1.3 电场及其描述

1.3电场及其描述课标定位学习目标：1.通过实验，认识电荷间的相互作用是通过电场发生的，电场具有力的性质，知道电场是客观存在的物质．2．知道可以用电场强度和电场线来定量或定性地描述电场的强弱和方向．3．知道电场强度的定义．知道电场强度是矢量，知道电场强度方向的规定，知道它的大小可以由定义式求出，它的方向根据规定来判断．会用电场强度描述电场的强弱和方向．4．认识电场线，知道正电荷、负电荷、等量同种电荷和等量异种电荷形成的电场线的分布情况和图形．会用电场线定性地、形象地描述电场的方向和强弱．5．通过电场强度的定义，进一步了解比值定义法及其在物理研究中的作用．重点难点：1.电场的理解及电场的描述方法．2．电场强度的定义及理解，掌握电场强度的特点．课前自主学案一、电场1．电场的产生：电荷在其周围形成场，通常称之为静电场，简称________．带电体之间通过电场也会产生力的作用，这种力叫_________．2．电场是客观存在的_______，但我们看不见，摸不着，是一种特殊的物质．二、电场的描述1．电场强度电场电场力物质(1)定义：放入电场中某一点的电荷所受到的_____________跟它的电荷量q0的比值，叫做该点的电场强度．简称场强．(2)定义式：E＝______，其单位是牛顿每库或伏特每米，符号为NC或Vm.(3)方向：场强的方向与_________在该点所受的静电力的方向相同，与负电荷在该点所受的静电力的方向相反．(4)矢量：电场强度既有大小又有方向，是______．电场力FFq0正电荷矢量(5)物理意义：描述电场强弱的物理量，由场源电荷及到场源电荷的距离决定，与q0无关．(6)点电荷的场强：E＝________.kQr21．公式E＝Fq0与E＝kQr2中的q0和Q的意义一样吗？思考感悟提示：不一样，q0是检验电荷，Q是场源电荷．2．电场线(1)定义：在电场中画出的一系列的从正电荷(无限远)出发到无限远(负电荷)终止的曲线，用这些曲线可以形象地描述电场．(2)电场线的特点：曲线上每一点的__________都跟该点的电场强度的方向一致，曲线的疏密程度描述电场的强弱，越密的地方，电场________．切线方向越强思考感悟2．电场线是电场中实际存在的线吗？两条电场线之间的空白区域有电场吗？提示：电场线是为了形象描述电场而假想的线，不是实际存在的．电荷周围无论有无电场线，电场都是客观存在的．核心要点突破一、对电场强度的理解1．对电场强度定义的理解电场强度是描述电场的力的性质的物理量．虽然E＝Fq0，但E与F和q0都无关，电场强度是由电场本身决定的量．E＝Fq0是从检验电场的角度上定义的场强，绝不能理解成E与F成正比，与q0成反比．2．两种场强公式的比较(1)E＝Fq0是电场强度的定义式，适用于任何情况．电场中某点的场强是确定的，其大小、方向只与建立电场的本身(或场源电荷)有关，而与放入的试探电荷无关．公式E＝Fq0只反映了场强E与电荷的电荷量q0，及其所受电场力F的数值关系．(2)E＝kQr2是点电荷所形成的电场的决定式．E由场源电荷Q和试探电荷到场源电荷的距离r决定，与是否放入试探电荷无关．即时应用(即时突破，小试牛刀)1．下列说法正确的是()A．电场强度反映了电场力的性质，因此场中某点的场强与检验电荷在该点所受的电场力成正比B．场中某点的场强等于Fq，但与检验电荷的受力大小及带电荷量无关C．场中某点的场强方向即检验电荷在该点的受力方向D．公式E＝Fq和E＝kQr2对于任何静电场都是适用的解析：选B.电场强度反映电场力的性质，只与电场本身有关，与引入电场中的检验电荷受力、所带电性及电荷量无关，场强的方向为正电荷在该点受力的方向．大小可以用E＝Fq计算，也可以由E＝kQr2计算，前者适用于任何电场，后者只适用于点电荷的电场．故选项B正确，选项A、C、D错误．二、对电场线的认识1．常见电荷电场线的分布图1－3－12．电场线的特点：(1)电场线是为了形象地描述电场而假想的、实际上不存在的线．(2)电场线是起源于正电荷(或无穷远处)，终止于负电荷(或无穷远处)的有源线，是不闭合的曲线．