2017-2018学年高一物理沪科版选修1-1教师用书：第1章 1.3 物质的又一种形态

1．3　物质的又一种形态
1．(3分)在绝缘光滑水平面上，相隔一定距离有两个带同种电荷的小球，同时由静止释放，则两小球的加速度和速度大小随时间变化的情况是(　　)
A．速度变大，加速度变大
B．速度变小，加速度变小
C．速度变大，加速度变小
D．速度变小，加速度变大
【解析】　根据库仑定律知，同种电荷的小球由静止释放后，由于互相排斥，两球间的距离增大，排斥力减小，根据牛顿第二定律知加速度减小，但两球运动方向与排斥力同向，应做加速运动，故选项C正确，A、B、D错误．【答案】　C
2．(3分)如图1 3 1所示，A、B两点分别固定着电荷量为＋Q和－Q的点电荷，A、B、C、D四点在同一直线上，且AC＝CD＝DB.现将一带正电的电荷从C点沿直线移到D点，则库仑力对试探电荷(　　)
图1 3 1
A．一直做正功　　　　　
B．一直做负功
C．先做正功再做负功
D．先做负功再做正功
【解析】　由于A带正电，B带负电，正电荷从C运动到D的过程中受力始终向右，所以库仑力一直对电荷做正功，故A正确．
【答案】　A
3．(4分)(多选)要使真空中的两个点电荷间的库仑力增大到原来的4倍，下列方法可行的是(　　)
A．每个点电荷的带电荷量都增大到原来的2倍，点电荷间的距离不变
B．保持点电荷的带电荷量不变，使两个点电荷间的距离增大到原来的2倍
C．使一个点电荷的带电荷量加1倍，另一个点电荷带电荷量保持不变，同时使两点电荷间的距离减小为原来的
D．保持点电荷的带电荷量不变，将两点电荷间的距离减小为原来的
【解析】　据库仑定律F＝k知FA＝＝4F，A项正确；FB＝＝，B项错误；FC＝＝8F；C项错误．FD＝＝4F，D项正确．
【答案】　AD
课标导思
1.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.
2.理解电场强度的概念，会用电场强度描述电场的强弱和方向，并会利用E＝F/q进行有关计算．(重点)3.认识电场线，会用电场线来定性描述电场的强弱和方向．(难点)4.理解匀强电场.
一、什么是电场
1．电场的产生：电荷周围存在着一种物质，叫做电场．电荷之间是通过电场发生相互作用的．
2．性质：电场的基本性质是对放入场中的电荷有力的作用．
3．电场力：电场对电荷的作用力叫做电场力．
4．物质性：电场和磁场一样，都是物质的一种形态．
二、电场的形象化描述
1．电场线：在电场中画出一条条曲线，并规定电场线从正电荷出发，终止于负电荷；电场线上某点的切线方向表示正电荷在该点的受力方向；电场线的疏密程度表示电场的强弱．
2．意义：为了形象地描述电场而人为引入的．
三、电场的定量表示
1．电场强度
(1)定义：放入电场中某点的电荷所受电场力F跟它的电荷量q的比值叫做该点的电场强度，简称场强．
(2)定义式：E＝.
(3)单位：在国际单位制中其单位是N/C，也可写成V/m.
(4)方向：电场强度是矢量，人们规定电场强度的方向跟放在该点的正电荷所受电场力方向相同．
2．匀强电场
(1)定义：如果空间某个区域内电场强度的大小和方向处处相同，这个区域内的电场叫做匀强电场．
(2)电场线特点：匀强电场的电场线可以用一组等间距的平行直线来表示．
根据电场强度的定义及库仑定律推导点电荷周围电场强度的计算公式．
提示：设距点电荷Q为r处，场强为E，在r处放一电荷q，q受到Q的电场给它的力，且F＝，所以E＝＝，即距点电荷Q为r处，电场强度E＝.
一、对电场强度的理解
电场强度是描述电场的力的性质的物理量．
1．E＝是电场强度的定义式，适用于任何情况．虽然E＝，但E与F和q都无关，电场强度是由电场本身决定的量．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．
2．E＝k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决定，与是否放入试探电荷无关．
【特别提醒】　电场强度是矢量，当空间的电场是由几个电荷共同产生时，某点的场强应是每个点电荷单独存在时在该点场强的矢量和.
