2018版高中物理 第1章 靜電與靜電場(chǎng) 第3節(jié) 電場(chǎng)及其描述學(xué)案 魯科版選修1-1

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1、第3節(jié)　電場(chǎng)及其描述 學(xué)　習(xí)　目　標(biāo) 知　識(shí)　脈　絡(luò) 1.認(rèn)識(shí)電荷間的相互作用是通過(guò)電場(chǎng)發(fā)生的，電場(chǎng)具有力的性質(zhì)． 2.理解電場(chǎng)強(qiáng)度的概念，會(huì)用電場(chǎng)強(qiáng)度描述電場(chǎng)的方向，會(huì)用公式E＝、E＝k計(jì)算場(chǎng)強(qiáng)的大小．(重點(diǎn)、難點(diǎn)) 3.認(rèn)識(shí)電場(chǎng)線，會(huì)用電場(chǎng)線來(lái)定性描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向．(重點(diǎn)、難點(diǎn)) 　電 場(chǎng) 和 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度 1．電場(chǎng) (1)產(chǎn)生：電荷在其周圍形成場(chǎng)，通常稱之為靜電場(chǎng)，簡(jiǎn)稱電場(chǎng)．帶電體之間通過(guò)電場(chǎng)產(chǎn)生力的作用，這種力叫電場(chǎng)力． (2)基本性質(zhì)：對(duì)放入其中的電荷有力的作用． (3)電場(chǎng)是客觀存在的物質(zhì)，但我們看不見(jiàn)，摸不著，是一種特殊的物質(zhì)． 2

2、．電場(chǎng)強(qiáng)度 (1)定義：電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電荷受到的電場(chǎng)力F與它的電荷量q0的比值，即，定義為該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，用E表示，簡(jiǎn)稱場(chǎng)強(qiáng)． (2)公式：E＝，其單位是牛頓每庫(kù)或伏特每米，符號(hào)為N/C或V/m. (3)點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式：E＝k. (4)方向：規(guī)定正電荷在某點(diǎn)受力的方向即為該點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向，與負(fù)電荷在該點(diǎn)所受的靜電力的方向相反． (5)矢量：電場(chǎng)強(qiáng)度既有大小又有方向，是矢量． (6)物理意義：描述電場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量，與放入電場(chǎng)中的其他電荷無(wú)關(guān)． 1．電場(chǎng)是人們?yōu)榱私忉岆姾砷g的作用力，人為創(chuàng)造的，并不是真實(shí)存在的．(×) 2．電場(chǎng)看不見(jiàn)、摸不著，因此電場(chǎng)不是物質(zhì)．(×) 3

3、．根據(jù)E＝，電場(chǎng)強(qiáng)度E與F成正比，與q0成反比．(×) 4．公式E＝是電場(chǎng)強(qiáng)度的比值定義式，適用于一切電場(chǎng)．(√) 1．如圖1-3-1所示，F(xiàn)1和F2為電荷q1和q2間的相互作用的庫(kù)侖力，那么F1和F2各是怎樣產(chǎn)生的？ 圖1-3-1 【提示】　帶電體1在其周圍產(chǎn)生電場(chǎng)，放在此電場(chǎng)中的帶電體2受到帶電體1的電場(chǎng)施加的力為F2，同樣帶電體2在其周圍也產(chǎn)生電場(chǎng)，放在此電場(chǎng)中的帶電體1也受到帶電體2的電場(chǎng)施加的力為F1. 2．本節(jié)我們用來(lái)定義電場(chǎng)強(qiáng)度的方法叫比值定義法，想一想：我們還學(xué)過(guò)哪些用比值定義的物理量？它們有什么共同點(diǎn)？ 【提示】　在物理學(xué)中，常常用比值定義一個(gè)物理量，例如

