(共29张PPT)
第1章 从富兰克林到库仑
第1章 从富兰克林到库仑
新知初探,自学导引
梳理知识·夯实基础
要点突破·思维启动
突破疑难·讲练提升
典题示例·讲练互动
以例说法·触类旁通
B
A(共29张PPT)物质的又一种形态
1．知道电场具有力的性质，知道电场是客观存在的物质． 2．了解什么是电场线，会用电场线来描述电场的强弱和方向，了解正电荷、负电荷、等量同种电荷和等量异种电荷形成的电场线的分布情况和图形． 3．知道电场强度的定义．会用电场强度描述电场的强弱和方向．了解比值定义法及其在物理研究中的作用． 4．了解什么是匀强电场及匀强电场的特点． 5．了解真空中点电荷周围电场场强的计算公式．
一、什么是电场
1．电荷之间是通过电场发生相互作用的．电场和磁场一样，都是物质的一种形态．
2．电场的基本性质：电场的基本性质是对场中的电荷有力的作用．电场对电荷的作用力叫做电场力．
3．带电体之间的相互排斥吸引等现象，都是通过带电体周围的电场发生的．
二、电场的形象化描述
1．电场线的性质
(1)电场线是为了形象地描述电场而假想的，实际上不存在的假想线．
(2)电场线从正电荷出发，终止于负电荷．
(3)电场线的疏密程度表示电场的强弱．
(4)电场线上某点的切线方向表示正电荷在该点的受力的方向．
(5)在静电场中，电场线不中断，电场线也不会相交．
电场、电场线都是客观存在吗？
提示：电场是，电场线不是．
2．点电荷周围的电场线分布
三、电场的定量表示
1．定义：放入电场中某点的电荷所受的电场力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＝，其单位是牛顿/库或伏特/米，符号为N/C或V/m．
3．方向：场强的方向与正电荷在该点所受的电场力的方向相同，与负电荷在该点所受的电场力的方向相反．
4．物理意义：场强是描述电场强弱和方向的物理量，由电场本身决定，与电场力F、电荷带电量q无关．
5．匀强电场：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．
6．点电荷的场强：E＝k．
一、对电场线的认识
1．区别电场线与带电粒子在电场中的运动轨迹
电场线不是带电粒子在电场中的运动轨迹．带电粒子在电场中的运动轨迹由带电粒子受到的合外力和初速度情况来决定．运动轨迹上各点的切线方向是粒子速度的方向，电场线只能描述电场的方向及定性地描述电场的强弱，它决定了带电粒子在线上各点受电场力的方向和加速度的方向，显然，它并不是带电粒子在电场中的运动轨迹．只有当电场线是直线，而带电粒子仅受电场力作用，且其速度与电场线平行时，其轨迹才与电场线重合．
2．常见电场电场线的分布
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，方向指向负电荷
等量同种电荷 相斥状曲线 连线上：中点场强最小(为零)，靠近电荷变大中垂线：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 连线上：中点场强最小，靠近电荷变大中垂线：中点场强最大，向外移动逐渐变小
匀强电场 等间距的平行直线 各点场强大小方向均相同
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
下列关于电场线的说法，正确的是( )
A．匀强电场的电场线是一组相互平行、间隔相等的直线
B．电场线上每一点的切线方向代表正电荷在该处所受电场力的方向
C．电场线的疏密程度能表示场强的大小
D．两条电场线不能相交
解析：选ABCD．根据匀强电场的电场线特点可知，A正确；电场线的切线方向代表电场强度的方向，即正电荷受力方向，B正确；由电场线的特点可知，C、D正确．
二、对电场强度的理解
1．对电场强度定义的理解
电场强度是描述电场的力的性质的物理量．虽然E＝，但E与F和q0都无关，电场强度是由电场本身决定的量．E＝是从检验电场的角度上定义的场强，绝不能理解成E与F成正比，与q0成反比．
2．两种场强公式的比较
公式 适用条件 特点
定义式 E＝ 任何电场 某点的场强为确定值．大小及方向与q无关
决定式 E＝k 真空中点电荷 E由场源电荷Q和场源电荷到某点的距离r决定
3．电场强度和电场力
电场强度E 电场力F
反映电场中各点的力的性质的物理量定义式：E＝F/q 电场对其中电荷的作用力计算式：F＝qE
E的大小只决定于电场本身，与电荷q无关．在点电荷的电场中不同的点，E的大小一般是不同的 F的大小由放在电场中某点的电荷q和该点的场强共同决定，F与q成正比
对于确定的电场，其中各点的场强都有确定的方向 同一电荷受力的方向因在电场中的位置而异；同一位置则因受力电荷的电性而异
E的单位：N/C F的单位：N
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．
题型1 对电场线特点的考查
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
