電場線的特點(diǎn)(1)電場線從正電荷(或無窮遠(yuǎn))出發(fā)，終止于無窮遠(yuǎn)(或負(fù)電荷).(2)在同一電場中，電場線越密的地方場強(qiáng)越大.想一想有電場線的地方有電場，沒有電場線的地方?jīng)]有電場嗎？答案電場線是用來描述電場強(qiáng)弱的曲線，電場線的疏密只能大致反應(yīng)場強(qiáng)的大小，沒有電場線的不一定沒有電場.一、對電場及電場強(qiáng)度的理解1.關(guān)于電場的幾點(diǎn)說明(1)特殊物質(zhì)性：電場是一種看不見摸不著但客觀真實(shí)存在的特殊物質(zhì).(2)客觀存在性：電荷周圍一定存在電場，靜止的電荷周圍存在靜電場.(3)橋梁紐帶作用：電場是電荷間相互作用的橋梁，不直接接觸就可以發(fā)生相互作用.2.關(guān)于電場強(qiáng)度的幾點(diǎn)說明(1)唯一性：電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度E是唯一的，由電場本身決定，與是否放入試探電荷以及放入試探電荷的正負(fù)、電荷量的大小無關(guān).(2)矢量性：E為矢量，其方向與放在該點(diǎn)的正電荷所受的電場力方向相同，與負(fù)電荷所受的電場力方向相反.例1真空中O點(diǎn)放一個點(diǎn)電荷Q1.0109C，直線MN通過O點(diǎn)，OM的距離r30cm，M點(diǎn)放一個點(diǎn)電荷q1.01010C，如圖2所示.求：圖2(1)q在M點(diǎn)受到的作用力；(2)M點(diǎn)的場強(qiáng)；(3)拿走q后M點(diǎn)的場強(qiáng)；(4)M、N兩點(diǎn)的場強(qiáng)哪點(diǎn)大.答案(1)大小為1.0108N方向沿MO指向Q(2)大小為100N/C方向沿OM連線背離Q(3)大小為100N/C方向沿OM連線背離Q(4)M點(diǎn)場強(qiáng)大解析(1)電場是一種物質(zhì)，電荷q在電場中M點(diǎn)所受的作用力是電荷Q通過它的電場對q的作用力，根據(jù)庫侖定律，得FMkN1.0108N.因為Q為正電，q為負(fù)電，庫侖力是吸引力，所以力的方向沿MO指向Q.(2)M點(diǎn)的場強(qiáng)EMN/C100 N/C，其方向沿OM連線背離Q，因為它的方向跟正電荷所受電場力的方向相同.(3)場強(qiáng)是反映電場的力的性質(zhì)的物理量，它是由形成電場的電荷Q及場中位置決定的，與試探電荷q是否存在無關(guān).故拿走q后，M點(diǎn)的場強(qiáng)仍為100N/C，方向沿OM連線背離Q.(4)由E得M點(diǎn)場強(qiáng)大.借題發(fā)揮公式E中的q是試探電荷的電荷量，所以E不是場強(qiáng)的決定式；公式Ek中的Q是場源電荷的電荷量，所以Ek僅適用于點(diǎn)電荷的電場求解，是點(diǎn)電荷場強(qiáng)的決定式.針對訓(xùn)練A為已知電場中的一固定點(diǎn)，在A點(diǎn)放一電荷量為q的試探電荷，所受電場力為F，A點(diǎn)的場強(qiáng)為E，則()A.若在A點(diǎn)換上q，A點(diǎn)場強(qiáng)方向發(fā)生變化B.若在A點(diǎn)換上電荷量為2q的試探電荷，A點(diǎn)的場強(qiáng)將變?yōu)?EC.若在A點(diǎn)移去電荷q，A點(diǎn)的場強(qiáng)變?yōu)榱鉊.A點(diǎn)場強(qiáng)的大小、方向與q的大小、正負(fù)、有無均無關(guān)答案D解析電場強(qiáng)度E是通過比值定義法得出的，其大小及方向與試探電荷無關(guān)；故放入任何電荷時電場強(qiáng)度的方向和大小均不變，故A、B、C均錯誤；故選D.二、對公式E與E的理解1.公式E是電場強(qiáng)度的定義式，適用于任何電場，E可以用來度量，但與F、q無關(guān).其中q是試探電荷.2.公式Ek是點(diǎn)電荷場強(qiáng)的決定式，其中Q是場源電荷.