(3)电场线的疏密表示电场的强弱，某点的切线方向表示该点的场强的方向．它不表示电荷的运动轨迹．(4)在静电场中，电场线不中断，电场线也不会相交．(5)电场线不是带电粒子在电场中的运动轨迹．即时应用(即时突破，小试牛刀)2．电场中某区域的电场线分布如图1－3－2所示，A、B是电场中的两点，则()图1－3－2A．A点的电场强度较大B．因为B点没有电场线，所以电荷在B点不受到电场力的作用C．同一点电荷放在A点受到的电场力比放在B点时受到的电场力小D．正电荷放在A点由静止释放，电场线就是它的运动轨迹解析：选A.电场线密的地方场强大．由图知EAEB，故A对；没画电场线的地方场强不一定为零，故B错；由F＝qE知FAFB，所以C错；因图中的电场线是曲线，所以运动轨迹与电场线不重合．故选A.课堂互动讲练电场强度概念的应用在真空中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1－3－3所示，求：(1)q在M点受到的作用力．(2)M点的场强．(3)拿走q后M点的场强．(4)M、N两点的场强哪点大？例1(5)如果把Q换成－1.0×10－9C的点电荷，情况又如何？图1－3－3【精讲精析】(1)q在M点受到的电场力由库仑定律可得F＝kQqr2＝9.0×109×1.0×10－9×1.0×10－100.32N＝1.0×10－8N.(2)M点的场强E＝Fq＝1.0×10－81.0×10－10N/C＝100N/C，方向由M指向N.(3)拿走q后M点的场强不变，场强与试探电荷q无关．(4)由E＝kQr2可知，离场源电荷Q越远，E越小，由于rOMrON，所以EMEN.(5)若把Q换成－1.0×10－9C的点电荷，各处的场强大小不变，但方向与原来相反．【答案】见精讲精析【误区警示】本题易出现电场强度与检验电荷q有关的错误，认为拿去q后场强为零，将场强和受力相混淆．明确电场中某点的场强由电场本身决定，与该点所放电荷无关，可以利用E＝Fq来量度电场中某点的场强是解题的关键．电场线的应用例2某电场中的几条电场线以及带负电的点电荷q在A点受到的电场力方向如图1－3－4所示．图1－3－4(1)试在图中画出电场线的方向；(2)比较电场中A、B两点的场强EA、EB的大小；(3)在A、B两点分别放上等量异种电荷，试比较它们受到的力FA、FB的大小．【精讲精析】(1)负电荷的受力方向与该点的场强方向相反，电场线方向如图1－3－5所示．(2)电场线的疏密反映了场强的大小，故EAEB.(3)因A、B两点放的是等量电荷，由F＝Eq得FAFB.图1－3－5【答案】见精讲精析【方法总结】熟悉电场线描述电场的特点是解决此类问题的前提．场线的切线方向是场强方向，即为正电荷受力方向．如图1－3－6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，小球受水平向右的电场力偏转θ角而静止，小球用绝缘细线悬挂于O点，试求小球所在处的电场强度．图1－3－6例3电场中的力学问题【思路点拨】选研究对象→受力分析→平衡方程→利用E＝Fq【精讲精析】要求小球所在处的电场强度，可以采用电场强度的定义式，需要求出小球所受到的电场力，可以通过平衡条件求得电场力．分析小球受力如图1－3－7所示，由平衡条件得：图1－3－7F电＝mgtanθ，所以小球所在处的电场强度E＝F电q＝mgtanθq，小球带正电荷，因此电场强度方向水平向右．【答案】mgtanθq水平向右变式训练为了确定电场中P点场强大小，用细丝线悬挂一个带负电的小球去探测，当球在P点静止后，测出悬线与竖直方向夹角为37°，如图1－3－8所示，已知P点场强方向是水平方向，小球重力为4.0×10－3N，带电荷量为0.01C，则P点场强大小是多少？图1－3－8解析：对小球受力分析如图所示，根据平衡条件可知：F电＝mg·tan37°＝4.0×10－3×34N＝3.0×10－3NE＝F电q＝3.0×10－30.01N/C＝0.3N/C.答案：0.3N/C