[思路点拨] 理解电场线的特点是解决此题的关键．
[答案] B
1．如图所示是静电场的一部分电场线分布，下列说法中正确的是( )
A．这个电场可能是正点电荷的电场
B．点电荷q在A点受到的电场力比在B点受到的电场力大
C．点电荷q在A点的加速度比在B点的加速度小(不计重力)
D．负电荷在B点受到的静电力的方向沿B点场强的方向
解析：选B．正电荷的电场线是由正电荷出发指向四周无穷远处的直线A错误；电场线越密的地方场强越大，由图知EA＞EB，又因F＝qE，得FA＞FB，B正确；由a＝F/m可得aA＞aB，C错误；B点E的方向即为正电荷在B点的受力方向，而与负电荷所受电场力的方向相反，D错误．
题型2 对电场强度的理解
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)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？
[思路点拨] 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，
方向由M指向O．
(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
电场中某一点的电场强度，由电场本身决定，与放入电场中的电荷的电荷量无关，与是否存在检验电荷无关．
2．电场强度E的定义式E＝，则( )
A．这个定义式只适用于点电荷产生的电场
B．上式中，F是放入电场中电荷所受的电场力，q是放入电场中电荷的电量
C．上式中，F是放入电场中的电荷所受的电场力，q是产生电场的电荷的电量
D．在库仑定律F＝k中，k是点电荷q2产生的电场在点电荷q1处的场强大小，k是点电荷q1产生的电场在点电荷q2处的场强大小
解析：选BD．公式E＝是场强的定义式，适用于任何电场．故选项A错误．式中F是放置在电场中的试探电荷所受到的电场力，q是试探电荷的电量，不是产生电场的电荷的电量．故选项B正确，选项C错误．由E＝k可知，D也是正确的．
[随堂检测]
1．下列说法正确的是( )
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，是不依赖我们的感觉而客观存在的东西
C．电荷间的相互作用是通过电场而产生的，电场最基本的性质是对处在它其中的电荷有力的作用
D．作出电场线时电场才存在，不作出电场线电场就不存在
解析：选ABC．只要有电荷就会产生电场，它是一种不依赖于我们的感觉而存在的物质．电荷间的相互作用是通过电场而产生的，电场的基本性质是对放入其中的电荷有作用力．故选项A、B、C正确，选项D错误．
2．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
3．将一质量为m的带电微粒(不计重力)放在电场中无初速释放，则下列说法正确的是( )
A．带电粒子的轨迹一定和电场线重合
B．带电粒子的速度方向总是与所在处的电场线切线方向一致
C．带电粒子的加速度方向总是与所在处的电场线切线方向重合
D．带电粒子将沿电场线的切线方向抛出，做类抛体运动
解析：选C．带电粒子的轨迹与电场线重合必须满足：(1)电场线是直线；(2)只受电场力或所受其他力的合力方向与电场线平行；(3)v0＝0或v0方向与场强方向共线，所以A项错． 带电粒子的速度方向不一定与E方向相同，但其所受电场力的方向必与该处电场线切线方向重合，故B错，C对．因为电场不一定为匀强电场，其合力不一定为恒力，故不一定做类抛体运动，D错．
4．下列说法正确的是( )
A．电场强度反映了电场的力的性质，因此电场中某点的场强与检验电荷在该点所受的电场力成正比
B．场中某点的场强等于，但与检验电荷的受力大小及带电荷量无关
C．场中某点的场强方向即检验电荷在该点的受力方向
D．公式E＝和E＝对于任何静电场都是适用的
解析：选B．电场强度反映电场力的性质，只与电场本身有关，与引入电场中的检验电荷受力、所带电性及电荷量无关，场强的方向为正电荷在该点受力的方向．大小可以用E＝计算，也可以由E＝k计算，前者适用于任何电场，后者只适用于点电荷的电场．故选项B正确，选项A、C、D错误．
5．一试探电荷q＝＋4×10－9 C，在电场中P点受到的电场力F＝6×10－7 N，求：
(1)P点的场强大小；
(2)没有试探电荷时，P点的场强大小；
(3)放一电荷量为q′＝1．2×10－6 C的电荷在P点，它所受的电场力F′．
解析：(1)电场强度的定义采用了比值定义法，利用在某点引入试探电荷，据其所受电场力跟电荷量的比值求电场强度，所以P点的电场强度大小
EP＝＝ N/C＝1．5×102 N/C．
(2)电场中某一点的电场强度由电场本身决定，与是否引入试探电荷无关，因此没有试探电荷时，P点的场强大小仍为1．5×102 N/C．
(3)若在P点引入q′＝1．2×10－6 C的电荷，由电场强度的定义E＝得F′＝q′E＝1．2×10－6×1．5×102 N＝1．8×10－4 N．
