选修3-1《静电场》第三节《电场强度》同步学案

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高二物理《静电场》第三节《电场强度》学案
学习目标:1.知道电荷间的相互作用是通过电场实现的
2.理解电场强度的定义式,单位.方向。
3．理解点电荷的电场强度公式，并会进行简单的计算。
4．知道电场线的定义和特点。
重点：1.电场强度的定义式,单位.方向。
2．点电荷的电场强度公式，并会进行简单的计算。
难点：对电场概念的理解
【课前预习】
一、电场：
1. 电场
（1）电荷之间的相互作用是通过特殊形式的物质—— 发生的，电荷的周围都存在 .
（2）基本性质：对放入电场中的任何带电体都将受到 的作用，且同一点电荷在电场中不同点处受到的电场力的大小或方向都可能不一样.
2. (1)场源电荷:
试探电荷:
对试探电荷的要求:
(2)用试探电荷所受的静电力能否直接表示电场的强弱？为什么？
二、电场强度
1. 电场强度
（1）电场强度的定义：
（2）公式：E= （适用于所有电场）
（3）物理意义：电场强度（简称场强）是描述 物理量，
（4）电场强度是矢量。方向：规定
（5）单位：在国际单位制中，电场强度的单位是 。
（6）理解：①电场强度是描述电场性质的物理量，由电场本身决定，与试探电荷受到的静电力的大小及带电量大小均无关。
②公式是电场强度的比值定义式，适用于一切电场。
3.电场力：大小为：___________，正电荷受的电场力的方向与电场强度方向________，负电荷受的电场力的方向与电场强度方向________.
4．点电荷的电场:根据库仑定律和电场强度的定义，推导点电荷电场强度的表达式：
(1)推导过程:
(2)表达式:E= (Q是场源电荷的电量，r是某点到场源电荷的距离)．
(3)方向:
5．电场的叠加：在同一空间，如果有几个静止电荷同时产生电场，那么空间某点的场强是各电荷________存在时在该点所产生的场强的________和，合场强的计算应遵守_____________________.
三、电场线
1.电场线：
(1)定义: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。电场线是人们为了描述 而人为地画出来的，电场中并非真正存在着这样一些曲线。它可以形象直观地反映电场的 和 。
2.电场线的性质：
(1)基本性质:
①静电场中，电场线起始于__________，而终止于__________ (或___________)或起始于___________而终止于__________.
②电场线上每一点的切线方向跟该点的场强方向________.
③任意两条电场线__________，不中断．
④电场线的疏密程度反映了场强的________．电场线越密的地方，场强________；电场线越稀的地方，场强越弱.
（2）与电势的关系：在静电场中，电场线和等势面 且由电势较 的等势面指向电势较低的等势面。顺着电场线的方向电势越来 ，但顺着电场线的方向场强 越来越小。
（3）电场线不表示电荷在电场中的运动轨迹。
电场线和电荷在电场中的运动轨迹是 的，它们只有在一定的条件下才能重合。即：①电场线是 。②电荷的初速度为零或不为零，但速度方向和电场线 。
③电荷仅受电场力作用或受其他力的方向和电场线平行。
只有同时满足这三个条件，轨迹才和电场线重合。
3、几种常见电场线的分布及特点
图(1) 图(2) 图(3 )
(1)．点电荷的电场：电场线分布如图(1)所示
①点电荷形成的电场中，不存在场强相等的点．
②若以点电荷为球心做一个球面，电场线处处与球面垂直．在此球面上场强大小处处相等，方向各不相同.
(2)．等量同种电荷的电场：电场线分布如图(2)所示,其特点有：
①点电荷连线的中点处场强为零，沿连线向两侧场强逐渐增大，方向指向中点．
②两点电荷连线中点沿中垂面到无限远，电场线先变密后变疏，即场强先变大后变小，方向背离中点．
(3)．等量异种电荷的电场：电场线分布如图(3)所示，其特点有：
①两点电荷连线上的各点场强方向从正电荷指向负电荷，沿电场线方向先变小再变大，中点处场强最小．
②两点电荷连线的中垂面上，电场线的方向均相同，即电场强度方向都相同，总与中垂面垂直且指向负电点荷一侧，从中点到无穷远处，场强大小一直减小，中点处场强最大．
3. 匀强电场
（1）___________________________________________叫匀强电场。
（2）匀强电场的电场线是_____________________ __平行线.
