沪教版高中物理选修3-1课件 2.1探究电场的力的性质53张PPT

(共53张PPT)
探究电场的力的性质

















1.电场是电荷周围存在的一种特殊物质,看不见、摸不着,怎样确定电荷周围是否存在电场呢?
提示:电场最基本的性质是对放入其中的电荷产生力的作用,因此可以利用试探电荷来检验电场是否存在.
2.和同学交流能够作为试探电荷的条件是什么？
提示：能够作为试探电荷的条件：电荷量q要尽量小，使之产生的电场远远小于场源电荷Q的电场，即q产生的电场可忽略不计；体积要尽量小，小到一个点，可视为点电荷.
3.假设某同学用一些试探电荷试探电场中P点得到如下数据，请分析数据，说出结论.


提示：(1)不同的试探电荷在电场中的同一位置受力不同.
(2)在电场中同一位置，试探电荷所受电场力与电荷量的比值是一常量.
【典例1】电场中有一点P，下列哪些说法是正确的
( )
A.若放在P点的试探电荷的电荷量减半，则P点的场强减半
B.若P点没有试探电荷，则P点的场强为零
C.P点的场强越大，则同一电荷在P点受到的电场力越大
D.P点的场强方向为试探电荷在该点的受力方向
【思路点拨】(1)电场中某点的电场强度是电场本身的
性质，与试探电荷无关.
(2)电场中某点的电场强度E的大小可用定义式E= 来
判断.
(3)电场中某点电场强度的方向规定为正电荷在该点时
受到的电场力的方向，与该点的负电荷受到的电场力
的方向相反.
【自主解答】选C.为了知道电场中某点的电场强度，我们可以把一个试探电荷放于该点，其受到的电场力F与自身的电荷量q的比值可反映该点电场的强弱，但该点的场强由电场本身决定，与试探电荷电荷量的多少、有无都无关，所以A、B错.由E=F/q得F=Eq，当q一定时，E越大，F就越大，所以C选项正确.因为电场中某点的场强方向规定为正电荷在该点时受到的电场力的方向，与该点的负电荷受到的电场力的方向相反.而D选项中的试探电荷可以是正电荷也可以是负电荷，故D错.















