高中物理选修3-1静电场《电场的力的性质》精品学案(含答案).docx

《电场的力的性质》精品学案 学习目标1. 理解电场强度的概念.2. 会分析计算在电场力作用下电荷的平衡及运动.3. 会利用电场中的电场线分布分析问题．一、电场及电场强度基础导引判断下列说法是否正确：① 电场强度反映了电场的力的性质，因此电场中某点的场强与试探电荷在该 点所受的电场力成正比 ( )② 电场中某点的场强等于 F/q，但与试探电荷的受力大小及电荷量无关（)③电场中某点的场强方向即试探电荷在该点的受力方向( )F Q④公式 E＝ 和 E＝k 对于任何静电场都是适用的 q r2知识梳理1．静电场( )(1)电场是存在于电荷周围的一种________，静电荷产生的电场叫静电场． (2) 电荷间的相互作用是通过 ________ 实现的．电场的基本性质是对放入其 中的电荷有____________．2．电场强度(1) 物理意义：表示电场的________和________．(2) 定义：电场中某一点的电荷受到的电场力 F 跟它的 ____________ 的比值 叫做该点的电场强度．F(3)定义式：E＝ .q(4) 单位：N/C 或 V/m.(5) 矢量性：电场强度是矢量，正电荷在电场中某点受力的方向为该点电场 强度的方向，电场强度的叠加遵从__________定则．3．场强三个表达式的比较表达式比较E＝FqQE＝kr2E＝Ud意义适用条件电场强度定义式一切电场真空中点电荷的 电场强度决定式① 真空；② 点电荷匀强电场中 E 与 U关系式匀强电场由场源电荷 Q 和决定因素由电场本身决 定，与 q 无关场源电荷到该点 的距离 r 共同决由电场本身决定定二、电场线基础导引等量同种电荷、等量异种电荷的电场线分布图，A 与 A′、B 与 B′关于连线 上中点 O 对称．试分析：连线上 A 与 A′，中垂线上 B 与 B′的场强关系．知识梳理1 ．电场线的定义：为了直观形象地描述电场中各点电场强度的 ________ 及 ________，在电场中画出一系列的曲线，使曲线上各点的 __________ 方向表 示该点的电场强度方向，曲线的________表示电场强度的大小．2 ．几种典型电场的电场线分布(1) 正点电荷的电场如图 2 甲所示：电场线由 ________出发，到 ________终 止．(2) 负点电荷的电场如图乙所示：电场线由 ________ 出发，到 ________ 终 止．(3) 匀强电场的电场线分布如图丙所示．特点：间隔相等的平行直线．(4) 点电荷与带电金属板的电场线的分布如图丁所示．图 2(5)等量同种点电荷和等量异种点电荷的电场两点电荷的连线及其中垂线上的电场分布及特点的比较如下：比较项目电场线图示连线中点 O 处的场强由 O 沿中垂线向外场强的变化关于 O 点对称的两点 A 与 A′，B 与 B′场强的关系等量同种点电 荷为____先______后______等大、反向等量异种点电荷中垂线上最大 连线上最小逐渐减小______、______在点电荷电场中，以点电荷为球心的同一球面上各点的场强相同吗？考点一考点解读电场强度的计算与叠加电场叠加原理：多个点电荷在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，这种关系叫电场强度的叠加，电场强度的叠加 遵从平行四边形定则．典例剖析例 1如图 3 所示，位于正方形四个顶点处分别固定有点电荷 A、B、C、D，四个点电荷的带电量均为 q，其中 点电荷 A、C 带正电，点电荷 B、D 带负电，试确定过正 方形中心 O 并与正方形垂直的直线上到 O 点距离为 x 的 P 点处的电场强度的大小和方向．思维突破电场强度是矢量，叠加时遵从平行四边形定则，分析电场叠加问题的一般步骤是： (1) 确定要分析计算的位置； (2) 分析该处存在的几个分电 场，先计算出各个分电场电场强度的大小，判断其方向； (3)利用平行四边形 定则作出矢量图，根据矢量图求解．跟踪训练 1如图所示，一个绝缘圆环，当它的 1/4 均匀带电且电荷量为 q时，圆心 O 处的电场强度大小为 E.现使半 圆 ABC 均匀带电 2q；而另一半圆 ADC 均匀带电－ 2q.则圆心 O 处的场强的大小和方向为( )A ．2 2E，方向由 O 指向 DB ．4E，方向由 O 指向 DC ．2 2E，方向由 O 指向 BD ．0考点二 电场线的分布特点及应用考点解读1．特点(1) 不闭合：电场线起始于正电荷 (或无穷远处 )，终止于无穷远处 (或负电荷)， 即电场线不能形成闭合曲线．(2) 不中断、不相交：在没有电荷的空间，电场线不中断，两条电场线也不能相 交．(3) 不是电荷在电场中的运动轨迹：只有当电场线为直线、电荷初速度为零或初 速度平行于电场线、电荷仅受电场力作用时，电荷的运动轨迹才与电场线重 合．2．应用(1)表示场强的方向电场线上每一点的切线方向和该点的场强方向一致．