(共16张PPT)
1.电场
(1)电场是存在于电荷周围的一种特殊物质。
(2)电场的特点:电场是看不见、摸不到的,但电场客观存在于电荷周围,这就是电场的物质性。
(3)性质:电场对放入其中的电荷有力的作用,电荷之间通过电场产生相互作用。
(4)静电场:静止电荷产生的电场叫静电场。
2.电场力:电场对处在其中的电荷有力的作用,这种力叫做电场力。
第3节 电场与电场强度
知识 清单破
知识点 1 电场及电场力
1.试探电荷
(1)试探电荷所带的电荷量应足够小,以免它的引入影响将要研究的电场。
(2)试探电荷的大小必须足够小,可以视为点电荷。
2.电场强度
(1)定义:放入电场中某点的试探电荷受到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,与负电荷在该点所受电场力的方向相反。
(4)单位:牛顿每库仑(符号:N/C)
(5)物理意义:描述电场的力的性质的物理量,反映了电场的强弱。
知识点 2 电场强度
1.电场线
电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线,曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方
向,如图所示。
2.电场线的特点
(1)电场线是为了形象地描述电场而假想的线,实际并不存在。
(2)电场线在电场中没有交点。
(3)在同一电场里,电场线越密集的地方场强越大,电场线越稀疏的地方场强越小,因此可以用
知识点 3 电场线
电场线的疏密表示电场强度的相对大小。如图所示,在同一电场中,由于A点所在处的电场线
比B点所在处的电场线密集, 可知EA>EB。
(4)电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向。
(5)电场线从正电荷或无限远处出发,终止于无限远处或负电荷,不是闭合曲线。
1.电场强度的方向就是放在该处的试探电荷所受电场力的方向。 ( )
2.两个异种电荷间的电场线是从负电荷指向正电荷。 ( )
3.根据电场强度的定义式E= ,只有试探电荷q存在时,电场才存在。 ( )
4.由于两条电场线之间无电场线,故无电场。 ( )
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ” 。
电场是由场源电荷产生的,与试探电荷的存在与否没有关系。
提示
电场线是为了形象描述电场,人为画出的一些线,在电场中任何区域均可画电场线。
提示
讲解分析
1.试探电荷与场源电荷的比较
疑难 情境破
疑难1 对电场强度的理解
名称 试探电荷 场源电荷
定义 用来检验电场是否存在及其
强弱分布情况的电荷 产生电场的电荷
要求 电荷量和尺寸必须足够小,放
入电场后,不影响原电场 无要求,可大可小
2.电场强度的两个性质
(1)矢量性:电场强度不仅有大小,并且有方向,是矢量。电场中某点的电场强度方向规定为跟
正电荷在该点所受的静电力的方向相同。
(2)唯一性:电场中某点的电场强度是唯一的,是由电场本身的性质即形成电场的场源电荷与
空间位置决定的。电场中某点的电场强度,既与该点试探电荷的电荷量q无关,又与该点试探
电荷受力无关。即使无试探电荷存在,该点的电场强度依然是原有的值。
3.正确理解E=
(1)公式E= 是电场强度的定义式,该式给出了测量电场中某一点电场强度的方法,应当注意,
电场中某一点的电场强度与是否测量及如何测量无关。
(2)公式E= 仅定义了电场强度的大小,其方向需另外规定。物理学上规定电场强度的方向
是放在该处的正电荷所受电场力的方向。
(3)公式E= 不仅告诉了我们E与F、q的量值关系,还告诉了我们单位关系,若力F单位取“牛
顿(N)”,电荷量q单位取“库仑(C)”,则电场强度的单位为牛顿每库仑(N/C)。
4.电场强度与电场力的比较
电场强度E 电场力F
区别 物理意义 反映电场本身的力的性质 指电荷在电场中所受的力
决定因素 在电场中某一点,E是一个恒量,用E= 来量度,它决定于电场本身,与试探电荷的存在与否无关 力的大小决定于放在电场中的电荷的电荷量大小以及电场中这一点的电场强度的大小
方 向 与正电荷所受电场力的方向相同,与负电荷所受电场力的方向相反 正电荷所受电场力的方向与场强方向相同,负电荷所受电场力的方向与场强方向相反
单位 牛顿每库仑 牛顿
联系 F=Eq 讲解分析
1.电场线的应用
(1)判断电场强度的方向
电场线上任意一点的切线方向即该点电场强度的方向。