1.试利用下表所列出的项目对公式E= 与E= 进行比较.
提示：













2.匀强电场有什么特点？
提示：匀强电场中各点场强大小相等，方向处处相同，电场线是间隔相等的平行线.带有等量异种电荷的一对互相靠近的平行金属板内部的电场可以看做匀强电场.
3.如果存在多个点电荷，空间某一点的电场强度如何
确定？
提示：(1)可以根据点电荷场强的计算式E=k 分别计
算出各个点电荷在该点所产生的电场强度的大小E1、
E2、E3…
(2)根据各点电荷电荷量的正、负确定E1、E2、E3…的
方向.
(3)按照矢量平行四边形定则求出合场强的大小和方向.
4.为什么电场中的电场线不相交？
提示：电场中某点的电场强度的大小和方向,根据其客观性是惟一确定的,若电场线能相交,由于交点的切线不惟一,根据画电场线的规定,交点处的电场强度失去了上述的惟一性,所以电场中的电场线在空间是不能相交的.
【典例2】如图所示，分别在A、B两
点放上点电荷Q1=+2×10-14 C和Q2=-2
×10-14 C.在AB的垂直平分线上有一
点C，且AB=AC=BC=6×10-2 m.试求：
(1)C点的场强；
(2)如果有一个电子静止在C点，它所受的库仑力的大小和方向如何？
【思路点拨】解答本题可从以下几个方面考虑：
(1)本题所研究的电场是点电荷Q1和Q2所形成的电场的合
电场，因此C点的场强是Q1在C处的场强E1和Q2在C处的场
强E2的合场强.(2)计算点电荷的场强公式为E=k .(3)
求出合场强E之后，根据F=qE可知一个电子静止在C点时
所受的库仑力的大小和方向.
【自主解答】(1)根据计算点电荷的场强公式E=k 得
E1=k N/C=0.05 N/C
方向如图所示，同理求得E2=k =
0.05 N/C，方向如图所示.根据平行四
边形定则作出E1和E2的合成图如图所示，
△CE1EC是等边三角形，故EC=E1=
0.05 N/C，方向与AB平行指向右.
(2)电子在C点的受力为F=qEC=1.6×10-19×0.05 N=8×
10-21 N.因为电子带负电，所以方向与EC方向相反.
答案:(1)0.05 N/C,方向与AB平行指向右
(2)8×10-21 N 方向平行于AB向左
【典例3】某静电场中的电场线如图所
示，带电粒子在电场中仅受电场力作
用，其运动轨迹如图中虚线所示，由M
运动到N，以下说法正确的是
A.粒子必定带正电荷
B.粒子在M点的加速度大于它在N点的加速度
C.粒子在M点的加速度小于它在N点的加速度
D.粒子在M点的速度小于它在N点的速度
【思路点拨】解答该题时应明确以下几点:
(1)根据粒子的运动轨迹确定其受力方向及电荷性质.
(2)根据电场线疏密确定电场力及加速度大小.
(3)根据电场力方向和运动方向判断速度变化.
【标准解答】选A、C、D.由粒子的运动轨迹可以知道电场力方向与电场线切线方向相同，所以粒子带正电，A正确；由电场线的疏密情况可知场强EM1.下列说法中正确的是( )
A.只要有电荷存在，电荷周围就一定存在着电场
B.电场是一种物质，它与其他物质一样，是不依赖于我们的感觉而客观存在的
C.电荷间的相互作用是通过电场而产生的，电场最基本的特性是对处在它里面的电荷有力的作用
D.以上说法都不正确
【解析】选A、B、C.了解电场的客观性，它是一种物质形态，它的基本特性就是对处在它里面的电荷有电场力的作用，故A、B、C对.
2.由电场强度的定义式E=F/q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.无论检验电荷q值(不为0)如何变化，F与q的比值始终不变
C.电场中某点的场强为零，则处在该点的电荷受到的电场力一定为零
D.一个不带电的小球在P点受到的电场力为零，则P点场强一定为零
【解析】选B、C.电场强度E是描述电场本身性质的物理量，它与检验电荷q无关；若场强为零，则电荷受到的电场力一定为零；不带电小球不受电场力，无法判定场强是否为零.
3.对于由点电荷Q产生的电场，下列说法正确的是( )
A.电场强度的表达式仍成立，即E=F/Q，式中的Q就是产生电场的点电荷
B.在真空中，电场强度的表达式为E=kQ/r2，式中Q就是产生电场的点电荷
C.在真空中E= ，式中q是检验电荷
D.上述说法都不对
【解析】选B.在真空中点电荷Q产生的场强E=kQ/r2，式中Q是指场源电荷所带的电量.
4.对电场强度的理解，下列说法正确的是( )
A.由E= 可知，电场强度E跟放入的电荷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= 可知，在离点电荷很近时r接近于零，电场
强度达到无穷大
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】选D.电场对处于其中的电荷施加电场力的作
用是电场的一个基本性质，人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，因此与试探电荷存
在与否无关.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，就不能把电荷看成点电荷了，即E= 在r→0时
已不再适用.
5.如图所示,电场中有A、B两点,场强分别为EA、
EB,则下列说法正确的是( )
A.EA=EB B.EA＞EB
C.EA与EB的方向不同 D.EA与EB的方向相同
【解析】选C.根据电场线分布的疏密可判定EA＜EB,所以A、B错;电场中A、B两点的场强方向与电场线的方向一致,因为电场线不平行,所以EA、EB的方向不同,故C对D错.
