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第二节电场第一章电场电流第一章电场电流1.通过实验认识电场，了解电场这种物质的存在特点．2.了解电场强度的概念，会根据电场强度描述电场．(重点＋难点)3．了解什么是电场线，会用电场线来描述电场的方向和强弱．(重点)一、电场1．电场和日常生活中的桌凳一样都是客观存在的物质，它们有何不同？提示：电场是电荷周围存在的一种特殊物质，近代物理学理论和实验已经证实电场和实物一样具有能量、质量和动量，是客观存在的物质形态．但电场和日常生活中的桌凳等物质不同并不是由分子、原子组成的，且两个场可以同时占有同一空间，场和实物是物质存在的两种不同形式．二、电场强度1．试探电荷(1)定义：用来检验______是否存在及其强弱分布情况的电荷，又称检验电荷．(2)特点：________非常小，放入后不致影响要研究的电场．体积充分小，便于研究电场中各点的情况．电场电荷量2．电场强度(1)物理意义：描述电场具有力的性质的物理量．(2)定义：放入电场中某点的电荷所受静电力F跟它的电荷量的比值，叫做该点的电场强度．(3)公式：E＝________．(4)国际单位：牛每库；符号：________．(5)方向：电场强度是矢量，不仅有大小，还有方向．电场强度的方向规定为________在电场中某点所受电场力的方向，与负电荷在该点所受电场力的方向______．F/qN/C正电荷相反三、电场线1．概念：在电场中画出一系列曲线，曲线上每一点的______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____电荷或无限远出发，终止于无限远或____电荷．(2)电场线在电场中不相交．(3)在同一幅电场分布图中电场越强的地方，电场线越____．切线正负密3．匀强电场(1)定义：电场强度的______和______都相同的电场，叫做匀强电场．(2)电场线特点：匀强电场中的电场线是__________的平行直线．(3)产生：平行正对的两金属板分别带有______的正负电荷后，在两板之间的电场(除边缘外)就是匀强电场．大小方向距离相等等量2．只给出一条电场线，能比较电场线上任意两点场强的大小吗？有同学观察正电荷的电场线分布时得出：沿着电场线的方向电场强度减小，结论对吗？提示：不能．这个结论不对，在负点电荷形成的电场中沿电场线，电场强度增大，在匀强电场中则不变．电场强度和电场线的疏密有关，和电场线的方向无关，只有一条电场线时没有疏密可分，也就无法确定场强的强弱．对电场强度的理解及应用电场力与电场强度的区别和联系电场力电场强度区别物理意义电荷在电场中所受的力反映电场的强弱决定因素由电场和电荷共同决定由电场本身决定大小F＝EqE＝F/q电场力电场强度区别方向正电荷所受电场力方向与E同向，负电荷所受电场力方向与E反向由电场本身决定，且与正电荷所受电场力方向相同单位NN/C联系F＝qE(普遍适用)电场中某点场强E的大小和方向取决于电场本身(即场源电荷及该点的空间位置)，与有无试探电荷、试探电荷的电性、电荷量的大小即所受的电场力无关．命题视角1对场强定义式的理解在电场中某一点放一试探电荷q，它受到的静电力为F，则该点的电场强度为E＝Fq，那么下列说法正确的是()A．若移去试探电荷，则该点的电场强度为0B．若该点放一电荷量为2q的试探电荷，则该点的电场强度为2EC．若该点放一电荷量为2q的试探电荷，则该点的电场强度为E2D．若该点放一电荷量为2q的试探电荷，则该点的电场强度为E[解析]电场强度是用试探电荷受力的方法定义的，公式E＝Fq中，虽然有试探电荷的电荷量q，但更换试探电荷时，F与q的比值不变，电场强度由电场本身决定．故选项D正确．[答案]D命题视角2对电场强度的计算场源电荷Q＝2×10－4C，是正点电荷；试探电荷q＝－2×10－5C，是负点电荷，它们相距r＝2m而静止，且都在真空中，如图所示．求：(1)q所受的电场力．(2)q所在的B点的场强EB.(3)只将q换为q′＝4×10－5C的正点电荷，再求q′受力及B点的场强．(4)将试探电荷拿去后再求B点场强．[思维流程]解答本题可参考以下思路：[解析](1)由库仑定律得F＝kQqr2＝9×109×2×10－4×2×10－522N＝9N.方向沿A与B的连线，且指向A.(2)电场强度的定义：E＝Fq＝kQr2，所以EB＝9×109×2×10－422N/C＝4.5×105N/C.方向沿A、B连线向右．(3)由库仑定律得F′＝kQq′r2＝9×109×2×10－4×4×10－522N＝18N，方向沿A、B连线向右．EB＝F′q′＝kQr2＝4.5×105N/C，方向沿A、B连线向右．(4)因E与q无关，q＝0也不会影响E的大小与方向，所以拿走q后场强不变．[答案]见解析1.电场中有一点P，下列说法正确的是()A．若放在P点电荷的电荷量减半，则P点的电场强度减半B．若P点没有试探电荷，则P点电场强度为零C．P点电场强度越大，则同一电荷在P点所受电场力越大D．