(2)判断电场力的方向
正电荷的受力方向与电场线在该点切线的方向相同,负电荷的受力方向与电场线在该点切线
的方向相反。
(3)判断电场强度的大小(定性)——电场线密处电场强度大,电场线疏处电场强度小,进而可
判断电荷受力大小和加速度的大小。
疑难2 对电场线的理解
(1)点电荷的电场线呈辐射状,正电荷的电场线向外至无限远,负电荷则相反。
(2)以点电荷为球心的球面上,电场线疏密相同,但方向不同,说明电场强度大小相等,但方向不
同。
(3)同一条电场线上,电场强度方向相同,但大小不等。实际上,点电荷形成的电场中,任意两点的电场强度都不同。
2.点电荷的电场线
3.等量异种点电荷与等量同种点电荷的电场线
等量异种 点电荷 等量同种(正)点电荷
电场线 分布图
连线上的 电场强度 大小 连线中点最小,从中点沿连线
向两边逐渐变大 连线中点为零,从中点沿连线
向两边逐渐变大
中垂线上的电场强度大小 连线中点最大,从中点沿中垂
线向两边逐渐变小 连线中点为零,从中点沿中垂
线向两边先变大后变小
关于连线中点对称的两点的 电场强度 等大同向 等大反向
典例 (多选)如图所示,图中实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线【1】,虚线是某带
电粒子通过该电场区域时的运动轨迹【2】,a、b是轨迹上的两点,若带电粒子在运动过程中只
受静电力作用,根据此图可做出的正确判断是 ( )
A.带电粒子所带电荷的正、负
B.带电粒子在a、b两点的受力方向
C.带电粒子在a、b两点的加速度何处较大
D.带电粒子在a、b两点的速度何处较大
BCD
信息提取 【1】根据未标明方向的由点电荷产生的电场线分布,可知场源电荷在左侧,电性
未知。
【2】运动轨迹向左弯曲,可知带电粒子受库仑引力,电性与场源电荷相反。
思路分析 先根据电场线分布图,利用电场线的疏密程度判断电场强度的大小【3】,然后根据
物体做曲线运动的轨迹和受力的关系——做曲线运动的物体所受合力指向曲线的凹侧【4】分
析判断受力方向。
解析 根据轨迹弯曲方向只能判断出静电力方向向左(由【2】【4】得到),由于不知电场线
方向,故无法判断带电粒子电性(由【1】【2】得到),A错误,B正确;根据电场线疏密知Ea>Eb
(由【3】得到),Fa>Fb,带电粒子在a点的加速度大于在b点的加速度,C正确;若粒子从a到b运
动,静电力和位移夹角大于90°,静电力做负功,动能减小,若粒子从b到a运动,静电力和位移夹
角小于90°,静电力做正功,动能增大,均可得出粒子在a点的速度较大,D正确。第1章 静电力与电场强度
第3节 电场与电场强度
基础过关练
题组一 对电场及电场强度的理解
1.(多选)下列关于电场的说法正确的是 ( )
A.电场不是客观存在的物质,是为了研究静电力而假想出来的
B.两电荷之间的相互作用与距离无关
C.电场是客观存在的物质,但不是由分子、原子等实物粒子组成的
D.电场的基本性质是对放入其中的电荷产生力的作用
2.由电场强度的定义式E=可知,在电场中的同一点 ( )
A.电场强度E跟F成正比,跟q成反比
B.无论放入的试探电荷所带的电荷量如何变化,始终不变
C.电场中某点的场强为零,放入该点的电荷受到的静电力不一定为零
D.试探电荷在该点受到的静电力的方向就是该点的电场强度方向
3.在电场中某点放一电荷量为-2.4×10-7 C的负电荷,该电荷受到的电场力为4.8×10-5 N,方向水平向东,则该点的电场强度大小和方向分别为 ( )
A.2×102 N/C 水平向东
B.2×10-2 N/C 水平向东
C.2×102 N/C 水平向西
D.2×10-2 N/C 水平向西
4.真空中有一电场,在电场中P点放一电荷量为4×10-9 C的正试探电荷,它受到的电场力大小为2×10-5 N。求:
(1)P点的电场强度的大小;
(2)若把试探电荷取走,P点的电场强度的大小;
(3)若在P点放一个电荷量为4×10-9 C的负电荷,其受到的电场力的大小。
题组二 对电场线的理解及应用
5.(多选)关于电场线的特征,下列说法中正确的是 ( )
A.如果某空间中的电场线是曲线,那么在同一条电场线上各处的场强不相同
B.如果某空间中的电场线是直线,那么在同一条电场线上各处的电场强度相同
C.如果空间中只存在一个孤立的点电荷,那么这个空间中的任意两条电场线都不相交;如果空间中存在两个以上的点电荷,那么这个空间中有许多电场线相交
D.电场中任意两条电场线都不相交
