2019-2020学年高中物理 第一章 电场 第三节 电场强度学案 粤教版选修3-1

第三节电场强度学科素养与目标要求物理观念：1.知道电场是客观存在的一种特殊物质.2.掌握电场强度的概念、公式及方向的规定.3.知道电场线，熟记几种常见电场的电场线科学思维：1.领悟比值定义法定义物理量的特点.2.能根据库仑定律和电场强度的定义式推导点电荷场强的计算式，并能进行有关的计算.3.在进行场强叠加等计算时培养综合分析能力和知识的迁移能力一、电场1电荷的周围存在电场带电体间的相互作用是通过周围的电场发生的，场是物质存在的形式之一2电场的基本性质：对放入其中的电荷有力的作用二、电场的描述1试探电荷：放入电场中探测电场是否存在及强弱的电荷，试探电荷的电荷量及线度都应足够小2电场强度：(1)定义：放入电场中某点的试探电荷所受的电场力与它的电荷量的比值，简称场强，用E表示(2)公式：E.(3)方向：与正电荷在该点所受电场力的方向相同(4)单位：牛/库，符号为N/C.3真空中点电荷的场强：(1)场强公式：Ek，其中k是静电力常量，Q是场源电荷的电荷量(2)方向：如果以Q为中心作一个球面，当Q为正电荷时，E的方向沿半径向外；当Q为负电荷时，E的方向沿半径向内4匀强电场：电场中各点的场强大小和方向都相同5电场强度的叠加：场强是矢量，如果在空间同时存在多个点电荷，某点的场强等于各个点电荷单独在该点产生场强的矢量和三、怎样“看见”电场1法拉第最早提出用电场线的方法来表示电场2电场线：在电场中画出的一系列的曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致3电场线的特点：(1)电场线的疏密程度反映电场的强弱，电场越强的地方，电场线越密(2)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(3)匀强电场电场线的特点概念：如果电场中各点电场强度的大小相等、方向相同，这个电场就叫做匀强电场特点：a.电场方向处处相同，电场线是平行直线b场强大小处处相等，电场线间隔距离相等实例：相距很近、带有等量异号电荷的一对平行金属板之间的电场(边缘除外)，就是匀强电场1判断下列说法的正误(1)根据电场强度的定义式E可知，E与F成正比，与q成反比(×)(2)电场中某点的电场强度与正电荷受力方向相同，当该点放置负电荷时，场强反向(×)(3)由E知，在以Q为球心、r为半径的球面上，各处场强相同(×)(4)若空间只有两个点电荷，则该空间某点的场强等于这两个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和()2在静电场中的某一点A放一个试探电荷q1×1010C，q受到的静电力为1×108N，方向向左，则A点的场强的大小为_，方向_；如果从A点取走q，A点场强大小为_答案100N/C向右100 N/C解析由题意知，q1×1010C，F1×108N，由场强的定义知A点的场强的大小为：EN/C100 N/C，场强方向与负电荷在A点所受静电力方向相反，所以A点的场强方向向右；电场强度是反映电场性质的物理量，与有无试探电荷无关，把这个试探电荷取走，A点的电场强度不变，仍为100N/C.一、电场强度(1)电场的基本性质是什么？如何去探究电场的这种性质？(2)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？电荷受到的静电力F与电荷量q有何关系？答案(1)电场对放入其中的电荷有力的作用可在电场中放一试探电荷，通过分析试探电荷的受力研究电场的性质(2)2F，nF.F与q成正比，即F与q的比值为定值1电场强度的大小和方向都是由电场本身所决定的，与试探电荷无关2电场强度是矢量，其方向与在该点的正电荷所受静电力的方向相同，与在该点的负电荷所受静电力的方向相反3公式E可变形为FqE：正电荷所受静电力方向与电场强度方向相同，负电荷所受静电力方向与电场强度方向相反例1(2018·北师大附中高二上期中)电场中有一点P，下列说法正确的是()A若放在P点的试探电荷的电荷量加倍，则P点的场强加倍B若P点没有试探电荷，则P点的场强为零CP点的场强越小，则同一电荷在P点受到的电场力越小DP点的场强方向就是试探电荷在该点的受力方向答案C解析若放在P点的电荷的电荷量加倍，则P处电荷受到的电场力会加倍，而此处的电场强度却不变，即使不放电荷，电场强度仍保持不变，故A、B错误；电场力由电场强度与电荷量决定，P点的场强越小，则同一电荷在P点受到的电场力一定越小，故C正确；P点的场强方向为放在该点的正电荷所受电场力方向，故D错误例2如图1所示，在一带负电的导体A附近有一点B，如在B处放置一个q12.0×108 C的点电荷，测出其受到的静电力F1大小为4.0×106N，方向如图，则：(1)B处场强多大？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？(3)如果将B处电荷拿走，B处的场强是多大？图1答案(1)200N/C方向与F1方向相反(2)8.0×105N200N/C(3)200N/C解析(1)由场强公式可得EBN/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点所受静电力大小为F2q2EB4.0×107×200N8.0×105N，此时B处场强大小仍为200N/C.