《高中物理人教版選修3-1 1.3 電場強度》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《高中物理人教版選修3-1 1.3 電場強度（73頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

歡迎進入物理課堂 第三節(jié)電場強度 課標解讀1 初步了解場是物質(zhì)存在的形式之一 知道電荷間的相互作用是通過電場來實現(xiàn)的 2 理解電場強度的概念 能根據(jù)電場強度的定義式進行有關計算 知道電場強度是矢量及其方向是怎樣規(guī)定的 3 能夠利用庫侖定律和電場強度的定義推導點電荷的電場強度的公式 并能用此公式進行有關計算 4 知道電場線描述電場的方法 會用電場線描述各種典型電場 課前自主學習一 電場電荷周圍存在一種特殊的物質(zhì) 這種物質(zhì)看不見摸不著 法拉第首先提出 我們把它叫做電場 靜止的電荷產(chǎn)生的場稱為靜電場 它的分布不隨時間而改變 二 電場強度1 試探電荷 檢驗電荷 用來檢驗電場是否存在及其強弱分布情況的電荷 是研究電場的工具 2 場源電荷 源電荷 激發(fā)或產(chǎn)生我們正研究的電場的電荷 是電場的來源 3 電場強度 1 概念 放入電場中某點的試探點電荷所受電場力與它的電荷量的比值叫做該點的電場強度 簡稱場強 2 物理意義 表示電場的強弱和方向 3 定義式以及單位 單位牛 庫侖 符號N C 4 矢量性 電場強度的方向與正電荷在該點所受電場力的方向相同 三 點電荷的電場 勻強電場和電場的疊加1 真空中點電荷的場強 1 大小 2 方向 Q為正電荷時 在電場中的P點 E的方向由Q指向P Q是負電荷時 E的方向由P指向Q 2 勻強電場 電場中各點的場強的大小和方向都相同的電場 3 電場強度的疊加 若場源電荷不唯一 空間某點的電場強度我們可以這樣處理 各點電荷單獨在該點產(chǎn)生的電場強度的矢量和 這種關系叫做電場強度的疊加 它遵循平行四邊形定則 四 電場線1 概念 電場線是畫在電場中一條條有方向的曲線 曲線上每點的切線方向表示該點的電場強度的方向 2 特點 曲線上某點的切線方向表示該點的場強方向 電場線起始于無窮遠或正電荷 終于負電荷或無窮遠 電場中任意兩條電場線不相交 電場線的疏密表示場強的大小 知識梳理圖 課堂互動探究一 電場 電場強度 電場力的關系1 電場與電場強度 1 電場 電荷的周圍存在著由它產(chǎn)生的電場 這個電場就像我們已知的磁鐵的周圍存在磁場一樣 電場也是一種物質(zhì) 靜電荷周圍產(chǎn)生的電場稱為靜電場 靜止的電荷之間的相互作用 靜電力 是通過靜電場相互作用完成的 電場的基本性質(zhì) 電荷的周圍存在著電場 靜止電荷周圍存在著靜電場 電場的基本性質(zhì) 對放入其中的電荷 不管是靜止還是運動 有力的作用 電場具有能量 2 電場強度定義 放入電場中某一點的電荷受到的電場力跟它的電荷量的比值叫做該點的電場強度 簡稱為場強 用E表示電場強度 即電場強度E是矢量 規(guī)定場強的方向是正電荷受力的方向 那么 負電荷受電場力的方向跟該點場強方向相反 場強的單位牛 庫 符號N C 是電場強度的定義式 適用于任何電場 注意 在電場中的同一點 F q是不變的 在電場中的不同點 F q往往是不同的 即F q完全由電場本身決定 與放不放電荷 放入電荷的電性及電荷量的多少無關 正因F q有上述特點 才將其定義為描述電場性質(zhì)的物理量 電場強度 這是物理學上定義物理量常用的方法之一 變形為F qE 表明 如果已知電場中某點的場強為E 便可以計算在電場中該點放任何電量的帶電體所受電場力的大小 點電荷電場的場強場源電荷Q與試探電荷q相距r 則它們相互間的庫侖力所以電荷Q在q處的電場強度 