6.如图所示,带箭头的直线是一个正点电荷电场中的一条电场线,电场线上有A、B两点,用EA、EB分别表示两处的电场强度大小,则 ( )
A.EA>EB B.EAC.EA=EB D.无法确定
7.两个静止的带电粒子A、B在电场中受到的电场力方向如图所示,下列判断正确的是 ( )
A.A、B都带正电
B.A、B都带负电
C.A所在处的电场强度比B所在处的小
D.A所在处的电场强度比B所在处的大
8.如图所示是几种典型的电场线分布示意图,其中正确的是 ( )
9.如图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.EA=EB,A、B两点电场方向相同
B.EAC.EA>EB,A、B两点电场方向不同
D.EA10.如图所示为真空中两点电荷A、B形成的电场中的一簇电场线,已知该电场线关于虚线对称,O点为A、B电荷连线的中点,a、b为其连线中垂线上对称的两点,则下列说法正确的是 ( )
A.A、B可能带等量异种电荷
B.A、B可能带不等量的正电荷
C.a、b两点处无电场线,故其电场强度可能为零
D.同一试探电荷在a、b两点处所受电场力大小相等,方向一定相反
题组三 电场线与带电粒子的运动轨迹
11.将一电子从电场中A点由静止释放,沿电场线运动到B点,它运动的v-t图像如图,不考虑电子重力的影响,则A、B两点所在区域的电场线分布情况可能是下列选项中的 ( )
12.某电场的电场线分布如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.c点的电场强度大于b点的电场强度
B.若将一正电荷由a点静止释放,它将沿电场线运动到b点
C.b点的电场强度大于d点的电场强度
D.a点和b点的电场强度的方向相同
能力提升练
题组一 对电场、电场强度、电场线的理解与应用
1.电场中某区域的电场线分布如图1所示。a、b是电场中的两点,分别用Ea、Eb表示a、b两点电场强度的大小,用Fa、Fb表示点电荷q分别处于a、b两点时受到电场力的大小。图2则是放在电场中a、b处试探电荷所受电场力的大小与其电荷量间的函数关系图像,下列判断中正确的是 ( )
A.Ea、Fa都和q成正比
B.a点的电场强度比b点的大
C.图2中P图线与位于b点的试探电荷相对应
D.若在b点放置负电荷,则b点的电场强度方向从b指向a
2.(多选)如图所示,两个带等量正电荷的小球A、B(可视为点电荷),被固定在光滑绝缘的水平面上。P、N是小球A、B的连线的中垂线上两点,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,关于小球C的速度图像,可能正确的是 ( )
3.如图所示,一电子在电场力和外力F作用下沿等量异种点电荷的中垂线由A→O→B匀速飞过,电子重力不计,则电子所受外力F的大小和方向变化情况是 ( )
A.先变大后变小,方向水平向左
B.先变大后变小,方向水平向右
C.先变小后变大,方向水平向左
D.先变小后变大,方向水平向右
题组二 电场线与带电粒子的运动轨迹
4.图中实线为真空中某一点电荷形成的电场线,一电子的运动轨迹如图中虚线所示,其中a、b是轨迹上的两点。若电子在两点间运动的速度不断增大,则下列判断中正确的是 ( )
A.形成电场的点电荷电性为正
B.电子可能是从a点运动到b点
C.电子在两点间运动的加速度一定减小
D.调整电子初速度的大小和方向,电子可能做匀速圆周运动
5.某静电场的电场线如图中实线所示,虚线是某个带电粒子在仅受电场力作用下的运动轨迹,下列说法正确的是 ( )
A.粒子一定带负电荷
B.粒子在M点的加速度小于它在N点的加速度
C.粒子在M点的动能大于它在N点的动能
D.粒子一定从M点运动到N点
答案与分层梯度式解析
第1章 静电力与电场强度
第3节 电场与电场强度
基础过关练
1.CD 2.B 3.C 5.AD 6.A 7.D
8.C 9.D 10.D 11.A 12.C
1.CD 电场是客观存在的物质,A错误,C正确;电场的基本性质是对放入其中的电荷产生力的作用,电荷间的相互作用与距离有关,B错误,D正确。
2.B 电场中某点电场强度,与形成电场的场源电荷和空间位置有关,与试探电荷无关,其方向是正电荷在该点的受力方向,故B正确,A、D错误;由F=Eq可知,F和E、q成正比,C错误。
3.C 该点的电场强度大小E==2×102 N/C,方向与负电荷受力方向相反,即水平向西。故选C。
4.答案 (1)5×103 N/C (2)5×103 N/C (3)2×10-5 N