P点的电场强度方向为试探电荷在该点受力方向解析：选C.为了知道电场中某点的电场强度，可以把一个试探电荷放入该点，其受到的电场力F与自身的电荷量q的比值Fq可反映该点电场强度的大小，但该点的电场强度由电场本身决定，与试探电荷的电荷量多少、电性无关，所以选项A、B错．由E＝Fq得F＝Eq，当q一定时，E越大，F越大，所以选项C正确．电场中某点的电场强度方向规定为正电荷在该点时受到的电场力方向，与负电荷在此点时受力的方向相反，选项D错．对电场线的理解与应用电场线与带电粒子在电场中的运动轨迹的比较电场线运动轨迹(1)电场线并不存在，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，即正电荷在该点产生加速度的方向(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，但加速度的方向与速度的方向不一定相同电场线运动轨迹电场线与带电粒子运动轨迹重合要同时满足以下三个条件：(1)电场线是直线(2)带电粒子只受静电力作用，或受其他力，但方向沿电场线所在直线(3)带电粒子初速度为零或初速度方向沿电场线所在的直线利用电场线可以确定带电粒子所受静电力的方向；利用轨迹也可以确定静电力的方向．当带电粒子在电场中做曲线运动时，静电力指向曲线的凹侧．命题视角1对电场线的理解在如图所示的静电场中，实线表示电场线，M、N是电场中的两点．下列说法正确的是()A．M点的电场强度比N点的大B．M点的电场强度比N点的小C．M、N两点的电场强度大小相等，方向相同D．M、N两点的电场强度大小相等，方向不同[答案]B命题视角2带电粒子在匀强电场中的应用如图所示，一带负电的粒子以初速度v进入范围足够大的匀强电场E中，初速度方向与电场方向平行，粒子不计重力．下列说法正确的是()A．粒子一直做匀加速直线运动B．粒子一直做匀减速直线运动C．粒子先做匀减速直线运动，再反向做匀加速直线运动D．粒子先做匀加速直线运动，再反向做匀减速直线运动[答案]C【通关练习】1．如图中能正确描述负点电荷电场线的是()解析：选B.正点电荷产生的电场的电场线似“光芒四射”，负点电荷产生的电场的电场线似“万箭穿心”，选项B正确．2.(多选)如图所示，实线是匀强电场的电场线，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹，a、b是轨迹上两点，若带电粒子在运动中只受电场力作用，则由此图可作出正确判断的是()A．带电粒子带负电荷B．带电粒子带正电荷C．带电粒子所受电场力的方向向左D．带电粒子做匀变速运动解析：选ACD.由运动轨迹的弯曲特点可知，带电粒子受水平向左的电场力作用，故粒子带负电，由于粒子在匀强电场中运动，则粒子受电场力是恒定的，粒子运动的加速度不变．电场力与力学的综合应用如图所示，一条长为L的绝缘细线，上端固定，下端系一质量为m的带电小球，将它置于电场强度为E、方向水平向右的匀强电场中，当小球平衡时，悬线与竖直方向的夹角α＝45°.求：(1)小球带何种电荷？电荷量为多少？(2)小球所受重力与电场力的合力；(3)若将小球向左拉至悬线呈水平位置，然后由静止释放小球，则放手后小球做什么运动？经多长时间达最低点？[审题指导]根据小球处于平衡状态判断出电性，然后求出电场力及其合力，最后根据合力求出小球的加速度，根据运动学规律判断运动性质并求解运动时间．[解析](1)由于小球处于平衡状态，对小球受力分析如图所示，由此可知小球带正电，设其电荷量为q，则FTsinα＝qE，①FTcosα＝mg，②由①②联立可得：FT＝2mg，q＝mgtanαE＝mgE.(2)重力和电场力的合力与FT等大反向，即与竖直方向成α＝45°斜向右下方，大小为F合＝2mg.(3)静止释放后，小球由静止开始沿与竖直方向成α＝45°斜向右下方做匀加速直线运动，当到达最低点时，它经过的位移为2L，此时细线刚好拉直，由匀变速直线运动规律x＝12at2，a＝F合/m＝2mg/m＝2g所以t＝2Lg.[答案](1)正电mgE(2)2mg右偏下45°(3)匀加速直线运动2Lg电场力与力学综合问题的处理和运用牛顿第二定律一样，也需要对物体进行受力分析，根据物体的运动状态，利用力学规律进行求解，而求解过程中要分析好物体的运动状态(是平衡状态还是具有加速度)，再选择合适的规律求解即可．2.如图所示，正电荷q1固定于半径为R的半圆光滑轨道的圆心处，将另一带正电、电荷量为q2、质量为m的小球，从轨道的A处无初速度释放，求：(1)小球运动到B点时的速度大小；(2)小球在B点时对轨道的压力．解析：(1)带电小球q2在半圆光滑轨道上运动时，库仑力不做功，故机械能守恒，则mgR＝12mv2B，解得vB＝2gR.(2)小球到达B点时，受到重力mg、库仑力F和支持力FN，由圆周运动公式和牛顿第二定律得FN－mg－kq1q2R2＝mv2BR，解得FN＝3mg＋kq1q2R2，根据牛顿第三定律，小球在B点时对轨道的压力为F′N＝FN＝3mg＋kq1q2R2，方向竖直向下．答案：(1)2gR(2)3mg＋kq1q2R2，方向竖直向下