1.3 电场及其描述 学案 (4)

1.3
电场及其描述
学案
学习目的：
1、知道电荷相互作用是通过电场发生的；
2、理解电场强度和电场线的概念。
3、用电场强度概念求点电荷产生电场的电场强度；
4、知道几种典型电场的电场线分布。
5、以电场线描述电场为例，渗透用场线描述矢量场的方法。
重点：电场强度的概念及其定义式
难点：对电场概念的理解、应用电场的叠加原理进行简单的计算
前置诊断：
本节重点讲述电场及描述电场性质的物理量――电场强度、电场的叠加原理、电场线及匀强电场。
1．英国物理学家、化学家
首先提出场的概念。他指出：电荷的周围存在
，带电体间的相互作用是通过它们各自产生的
传递的。电场是一种特殊形态的
，电场最基本的特征是
，这也是检验空间是否存在电场的依据之一。
2．为研究电场而放进电场的电荷称为
或
；产生电场的电荷称为
。电场强度是反映电场本身的力的性质的物理量。电场中某处的电场强度大小定义为放在该处的电荷受到的电场力跟该电荷的电量的
。电场强度的大小表示电场的
，电场强度的方向就是电场的
，且物理学中规定：电场中某点的电场强度的方向跟
电荷在该点所受的电场力的方向
。电场强度的单位是
或
。
3．E=F/q是电场强度的
，适用于
电场；
仅适用于真空中点电荷的电场。如果有几个点电荷同时存在，它们的电场就互相
，形成合电场。这时某点的场强等于各个点电荷
产生的电场强度的
。
4．为了直观的描述电场，英国物理学家　　　　提出了用电场线描述电场的方法。如果在电场中画出一些曲线，使曲线上每一点的　　方向都跟该点的　　方向一致，这样的曲线就叫做电场线。电场线从　
出发，终止于　
；任意两条电场线在电场中不　
　；电场线密集的地方电场强度　，电场线稀疏的地方电场强度　。
5．在电场的某一区域内，如果各点的场强　　　　　都相同，这个区域的电场就叫做匀强电场。匀强电场中的电场线是　
　分布的　　直线。
答案：1.法拉第
由它产生的电场
电场
物质
对场中其它电荷有力的作用
2.
试探电荷
检验电荷
源电荷
比值
强弱
方向
正
相同
N/C
V/m
3.定义
任何
叠加
单独在该点
矢量和4.
法拉第
切线
电场强度
正电荷或无穷远
无穷远或负电荷
相交
大
小
5.大小方向
均匀
间隔相等
专家说课：
库仑定律使我们学会如何计算真空中两个点电荷间相互作用力的大小，但是互不接触的电荷间为什么会有这种力的作用、这种力的作用又是通过什么发生的呢？本节课我们通过对场的学习来认识电荷间相互作用的物质――电场。
一．电场是客观存在一种物质，电场线是为了研究电场而引入的，电场线客观不存在。电场有强弱区分，为了描述电场的强弱引入电场强度，它是一个矢量，可以叠加。充分利用现有器材模拟电荷的电场线（教材图1.3-8）。要牢记以下4种常见的电场的电场线：
二．本节课标及解读。1．了解静电场，初步了解场是物质存在的形式之一（1）知道电荷间的相互作用是通过电场发生的；（2）场与实物是物质存在的两种不同形式。2．理解电场强度（1）体会用比值定义物理量的方法；（2）理解电场强度的定义式、单位、方向；（3）根据电场强度的定义式进行有关计算；（4）认识匀强电场，点电荷的电场，能推导点电荷的电场强度公式，并进行有关计算；（5）了解电场的叠加原理（电场的叠加只限于两个电场强度叠加的情形。3．会用电场线描述电场（1）知道电场线的定义和特点；（2）会用电场线描述电场强度的大小和方向；（3）经历用实验的方法模拟电场的过程，了解几种典型的电场线分布。
三．电场强度的理解是本节课的重点，本节课的难点是几种典型电场的电场线分布情况。本节教学易错点有6个：1、对电场的客观性理解不够，误认为E与F成正比，与q成反比；2、将点电荷的电场强度公式E=Kq/R2应用到其它电荷；3、电场强度的方向；4、电荷在电场中运动轨迹问题（认为沿着电场线或与电场线重合）；5、对几种典型电场的电场线分布情况不清；6、对“电场线是假想的，实际并不存在”的理解不够。本节教学疑点为：几种典型电场的电场线分布和电场强度。
四．教材中重视的问题有：1.对电场强度的理解及利用定义式进行相关计算（课本P14