4、：密度ρ＝；加速度a＝；速度v＝等．用比值定義法定義的新物理量可反映物質(zhì)本身的某種屬性，與用來(lái)定義的另外兩個(gè)物理量并無(wú)決定關(guān)系． 電場(chǎng)強(qiáng)度是描述電場(chǎng)的力的性質(zhì)的物理量． 1．E＝是電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式，適用于任何情況．雖然E＝，但E與F和q0都無(wú)關(guān)，電場(chǎng)強(qiáng)度是由電場(chǎng)本身決定的量．電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)是確定的，其大小、方向只與建立電場(chǎng)的本身(或場(chǎng)源電荷)有關(guān)，而與放入的試探電荷無(wú)關(guān)． 2．E＝k是點(diǎn)電荷所形成的電場(chǎng)的決定式．E由場(chǎng)源電荷Q和試探電荷到場(chǎng)源電荷的距離決定，與是否放入試探電荷無(wú)關(guān)． 3．電場(chǎng)強(qiáng)度E與電場(chǎng)力F的區(qū)別 電場(chǎng)強(qiáng)度 電場(chǎng)力 定義 電荷受到的電場(chǎng)力與電荷量的比值

5、 電場(chǎng)對(duì)電荷產(chǎn)生的作用力 公式 E＝ F＝Eq0 決定 因素 只決定于電場(chǎng)本身，與電荷q0無(wú)關(guān) 由電荷q0和場(chǎng)強(qiáng)共同決定 單位 N/C N 4.電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量，當(dāng)空間的電場(chǎng)是由幾個(gè)電荷共同產(chǎn)生時(shí)，某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)是每個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的矢量疊加． 1．(多選)關(guān)于電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式E＝，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．式中F是放入電場(chǎng)中的電荷所受的力，q是放入電場(chǎng)中的電荷的電荷量 B．電場(chǎng)強(qiáng)度E與電場(chǎng)力F成正比，與放入電場(chǎng)中的電荷的電荷量q成反比 C．電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度在數(shù)值上等于單位電荷在此點(diǎn)所受的電場(chǎng)力 D．電場(chǎng)強(qiáng)度的定義利用了比值定義法 【解

6、析】　在E＝中q是引入的試探電荷的電荷量，F(xiàn)是試探電荷所受的電場(chǎng)力，E和二者在數(shù)值上相等，但是E與F和q都無(wú)關(guān)，E是由電場(chǎng)本身決定的．電場(chǎng)強(qiáng)度E是由F與q的比值定義的，利用了比值定義法． 【答案】　ACD 2．關(guān)于電場(chǎng)，下列說(shuō)法正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：18152017】 A．由E＝知，若q減半，則該處電場(chǎng)強(qiáng)度為原來(lái)的2倍 B．由E＝k知，E與Q成正比，而與r2成反比 C．由E＝k知，在以Q為球心，以r為半徑的球面上，各處場(chǎng)強(qiáng)均相同 D．電場(chǎng)中某點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向就是該點(diǎn)所放電荷受到的電場(chǎng)力的方向 【解析】　因E＝F/q為場(chǎng)強(qiáng)定義式，而電場(chǎng)中某點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)E只由電場(chǎng)本身決定，與是否引入電

7、荷及q的大小、正負(fù)無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)；由場(chǎng)強(qiáng)方向的規(guī)定知D錯(cuò)；E＝k是點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式，B對(duì)，C錯(cuò)． 【答案】　B 3．如圖1-3-1所示，A為帶正電為Q的金屬板，沿金屬板的垂直平分線，在距板r處放一質(zhì)量為m、電荷量為q的小球，小球受水平向右的電場(chǎng)力偏轉(zhuǎn)θ角而靜止，小球用絕緣細(xì)線懸掛于O點(diǎn)，試求小球所在處的電場(chǎng)強(qiáng)度. 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：18152018】 圖1-3-1 【解析】　分析小球受力如圖所示，由平衡條件得： F電＝mgtan θ，所以小球所在處的電場(chǎng)強(qiáng)度E＝＝，小球帶正電荷，因此電場(chǎng)強(qiáng)度方向水平向右． 【答案】　，方向水平向右 帶電金屬板A不能當(dāng)成點(diǎn)電荷，電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量