(2)比较场强的大小电场线的疏密程度反映了场强的大小，即电场的强弱．同一电场中，电场线 越密的地方场强越大，电场线越疏的地方场强越弱．(3)判断电势的高低在静电场中，顺着电场线的方向电势越来越低．特别提醒 1.电场线是人为引入的，不是客观存在的．2 ．虽然电场线是用来描述电场的强弱和方向的，但只根据一条电场线无法判断 电场强弱和场源情况．3 ．沿电场线的方向电势虽然越来越低，但场强不一定越来越小．典例剖析例 2如图 5 所示，实线表示电场线，虚线表示只受电场力作用的带电粒子的运动轨迹．粒子先经过 M 点，再经过 N 点．可以判定( ) A．粒子在 M 点受到的电场力大于在 N 点受到的电场力 B．M 点的电势高于 N 点的电势C ．粒子带正电D ．粒子在 M 点的动能大于在 N 点的动能思维突破正确分析电场中的“拐弯现象”当带电粒子在电场中的运动轨迹是一条与电场线、等势线都不重合的曲线 时，这种现象简称为“拐弯现象”，其实质为“运动与力”的关系．通常只 有电场力，有时也有重力等．一般要综合性地运用“牛顿运动定律、功和 能”的知识分析求解．(1) “运动与力两线法”——画出“速度线”(运动轨迹在初始位置的切线 )与 “力线”(在初始位置电场线的切线方向 ) ，从二者的夹角情况来分析曲线运 动的情景．(2) “三不知时要假设”——电荷的正负、场强的方向或等势面电势的高低、 电荷运动的方向，是题意中相互制约的三个方面．若已知其中的任一个，可 顺次向下分析判定各待求量；若三个都不知 ( 三不知 ) ，则要用“假设法”分 别讨论各种情况．有时各种情景的讨论结果是归一的．(3) 一般为定性分析，有时涉及简单计算．EE跟踪训练 2 ：静电除尘器是目前普遍采用的一种高效除尘器．某除尘器模型的收尘板是很长的条形金属板，图 6 中直线 ab 为该收尘板的横截面．工作时收尘板带正电，其左侧的电场线分布如图所示；粉尘带负电，在电场力作用下向收尘板运动，最后落在收尘板上．若用粗黑曲线表示原来静止于 P 点的带电粉尘颗粒的运动轨迹，下列 4 幅图中可能正确的是 (忽略重力和空气阻力) ( )例 3如图 7 所示，匀强电场方向与水平线间夹角 θ ＝30°，方向斜向右上方，电场强度为 E，质量为 m 的小球带负电，以初速度 v 开始运动，初速度方0向与电场方向一致．(1)若小球的带电荷量为 q＝mg，为使小球能做匀速直线运动，应对小球施加的恒力 F 的大小和方向各如何？1(2) 若小球的带电荷量为 q＝2mg，为使小球能做直线运动，应对小球施加的最小恒力 F 的大小和方向各如何？ 2方法提炼 1．解答思路2．运动情况反映受力情况(1)物体静止(保持)：F ＝0.合(2)做直线运动①匀变速直线运动，F ＝0.合②变速直线运动：F ≠0，且 F 与速度方向总是一致．合 合(3)曲线运动：F ≠0，F 与速度方向不在一条直线上，且总指向运动轨迹合 合曲线凹的一侧． (4)F 动：90°<α≤180°.合与 v 的夹角为 α，加速运动：0°≤ α<90°；减速运(5)匀变速运动：F ＝恒量．合跟踪训练 3质量为 m、电荷量为＋q 的小球在 O 点以初速度 v 与水平方向成0θ 角射出，如图 8 所示，如果在某方向加上一定大小的匀强电场后，能保证小 球仍沿 v 方向做直线运动，试求所加匀强电场的最小值，加了这个电场后，经0多少时间速度变为零？1．关于电场强度的概念，下列说法正确的是 ( )FA．由 E＝ 可知，某电场的场强 E 与 q 成反比，与 F 成正比qB ．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C ．电场中某一点的场强与放入该点的试探电荷正负无关D ．电场中某一点不放试探电荷时，该点场强等于零2．在如图所示的四个电场中，均有相互对称分布的 a、b 两点，其中 a、b 两 点电势和场强都相同的是 ( )3．一带负电荷的质点，在电场力作用下沿曲线 abc 从 a 运动到 c，已知质点的 速率是递减的．关于 b 点电场强度 E 的方向，下列图所示中可能正确的是 (虚线是曲线在 b 点的切线)( )4 ．如图所示，虚线 a、 b、c 代表电场中的三个等势面，相邻等势面之间的电 势差相等，即 U ＝U ，实线为一带正电的质点仅在电场力作用下通过该区ab bc域时的运动轨迹，P、Q 是这条轨迹上的两点，据此可知 ( )A ．三个等势面中，a 的电势最高B ．带电质点通过 P 点时电势能较大C ．带电质点通过 P 点时的动能较大D ．带电质点通过 P 点时的加速度较大5 ．如图所示，两个带等量正电荷的小球 A、B( 可视为 点电荷)，被固定在光滑的绝缘水平面上．P、N 是小球 连线的中垂线上的两点，且 PO＝ON.现将一个电荷量很 小的带负电的小球 C(可视为质点 )，由 P 点静止释放， 在小球 C 向 N 点运动的过程中，下列关于小球 C 的速 度、加速度的图象中，可能正确的是 ( )6．如图 11 所示，A、B、C 三个小球(可视为质点)的质量分。