1）；2．电场强度的矢量叠加问题（课本P15
7）这种训练为今后与力学知识综合运用，夯实基础；3．电场中电荷运动轨迹问题（课本P15
4）；4．利用电场线分布情况判断电场强弱（课本P
15
5）；5．力平衡问题。
课堂探究：
一．电场线是为了直观描述电场而假想出来的，比较难理解。因此做好模拟电场线的实验(P13演示实验)至关重要。通过电场线的教学，使学生感悟用虚拟的图线描述抽象的物理概念的做法，是科学研究中一种重要的思想方法。
二．电场强度的比值法定义的得出：如果把一个尺寸很小的电荷我用做试探电荷，它在电场中的某个位置受到的静电力是F1，另一个同样的点电荷在同一位置受到的静电力一定也是F1。现在把两个这样的电荷一同放在这里，它们总的电荷量是2q1，它们所受的合力很可能就是2F1。依此类推：三个……也就是说，试探电荷在电场中某点受到的力F很可能与试探电荷的电荷量q成正比
，即F
=
Eq，式中E是比例常数，实验表明，我们的推测是正确的。
案例精析：
【例1】在电场中某点放一检验电荷，其电量为q，检验电荷受到的电场力为F，则该点电场强度为E=F／q，那么下列说法正确的是(
)
A，若移去检验电荷q，该点的电场强度就变为零
B．若在该点放一个电量为2q的检验电荷，该点的电场强度就变为E／2
C．若在该点放一个电量为-2q的检验电荷，则该点场强的大小仍为E，但电场强度的方向变为原来相反的方向
D．若在该点放一个电量为－ｑ／2的检验电荷，则该点场强的大小仍为E，电场强度的方向也仍为原来的场强方向
解析：电场中某点的电场强度是由场源电荷决定，与检验电荷的有无、正负、电量的多少无关，故正确
答案为D．
答案：D
【例2】如图6-1-3所示，在真空中有两个点电荷Q1＝+3.0x10－８C和Q2＝－3.0x10－8C，它们相距0.1m，求电场中A点场强．A点与两个点电荷的距离r相等，
r=0.1m．
解析：真空中点电荷Q1和Q2的电场在A点的场强分别为E1和E2，它们大小相等，方向如图6-1-6，合场强E，场强E1，场强E2向上平移后的矢量，三者构成一正三角形，故E与Q1Q2平行，且E＝El＝E2＝ｋQ／r2
＝9.0x109x3.0x10－8/(0.1)2N/C
＝2.7x104N／C
【例3】图9－2－6中实线是一簇未标明方向的由点电荷
产生的电场线，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹，a、b是诡计上的两点。若带电粒子在运动中只受电场力作用，根据此图可作出正确判断的时（
）
A．带电粒子所带电荷的符号
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两点的动能何处较大
〖解析〗粒子的加速度大小看其所受电场力的大小，而电场力的大小由电场线的疏密决定。从电场线分布情况可设想电场是由轨迹左侧的“点电荷”产生的，从轨迹的偏向可得“点电荷”给带电离子吸引力，即a、b两点受力方向如图所示；若粒子从a向b运动从图中可得F与v的夹角大于90°角，电场力做负功、粒子动能减少，综上所述：BCD正确。
答案：BCD
三维达标：
1.关于元电荷的理解，下列说法正确的是(
BD
)
A．元电荷就是电子
B．元电荷是表示跟一个电子所带电荷量数值相等的电荷量
C．元电荷就是质子
D．物体所带电量只能是元电荷的整数倍
2．电场中有一点P，下列哪种说法是正确的
(　C
)
A．若放在P点电荷的电荷量减半，则P点的场强减半
B．若P点没有检验电荷，则P点场强为零
C．P点场强越大，则同一电荷在P点所受电场力越大
D．P点的场强为试探电荷在该点受力方向
3．把质量为m的正点电荷q ，在电场中从静止释放，在它运动过程中如果不计重力，下述正确的是(　CD)
A．点电荷运动轨迹必与电场线重合
B．点电荷的速度方向，必定和所在点的电场线的切线方向一致
C．点电荷的加速度方向，必定与所在点的电场线的切线方向一致
D．点电荷的受力方向，必与所在点的电场线的切线方向一致
4
．关于电场线,下述说法中正确的是（　C）
A．电场线是客观存在的
B．电场线与电荷运动的轨迹是一致的.