例2真空中距點(diǎn)電荷(電荷量為Q)為r的A點(diǎn)處，放一個電荷量為q(qQ)的點(diǎn)電荷，q受到的電場力大小為F，則A點(diǎn)的場強(qiáng)為()A.B.C.kD.k答案BD解析E中q指的是試探電荷，E中Q指的是場源電荷，故B、D正確.三、電場線的理解和應(yīng)用1.電場線的特點(diǎn)：(1)起始于無限遠(yuǎn)或正電荷，終止于負(fù)電荷或無限遠(yuǎn).(2)任意兩條電場線不相交.(3)在同一幅圖中，電場線的疏密表示場強(qiáng)的大小.(4)電場線上某點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的場強(qiáng)方向.2.電場線與帶電粒子運(yùn)動軌跡重合必須同時滿足以下三個條件(1)電場線是直線.(2)帶電粒子只受電場力作用，或受其他力，但其他力的方向沿電場線所在直線.(3)帶電粒子初速度的方向為零或初速度的方向沿電場線所在的直線.例3以下關(guān)于電場和電場線的說法中正確的是 ()A.電場線就是電荷在電場中的運(yùn)動軌跡B.在電場中，凡是有電場線通過的點(diǎn)，場強(qiáng)不為零，不畫電場線的區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)場強(qiáng)為零C.同一試探電荷在電場線密集的地方所受靜電力大D.電場線是人們假想的，用以形象表示電場的強(qiáng)弱和方向，客觀上并不存在答案CD解析電場線是為了描述電場的強(qiáng)弱及方向的方便而引進(jìn)的假想線，它一般不與電荷的運(yùn)動軌跡重合，A錯誤，D正確.在同一電場中，電場強(qiáng)度較大的地方電場線較密，電荷受到的電場力也較大，C正確.借題發(fā)揮帶電粒子在電場中的運(yùn)動軌跡，決定于粒子運(yùn)動速度和受力情況，與電場線不一定重合.例4如圖3所示是某靜電場的一部分電場線分布圖3情況，下列說法中正確的是()A.這個電場可能是負(fù)點(diǎn)電荷的電場B.點(diǎn)電荷q在A點(diǎn)處受到的電場力比在B點(diǎn)處受到的電場力大C.點(diǎn)電荷q在A點(diǎn)處的瞬時加速度比在B點(diǎn)處的瞬時加速度小(不計重力)D.負(fù)電荷在B點(diǎn)處受到的電場力的方向沿B點(diǎn)切線方向答案B解析電場線的疏密反映了電場強(qiáng)度的大小，而加速度的大小關(guān)鍵是看電場力的大小.判斷A、B兩處電場線的疏密是解決本題的關(guān)鍵.負(fù)點(diǎn)電荷的電場線是從四周無限遠(yuǎn)處不同方向指向負(fù)點(diǎn)電荷的直線，故A錯誤；電場線越密的地方場強(qiáng)越大，由圖知EAEB，又因FqE，得FAFB，故B正確；由a知，aF，而FE，EAEB，所以aAaB，故C錯誤；負(fù)電荷在B點(diǎn)受到的電場力的方向與B點(diǎn)電場強(qiáng)度的方向相反，故D錯誤.借題發(fā)揮帶電粒子在電場中的運(yùn)動軌跡，決定于粒子運(yùn)動速度和受力情況，與電場線不一定重合.對電場和電場強(qiáng)度的理解1.如圖4所示，在一帶負(fù)電的導(dǎo)體A附近有一點(diǎn)B，如在B處放置一個q12.0108C的電荷，測出其受到的靜電力F1大小為4.0106N，方向如圖，則B處場強(qiáng)多大？如果換用一個q24.0107C的電荷放在B點(diǎn)，其受力多大？此時B處場強(qiáng)多大？圖4答案200N/C8.0105 N200 N/C解析由場強(qiáng)公式可得EBN/C200 N/C，因為是負(fù)電荷，所以場強(qiáng)方向與F1方向相反.q2在B點(diǎn)所受靜電力F2q2EB4.0107200N8.0105N，方向與場強(qiáng)方向相同，即與F1反向.此時B處場強(qiáng)仍為200N/C，方向與F1相反.2.下列說法中正確的是()A.