a 公式 Q為真空中點電荷的帶電量 r為某點到點電荷Q的距離 b 方向 若Q為正電荷 場強方向沿Q與該點的連線指向該點 若Q為負電荷 場強方向沿Q和該點的連線指向Q c 適用條件 真空中點電荷 3 電場的疊加如果空間有幾個點電荷 則某點的場強應為各點電荷單獨存在時在該點產(chǎn)生場強的矢量和 即遵循平行四邊形定則 4 電場力與電場強度的區(qū)別和聯(lián)系 1 電場力是電荷在電場中受到的力 其大小F qE 由電場和電荷共同決定 正電荷電場力的方向與電場強度E的方向相同 負電荷電場力的方向與電場強度E的方向相反 2 電場強度反映電場的強弱 由電場本身決定 可由定義式來計算電場中某點的場強大小 但電場中某點的場強大小和方向與試探電荷q 及電場力F無關 電場的方向與正的試探電荷受到電場力方向相同 二 電場線和帶電粒子在電場中的運動軌跡1 電場線 1 電場線的定義 在電場中畫出一些有方向的曲線 使曲線上每一點的切線方向都跟該點的場強方向一致 這樣的曲線就叫做電場線 如圖表示一條電場線 A B點的場強方向在各點的切線上 箭頭表示各點的場強方向 2 電場線的性質(zhì) 電場線是人們?yōu)榱搜芯侩妶龆傧氲囊恍┣€ 實際電場中并不存在這些曲線 它只是用來形象的表示電場 電場線總是從正電荷出發(fā)到負電荷終止 或由正電荷出發(fā)終止于無窮遠 或由無窮遠出發(fā)終止于負電荷 因此 電場線有起點和終點 不是封閉曲線 電場中任意兩條電場線永遠不會相交 因為電場中任一點的場強只有一個唯一的方向 如果在某點相交 則交點處相對兩條電場線就有兩個切線方向 該點的場強方向就有兩個方向 這是不可能的 電場線不是帶電粒子在電場中的運動軌跡 只有當電場線為直線 點電荷初速為零或初速度方向與電場方向一致且只受電場力作用時 點電荷的軌跡才會與電場線重合 就是說點電荷在這種條件下才會沿電場線運動 在同一幅電場線的分布圖中 可以用電場線的疏密來表示場強的相對大小 電場線密集的區(qū)域場強大 電場線稀疏的區(qū)域場強小 2 電場線與帶電粒子在電場中運動軌跡的比較 1 電場中并不存在電場線 是為了研究電場方便而人為引入的 2 曲線上各點的切線方向即為該點的場強方向 同時也是正電荷在該點的受力方向 即正電荷在該點的加速度方向 3 帶電粒子在電場中的運動軌跡是客觀存在的 4 軌跡上每一點的切線方向即為粒子在該點的速度方向 但速度方向與加速度方向不一定相同 三 勻強電場定義 電場中某一區(qū)域 如果場強大小和方向都相同 這個區(qū)域的電場稱為勻強電場 1 勻強電場的電場線是間距相等互相平行的直線 2 帶電粒子在勻強電場中受到恒定外力的作用 典例分析一 對電場強度的理解例1 場源電荷Q 2 10 4C 是正點電荷 試探電荷q為負點電荷 電荷量為2 10 5C 它們相距2m 處于靜止狀態(tài) 如圖所示 求 1 q受到的電場力 2 q所在的B點的場強EB 3 只將q換為q 4 10 5C的正電荷 q 受到的電場力和B點的場強 4 將試探電荷去掉后B點的場強 解析 點電荷之間的庫侖力可以根據(jù)庫侖定律計算大小和確定方向 1 由庫侖定律得方向在A與B連線上且指向A 2 由電場強度的定義式所EB 9 109 N C 4 5 105N C方向由A指向B 3 由庫侖定律方向由A指向BN C 4 5 105N C方向由A指向B 4 因E和q無關 q 0也不會影響E的大小與方向 故去掉試探電荷后B點的場強大小和方向不變 答案 1 9N方向在A與B連線上指向A 2 4 5 105N C 方向由A指向B 3 18N方向由A指向B4 5 105N C方向由A指向B 4 4 5 105N C方向由A指向B 名師點撥 電場強度是描述電場力的性質(zhì)的物理量 雖然但E跟F q無關 電場強度是電場本身決定的量 