C．电场线上某点的切线方向与电荷在该点受力方向可以不同.
D．沿电场线方向,场强一定越来越大.
5.
两个相同的金属小球，带电荷量之比为1:7，相距为r，两者相互接触后再放回原来的位置上，则它们间的库仑力可能为原来的(
CD
)
A.
B.
C.
D.
6.
（2007宁夏18）两个质量相同的小球用不可伸长的细线连结，置于场强为E的匀强电场中，小球1和小球2均带正电，电量分别为q1和q2（q1＞q2）。将细线拉直并使之与电场方向平行，如图所示。若将两小球同时从静止状态释放，则释放后细线中的张力T为（不计重力及两小球间的库仑力）(
A
)
A．
B．
C．
D．
7.
(2007上海10)如图所示，用两根细线把A、B两小球悬挂在天花板上的同一点O，并用第三根细线连接A、B两小球，然后用某个力F作用在小球A上，使三根细线均处于直线状态，且OB细线恰好沿竖直方向，两小球均处于静止状态。则该力可能为图中的（
CD）
A．
F1
B．
F2
C．
F3
D．
F4
8.
如图9－2－12所示，一带点粒子从A运动到B，径迹如虚线所示，由此可见（
ACD
）
A．粒子带负电
B．粒子的加速度不断减小
C．粒子在A点时动能
D．B的场强比A的场强大
9.质量分别为m和4m的A、B两个点电荷，在光滑的绝缘水平面上，均从静止开始，在相互库仑力作用力下相向运动，当它们相距L时，A的加速度为a，经过一段时间后，B的加速度也为a，那么此时刻这两个点电荷间距离是____________。
答案：L/2
10.
如图1-3-1，A为带正电荷Q的金属板，沿金属板的垂直平分线在距离板r处放一质量为m、电量为q的小球，小球受水平向右的电场力作用而偏转θ角后静止。设小球是用绝缘丝线悬挂于O点，求小球所在处的电场强度。
解析
分析小球的受力，由平衡条件得F电＝mgtanθ
由电场强度的定义式得：小球所在处的电场强度E=F/q=
mgtanθ/q.
由于小球带正电，所以小球所在处的电场强度方向水平向右。
11.
沿水平方向的场强为E=8．66×103v/m的足够大的匀强电场中，用绝缘细线系一个质量m=6.0g的带电小球，线的另一端固定于O点，平衡时悬线与竖直方向成α角，α=30°，如图9－2－15所示，求:
（1）小球所带的电量；
（2）剪断细线小球怎样运动，加速度多大？（g取10m/s2）
答案：
4.0×10-6c，匀加速直线运动，11.5m/s2
12.
A、B是带有等量的同种电荷的两个小球，它们的质量都是m，它们的悬线长都是l，悬线上端都固定在同一点O，B球悬线竖直，而且B球被固定不能移动，A球在力的作用下偏离B球为x的地方静止平衡；现在保持其它条件不变，用改变A球质量的方法，要使A球在距B为处平衡，求A球的质量应是原质量的多少？
答案：8倍
等量异种点电荷的电场
等量同种点电荷的电场
孤立点电荷周围的电场
图6-1-3
图6-1-6
图6-1-5
图9－2－6
图9－2－12
θ
r
m
q
Q
图1-3-1
A
图9－2－15