解析 (1)P点的电场强度大小为
E===5×103 N/C。
(2)某点处的场强与试探电荷无关,故把试探电荷取走,P点的电场强度大小仍为5×103 N/C
(3)在P点放一个电荷量为4×10-9 C的负电荷,其受到的电场力大小为F'=Eq'=5×103×4×10-9 N=2×10-5 N
5.AD 根据电场线的特点可判断A、D正确。
6.A 根据正点电荷的电场线的分布规律,电场线由场源电荷指向无穷远,可知A点更靠近点电荷,EA>EB,故选A。
7.D 根据正电荷在电场中所受电场力与电场强度方向相同,负电荷在电场中所受电场力与电场强度方向相反,可知A带负电,B带正电,故A、B错误;根据电场线的疏密程度可知A所在处的电场强度比B所在处的大,故D正确,C错误。
8.C 电场线从正电荷或无穷远处出发,到负电荷或无穷远终止,故只有C正确。
9.D 电场线的疏密表示电场强度的大小,由题图可知,EA10.D 根据题图中的电场线分布可知,A、B带等量的正电荷,选项A、B错误;a、b两点处虽然没有画电场线,但其电场强度一定不为零,选项C错误;由题图可知,a、b两点处电场强度大小相等,方向相反,同一试探电荷在a、b两点处所受电场力一定大小相等,方向相反,选项D正确。
11.A v-t图像中,图线切线的斜率表示加速度,由图像可知,图线斜率为正且逐渐减小,则电子的加速度沿运动方向,且逐渐减小,电子做加速度减小的加速运动,根据牛顿第二定律有eE=ma,可知电场强度越来越小,电场线越来越稀疏,电子所受电场力方向与电场方向相反,电场方向由B指向A。故选A。
12.C 电场线的疏密可以表示电场强度的大小,由题图可知EcEd,故选项C正确,选项A错误;由于电场线是曲线,由a点静止释放的正电荷不可能沿电场线运动,故选项B错误;电场线上某点的切线方向为该点电场强度的方向,a点和b点处的电场强度不在同一方向上,故选项D错误。
能力提升练
1.C 2.AB 3.B 4.C 5.B
1.C 某点电场强度决定于电场本身,而与检验电荷无关,A错误;电场线的疏密表示电场强度的大小,由此可知a点的电场强度比b点的小,B错误;图2中F-q图线的斜率表示电场强度的大小,图2中P图线与位于b点的试探电荷相对应,C正确;电场中某点的电场强度大小和方向由电场本身决定,与检验电荷的存在与否无关,因此若在b点放置负电荷,b点的电场强度方向不变,仍是从a指向b,D错误。故选C。
2.AB 由等量正点电荷周围的电场线分布可知,O点场强为零,从O点沿着A、B连线的中垂线向无穷远处,场强先增大后减小,小球C沿A、B连线的中垂线由P点向N点运动,PO段电场力做正功,速度增加,ON段电场力做负功,速度减小,O点速度最大。如果从P点到O点场强一直变小,则加速度一直变小,如果从P点到O点场强先变大后变小,则加速度先变大后变小,故选A、B。
3.B 等量异种点电荷的电场线分布如图(a)所示,由图中电场线的分布可以看出,从A到O,电场线由疏到密,从O到B,电场线由密到疏,所以从A→O→B,电场强度先变大再变小,而电场强度方向始终水平向右,如图(b)所示。由于电子处于平衡状态,所受合外力必为零,故外力F应与电子所受电场力大小相等,方向相反,电子受到的电场力与场强方向相反,即水平向左,电子从A→O→B过程中,电场力先变大再变小,故外力F的方向应水平向右,其大小应先变大后变小,选项B正确。
4.C 电子受力方向指向轨迹凹侧,可知形成电场的点电荷电性为负,A错误;由于电子在两点间运动的速度不断增大,因此一定是从b点向a点运动,B错误;从b到a,电场强度逐渐减小,根据牛顿第二定律,可知电子加速度逐渐减小,C正确;由于场源电荷与电子相互排斥,因此电子不可能做匀速圆周运动,D错误。
5.B 根据运动轨迹可知,粒子所受的电场力指向右上方,则粒子一定带正电荷,选项A错误;因为M点处电场线较N点处稀疏,则M点场强较小,粒子在M点的加速度小于它在N点的加速度,选项B正确;从M点到N点,电场力做正功,动能增大,则粒子在M点的动能小于它在N点的动能,选项C错误;由运动轨迹不能确定粒子一定是从M点运动到N点,选项D错误。
方法技巧 (1)确定电场方向:根据电场强度的方向为电场线的切线方向来确定;
(2)确定带电粒子的受力方向:正电荷所受电场力方向与电场方向相同,负电荷所受电场力方向与电场方向相反;
(3)确定带电粒子的运动轨迹:带电粒子的运动轨迹向受力方向弯曲。
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