高中物理 1.3电场强度 第1课时学案（含解析）粤教版选修3-1.doc

1.3 电场强度 第1课时学习目标定位 1.理解电场强度的概念及公式，并会进行有关的计算.2.会用电场线表示电场，并熟记几种常见电场的电场线分布特征.3.理解点电荷的电场强度及场强叠加原理一、电场电荷之间的相互作用是通过电场发生的，其基本特征之一是对处于其中的其他电荷有力的作用电荷q1通过它的电场对电荷q2产生力的作用，同时电荷q2也通过自己的电场对电荷q1产生力的作用二、电场的描述 1放入电场中某点的点电荷所受电场力与它的电荷量的比值叫做该点的电场强度，它是用来描述电场强弱和方向的物理量，其大小与试探电荷及其受力无关，决定于电场本身，其方向与正电荷在该点所受电场力方向相同2如果电场中各点的场强大小和方向都相同，这种电场叫做匀强电场3真空中点电荷周围形成的电场的场强公式为：Ek，其中k是静电力常量，Q是场源电荷的电荷量4电场强度的叠加：如果空间同时存在多个点电荷，这时空间某一点的场强等于各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和三、怎样“看见”电场1在电场中画出一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向都和该处的场强方向一致，这样的曲线就叫做电场线2场强越强的地方，电场线越密；电场线的疏密程度反映了电场的强弱电场线从正电荷或无限远出发，到负电荷终止或延伸到无限远匀强电场的电场线是间隔距离相等的平行直线.一、电场电场强度问题设计1在空间中有一电场，把一带电荷量为q的试探电荷放在电场中的A点，该电荷受到的静电力为F.若把带电荷量为2q的点电荷放在A点，则它受到的静电力为多少？若把带电荷量为nq的点电荷放在该点，它受到的静电力为多少？答案2FnF2结合问题设计1思考电荷在电场中某点受到的静电力F与电荷所带电荷量q有何关系？答案F与q成正比，即F与q的比值为定值要点提炼电场强度的定义式是EF/q，它是表示电场的强弱和方向的物理量：1电场强度的唯一性：决定于电场本身，与是否放入试探电荷、放入电荷的电性、电荷量的多少均无关(填“有关”或“无关”)2电场强度的矢量性：电场强度的方向与在该点的正电荷所受静电力的方向相同，与负电荷的受力方向相反所以比较电场强度是否相同时，一定要考虑大小和方向两个因素延伸思考电场强度是比值法定义的物理量比值法定义的特点是什么？请结合密度、电阻R的公式加以说明答案比值法定义的特点是被定义的物理量与作比值的两个量无关，只取决于物质、电阻、电场本身的性质二、点电荷的电场电场强度的叠加问题设计1如图1所示，在正点电荷Q的电场中有一试探电荷q，已知q到Q的距离为r，Q对q的作用力是多大？Q在q所在位置产生的电场的电场强度是多大？方向如何？图1答案根据库仑定律有Fk，所以Q在q所在位置产生的电场的电场强度为Ek，方向沿Qq的连线由Q指向q.2如果再有一正点电荷QQ，放在如图2所示的位置，q所在位置的电场的电场强度多大？图2答案如图所示，Q、Q分别对q有力的作用，q所受的静电力为两个力的合力Fk.所以q所在位置的电场的电场强度为Ek.要点提炼1点电荷电场的场强：(1)公式Ek，适用条件：真空中的点电荷(2)方向：沿某点和Q的连线，Q为正电荷时，沿连线向外，Q为负电荷时，沿连线向里如果以Q为中心，r为半径作一球面，则球面上各点的电场强度大小相等当Q为正电荷时，E的方向沿半径向外；当Q为负电荷时，E的方向沿半径向里2场强是矢量，当空间存在多个点电荷产生的电场时，电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和三、电场线匀强电场问题设计1电场线是如何表示电场方向和强弱的？答案在电场中，某点电场线的切线方向表示该点场强方向；电场线的疏密表示电场强度的相对大小，电场强度较大的地方电场线较密，反之较疏2电场线是真实存在的吗？能不能相交？答案不是如果相交，则在同一点的切线方向有两个，电场强度的方向也有两个，这与电场强度的方向只有一个相矛盾，所以不可能要点提炼1电场线的特点有：(1)起始于无限远或正电荷，终止于负电荷或无限远(2)任意两条电场线不相交(3)在同一幅图中，电场线的疏密表示场强的大小，电场线某点的切线方向表示该点电场强度的方向2匀强电场中各点的电场强度大小相等，方向相同；电场线是间隔距离相等的平行直线延伸思考1点电荷、等量同号点电荷、等量异号点电荷电场的电场线有何特点？