高中物理第1章靜電場(chǎng)第3節(jié)電場(chǎng)及其描述課堂互動(dòng)教案魯科版選修3

1、第3節(jié) 電場(chǎng)及其描述課堂互動(dòng)三點(diǎn)剖析一、公式E=和E=k的區(qū)別1.公式E=是電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式，對(duì)任何電場(chǎng)都適用.2.公式E=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).E=提供了量度電場(chǎng)強(qiáng)度的一種方法；E=k則提供了真空中點(diǎn)電荷電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算方法，在E=中,q是試探電荷，故E與q無(wú)關(guān)，而在E=k中,Q是產(chǎn)生電場(chǎng)的場(chǎng)源電荷，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 NC，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=9.0109 Nm2C2，取3.0，地球半徑R=6.4106 m）解析

2、：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=k得Q=，每平方米均勻帶電荷量q=，代入數(shù)值得q=1.8510-10 C.答案：負(fù)1.8510-10 C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=k.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)度E電場(chǎng)力

3、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=F=qE決定因素E的大小只決定于電場(chǎng)本身，與電荷q無(wú)關(guān).在電場(chǎng)中不同的點(diǎn)，E的大小一般是不同的F的大小由放在電場(chǎng)中某點(diǎn)的點(diǎn)電荷q和該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)共同決定，F(xiàn)和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【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F1；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

4、這個(gè)點(diǎn)電荷的靜電力為F2，則在國(guó)際單位制中()圖1-3-2A.F1的數(shù)值等于qE0B.F2的數(shù)值等于aF1C.a比1小得越多，F(xiàn)2的數(shù)值越接近aqE0D.a比1小得越多，F(xiàn)2的數(shù)值越接近aF1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，P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)會(huì)因引入q而發(fā)生變化，不再為E0,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

5、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E0，此時(shí)F的值越接近aqE0.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()圖1-3-3A.

6、EaEbEcB.EbEaEcC.EcEaEbD.EaEcEb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)EcEaEb,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.圖1-3-4（1）點(diǎn)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)O處場(chǎng)強(qiáng)為零，

7、此處無(wú)電場(chǎng)線，向兩側(cè)場(chǎng)強(qiáng)逐漸增大，方向指向中點(diǎn).（2）兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)O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，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

8、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)

9、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AOB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()圖1-3-9A.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O到B，電場(chǎng)線由密到疏，所以由AOB，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

10、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AOB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(lèi)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)B.由公式E=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)力成正比C.在公式F=k中，k是點(diǎn)電荷Q2產(chǎn)生的電場(chǎng)在點(diǎn)電荷Q1處的場(chǎng)強(qiáng)大??；而k是點(diǎn)電荷

11、Q1產(chǎn)生的電場(chǎng)在點(diǎn)電荷Q2處場(chǎng)強(qiáng)的大小D.由公式E=可知，在離點(diǎn)電荷非常近的地方（r0），電場(chǎng)強(qiáng)度E可達(dá)無(wú)窮大解析：電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式E=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=是點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中某點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算式，當(dāng)r0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(lèi)題演練2電荷所帶電荷量為q13.010-10 C，在電場(chǎng)中的某一點(diǎn)所受的電場(chǎng)力F6.310-

12、7 N，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q6.010-10 C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：E= N/C=2.110-3 N/C，方向豎直向上.電荷q在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力為：F=Eq=2.11036.010-10 N=1.2610-6 N.答案：2.110-3 N/C、方向豎直向上1.2610-6 N2.110-3 N/C變式演練1如圖1-3-10所示，用絕緣細(xì)線拴

13、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_(kāi).圖1-3-10解析：小球受三個(gè)力：重力、拉力、電場(chǎng)力，因小球做勻速圓周運(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)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 ()圖1-3-11A.最大值是B.最小值為C.唯一值是D.以上都不對(duì)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，即垂直于速度

14、方向合外力為零，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B正確.答案：B類(lèi)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,如靜電除塵、靜電復(fù)印等，所依據(jù)的基本原理幾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.現(xiàn)有三個(gè)粒子a、b、c從P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1-3-12所示.則 ()圖1-3-12A.a帶負(fù)電荷，b帶正電荷，c不帶電荷B.a帶正電荷，b不帶電荷，c帶負(fù)電荷C.a帶負(fù)電荷，b不帶電荷，c帶正電荷D.a帶正電荷，b帶負(fù)電荷，c不帶電荷解析：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

15、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)度方向相反.答案：B類(lèi)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、Q，在A、B連線中點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度為()A.零B.，且指向QC.，且指向QD.，且指向Q解析：E=EA+EB=，方向指向負(fù)電荷一側(cè).答案：D變式演練3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()圖1-3-13A.點(diǎn)電荷在從P到O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，