【典例分析】
【例1】电场强度E的定义式为（ ）
A．这个定义式只适用于点电荷产生的电场
B．上式中，F是放入电场中的电荷所受的力，q是放入电场中的电荷的电量
C．上式中，F是放入电场中的电荷所受的力，q是产生电场的电荷的电量
D．电荷q2产生的电场在点电荷q1处的场强大小，是点电荷q1产生的电场在 点电荷q2处的场强大小
【例2】一个电场区域中有如图1－26所示的电场线，画出在a、b两处的场强方向，比较a、b两处的场强大小Ea____Eb(填＞、=、＜符号
【例3】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．
【例4】 一检验电荷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;
(2)没有检验电荷时,P点的场强;
(3)放一电荷量为q=1.2×10-6 C的电荷在P点,受到的电场力F′是多大
【当堂练习】
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
2．真空中距点电荷Q为r的A点处，放一个点电荷q(q<A． B． C． D．
3．如图所示的各电场中，A、B两点电场强度相等的是（ ）
4．如图8所示,一个质量为30g带电量C的半径极小的小球,用丝线悬挂在某匀强电场中,电力线与水平面平行.当小球静止时,测得悬线与竖直夹角为30°,由此可知匀强电场方向为 ,电场强度大小为 .(g取10m/s2)
5． 把一个电量q=－10-6C的试验电荷，依次放在带正电的点电荷Q周围的A、B两处图，受到的电场力大小分别是FA= 5×10-3N，FB=3×10-3N．（1）画出试验电荷在A、B两处的受力方向．（2）求出A、 B两处的电场强度．（3）如在A、B两处分别放上另一个电量为q'=10-5C的电荷，受到的电场力多大？
高二物理《静电场》第三节《电场强度》学案答案
【例1】解析：式中F是放置在场中试验电荷所受到的电场力，q是试验电荷的电量，不是产生电场的电荷的电量．
电荷间的相互作用是通过电场来实现的．两个点电荷q1、q2之间的相互作用可表示为
可见，电荷间的库仑力就是电场力，库仑定律可表示为
　　
式中E1就是点电荷q1在q2处的电场强度，E2就是点电荷q2在q1处的电场强度．
[答] B、D．
【例2】答案:＜ 电场线的疏密程度反映了场强的大小．电场线越密的地方，场强大；电场线越稀的地方，场强越小.
【例3】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6-1-4，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＝＝2.7x104N／C
【例4】思路解析:
(1)E===1.5×102 N/C.
(2)场强是描述电场的物理量,跟检验电荷无关,所以场强仍是1.5×102 N/C.
(3)F′=q′E=1.2×10-6×1.5×102 N=1.8×10-4 N.
答案:（1）E=1.5×102 N/C
（2）E=1.5×102 N/C
（3）F′=1.8×10-4 N
【针对练习】
1．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．
2．AD
3．C
4．解析:分析小球受力,重力mg竖直向下,丝线拉力T沿丝线方向向上,因为小球处于平衡状态,还应受水平向左的电场力F.小球带负电,所受电场力方向与场强方向向反,所以场强方向水平向右.
小球在三个力作用之下处于平衡状态.三个力的合力必为零.所以
F=mgtg30°又 =mgtg30°
E=mgtg30°=
5．[分析] 试验电荷所受到的电场力就是库仑力，由电荷间相互作用规律确定受力方向，由电场强度定义算出电场强度大小，并根据正试验电荷的受力方向确定场强方向．
[解答] （1）试验电荷在A、B两处的受力方向沿它们与点电荷连线向内，如图中FA、FB所示．
（2）A 、B两处的场强大小分别为；
电场强度的方向决定于正试验电荷的受力方向，因此沿A、B两点与点电荷连线向外．
（3）当在A、B两点放上电荷q'时，受到的电场力分别为
FA' =EAq' ＝5×103×10-5N＝5×10-2N；
FB'＝EBq' ＝3×103×10-5N＝3×10-2N．其方向与场强方向相同．
[说明] 通过本题可进一步认识场强与电场力的不同．场强是由场本身决定的，与场中所放置的电荷无关．知道场强后，由F=Eq即可算出电荷受到的力．
图6-1-3
图6-1-6
图6-1-4
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