是從試探電荷的角度上定義電場的 不能理解成E與F成正比 與q成反比 鞏固練習 1 在真空中相距30cm的A B兩點上 分別放置場源電荷Q和檢驗正點電荷q 已知q 1 6 10 12C q受到的電場力F 3 2 10 9N 并沿AB方向 求 1 B點處場強大小 2 場源點電荷的帶電量Q 答案 1 2 0 103N C 2 2 0 10 8C 二 電場強度的疊加例2 如圖中a b是兩個點電荷 它們的電量分別為Q1 Q2 MN是ab連線的中垂線 P是中垂線上的一點 下列哪種情況能使P點場強方向指向MN的左側(cè) A Q1 Q2都是正電荷 且Q1 Q2 C Q1是負電荷 Q2是正電荷 且 Q1 Q2 解析 MN是ab的中垂線 則MN上P點到a b距離相等 設為r 由點電荷電場強度公式知 E1 E2 若Q1 Q2都是正電荷 其在P點場強如右圖所示 若Q1 Q2 則E1 E2 其合場強必指向MN左側(cè) A項正確 若Q1是正電荷 Q2是負電荷 則E2方向反向 不論E1 E2多大 其合場強必指向MN右側(cè) B項錯誤 同理可判斷C D正確 答案 ACD 名師點撥 解決此類問題首先明確有幾個場源電荷在你所考慮的空間位置激發(fā)電場 其次是分析各個場源電荷在所考查位置激發(fā)電場的強弱和方向 然后 根據(jù)疊加原理 求各個場源電荷在該處所激發(fā)電場的矢量和即可 鞏固練習 2 如下圖所示 Q1 Q2是位置固定的正 負電荷 a b是它們連線的延長線上的兩點 現(xiàn)在把另一正電荷q從a點沿直線移到b點 在此過程中 q所受電場力的變化情況可能是 A 不斷減小B 不斷增大C 先減小后增大D 先增大后減小 解析 由于Q1 Q2在ab間各點上的合場強變化情況不確定 所以以上四種情況均有可能 故選ABCD 答案 ABCD 三 電場線例3 如圖所示是某靜電場的一部分電場線分布情況 下列說法中正確的是 A 這個電場可能是負點電荷的電場B 點電荷q在A點處受到的電場力比在B點處受到的電場力大C 點電荷q在A點處的瞬時加速度比在B點處的瞬時加速度小 不計重力 D 負電荷在B點處受到的電場力的方向沿B點切線方向 解析 負點電荷的電場線是自四周無窮遠處從不同方向指向負點電荷的直線 故A錯 電場線越密的地方場強越大 由圖知EA EB 又因F qE 得FA FB 故B正確 由知 a F 而F E EA EB 所以aA aB 故C錯 B點的切線方向即B點場強方向 而負電荷所受電場力方向與其相反 故D錯 答案 B 名師點撥 根據(jù)電場線的分布情況 結(jié)合電場線的特點 我們可以分析知道電場的分布特點 從而進一步分析有關電荷受力情況及電荷的運動情況 鞏固練習 3 如下圖所示 AB是某點電荷電場中一條電場線 在電場線上P處自由釋放一個負試探電荷時 它沿直線向B點處運動 對此現(xiàn)象下列判斷正確的是 不計電荷重力 A 電荷向B做勻加速運動B 電荷向B做加速度越來越小的運動C 電荷向B做加速度越來越大的運動D 電荷向B做加速運動 加速度的變化情況不能確定 解析 從靜止起運動的負電荷向B運動 說明它受的電場力指向B 負電荷受的電場力方向與電場強度方向相反 可知此電場線的指向應為B A 這就有兩個可能性 一是B處有正點電荷為場源 則越靠近B處場強越大 負電荷會受到越來越大的電場力 加速度應越來越大 二是A處有負點電荷為場源 則越遠離A時場強越小 負檢驗電荷受到的電場力越來越小 加速度越來越小 故正確答案為D 答案 D 課后鞏固提升鞏固基礎1 下列說法中正確的是 A 電場強度反映了電場力的性質(zhì) 因此電場中某點的場強與試探電荷在該點所受的電場力成正比B 電場中某點的場強等于但與試探電荷的受力大小及電荷量無關C 電場中某點的場強方向即試探電荷在該點的受力方向D 公式和對于任何靜電場都是適用的 解析 電場中某點的電場強度是唯一確定的 