【创新设计】2013-2014学年高中物理(粤教版)选修3-1：1-3 电场强度

自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练第3节电场强度自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练1．了解电荷间的相互作用是通过电场实现，知道电场和实物是物质存在的两种形式．2．掌握电场强度的概念，体会比值定义物理量的方法．3．知道点电荷电场和匀强电场，能推导点电荷的电场强度的公式，并能应用公式进行有关的计算．4．掌握电场强度的叠加原理，并能应用这一原理进行简单的计算．5．知道电场线的定义和特点，会用电场线描述电场强度的大小和方向.自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练一、电场1．电场的产生：电荷周围存在的一种特殊物质——，电荷间的相互作用是通过发生的．2．电场的基本性质：对放入电场中的有力的作用．3．静电力：电场对放入其中的电荷有力的作用，这种力叫做．电场电场电荷静电力自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练二、电场的描述1．试探电荷定义：放入电场中探测性质的电荷．电场自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练2．电场强度(1)定义：放入电场中某点的电荷所受的跟它的的比值．(2)定义式：E＝Fq，在国际单位制中，电场强度的单位为.适用于电场．(3)方向：电场中某点的电场强度的方向与电荷在该点受到的静电力的方向相，与电荷在该点受到的静电力的方向相．(4)物理意义：描述电场、和静电力的物理量．静电力电荷量V/m或N/C静正同负反强弱方向(5)电场场强是矢量：电场场强的合成遵守定则．平行四边形自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练3．点电荷的场强(1)公式：，Q为真空中点电荷的带电荷量，r为该点到点电荷Q的距离．(2)方向：若Q为正电荷，场强方向沿Q和该点的连线指向该点；若Q为负电荷，场强方向沿Q和该点的连线指向Q.(3)适用条件：．E＝kQr2真空中的点电荷自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练4．匀强电场电场中各点的电场场强和都相同．5．电场的叠加原理如果在空间同时存在多个点电荷，这时在空间某一点的场强等于各个电荷存在时在该点产生的场强的和．大小方向单独矢量自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练三、电场线1．电场线是画在电场中的一条条有的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向．2．电场线的特点(1)电场线从正电荷或无限远出发，终止于．(2)电场线在电场中不，不，这是因为在电场中任意一点的电场强度不可能有两个方向．(3)在同一幅图中，电场强度较大的地方电场线较，电场强度较小的地方电场线较，因此可以用电场线的疏密来表示电场强度的相对大小．方向无限远或负电荷相交闭合密疏自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练(4)几种常见电场的电场线如图1－3－1所示．图1－3－1自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练一、电场和电场强度1．关于电场的三点说明(1)电场是一种特殊的物质，并非由分子、原子组成，虽然看不见摸不着，但它与实物一样客观存在着，它能通过一些性质表现其存在，它与实物一样也具有物质的一般的重要属性，如质量、能量等．(2)电荷的周围一定存在电场，静止电荷的周围存在着静电场．本章所研究的规律，有些是只适用于静电场的．(3)电荷间的相互作用是通过电场发生的．不是超距作用，是通过电场来传递的．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练2．电场强度的理解(1)电场强度是描述电场的力的性质的物理量．(2)电场强度由电场本身决定，与放入其中的试探电荷无关．(3)电场强度是矢量，它遵循矢量的特点和运算法则．3．电场和电场强度的关系电场强度是为描述电场而引进的物理量，电场场强的大小和方向分别表示电场的强弱和方向．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练二、公式E＝Fq与E＝kQr2的对比理解公式比较内容E＝FqE＝kQr2本质区别定义式决定式意义及用途给出了一种量度电场强弱的方法指明了点电荷场强大小的决定因素适用范围一切电场真空中点电荷的电场Q或q意义q表示引入电场的检验(或试探)电荷的电荷量Q表示产生电场的点电荷的电荷量关系理解E用F与q的比值来表示，但E的大小与F、q大小无关E不仅能用Q、r来表示，且E∝Q，E∝1r2自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练三、电场线与带电粒子的运动轨迹1．电场线与带电粒子在电场中运动轨迹的比较电场线运动轨迹(1)电场中并不存在，是为研究电场方便而人为引入的(2)曲线上各点的切线方向即为该点的场强方向，同时也是正电荷在该点的受力方向，即正电荷在该点的加速度的方向(1)粒子在电场中的运动轨迹是客观存在的(2)轨迹上每一点的切线方向即为粒子在该点的速度方向粒子做曲线运动时，速度方向与加速度方向不在一条直线上，所以粒子只在电场力作用下做曲线运动时电场线与运动轨迹不重合自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练2.电场线与带电粒子运动轨迹重合的条件(1)电场线是直线．(2)带电粒子只受电场力作用，或受其他力，但其他力的方向沿电场线所在直线．(3)带电粒子初速度为零或初速度的方向沿电场线所在的直线．以上三个条件必须同时满足．特别提醒(1)带电粒子在电场中的运动轨迹由带电粒子所受合外力与初速度共同决定．(2)运动轨迹上各点的切线方向是粒子的速度方向．(3)电场线上各点的切线方向是场强方向，决定着粒子所受电场力的方向．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练【典例1】在真空中O点放一个点电荷Q＝＋1.0×10－9C，直线MN通过O点，OM的距离r＝30cm，M点放一个点电荷q＝－1.0×10－10C，如图1－3－2所示．求：(1)q在M点受到的作用力；(2)M点的电场强度；(3)拿走q后M点的电场强度；(4)M、N两点的电场强度哪点大？图1－3－2自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练解析(1)电场是一种物质，电荷q在电场中M点所受的作用力是电荷Q通过它的电场对q的作用力，根据库仑定律，得FM＝kQqr2＝9.0×109×1.0×10－9×1.0×10－100.32N＝1.0×10－8N．