答案：(1)1．5×102 N/C (2)1．5×102 N/C
(3)1．8×10－4 N
[课时作业][学生用书P65(单独成册)]
一、选择题
1．下列关于电场与电场线的说法正确的是( )
A．电场、电场线都是客观存在的，电场线是电场存在的物质基础和具体体现
B．电场是客观存在的，其最基本的性质就是对放入其中的电荷有力的作用
C．电场线实质上就是电场的物质表现形式
D．电场线在空间可以相交，也可以相切
解析：选B．电场是客观存在的物质，其最基本的性质就是对放入其中的电荷有力的作用，而电场线是人为画出来的，是研究电场的辅助工具，并非客观存在．根据电场的特点和电场线的规定，电场线在空间不能相交，也不能相切．所以正确选项为B．
2．关于静电场中的电场线，下列说法正确的是( )
A．电场线是分布在电场中的一条曲线
B．电场线是电荷在电场中的运动轨迹
C．电场线是为了形象地描述电场而引入的
D．电场线是闭合的曲线
解析：选C．电场线是为了形象地描述电场而引入的，故C项正确，A项错误．电场线从正电荷出发，到负电荷终止，不闭合，故D项错误，电场线不是电荷的运动轨迹，故B项错误．
3．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：选D．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，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．
4．如图所示的各电场中，A、B两点电场强度相等的是( )
解析：选C．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两点场强的大小和方向均不相同．
5．在电场中的某一点放入电量为5．0×10－9 C的点电荷，它受到的电场力为3．0×10－4 N，那么该处的电场强度的大小等于( )
A．1．5×10－12 N/C B．6．0×104 N/C
C．1．7×10－5 N/C D．2．0×10－5 N/C
解析：选B．E＝＝ N/C＝6．0×104 N/C．
6．点电荷A的电荷量为Q，在其电场中的P点放置另一电荷量为q的点电荷B，下列关于P点场强的判断正确的是( )
A．若将A的电荷量加倍，则P点的场强加倍
B．若将B的电荷量加倍，则P点的场强加倍
C．若改变A的电性，则P点的场强反向
D．若改变B的电性，则P点的场强反向
解析：选AC．由E＝k可知P点的场强跟场源电荷A的电荷量Q成正比，而与试探电荷B的电荷量q无关，故A对，B错，P点场强的方向由场源电荷A的电性决定，跟试探电荷B的电性无关，故C对，D错．
7．
如图所示是表示一个电场中，在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与它所受电场力的函数关系图像，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>Ed>Ec
D．无法确定这四个点的场强大小关系
解析：选B．根据数学知识结合物理概念来分析物体图像的意义．图中给出了a、b、c、d四个位置上电荷量和所受静电力大小的变化关系，由电场强度的定义式E＝可知，斜率的绝对值较大的对应场强较大，故B正确．
8．如图甲所示，AB是一条点电荷电场中的电场线，图乙则是放在电场线上a、b处的检验电荷的电荷量与所受电场力间的函数图线，由此可以判定( )
A．场源是正电荷，位置在A侧
B．场源是正电荷，位置在B侧
C．场源是负电荷，位置在A侧
D．场源是负电荷，位置在B侧
解析：选D．在F－q图像中，图像的倾斜程度表示场强E，则Ea＞Eb．因此，a处电场线比b处电场线密集，所以场源应是负电荷，位置在B侧．
二、非选择题
9．如图所示，A为带正电Q的金属板，沿金属板的垂直平分线，在距板r处放一质量为m、电荷量为q的小球，小球受水平向右的电场力偏转θ角而静止，小球用绝缘细线悬挂于O点，试求小球所在处的电场强度．
解析：要求小球所在处的电场强度，可以采用电场强度的定义式，需要求出小球所受到的电场力，可以通过平衡条件求得电场力．分析小球受力如图所示，
由平衡条件得：
F电＝mgtan θ，所以小球所在处的电场强度E＝＝，小球带正电荷，因此电场强度方向水平向右．
答案： 方向水平向右
10．水平方向的匀强电场中，一个质量为m、带电量为＋q的质点，从A点射入电场并沿直线运动到B点，运动轨迹跟电场线(虚线表示)夹角为α，如图所示，试求出该匀强电场的大小和方向．
解析：
质点沿直线运动，则质点的重力不能忽略，质点重力有垂直AB向下的分量，故电场力须有垂直AB向上的分量，且满足：
qEsin α＝mgcos α
解得：E＝，方向水平向左．
答案：mgcot α/q 方向水平向左
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