答案点电荷的电场：正电荷的电场线从正电荷出发延伸到无限远处，负电荷的电场线由无限远处延伸到负电荷，如图所示，其特点有：(1)点电荷形成的电场中，不存在场强相同的点(2)若以点电荷为球心作一个球面，电场线处处与球面垂直在此球面上场强大小处处相等，方向各不相同等量同号点电荷的电场：电场线分布如图所示(以等量正点电荷为例)，其特点有：(1)两点电荷连线上，中点O处场强为零，向两侧场强逐渐增大，方向指向中点(2)两点电荷连线中点O沿中垂面(中垂线)到无限远，电场线先变密后变疏，即场强先变大后变小，方向背离中点等量异号点电荷的电场：电场分布如图所示，其特点有：(1)两点电荷连线上的各点场强方向从正电荷指向负电荷，沿电场线方向场强先变小再变大，中点处场强最小(2)两点电荷连线的中垂面(中垂线)上，电场线的方向均相同，即电场强度方向都相同，总与中垂面(或中垂线)垂直且指向负点电荷一侧沿中垂面(中垂线)从中点到无限远处，场强大小一直减小，中点处场强最大2电场线和带电粒子在电场中的运动轨迹相同吗？答案不一定相同电场线是为了形象地描述电场而引入的假想曲线，规定电场线上每点的切线方向为该点的场强方向，也是正电荷在该点的受力方向(与负电荷受力方向相反)运动轨迹是带电粒子在电场中实际通过的径迹，径迹上每点的切线方向为粒子在该点的速度方向在力学的学习中我们就已经知道，物体运动速度的方向和它的加速度的方向是两回事，不一定相同，因此，电场线与运动轨迹不能混为一谈，不能认为电场线就是带电粒子在电场中运动的轨迹只有当电场线是直线，且带电粒子只受静电力作用(或受其他力，但方向沿电场线所在直线)，同时带电粒子的初速度为零或初速度方向沿电场线所在直线时，运动轨迹才和电场线重合，这只是一种特殊情况一、对电场强度的理解例1如图3所示，在一带负电的导体A附近有一点B，若在B处放置一个q12.0×108 C的电荷，测出其受到的静电力F1大小为4.0×106 N，方向如图，则：图3(1)B处场强是多少？方向如何？(2)如果换成一个q24.0×107C的电荷放在B点，其受力多大？此时B处场强多大？解析(1)由场强公式可得EB N/C200 N/C因为是负电荷，所以场强方向与F1方向相反(2)q2在B点所受静电力F2q2EB4.0×107×200 N8.0×105 N，方向与场强方向相同，也就是与F1反向此时B处场强仍为200 N/C不变，方向与F1相反答案(1)200 N/C方向与F1相反(2)8.0×105 N200 N/C针对训练(单选)A为已知电场中的一固定点，在A点放一电荷量为q的试探电荷，所受电场力为F，A点的场强为E，则()A若在A点换上电荷量为q的试探电荷，A点场强方向发生变化B若在A点换上电荷量为2q的试探电荷，A点的场强将变为2EC若在A点移去电荷q，A点的场强变为零DA点场强的大小、方向与q的大小、正负、有无均无关答案D解析电场强度EF/q是通过比值定义法得出的，其大小及方向与试探电荷无关，所以放入任何电荷时电场强度的方向、大小均不变，故A、B、C均错误；故选D.二、点电荷的电场电场强度的叠加例2如图4所示，真空中，带电荷量分别为Q和Q的点电荷A、B相距r，则：图4(1)点电荷A、B在中点O产生的场强分别为多大？方向如何？(2)两点电荷连线的中点O的场强为多大？(3)在两点电荷连线的中垂线上，距A、B两点都为r的O点的场强如何？解析分别求Q和Q在某点的场强大小和方向，然后根据电场强度的叠加原理，求出该点的合场强(1)如图所示，A、B两点电荷在O点产生的场强方向相同，均由AB.A、B两点电荷在O点产生的电场强度EAEB.(2)O点的场强为：EOEAEB，方向由AB.(3)如图所示，EAEB，由矢量图所形成的等边三角形可知，O点的场强EOEAEB，方向与A、B的中垂线垂直，由AB.答案(1)，方向由AB，方向由AB(2)，方向由AB(3)，方向由AB三、电场线的理解和应用例3(单选)某电场的电场线分布如图5所示，下列说法正确的是()图5Ac点的电场强度大于b点的电场强度B若将一试探电荷q由a点静止释放，它将沿电场线运动到b点Cb点的电场强度大于d点的电场强度Da点和b点的电场强度的方向相同解析电场线的疏密表征了电场强度的大小，由题图可知EaEb，EdEc，EbEd，EaEc，故选项C正确，选项A错误由于电场线是曲线，由a点静止释放的正电荷不可能沿电场线运动，故选项B错误电场线的切线方向为该点电场强度的方向，a点和b点的切线不在同一条直线上，故选项D错误答案C