21　探究電場的力的性質(zhì)

1、2.1探究電場的力的性質(zhì)學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)1.知道電荷間的相互作用是通過電場實(shí)現(xiàn)的知道場與實(shí)物是物質(zhì)存在的兩種形式2會推導(dǎo)點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度的公式，能應(yīng)用公式進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算(重點(diǎn))3知道電場強(qiáng)度的疊加原理，能應(yīng)用這一原理進(jìn)行簡單的計(jì)算(難點(diǎn))4知道電場線的定義和特點(diǎn)，會用電場線描述電場強(qiáng)度的大小和方向(重點(diǎn)、難點(diǎn))電 場 和 電 場 強(qiáng) 度1電場(1)電荷周圍存在電場，電荷之間的相互作用力是通過電場發(fā)生的圖2­1­1(2)場與實(shí)物是物質(zhì)存在的兩種不同形式(3)靜止的電荷產(chǎn)生的電場稱為靜電場2電場強(qiáng)度試探電荷與場源電荷如圖2­1­2所示，帶電小球q

2、是用來檢驗(yàn)電場是否存在及其強(qiáng)弱分布情況的，稱為試探電荷或檢驗(yàn)電荷圖2­1­2被檢驗(yàn)的電場是帶電金屬球Q所激發(fā)的，所以金屬球Q所帶電荷稱為場源電荷或源電荷3電場強(qiáng)度(1)定義：電場中某點(diǎn)的電荷所受到的電場力F跟它的電荷量q的比值(2)定義式：E.(3)方向：電場強(qiáng)度是矢量，規(guī)定電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度的方向跟正電荷在該點(diǎn)所受的靜電力的方向相同(4)國際單位：牛/庫(N/C)或伏/米(V/m)1電場看不見，摸不著，因此電場實(shí)際不存在(×)2根據(jù)E，由于q有正、負(fù)，故電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)有兩個方向(×)3據(jù)公式E可計(jì)算場強(qiáng)大小，但場強(qiáng)由場本身決定，與F、q大小無關(guān)()

3、1有同學(xué)認(rèn)為：電場就是電場強(qiáng)度，你怎樣認(rèn)為？【提示】電場是一種特殊的物質(zhì)，電場強(qiáng)度是描述電場強(qiáng)弱的物理量，二者不同2根據(jù)電場強(qiáng)度的定義式E，是不是只有試探電荷q存在時，電場才存在？【提示】不是，電場是由場源電荷產(chǎn)生的，與試探電荷的存在與否沒有關(guān)系在空間中有一電場，把一帶電荷量為q的試探電荷放在電場中的A點(diǎn)所受的電場力為F.探討1：電場中A點(diǎn)的電場強(qiáng)度EA多大？【提示】EA.探討2：將電荷量為2q的試探電荷放在電場中的A點(diǎn)所受的電場力為多大？此時A點(diǎn)的電場強(qiáng)度EA多大？【提示】電場強(qiáng)度由電場本身決定，與試探電荷無關(guān)，故EA不變，EA，而F2qEA2F，答案2F，.1試探電荷與場源電荷的比較定義大

4、小要求試探電荷用來檢驗(yàn)電場是否存在及其強(qiáng)弱分布情況的電荷尺寸和電荷量必須充分小，放入電場后，不影響原電場場源電荷產(chǎn)生電場的電荷無要求，可大可小2.對電場強(qiáng)度的理解(1)公式E是電場強(qiáng)度的定義式，該式給出了測量電場中某一點(diǎn)電場強(qiáng)度的方法，應(yīng)當(dāng)注意，電場中某一點(diǎn)的電場強(qiáng)度由電場本身決定，與是否測量及如何測量無關(guān)(2)公式E僅定義了電場強(qiáng)度的大小，其方向需另外規(guī)定物理學(xué)上規(guī)定電場強(qiáng)度的方向是放在該處的正電荷所受電場力的方向(3)由E變形為FqE，表明：如果已知電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度E，便可計(jì)算在電場中該點(diǎn)放任何電荷量的帶電體所受的靜電力的大小電場強(qiáng)度E與電荷量q的大小決定了靜電力的大??；電場強(qiáng)度E的方