二、对电场线的理解
1．电场线是为了形象地描述电场而假想的，实际并不存在，因此电场线是一种理想化的模型．
2．电场线始于正电荷，止于负电荷．在正电荷形成的电场中，电场线起于正电荷，延伸到无穷远处；在负电荷形成的电场中，电场线起于无穷远处，止于负电荷．
3．电场线分布的疏密反映了电场的强弱．表示场强的大小．相对而言，电场线越密的区域，电场强度就越大．
4．电场线上任意一点的切线方向与该点场强方向一致．
5．电场线在电场中不相交，不中断．
【深化探究】　电场线是电荷的运动轨迹吗？
提示：电场线是为了形象地描述电场而引入的假想线，规定电场线上每点的场强方向沿该点的切线方向，也就是正电荷在该点受电场力产生的加速度的方向 负电荷受力方向相反 .运动轨迹是带电粒子在电场中实际通过的轨迹，径迹上每点的切线方向为带电粒子在该点的速度方向.结合力学知识我们知道.只有当电场线是直线，而带电粒子又只受电场力作用由静止开始或初速度沿电场线方向运动时轨迹才有可能与电场线重合.
6．几种常见电场的电场线分布及特点.
电场
电场线图样
简要描述
电场特点
正点电荷
发散状直线
离点电荷近处电场强度大，方向背离正点电荷
负点电荷
会聚状直线
离点电荷近处电场强度大，方向指向负点电荷
等量同种电荷
相斥状曲线
两点电荷连线上：中点场强最小(为零)，靠近电荷变大；两点电荷连线的中垂线：中点场强最小(为零)，向外移动先变大后变小
等量异种电荷
相吸状曲线
两点电荷连线上：中点场强最小，靠近电荷变大两点电荷连线的中垂线：中点场强最大，向外移动逐渐变小
匀强电场
(二平行板正对，中间部分为匀强电场)平行的、等间距的、同向的直线
大小相等，方向相同
点电荷与带电极板
上部为发散状曲线下部为相吸状曲线
离点电荷越远场强越小
【特别提醒】　没有画出电场线的地方不一定没有电场.只有在同一幅电场线图中，才能根据电场线的疏密比较电场的强弱.
一、电场强度的计算
　在真空中O点放一个点电荷Q＝＋1.0×10－9
C，直线MN通过O点，OM的距离r＝30
cm，M点放一个试探点电荷q＝－1.0×10－10
C，如图1 3 2所示，求：
图1 3 2
(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？
(5)如果把Q换成－1.0×10－9
C的点电荷，情况又如何？
【导析】　电场中某点的场强由电场本身决定，与该点所放电荷无关，但是可以利用E＝来量度电场中某点的场强．
【解析】　(1)q在M点受到的电场力由库仑定律可得F＝k＝9.0×109×
N
＝1.0×10－8
N
(2)M点的场强
E＝＝
N/C＝100
N/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＝k可知，离场源电荷Q越远，E越小，由于rOMEN，
(5)若把Q换成－1.0×10－9
C的点电荷，各处的场强大小不变，但方向与原来相反．
【答案】　见解析
E＝的应用
此题重点考查了对电场强度概念的理解，试探电荷q只是用来量度电场中某点场强大小的，电场中某点的场强由电场本身性质决定，与试探电荷无关．
1．空间存在电场，在电场中的A点放入电荷量为2×10－9
C的正电荷，电荷受到方向向右、大小为4×10－4
N的电场力，A点的电场强度大小为多少，方向向哪？
【解析】　根据E＝，代入数据可求A点的电场强度，大小为E＝
N/C＝2×105
N/C，方向为正电荷受力方向，向右．
【答案】　2×105
N/C　方向向右
二、电场线的应用
　如图1 3 3所示为静电场的一部分电场线的分布，下列说法正确的是(　　)
图1 3 3
A．这个电场可能是负点电荷形成的B．C点处的场强为零，因为那里没有电场线
C．点电荷q在A点受到的电场力比在B点受到的电场力大
D．负电荷在B点时受到的电场力的方向沿B点切线方向
【导析】　(1)由电场线的疏密程度可以判断电场强度的大小．
(2)电场强度的方向沿电场线在该点的切线方向．
(3)电荷所受电场力的方向与电荷的电性有关．