電場強(qiáng)度反映了電場的力的性質(zhì)，因此場中某點(diǎn)的場強(qiáng)與檢驗電荷在該點(diǎn)所受的電場力成正比B.電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)等于F/q，但與檢驗電荷的受力大小及電荷量無關(guān)C.場中某點(diǎn)的場強(qiáng)方向是檢驗電荷在該點(diǎn)的受力方向D.公式E和Ek對于任何電場都是適用的答案B庫侖定律的理解及應(yīng)用3.真空中A、B兩個點(diǎn)電荷相距為L，質(zhì)量分別為m和2m，它們由靜止開始運(yùn)動(不計重力)，開始時A的加速度大小是a，經(jīng)過一段時間，B的加速度大小也是a，那么此時A、B兩點(diǎn)電荷的距離是()A.LB.LC.2LD.L答案A解析剛釋放瞬間，對A，有kmAa，經(jīng)過一段時間后，對B，有kmBa，可得LLL，所以A正確.電場線的特點(diǎn)及應(yīng)用4.某靜電場中的電場線如圖5所示，帶電粒子在電場中僅受電場力作用，其運(yùn)動軌跡如圖中虛線所示，粒子由M運(yùn)動到N，以下說法正確的是()圖5A.粒子必定帶正電荷B.粒子在M點(diǎn)的加速度大于它在N點(diǎn)的加速度C.粒子在M點(diǎn)的加速度小于它在N點(diǎn)的加速度D.粒子必帶負(fù)電答案AC解析做曲線運(yùn)動的物體合力指向曲線的內(nèi)側(cè)，又因為粒子只受電場力所以點(diǎn)電荷帶正電，A正確；由于電場線越密，場強(qiáng)越大，點(diǎn)電荷受電場力就越大，根據(jù)牛頓第二定律可知其加速度也越大，故此點(diǎn)電荷在N點(diǎn)加速度大，C正確.題組一電場及電場強(qiáng)度1.下列關(guān)于電場和電場強(qiáng)度的說法正確的是()A.電荷間的相互作用是通過電場產(chǎn)生的，電場最基本的特征是對處在它里面的電荷有力的作用B.電場是人為設(shè)想出來的，其實(shí)并不存在C.某點(diǎn)的場強(qiáng)越大，則同一電荷在該點(diǎn)所受到的電場力越大D.某點(diǎn)的場強(qiáng)方向為試探電荷在該點(diǎn)受到的電場力的方向答案AC解析電場是電荷周圍客觀存在的一種特殊物質(zhì)，電荷間的相互作用是通過電場產(chǎn)生的，不是假想的，故A正確；由E得.FEq，當(dāng)q一定時，E越大，F(xiàn)越大，所以C正確；場強(qiáng)方向規(guī)定為正電荷在該點(diǎn)受到的電場力方向與負(fù)電荷受電場力的方向相反，D錯誤.2.在電場中某點(diǎn)，當(dāng)放入正電荷時受到的電場力方向向右；當(dāng)放入負(fù)電荷時受到的電場力方向向左，則下列說法中正確的是()A.當(dāng)放入正電荷時，該點(diǎn)場強(qiáng)方向向右；當(dāng)放入負(fù)電荷時，該點(diǎn)場強(qiáng)方向向左B.該點(diǎn)場強(qiáng)方向一定向右C.該點(diǎn)場強(qiáng)方向一定向左D.該點(diǎn)場強(qiáng)方向可能向右，也可能向左答案B解析電場中某一點(diǎn)的電場方向取決于電場本身，其方向與放在該點(diǎn)的正電荷的受力方向一致，與負(fù)電荷的受力方向相反，故只有B正確.3.在電場中的A、B兩處分別引入不同的試探電荷q，得到試探電荷所受的電場力隨電荷量變化的關(guān)系如圖1所示，則()圖1A.EAEBB.EAEBC.EAEBD.不能判定EA、EB的大小答案A解析根據(jù)電場強(qiáng)度的定義式E，電場強(qiáng)度與圖中圖線的斜率相對應(yīng)，故EAEB，A項正確.4.真空中，A、B兩點(diǎn)與點(diǎn)電荷Q的距離分別為r和3r，則A、B兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小之比為()A.31B.13C.91D.19答案C解析由點(diǎn)電荷場強(qiáng)公式有：Ekr2，故有2291，C項正確.