5、向與電荷的電性共同決定靜電力的方向；正電荷所受靜電力方向與電場強(qiáng)度方向相同，負(fù)電荷所受靜電力方向與電場強(qiáng)度方向相反1(多選)在電場中的某點(diǎn)A放一試探電荷q，它所受到的電場力大小為F，方向水平向右，則A點(diǎn)的場強(qiáng)大小EA，方向水平向右下列說法中正確的是()A在A點(diǎn)放置一個q試探電荷，A點(diǎn)的場強(qiáng)方向變?yōu)樗较蜃驜在A點(diǎn)放置一個2q的試探電荷，則A點(diǎn)的場強(qiáng)變?yōu)?EAC在A點(diǎn)放置一個q的試探電荷，它所受的電場力方向水平向左D在A點(diǎn)放置一個電荷量為2q的試探電荷，所受電場力為2F【解析】E是電場強(qiáng)度的定義式，某點(diǎn)場強(qiáng)大小和方向與場源電荷有關(guān)，而與放入的試探電荷沒有任何關(guān)系，故選項(xiàng)A、B錯；因負(fù)電荷受到電場

6、力的方向與場強(qiáng)方向相反，故選項(xiàng)C正確；A點(diǎn)場強(qiáng)EA一定，放入的試探電荷所受電場力大小為FqEA，當(dāng)放入電荷量為2q的試探電荷時，試探電荷所受電場力應(yīng)為2F，故選項(xiàng)D正確【答案】CD2如圖2­1­3所示的是在一個電場中A、B、C、D四點(diǎn)分別引入試探電荷時，測得的試探電荷的電荷量跟它所受靜電力的函數(shù)關(guān)系圖像，那么下列敘述正確的是()圖2­1­3AA、B、C、D四點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小相等BA、B、C、D四點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小關(guān)系是ED>EA>EB>ECCA、B、C、D四點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小關(guān)系是EA>EB>ED>ECD無法確定這四個點(diǎn)的

7、電場強(qiáng)度大小關(guān)系【解析】題圖中給出了A、B、C、D四個位置上電荷量和它所受靜電力大小的變化關(guān)系，由電場強(qiáng)度的定義式E可知，F(xiàn)­q圖像的斜率代表電場強(qiáng)度斜率大的電場強(qiáng)度大，斜率小的電場強(qiáng)度小故選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)A、C、D錯誤【答案】B3如圖2­1­4所示，在一帶負(fù)電的導(dǎo)體A附近有一點(diǎn)B，如在B處放置一個q12.0×108 C的點(diǎn)電荷，測出其受到的靜電力F1大小為4.0×106 N，方向如圖所示，則B處場強(qiáng)是多少？如果換用一個q24.0×107 C的點(diǎn)電荷放在B點(diǎn)，其受力多大？方向如何？圖2­1­4【解析】由場強(qiáng)公式可得

8、EB N/C200 N/C因?yàn)槭秦?fù)電荷，所以場強(qiáng)方向與F1方向相反q2在B點(diǎn)所受靜電力F2q2EB4.0×107×200 N8.0×105 N因?yàn)閝2是正電荷，F(xiàn)2方向與場強(qiáng)方向相同，也就是與F1反向【答案】200 N/C，方向與F1相反8.0×105 N方向與F1相反點(diǎn) 電 荷 的 電 場 電 場 的 疊 加 原 理1真空中點(diǎn)電荷的場強(qiáng)(1)大?。篍k.(2)方向：Q為正電荷時，在電場中的某點(diǎn)P，E的方向由Q指向P；Q是負(fù)電荷時，E的方向由P指向Q.2電場強(qiáng)度的疊加原理許多點(diǎn)電荷在某點(diǎn)的合場強(qiáng)，等于各點(diǎn)電荷在該點(diǎn)場強(qiáng)的矢量和，這叫做電場的疊加原理3勻強(qiáng)

9、電場中金屬導(dǎo)體的電荷分布(1)靜電平衡：物理學(xué)中將導(dǎo)體中沒有電荷移動的狀態(tài)叫做靜電平衡(2)導(dǎo)體的內(nèi)部場強(qiáng)：處在靜電平衡下的導(dǎo)體，內(nèi)部場強(qiáng)處處為零(3)在導(dǎo)體表面附近，電場線與表面的關(guān)系：垂直(4)電荷分布：處于靜電平衡下的導(dǎo)體，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面1在E中場強(qiáng)大小與q無關(guān)，同樣在E中場強(qiáng)大小與Q也無關(guān)(×)2公式E對于任何靜電場都成立(×)3場強(qiáng)的疊加滿足平行四邊形定則()在計(jì)算式E中，當(dāng)r0時，電場強(qiáng)度E將趨近于無窮大，這種說法對嗎？為什么？【提示】不對因?yàn)楫?dāng)r0時，電荷量為Q的物體就不能看作點(diǎn)電荷了，計(jì)算式E也就不適用了如圖2­1­5所示Q和Q