【解析】　负电荷的电场线是指向负电荷的直线，故A错误；电场线只是形象地描述电场，没有电场线的地方，场强不一定为零，故B错误；电场线的疏密表示电场的强弱，因EA>EB，F＝qE，所以FA>FB，故C正确；负电荷在B点所受电场力的方向与B点的切线方向相反，故D错误．
【答案】　C
对电场线的理解
分析这类题目时，要理解电场线的特点，并能应用其特点根据实际情况分析判断．
2．如图1 3 4所示为两个带电量相等的点电荷周围的电场线分布(电场线方向未标出)，则(　　)
图1 3 4
A．A只能带正电
B．A只能带负电
C．若A带正电，则B肯定是带负电的
D．若A带正电，则B肯定是带正电的
【解析】　图示的电场线为两个带等量异种电荷的点电荷形成电场的电场线分布，由电场的分布可以判断C正确、D错误；但没有标注电场线的方向，所以不能判断A、B的电性，A、B错误．
【答案】　C
1．有关对电场强度的理解，下述正确的是(　　)
A．由E＝可知，电场强度E跟放入电荷q所受的电场力成正比
B．当电场中存在试探电荷时，电荷周围才出现电场这种特殊的物质，才存在电场强度
C．由E＝kQ/r2可知，在离点电荷很近，r接近于零时，电场强度达无穷大
D．电场强度是反映电场本身特性的物理量，与是否存在试探电荷无关【解析】　电场对处于其中的电荷有电场力的作用是电场的基本性质，我们为了反映电场具有这一力的性质，引入了物理量电场强度E，E反映了电荷周围存在的特殊物质——电场本身的特性，试探电荷的引入仅仅是用来检验这一特性，因此与试探电荷是否存在无关，物理学中的点电荷是一种理想化的模型，对实际的带电体在满足它本身的线度远小于问题中所涉及的空间距离时，都可看成是点电荷，但当r→0时，则不能把电荷看成是点电荷了，即E＝kQ/r2，在r→0时已不适用，由上述可知只有D选项正确．
【答案】　D
2．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＝，那么下列说法正确的是(　　)
A．若移去试探电荷，该点电场强度为0
B．若该点放一电荷量为2q的试探电荷，则该点的电场强度为2E
C．若该点放一电荷量为2q的试探电荷，则该点的电场强度为
D．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】　电场强度是根据试探电荷受力情况用比值的方法定义的，公式E＝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．
【答案】　D
3．A、B为带电荷量分别为＋Q和－Q的两个等量异种点电荷，c、d为A、B连线上的两点，且Ac＝Bd，如图1 3 5所示，关于c、d两点间电场强度的情况是(　　)
图1 3 5
A．由c到d电场强度由大变小
B．由c到d电场强度由小变大
C．由c到d电场强度不变
D．由c到d电场强度先变小后变大
【解析】　c、d两点处于A、B两异种点电荷所形成的叠加场，各点场强可由EA＋EB表示，但计算起来较为繁杂，可借助电场线来描绘．如图所示，从电场线分布看，从c→d过程中电场线密→疏→密，因此电场强度先变小后变大．
【答案】　D
4．如图所示的各电场中，A、B两点电场强度相等的是(　　)
【解析】　电场强度相等是指大小相等，方向相同．A选项中A、B两点场强大小相等，方向不同；B选项中A、B两点场强大小不相等，但方向相同；C选项中两平行金属板间电场是匀强电场，故大小、方向相同；D选项中，A、B两点场强的大小不同，方向相同．
【答案】　C
5．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 6所示，已知P点场强方向是水平方向，小球重力为4.0×10－3
N，带电荷量为0.01
C，则P点场强大小是多少？
图1 3 6
【解析】　对小球受力分析如图所示，根据平衡条件可知：
F电＝mg·tan
37°＝4.0×10－3×
N＝3.0×10－3
N
E＝＝＝0.3
N/C.
【答案】　0.3
N/C