8、，不僅要求出大小，還要求出方向.根據(jù)共點(diǎn)力的平衡條件即可求得帶電體之間的作用力，從而進(jìn)一步求解電場(chǎng)強(qiáng)度. 電 場(chǎng) 線 1．定義：為了形象地描述電場(chǎng)，人們?cè)陔妶?chǎng)中畫出的帶有箭頭的曲線． 2．電場(chǎng)線的特點(diǎn)：電場(chǎng)線上每一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向一致，電場(chǎng)線的疏密程度描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱，電場(chǎng)線越密的地方，電場(chǎng)越強(qiáng)． 1．電場(chǎng)線是電場(chǎng)中客觀存在的物質(zhì)．(×) 2．電場(chǎng)線是電荷在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡．(×) 3．電場(chǎng)線不是實(shí)際存在的線，而是為了形象地描述電場(chǎng)而假想的線．(√) 電場(chǎng)線就是帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡嗎？ 【提示】　電場(chǎng)線是為了形象地描述電場(chǎng)

9、而引入的假想的曲線，規(guī)定電場(chǎng)線上每點(diǎn)的切線方向?yàn)樵擖c(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向，也是正電荷在該點(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向．運(yùn)動(dòng)軌跡是帶電粒子在電場(chǎng)中實(shí)際通過(guò)的徑跡，徑跡上每一點(diǎn)的切線方向?yàn)閹щ娏Ｗ釉谠擖c(diǎn)的速度方向．因此，不能認(rèn)為電場(chǎng)線就是帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡． 1．電場(chǎng)線的特點(diǎn) (1)電場(chǎng)線從正電荷或無(wú)窮遠(yuǎn)出發(fā)，終止于無(wú)窮遠(yuǎn)或負(fù)電荷． (2)電場(chǎng)線分布的疏密反映了電場(chǎng)的強(qiáng)弱，表示場(chǎng)強(qiáng)的大?。? (3)電場(chǎng)線上任意一點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向一致． (4)電場(chǎng)線在電場(chǎng)中不相交、不中斷， 因?yàn)槿绻妶?chǎng)線相交，該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)就有兩個(gè)方向了． (5)電場(chǎng)線是為了形象描述電場(chǎng)而假想的，實(shí)際并不存在． 2

10、．電場(chǎng)線與帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡 (1)如果電場(chǎng)線是直線，且?guī)щ娏Ｗ映跛俣葹榱慊虺跛俣仍谶@條直線上，那么帶電粒子的受力與其速度在一條直線上，粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡和電場(chǎng)線可能重合． (2)如果電場(chǎng)線是直線，帶電粒子有一定的初速度且速度不在這條直線上，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡是曲線，軌跡和電場(chǎng)線不重合． (3)如果電場(chǎng)線是曲線，無(wú)論帶電粒子是否有初速度，由于受力方向在不斷改變，其運(yùn)動(dòng)速度不可能與受力方向一致，所以軌跡一定不與電場(chǎng)線重合． 4．關(guān)于電場(chǎng)線，下述說(shuō)法正確的是(　　) A．電場(chǎng)線是客觀存在的 B．電場(chǎng)線與電荷運(yùn)動(dòng)的軌跡是一致的 C．電場(chǎng)線上某點(diǎn)的切線方向與電荷在該點(diǎn)受力方向