題組二電場線的特點(diǎn)及應(yīng)用5.關(guān)于電場線的性質(zhì)，以下說法正確的有()A.電場線是正電荷在電場中的運(yùn)動軌跡B.電場線的分布情況反映電場中不同點(diǎn)的場強(qiáng)的大小C.電場線的箭頭方向表示場強(qiáng)減弱的方向D.空間中兩條電場線不能相交答案BD解析電場線是為了描述電場的強(qiáng)弱及方向的方便而引進(jìn)的假想線，它一般不與電荷的運(yùn)動軌跡重合，A錯誤，B正確.電場線的箭頭方向表示場強(qiáng)的方向，C錯誤.由于電場的具體方向與電場線上某點(diǎn)的切線方向相同，若兩條電場線相交，則在該點(diǎn)可以作出兩條切線，表明該點(diǎn)的電場不唯一，這與實(shí)際不符，D正確.故選B、D.6.某電場區(qū)域的電場線如圖2所示a、b是其中一條電場線上的兩點(diǎn)，下列說法正確的是()圖2A.負(fù)電荷在a點(diǎn)受到的電場力一定小于它在b點(diǎn)受到的電場力B.a點(diǎn)的場強(qiáng)方向一定沿著a點(diǎn)的電場線向右C.正電荷在a點(diǎn)受到的電場力一定大于它在b點(diǎn)受到的電場力D.a點(diǎn)的場強(qiáng)一定大于b點(diǎn)的場強(qiáng)答案BCD解析電場線越密，場強(qiáng)越大.所以a點(diǎn)的場強(qiáng)一定大于b點(diǎn)的場強(qiáng)，根據(jù)FEq得電荷在a點(diǎn)受到的電場力一定大于它在b點(diǎn)受到的電場力，故A錯誤，C、D正確；電場線某點(diǎn)的切線方向表示場強(qiáng)的方向.所以a點(diǎn)的場強(qiáng)方向一定沿著a點(diǎn)的電場線向右，故B正確，故選B、C、D.7.下列各電場中，A、B兩點(diǎn)電場強(qiáng)度相同的是()答案C解析A圖中，A、B兩點(diǎn)場強(qiáng)大小相等，方向不同，B圖中，A、B兩點(diǎn)場強(qiáng)的方向相同，但大小不等，C圖中是勻強(qiáng)電場，則A、B兩點(diǎn)場強(qiáng)大小、方向都相同；D圖中A、B兩點(diǎn)場強(qiáng)大小、方向均不相同.故選C.8.某電場的電場線分布如圖3所示，則()圖3A.電荷P帶正電B.電荷P帶負(fù)電C.a點(diǎn)的電場強(qiáng)度大于b點(diǎn)的電場強(qiáng)度D.正檢驗電荷在c點(diǎn)受到的電場力大于在d點(diǎn)受到的電場力答案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的電場線比a的密，所以b點(diǎn)的電場強(qiáng)度大于a點(diǎn)的電場強(qiáng)度，故C錯誤；c點(diǎn)的場強(qiáng)大于d點(diǎn)的場強(qiáng)，所以正檢驗電荷在c點(diǎn)受到的電場力大于在d點(diǎn)受到的電場力，故D正確；故選A、D.9.A、B是一條電場線上的兩個點(diǎn)，一帶負(fù)電的微粒僅在靜電力作用下，以一定的初速度從A點(diǎn)沿電場線運(yùn)動到B點(diǎn)，其vt圖象如圖4所示.則此電場的電場線分布可能是()圖4答案A解析從題圖可以直接看出，粒子的速度隨時間的增大逐漸減小，圖線的斜率逐漸增大，說明粒子的加速度逐漸變大，電場強(qiáng)度逐漸變大，從A到B電場線逐漸變密.綜合分析知，微粒是順著電場線運(yùn)動，由電場線疏處到達(dá)密處，正確選項是A.10.如圖5所示，一電子沿等量異種電荷的中垂線由AOB勻速飛過，電子重力不計，則電子除受電場力外，所受的另一個力的大小和方向變化情況是()圖5A.先變大后變小，方向水平向左B.先變大后變小，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，方向水平向右答案B解析等量異種電荷電場線分布如圖甲所示，由圖中電場線