2021-2022版高中物理-第一章-静电场-3-电场强度学案-新人教版选修3-1.doc
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1、2021-2022版高中物理 第一章 静电场 3 电场强度学案 新人教版选修3-12021-2022版高中物理 第一章 静电场 3 电场强度学案 新人教版选修3-1年级:姓名:- 21 -电场强度目 标 导 航思 维 脉 图1.理解电场强度的概念及其定义,并会进行有关计算。(物理观念)2.理解点电荷的电场强度及电场强度的叠加原理。(科学思维)3.会用电场线表示电场,并熟记几种常见电场的电场线。(物理观念)必备知识自主学习一、电场1.概念:存在于电荷周围的一种特殊的物质,由电荷产生。场和实物是物质存在的两种不同形式。2.基本性质:对放入其中的电荷有力的作用,电荷之间通过电场相互作用。二、静摩擦力
2、(1)带电体周围不同位置的电场强弱是否相同?提示:带电体周围不同位置的电场强弱不同。(2)检验电场强弱的试探电荷应具备什么特点?提示:试探电荷的电荷量和尺寸必须充分小,能看作点电荷。(3)场源电荷周围的电场强弱与试探电荷是否相关?提示:电场强弱与试探电荷无关。1.场源电荷和试探电荷:场源电荷是激发或产生我们正在研究的电场的电荷。试探电荷是用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的电荷。2.电场强度:(1)定义:放入电场中某点的点电荷所受静电力与它的电荷量的比值叫作该点的电场强度,简称场强。(2)物理意义:表示电场的强弱和方向。(3)定义式:E=,单位为牛(顿)每库(仑),符号为N/C。(4)方向:
3、电场强度的方向与正电荷所受静电力的方向相同,与负电荷所受静电力的方向相反。三、点电荷的电场、电场强度的叠加1.点电荷的电场(1)公式:E=k。(2)方向:若Q为正电荷,电场强度方向沿Q和该点的连线背离Q;若Q为负电荷,电场强度方向沿Q和该点的连线指向Q。2.电场强度的叠加两个带电体分别带有+Q、-Q的电荷量,画出P点的合电场强度。提示:四、电场线、匀强电场1.电场线:(1)定义:电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线,曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向。(2)关于电场线的特点,下列说法正确的是。电场线是带电体周围实际存在的线。电场线从正电荷或无限远出发,终止于负电荷或无限远。两条电场线
4、可以相切,但不能相交。电场线的疏密表示电场强度的大小。电场中没有画电场线的位置,电场强度为零。2.匀强电场:(1)定义:电场中各点电场强度的大小相等、方向相同的电场。(2)特点:场强方向处处相同,场强大小处处相等。(3)匀强电场的电场线是间隔相等的平行线。(1)电场线是带电体周围实际存在的线。()(2)电场线从正电荷或无限远处出发,终止于无限远处或负电荷。()(3)两条电场线可以相切,但不能相交。()(4)电场线的疏密表示电场强度的大小。()(5)电场中没有画电场线的位置,电场强度为零。()关键能力合作学习知识点一电场和电场强度角度1两个公式的比较E=E=k物理含义是电场强度大小的定义式是真空
5、中点电荷电场强度的决定式Q或q的意义q表示引入电场的检验(试探)电荷的电荷量Q表示产生电场的点电荷(场源电荷)的电荷量关系理解Fq,但E与F、q无关,E是反映某点处电场的性质E由Q、r决定,FQ、F适用范围适用于一切电场在真空中,场源电荷Q是点电荷提醒:在使用两个公式时,注意区分它们的适用范围。将一个带正电的试探电荷放在带电体周围,所受电场力的方向如图所示。(1)带电体带正电还是带负电?提示:根据试探电荷的受力方向分析可得,带电体带正电。(2)不同位置的电场强度由什么因素决定?提示:由带电体的电荷量和该点到带电体的距离决定。(3)撤掉试探电荷后,电场强度是否消失?提示:电场不消失,电场强度的大