與場源電荷有關 與試探電荷無關 只適用于真空中點電荷形成的電場的電場強度的計算 故B選項正確 答案 B 2 關于電場線的特征 下列說法中正確的是 A 如果某空間中的電場線是曲線 那么在同一條電場線上各處的場強不相同B 如果某空間中的電場線是直線 那么在同一條電場線上各處的場強相同C 如果空間中只存在一個孤立的點電荷 那么這個空間中的任意兩條電場線不相交 如果空間中存在兩個以上的點電荷 那么這個空間中有許多電場線相交D 電場中任意兩條電場線都不相交 解析 如果電場線是曲線 那么這條曲線上各點的切線方向表示在該點的場強方向 故曲線上各點的場強方向不同 A選項正確 在電場中任何一點的場強是唯一確定的 兩條電場線如相交 則交點有兩個切線方向 該點場強就不再唯一 故D選項正確 答案 AD 3 下面是對點電荷電場強度公式的幾種不同理解 其中正確的是 A 當r 0時E B 當r 時E 0C 某點場強大小與距離r成反比D 以點電荷Q為中心 r為半徑的球面上各處的場強相同 解析 當r 0時就不能視為點電荷 不再適用 故A選項錯誤 點電荷形成的電場中 某點的場強大小與距離r的平方成反比 當r E 0 故B選項正確 C選項錯誤 電場強度是矢量 有大小 有方向 故以點電荷為中心 r為半徑的球面上各點場強大小相等 但方向不同 故D選項錯誤 答案 B 4 正電荷q在電場力作用下由P向Q做加速運動 而且加速度越來越大 那么可以斷定 它所在的電場是下圖中的哪一個 解析 q在電場力作用下由P點到Q點做加速運動 且加速度越來越大 即Q點電場強度大于P點場強 故D選項正確 答案 D 5 在電場中某點引入電量為q的正電荷 這個電荷受到的電場力為F 則 A 在這點引入電量為2q的正電荷時 該點的電場強度將等于B 在這點引入電量為3q的正電荷時 該點的電場強度將等于C 在這點引入電量為2e的正離子時 則離子所受的電場力大小為D 若將一個電子引入該點 則由于電子帶負電 所以該點的電場強度的方向?qū)⒑驮谶@一點引入正電荷時相反 解析 電場強度是描述電場的力的性質(zhì)的物理量 它是由產(chǎn)生電場的電荷以及在電場中各點的位置決定的 與某點有無電荷或電荷的正負無關 所以排除選項中的A B D 而電場力F Eq不僅與電荷在電場中的位置有關 還與電荷q有關 該題中根據(jù)場強的定義式可知該點的場強大小為則正離子所受的電場力大小應為F E 2e 2e 故選項C正確 答案 C 6 如下圖所示 A B C三點為一直角三角形的三個頂點 B 30 現(xiàn)在A B兩點放置兩個點電荷qA qB 測得C點的場強方向與BA平行 則qA的電性 qB的電性 qA qB 解析 放在A點和B點的點電荷在C處產(chǎn)生的場強在AC BC的連線上 因C點場強與BA平行向左 故A點的點電荷和放在B點的點電荷產(chǎn)生的場強只能如右圖所示 由C A和由B C 故qA帶負電 qB帶正電 且EB 2EA 答案 負電正電1 8 提升能力7 如下圖甲所示 AB是一個點電荷形成的電場中的一條電場線 圖乙則是放在電場線上a b處的檢驗電荷的電荷量與所受電場力大小間的函數(shù)圖像 F q圖像 指定電場方向由A指向B為正方向 由此可以判定 A 場源可能是正電荷 位置在A側(cè)B 場源可能是正電荷 位置在B側(cè)C 場源可能是負電荷 位置在A側(cè)D 場源可能是負電荷 位置在B側(cè)解析 檢驗電荷為正電荷 而Fa Fb均為正值 所以場強E與Fa Fb同向 即由A指向B 如果場源為正電荷必在A側(cè) 場源是負電荷必在B側(cè) 又因Fb Fa 檢驗電荷q所在點b應距場源電荷較近 于是可以斷定選項D正確 答案 D 8 把質(zhì)量為m的正點電荷q 在電場中從靜止釋放 在它運動過程中如果不計重力 下述正確的是 A 