6.如图所示为在一个电场中a、b、c、
d四点分别引入检验电荷时,测得的检
验电荷的电荷量跟它所受电场力的函
数关系的图像.那么下列叙述正确的
是( )
A.这个电场是匀强电场
B.a、b、c、d四点的场强大小关系是Ed>Ea>Eb>Ec
C.a、b、c、d四点的场强大小关系是Ea>Eb>Ec>Ed
D.无法确定这四个点的场强大小关系
【解析】选B.题图中给出了a、b、c、d四个位置上所受静电力大小和电荷量的变化关系,由电场强度的定义式知,图线斜率的绝对值较大的对应场强较大.故选项B正确.
一、选择题(本题包括5个小题，每小题4分，共20分)
1.在孤立的点电荷的电场中，下列说法正确的是( )
A.电场中电场线越密的地方场强越强
B.不存在两条平行的电场线
C.找不到两个电场强度完全相同的点
D.沿着电场线的方向场强越来越小
【解析】选A、B、C.孤立的点电荷的电场，其电场线是以点电荷为中心的辐射状的直线，则A、B、C对.但对正点电荷和负点电荷，其电场线的指向相反，对负点电荷形成的电场，沿电场线方向场强越来越大，故D错.
2.(2011·焦作高二检测)真空中有一个点电荷+Q1,在
距其r处的P点放一电荷量为+Q2的试探电荷,试探电荷
受到的电场力为F,则下列选项中正确的是( )
A.P点的场强大小为
B.P点的场强大小等于 ，也等于
C.试探电荷的电荷量变为2Q2时,Q2受到的电场力将变
为2F,而P处的场强为
D.若在P点不放试探电荷,则无法确定该点的场强方向
【解析】选C.P点的场强E= (Q2为试探电荷的电量),
也等于 (Q1为场源电荷的电量),故A、B错.P点的
场强与试探电荷的电荷量无关,故C对D错.
3.如图为点电荷Q产生的电场中的三条电场线,下面说法正确的是( )
A.若Q为负电荷，EA＞EB
B.若Q为负电荷，EA＜EB
C.若Q为正电荷，EA＞EB
D.若Q为正电荷，EA＜EB
【解析】选A、C.因电场线越密场强越大，所以无论Q是何种电荷都有EA＞EB.
4.如图所示为静电场的一部分电场
线的分布，下列说法正确的是( )
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点所受到的电场力比在B点所受的电场力大
D.负点电荷在B点时受到的电场力的方向沿B点切线方向
【解析】选C.负点电荷的电场线是指向负点电荷的直线，故A错误.电场线只是为形象地描述电场而引入的假想的曲线，没有电场线的地方，场强不一定为零，故B错误.又EA＞EB，F=qE,所以电场力大小FA＞FB，故C正确.负点电荷在B点受到电场力的方向与B点的切线方向相反，故D错误.
5.在雷雨云下沿竖直方向的电场强度为104 V/m，已知一半径为1 mm的雨滴在此电场中不会下落，取重力加速度大小为10 m/s2 ,水的密度为103 kg/m3.这雨滴携带的电荷量的最小值约为( )
A.2×10-9 C B.4×10-9 C
C.6×10-9 C D.8×10-9 C
【解析】选B.雨滴在电场中不会下落而处于平衡状
态，根据平衡条件有：qE=mg，而m=ρ· πr3，可
得：q= ,代入数值解得q≈4×10-9 C，故B正
确.
二、非选择题(本题共2小题，共10分)
6.(4分)如图，一带电小球用丝线悬挂在水平方向的匀强电场中，当小球静止后把丝线烧断，则小球在电场中的运动情况将是____________________.
【解析】烧断丝线前，小球受三个力而平衡，线的拉力与重力和电场力的合力等大反向，烧断丝线后，拉力消失，而另外两个力不变，合力与拉力方向相反，则小球将沿着丝线的延长线做初速度为零的匀加速直线运动.
答案:沿着丝线的延长线做匀加速直线运动
7.(6分)在真空中O点放一个电荷Q=
+1.0×10-9 C，直线MN通过O点，OM
的距离r=30 cm，M点放一个点电荷q=-1.0×10-10 C，如图所示，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)若MN=30 cm，则N点的场强多大？(不计点电荷q在N点产生的电场)
【解析】(1)电场是一种物质，电荷q在电场中M点所受
的作用力是电荷Q通过它的电场对q的作用力，根据库
仑定律，得FM=k N=
1.0×10-8 N.因为Q带正电，q带负电，库仑力是吸引
力，所以力的方向沿MO指向Q.
(2)由电场强度的定义式得EM= N/C=
100 N/C，方向沿OM指向M.
(3)拿走q后M点的场强仍为100 N/C，方向由O指向M.
(4)N点的场强EN= ·EM=25 N/C.
答案: (1)1.0×10-8 N，方向沿MO指向Q
(2)100 N/C,方向沿OM指向M
(3)100 N/C,方向沿OM指向M (4)25 N/C
1.(10分)如图所示，E为某匀强电场，将质量为2×
10-3 kg的小球从A点由静止释放，小球恰能沿直线AB向右下方运动，且AB与竖直方向成45°角.已知小球的带电量为2×10-4 C.求匀强电场强度大小.(g=10 m/s2)
【解析】由题意知小球在电场中的合力沿AB方向，如图所示.则电场力F=mg=2×10-3×10 N=2×10-2 N.所以匀强电场场强E=F/q=100 N/C.



答案:100 N/C
2.(10分)空中有竖直向上的电场，电场强度的大小处处相等.一个质量为m=2.0×10-7 kg的带电微粒，其带电荷量为6.0×10-8 C，它在空中下落的加速度为
0.1 g.设微粒的带电荷量不变，空气阻力不计，取g=10 m/s2，求空中电场强度的大小.
【解析】由题意得mg-qE=ma,
解得


=30 N/C.
答案:30 N/C