因为Q为正电，q为负电，库仑力是吸引力，所以力的方向沿MO指向Q.(2)M点的电场强度EM＝FMq＝1.0×10－81.0×10－10N/C＝100N/C，其方向沿OM连线背离Q，因为它的方向跟正电荷受电场力的方向相同．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练(3)在M点拿走试探电荷q，有的同学说M点的电场强度EM＝0，这是错误的．其原因在于不懂得电场强度是反映电场的力的性质的物理量，它是由形成电场的电荷Q及场中位置决定的，与试探电荷q是否存在无关．故M点的电场强度仍为100N/C，方向沿OM连线背离Q.(4)由E∝1r2得M点电场强度大．答案(1)大小为1.0×10－8N方向沿MO指向Q(2)大小为100N/C方向沿OM连线背离Q(3)大小为100N/C方向沿OM连线背离Q(4)M点场强大自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练借题发挥公式E＝Fq中的q是试探电荷的电荷量，所以E＝Fq不是电场强度的决定式；公式E＝kQr2中的Q是场源电荷的电荷量，所以E＝kQr2是点电荷电场强度的决定式．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练【变式1】(双选)关于电场强度和静电力，以下说法正确的是()．A．电荷所受静电力很大，该点电场强度一定很大B．以点电荷为圆心，r为半径的球面上各点的电场场强相同C．若空间某点的电场强度为零，则试探电荷在该点受到的静电力也为零D．在电场中某点放入试探电荷q，该点的电场强度为E＝Fq；取走q后，该点电场强度仍然为E＝Fq自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练解析电场强度是矢量，其性质由场源电荷决定，与试探电荷无关；而静电力则与电场强度和试探电荷都有关系，逐项分析如下：自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练选项诊断结论A由F＝qE知，F由q和E共同决定，所以F很大，可能是因为q很大造成的×B由E＝kQr2知，以点电荷Q为圆心，r为半径的球面上，各点的场强大小相等，但方向不同，因场强是矢量，故各点场强不相同×C由F＝qE知：当E＝0时，F＝0，即q不受静电力作用√D只要电场确定了，电场中某点的场强就是确定的，试探电荷q只是用来体现电场强弱的手段，它的有无不会改变电场的客观性质√答案CD自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练【典例2】如图1－3－3所示，在水平面上相距为2d的A和B两点上固定着等量异种的两个点电荷，电荷量分别为＋Q和－Q.在AB连线的中垂线上取一点P，垂足为O，∠PAO＝α，则P点的场强的大小和方向为()．图1－3－3自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练A.2kQd2cos2α，方向向右B.2kQd2cos2α，方向向上C.2kQd2cos3α，方向向右D.2kQd2cos3α，方向向上解析如图所示，P点场强是正、负点电荷在P点产生场强的矢量和，EP＝2Ecosα＝2kQdcosα2·cosα＝2kQd2·cos3α，方向向右．所以选项C正确．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练答案C借题发挥电场强度是矢量，合成时遵循矢量运算法则(平行四边形定则或三角形定则)，常用的方法有图解法、解析法、正交分解法等；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．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练【变式2】如图1－3－4所示，真空中带电荷量分别为＋Q和－Q的点电荷A、B相距r，则：(1)两点电荷连线的中点O的场强多大？(2)在两点电荷连线的中垂线上，距A、B两点都为r的O′点的场强如何？图1－3－4自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练解析本题考查了点电荷的电场及电场强度的叠加问题．求解方法是分别求出＋Q和－Q在该点的场强大小和方向，然后根据电场强度的叠加原理求出合场强．(1)如图甲所示，A、B两点电荷在O点产生的场强方向相同，由A指向B.A、B两点电荷在O点产生的电场强度EA＝EB＝kQr22＝4kQr2.故O点的合场强为E0＝2EA＝8kQr2，方向由A指向B.自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练(2)如图乙所示，EA′＝EB′＝kQr2，由矢量图所形成的等边三角形可知，O′点的合场强E0′＝EA′＝EB′＝kQr2，方向与A、B的中垂线垂直，即E0′与E0同向．答案(1)8kQr2，方向由A指向B(2)kQr2，方向与AB连线平行，由A指向B自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练【典例3】(德州模拟)把质量为M的正点电荷放在电场中无初速度释放，不计重力，则以下说法正确的是()．A．点电荷的轨迹一定和电场线重合B．点电荷的速度方向总是与所在处的电场线方向一致C．点电荷的加速度方向总是与它所在处的电场线的切线方向重合D．点电荷将沿电场线切线方向抛出做抛物线运动自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练解析本题考查了电场线、电场强度的方向及电场力的方向三者之间的关系及物体做曲线运动的条件．仅当电场线为直线、电荷的初速度为零，或者电荷初速度不为零，但初速度方向和场强方向在同一直线上，且只受电场力时，电荷的运动轨迹才和电场线重合，A错．点电荷的速度方向不一定与所在位置处的电场线方向一致，如电场线为曲线时，B错．由牛顿第二定律知，加速度方向与合外力方向一致，而点电荷在电场中受电场力方向与电场线的切线方向重合，C对．点电荷受电场力作用，由于电场不一定是匀强电场，其合力不一定为恒力，故不一定做抛物线运动，D错．答案C自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练借题发挥带电粒子在电场中的运动轨迹，决定于粒子运动速度和受力情况，与电场线不一定重合．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练【变式3】如图1－3－5所示是某静电场的一部分电场线分布情况，下列说法中正确的是()．图1－3－5A．这个电场可能是负点电荷的电场B．点电荷q在A点处受到的电场力比在B点处受到的电场力大C．点电荷q在A点处的