11、可以不同 D．沿電場(chǎng)線方向，場(chǎng)強(qiáng)一定越來(lái)越大 【解析】　電場(chǎng)線不是客觀存在的，是為了形象描述電場(chǎng)的假想線，A選項(xiàng)是錯(cuò)誤的；由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的電荷所受電場(chǎng)力方向應(yīng)是該點(diǎn)的切線方向，下一時(shí)刻的位置應(yīng)沿切線方向，可能在電場(chǎng)線上，也可能不在電場(chǎng)線上，軌跡可能與電場(chǎng)線不一致，何況電荷可以有初速度，運(yùn)動(dòng)軌跡與初速度大小、方向有關(guān)，可能軌跡很多，而電場(chǎng)線是一定的，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；正電荷在電場(chǎng)中受的電場(chǎng)力方向與該點(diǎn)的切線方向相同，而負(fù)電荷所受電場(chǎng)力的方向與該點(diǎn)切線方向相反，選項(xiàng)C正確；場(chǎng)強(qiáng)大小與場(chǎng)強(qiáng)的方向無(wú)關(guān)，與電場(chǎng)線的方向無(wú)關(guān)，只由電場(chǎng)線的疏密決定，D選項(xiàng)錯(cuò)誤． 【答案】　C 5．關(guān)于電場(chǎng)線的敘述，下列說(shuō)

12、法正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：18152019】 A．電場(chǎng)線的方向就是帶正電的試探電荷的運(yùn)動(dòng)方向 B．電場(chǎng)線是直線的地方一定是勻強(qiáng)電場(chǎng) C．正點(diǎn)電荷只受電場(chǎng)力作用時(shí)，加速度的方向總是與所在處的電場(chǎng)線的切線重合 D．畫有電場(chǎng)線的地方有電場(chǎng)，沒(méi)畫電場(chǎng)線的地方就不存在電場(chǎng) 【解析】　解答本題時(shí)，最易錯(cuò)的是用特殊現(xiàn)象代表一般現(xiàn)象．如電場(chǎng)線為直線時(shí)，正點(diǎn)電荷僅受電場(chǎng)力作用，將從靜止開(kāi)始沿電場(chǎng)線方向運(yùn)動(dòng)，把這一特殊現(xiàn)象當(dāng)成一般的電場(chǎng)中正電荷都會(huì)沿電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)是錯(cuò)誤的．從而可知A錯(cuò)，C對(duì)．電場(chǎng)線形象地表示電場(chǎng)，畫有電場(chǎng)線的地方有電場(chǎng)而電場(chǎng)線之間的空白區(qū)域也有電場(chǎng)，故D錯(cuò)．勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線是直線，

13、而且是間距相等的平行直線，故B錯(cuò)． 【答案】　C 6.如圖1-3-2所示為靜電場(chǎng)的一部分電場(chǎng)線的分布，下列說(shuō)法正確的是 (　　) 圖1-3-2 A．這個(gè)電場(chǎng)可能是負(fù)點(diǎn)電荷形成的 B．C點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)為零，因?yàn)槟抢餂](méi)有電場(chǎng)線 C．點(diǎn)電荷q在A點(diǎn)受到的電場(chǎng)力比在B點(diǎn)受到的電場(chǎng)力大 D．負(fù)電荷在B點(diǎn)時(shí)受到的電場(chǎng)力的方向沿B點(diǎn)切線方向 【解析】　負(fù)電荷的電場(chǎng)線是指向負(fù)電荷的直線，故A錯(cuò)誤；電場(chǎng)線只是形象地描述電場(chǎng)，沒(méi)有電場(chǎng)線的地方，場(chǎng)強(qiáng)不一定為零，故B錯(cuò)誤；電場(chǎng)線的疏密表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱，EA>EB，F(xiàn)＝qE，所以FA>FB，故C正確；負(fù)電荷在B點(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向與B點(diǎn)的切線方向相反，故D錯(cuò)誤． 【答案】　C 電場(chǎng)線是為了形象、直觀、方便地描述電場(chǎng)的特性，而引入的一種輔助手段.如果知道了電場(chǎng)線的疏密分布及電場(chǎng)線的形狀、箭頭指向，就能討論電場(chǎng)中各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小關(guān)系和方向.因此了解各種常見(jiàn)電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布情況，對(duì)于靈活運(yùn)用電場(chǎng)線判斷電場(chǎng)的性質(zhì)是大有幫助的. 6