(3)某点场强大小与有无试探电荷无关，故将B处电荷拿走，B点场强大小仍为200N/C.学科素养以上两题通过电场强度定义式及其变式的应用，使学生进一步理解比值定义法，并掌握电场强度的决定因素，较好地体现了“物理观念”的学科素养二、点电荷的电场电场强度的叠加(1)如图所示，在正点电荷Q的电场中有一试探电荷q放于P点，已知P点到Q的距离为r，Q对q的作用力是多大？Q在P点产生的电场的电场强度是多大？方向如何？(2)如果再有一正点电荷QQ，放在如图所示的位置，P点的电场强度多大？答案(1)根据库仑定律有Fk，所以Q在P点产生的电场的电场强度为Ek，方向沿QP的连线由Q指向P.(2)如图所示，P点的电场强度为Q、Q单独在P点产生的电场强度的矢量和E.1点电荷场强公式：Ek.2E与Ek的比较：公式比较内容EEk本质区别定义式决定式适用范围一切电场真空中点电荷的电场Q与q的意义q为检验电荷的电荷量Q为场源电荷的电荷量关系理解E的大小与F、q的大小无关E的大小与Q成正比3.电场强度是矢量，合成时遵循矢量运算法则(平行四边形定则或三角形定则)；对于同一直线上电场强度的合成，可先规定正方向，进而把矢量运算转化成代数运算例3如图2所示，真空中，带电荷量分别为Q和Q的点电荷A、B相距r，求：(1)两点电荷连线的中点O的场强大小和方向(2)在两点电荷连线的中垂线上，距A、B两点都为r的O点的场强大小和方向图2答案(1)，方向由AB(2)，方向平行于AB指向B解析(1)如图甲所示，A、B两点电荷在O点产生的场强方向相同，均由AB.A、B两点电荷分别在O点产生的电场强度大小EAEB.O点的场强为：EOEAEB，方向由AB.(2)如图乙所示，EAEB，由矢量图结合几何关系可知，O点的场强EOEAEB，方向平行于AB指向B.针对训练(2017·苏州市调研测试)如图所示，在正方形四个顶点分别放置一个点电荷，所带电荷量已在图中标出，则下列四个选项中，正方形中心处场强最大的是()答案B解析点电荷电场强度公式为E，由于各点电荷到正方形中心处距离r相等，根据矢量合成，可知B正确三、电场线(1)为了形象的描述电场，法拉第引入了电场线的概念电场线是真实存在的吗？(2)电场线是如何表示电场方向和强弱的？(3)试画出点电荷、等量异号点电荷、等量同号点电荷及匀强电场的电场线答案(1)电场线实际上不存在(2)在电场中，电场线某点的切线方向表示该点电场强度的方向；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(3)答案见知识深化1电场线的特点(1)电场线是为了形象描述电场而假想的曲线，实际并不存在(2)电场线的疏密表示电场的强弱；电场线上某点的切线方向表示该点的电场强度的方向(3)电场线总是起自正电荷(或无限远处)，止于负电荷(或延伸到无限远)，即电场线不闭合，在无电荷处不中断(4)任意两条电场线不相交2几种特殊的电场线分布，如图3所示图33注意：电场线不是粒子的运动轨迹，粒子运动轨迹也不一定与电场线重合例4(2018·启东市期中)如图4为金属球放入匀强电场后电场线的分布情况设该电场中A、B两点的电场强度大小分别为EA、EB，则A、B两点()图4AEAEB，电场方向相同BEA<EB，电场方向相同CEA>EB，电场方向不同DEA<EB，电场方向不同答案D解析电场线的疏密表示电场强弱，由题图可知，B点密集，A点稀疏，故EA<EB，又某点的电场方向为电场线上该点的切线方向，A、B两点的电场方向不同，故A、B、C错误，D正确1(电场强度的概念)(2018·福州市八校联考)关于电场强度的概念，下列说法正确的是()A由E可知，某电场的场强E与q成反比，与F成正比B电场中某一点的场强与放入该点的试探电荷的正负无关C正、负试探电荷在电场中同一点受到的电场力方向相反，所以某一点场强方向与放入试探电荷的正负有关D电场中某一点不放试探电荷时，该点场强等于零答案B解析E是电场强度的定义式，某电场的场强E的大小和方向都取决于电场本身，而与试探电荷的电荷量q、试探电荷受到的电场力F无关，故A、C错误，B正确某点不放试探电荷时，该点的电场依然存在，故D错误2(点电荷的电场)对电场强度公式E有几种不同理解，其中正确的是()A只要带电体电荷量为Q，在距离r处激发的电场都能用此公式计算场强EB以点电荷Q为中心、r为半径的球面上各处的场强E相同C当离场源电荷距离r0时，场强ED当离场源电荷距离r时，场强E0答案D解析电场强度公式E适用于点电荷形成的电场，对于不能看做点电荷的带电体，本公式不再适用，故A选项错误；电场强度是矢量，以点电荷Q为中心、r为半径的球面上各处的场强E大小相等，方向不同，故B选项错误；当离场源电荷距离r0时，此时带电体不能看做点电荷，公式不再成立，故C选项错误；当离场源电荷距离r时，根据公式可得场强E0，故D选项正确3(电场线)(2017·如东中学期末)如图所示的电场中，一带电质点从P点沿着电场线方向运动，若只受电场力作用，质点加速度逐渐增大的是()答案B解析电场线疏密表示电场强度的大小，沿电场线的方向A选项中电场强度减小；B选项中电场强度增大；C选项中电场强度不变；D选项中电场强度先增大后减小，再由a知，aE，故本题选B.4.(电场强度的叠加)(2018·烟台市