點電荷運動軌跡必與電場線重合B 點電荷的速度方向 必定和所在點的電場線的切線方向一致C 點電荷的加速度方向 必與所在點的電場線的切線方向一致D 點電荷的受力方向 必與所在點的電場線的切線方向一致解析 明確受力方向和加速度方向與合力的方向的關系 正點電荷q由靜止釋放 如果電場線為直線 電荷將沿電場線運動 但電場線如果是曲線 電荷一定不沿電場線運動 因為如果沿電場線運動 其速度方向與受力方向重合 不符合曲線運動的條件 故A選項不正確 由于點電荷做曲線運動時 其速度方向與電場力方向不再一致 初始時刻除外 故B選項不正確 而點電荷的加速度方向 也即電荷所受電場力方向必與該點場強方向一致 即與所在點的電場線的切線方向一致 故C D選項正確 答案 CD 9 如圖所示 一帶電粒子僅在電場力作用下 從A運動到B的徑跡如虛線所示 下列結(jié)論中正確的是 A 由于該電場的電場線為直線 所以該電場是勻強電場B B點的場強比A點的場強大C 粒子帶負電D 帶電粒子的加速度不斷變小解析 勻強電場的電場線是間距相等且互相平行的直線 故A選項錯誤 由圖可知B點電場線比A點密集 故B選項正確 D選項錯誤 由粒子的運動徑跡和物體做曲線運動的條件可知 粒子受到電場力與場強方向相反 故帶負電 C選項正確 答案 BC 10 如圖所示 在豎直放置的光滑半圓形絕緣細管的圓心O處放一點電荷 將質(zhì)量m 帶電量為q的小球從圓弧管的水平直徑端點A由靜止釋放 小球沿細管滑到最低點B時 對管壁恰好無壓力 則放于圓心處的電荷在AB弧中點處的電場強度的大小為 解析 帶電小球從A到B的過程中 只有重力做功 機械能守恒 則 mgR mv2B 在B處小球受重力和庫侖力的合力提升向心力 得qE mg 得E 故C選項正確 答案 C 11 下圖是電場中某點的電場強度E與放在該點處的檢驗電荷q及所受電場力F之間的函數(shù)關系圖象 其中正確的是 解析 電場中某點電場強度與試探電荷無關 所以A選項正確 由F qE可知 F q圖線為過原點的傾斜直線 故D選項正確 答案 AD 12 如下圖所示 半徑為R的橡膠圓環(huán) 均勻帶有電荷量為Q的正電荷 現(xiàn)從環(huán)上截去長 s的一小段 若 s R 且圓環(huán)剩余部分的電荷分布不變 則圓環(huán)剩余部分的電荷在環(huán)心O處產(chǎn)生的場強大小為 方向為 解析 因為圓環(huán)上電荷分布的對稱性 原來圓心處的合場強為零 當截掉一小段 s后 其余部分的電荷分布不變 則只有 s正對的直徑另一端的同樣一小段上的電荷產(chǎn)生的電場沒有抵消 即為后來圓心處的場強 單位長度帶電荷量 s長的一段帶電荷量q s 因 s R q可看做點電荷 所以圓心處場強E 方向由O指向 s 13 一個質(zhì)量m 30g 帶電荷量為q 1 7 10 8C的半徑極小的小球 用絲線懸掛在某勻強電場中 電場線水平 當小球靜止時 測得懸線與豎直方向成30 夾角 如右圖所示 求該電場的場強大小 說明場強方向 解析 經(jīng)受力分析可判斷出小球所受電場力向左 因此場強方向向右 Eq mgtan30 E 107N C 答案 場強大小為107N C方向水平向右 14 一粒子質(zhì)量為m 帶電荷量為 Q 以初速度v與水平方向成45 角射向空間一勻強電場區(qū)域 粒子恰做直線運動 求這個勻強電場的最小場強的大小 并說明方向 解析 粒子做直線運動的條件是粒子所受合力與初速度的方向在同一條直線上 由此畫出粒子的受力分析圖 分析可得結(jié)果 粒子進入電場區(qū)域后只受重力和電場力兩個力作用而做直線運動 知其合力必與v在一直線上 由右圖及力的分解知識可知 最小的電場力qE mgsin45 所以 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全