6、小不变。【典例1】有关电场强度的理解,下述说法正确的是()A.由E=可知,电场强度E跟放入的电荷q所受的电场力F成正比B.当电场中存在试探电荷时,电荷周围才出现电场这种特殊的物质,才存在电场强度C.由E=k可知,在离点电荷很近的地方,r接近于零,电场强度为无穷大D.电场强度是反映电场本身特性的物理量,与是否存在试探电荷无关【解析】选D。电场强度E可以根据定义式E=来测量,电场强度就等于每单位正电荷所受的力,但电场强度与试探电荷无关,是由电场本身决定的,故A、B错误,D正确;库仑力属于强相互作用,是一种远程力,点电荷电场强度的决定式E=k,不适用于r接近0的情况,故C错误。对电场强度公式E=的理
7、解(1)公式E=是电场强度的定义式,该式给出了测量电场中某一点电场强度的方法,电场中某一点的电场强度由电场本身决定,与是否测量及如何测量无关。(2)公式E=可变形为F=qE:电场强度E与电荷量q的乘积等于静电力的大小,F由q、E决定。角度2电场强度的计算方法方法适用情况用定义式E=求解常用于涉及试探电荷或带电体的受力情况用E=k求解仅适用于真空中的点电荷产生的电场利用叠加原理求解常用于涉及空间的电场是由多个电荷共同产生的情景【典例2】如图所示,均匀带正电的圆环所带的电荷量为Q,半径为R,圆心为O,A、B、C为垂直于圆环平面且过圆环中心的轴上的三个点,已知BC=2AO=2OB=2R,当在C处放置
8、一点电荷时(不影响圆环的电荷分布情况,整个装置位于真空中),B点的电场强度恰好为零,则由此可得A点的电场强度大小为()A.B.C. D.【解析】选B。将圆环等分为n个小段,当n相当大时,每一小段都可以看作点电荷,其所带电荷量为:q=;每一点电荷在B处的场强为:E1=k=;由对称性可知,各小段带电环在B处的场强E1垂直于轴向的分量相互抵消,而E1的轴向分量之和即为带电环在B处的场强为:EB=nE1cos45=;C点处放置一点电荷时,B点的电场强度恰好为零,说明C处点电荷和圆环上的电荷在B处产生的场强大小相等,方向相反,设C处电荷的带电量为qC,则有:k=EB,解得:qC=Q,C处电荷带正电;根据
9、对称性知,圆环在A处的场强大小为:EA1=EB=,方向向左。C处电荷在A处产生的场强为:EA2=k=,方向向左;所以A点的电场强度大小为:EA=EA1+EA2=;故选B。电场强度叠加的技巧(1)电场强度的叠加符合矢量合成法则,多个点电荷形成的电场求合电场强度时,可根据题目的特点依照合适的步骤进行,以简化解题过程。(2)当两矢量满足大小相等,方向相反,作用在同一直线上时,两矢量合成叠加,合矢量为零,这样的矢量称为“对称矢量”,在电场的叠加中,注意图形的对称性,发现对称矢量可简化计算。1.(多选)真空中距点电荷(电量为Q)为r的A点处,放一个带电量为q(qQ)的点电荷,q受到的电场力大小为F,则A
10、点的场强为()A.B.C.kD.k【解析】选B、D。由电场强度的定义可知A点场强为E=,又由库仑定律知F=,代入后得E=k,B、D对,A、C错。2.如图,边长为a的正三角形ABC的三个顶点分别固定三个点电荷+q、+q、-q,则该三角形中心O点处的场强为()A.,方向由C指向OB.,方向由O指向CC.,方向由C指向OD.,方向由O指向C【解析】选B。由图可知O点是三角形的中心,到三个电荷的距离为:r=asin60=a,三个电荷在O处产生的场强大小相等且均为:E=k,根据场强的合成和几何知识得两个+q在O处产生的合场强为:E1=k,再与-q在O处产生的场强合成,得到O点的合场强为:E合=E+E1=
11、k,方向由O指向C,故B正确。【加固训练】如图所示,A为带正电Q的金属板,沿金属板的垂直平分线,在距板r处放一质量为m,电荷量为q的小球,小球受水平向右的静电力偏转角静止。小球用绝缘丝线悬挂于O点,试求小球所在处的电场强度。【解析】小球的受力如图所示。由平衡条件得F=mgtan小球所在处的电场强度E=,小球带正电荷,电场强度方向与其受到的静电力方向一致,方向水平向右。答案:方向水平向右知识点二电场线1.几种常见电场的电场线:电场电场线图样简要描述正点电荷“光芒四射”,发散状负点电荷“众矢之的”,会聚状等量正点电荷“势不两立”,相斥状等量异号点电荷“手牵手,心连心”,相吸状带电平行金属板等间距的
12、、平行状(两板之间,除边缘外)提醒:电场线不是实际存在的线,而是为了形象地描述电场而假想的线。2.等量点电荷电场线的分布及特点:(1)等量同种点电荷的电场特点:两点电荷连线的中点处场强为零,此处无电场线,向两侧场强逐渐增大。两点电荷连线中点沿中垂面(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。(2)等量异种点电荷的电场特点:两点电荷连线上的各点场强方向从正电荷指向负电荷,沿电场线方向先变小再变大,中点处场强最小。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,从中点到无穷远处,场强大小一直减小,中点处场强最
13、大。如图为两个带负电的等量同种电荷,它们周围的电场线如图所示。(1)在两个电荷所在的直线上,与A点电场强度的大小相同的点,还有几处?提示:有一处,在右侧电荷的右边。(2)若将一个负电荷从两个电荷连线的中点由静止释放,只在电场力的作用下运动,它的加速度、速度如何变化?提示:速度越来越大,加速度先增大后减小。【典例】如图所示,甲、乙两带电小球的质量均为m,所带电荷量分别为+q和-q,两球间用绝缘细线2连接,甲球用绝缘细线1悬挂在天花板上,在两球所在空间有沿水平方向向左的匀强电场,场强为E,且有qE=mg,平衡时细线都被拉直。则平衡时的位置可能是哪个图()【解析】选A。先用整体法,把两个小球及细线2
14、视为一个整体。整体受到的外力有竖直向下的重力2mg、水平向左的电场力qE、水平向右的电场力qE和细线1的拉力FT1,由平衡条件知,水平方向受力平衡,细线1的拉力FT1一定与重力2mg等大反向,即细线1一定竖直。再隔离分析乙球,如图所示。乙球受到的力为:竖直向下的重力mg、水平向右的电场力qE、细线2的拉力FT2和甲球对乙球的吸引力F引。要使乙球所受合力为零,细线2必须倾斜。设细线2与竖直方向的夹角为,则有tan=1,=45,故A图正确。电场线的应用技巧(1)过某点的电场线的切线方向该点电场强度的方向。(2)相邻电场线的间距电场线的疏密电场强度的大小。1.下列关于电场线的说法中,正确的是()A.
15、电场线是电场中实际存在的线B.在复杂电场中的电场线是可以相交的C.沿电场线方向,场强必定越来越小D.电场线越密的地方,同一试探电荷所受的电场力越大【解析】选D。电场线是人为假想出来的曲线,A错;电场线不可以相交,B错;沿电场线方向,场强大小无法确定,C错;电场线越密的地方,同一试探电荷所受的电场力越大,D对。2.(多选)两个带等量正电荷的点电荷,O点为两电荷连线的中点,a点在连线的中垂线上,若在a点由静止释放一个电子,如图所示,关于电子的运动,下列说法正确的是()A.电子在从a点向O点运动的过程中,加速度可能先增大再减小B.电子在从a点向O点运动的过程中,加速度一定越来越小,速度一定越来越大C
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