10、均為正點(diǎn)電荷，且QQ.圖2­1­5探討1：正點(diǎn)電荷Q在q處產(chǎn)生的場強(qiáng)為多大？沿什么方向？【提示】強(qiáng)場大小為，方向沿Q、q的連線，水平向右探討2：正點(diǎn)電荷Q和Q在q處產(chǎn)生的合場強(qiáng)為多大？沿什么方向？【提示】場強(qiáng)大小為，方向斜向右上方，與水平方向夾角為45°.1電場強(qiáng)度公式E與Ek的比較公式物理含義引入過程適用范圍E是電場強(qiáng)度大小的定義式Fq，但E與F、q無關(guān)，E是反映某點(diǎn)處電場的性質(zhì)適用于一切電場Ek是真空中點(diǎn)電荷電場強(qiáng)度的決定式由E和庫侖定律導(dǎo)出，E由Q、r決定在真空中，場源電荷Q是點(diǎn)電荷2.計(jì)算電場強(qiáng)度的幾種方法(1)用定義式E求解，常用于涉及試探電荷或帶電體的

11、受力情況(2)用Ek求解，但僅適用于真空中的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(3)利用疊加原理求解，常用于涉及空間的電場是由多個電荷共同產(chǎn)生的情景4真空中，A、B兩點(diǎn)與點(diǎn)電荷Q的距離分別為r和3r，則A、B兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小之比為()【導(dǎo)學(xué)號：29682019】A31 B13C91D19【解析】由點(diǎn)電荷場強(qiáng)公式有：Ekr2，故有91，C項(xiàng)正確，A、B、D項(xiàng)錯誤【答案】C5(多選)真空中距點(diǎn)電荷(電量為Q)為r的A點(diǎn)處，放一個帶電量為q(qQ)的點(diǎn)電荷，q受到的電場力大小為F，則A點(diǎn)的場強(qiáng)為()A. B. Ck Dk【解析】由電場強(qiáng)度的定義可知A點(diǎn)場強(qiáng)為E，又由庫侖定律知F，代入后得Ek，B、D對，A、C錯【答

12、案】BD6直角坐標(biāo)系xOy中，M、N兩點(diǎn)位于x軸上，G、H兩點(diǎn)坐標(biāo)如圖2­1­6.M、N兩點(diǎn)各固定一負(fù)點(diǎn)電荷，一電量為Q的正點(diǎn)電荷置于O點(diǎn)時，G點(diǎn)處的電場強(qiáng)度恰好為零靜電力常量用k表示若將該正點(diǎn)電荷移到G點(diǎn)，則H點(diǎn)處場強(qiáng)的大小和方向分別為()圖2­1­6A.，沿y軸正向 B.，沿y軸負(fù)向C.，沿y軸正向 D.，沿y軸負(fù)向【解析】處于O點(diǎn)的正點(diǎn)電荷在G點(diǎn)處產(chǎn)生的場強(qiáng)E1k，方向沿y軸負(fù)向；又因?yàn)镚點(diǎn)處場強(qiáng)為零，所以M、N處兩負(fù)點(diǎn)電荷在G點(diǎn)共同產(chǎn)生的場強(qiáng)E2E1k，方向沿y軸正向；根據(jù)對稱性，M、N處兩負(fù)點(diǎn)電荷在H點(diǎn)共同產(chǎn)生的場強(qiáng)E3E2k，方向沿y軸負(fù)向；

13、將該正點(diǎn)電荷移到G處，該正點(diǎn)電荷在H點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)E4k，方向沿y軸正向，所以H點(diǎn)的場強(qiáng)EE3E4，方向沿y軸負(fù)向【答案】B合場強(qiáng)的求解技巧(1)電場強(qiáng)度是矢量，合成時遵循矢量運(yùn)算法則，常用的方法有圖解法、解析法、正交分解法等；對于同一直線上電場強(qiáng)度的合成，可先規(guī)定正方向，進(jìn)而把矢量運(yùn)算轉(zhuǎn)化成代數(shù)運(yùn)算(2)當(dāng)兩矢量滿足大小相等，方向相反，作用在同一直線上時，兩矢量合成疊加，合矢量為零，這樣的矢量稱為“對稱矢量”，在電場的疊加中，注意圖形的對稱性，發(fā)現(xiàn)對稱矢量可簡化計(jì)算電 場 線 勻 強(qiáng) 電 場1電場線(1)定義：電場線是在電場中畫出的一些有方向的曲線，曲線上每一點(diǎn)的切線方向都表示該點(diǎn)的電場強(qiáng)度方

14、向(如圖2­1­7)圖2­1­7(2)幾種常見電場的電場線正點(diǎn)電荷負(fù)點(diǎn)電荷 等量正點(diǎn)電荷等量異種點(diǎn)電荷 勻強(qiáng)電場圖2­1­82勻強(qiáng)電場(1)定義：場強(qiáng)的大小和方向都相同的電場(2)勻強(qiáng)電場的電場線：間隔相等的平行直線1電場線可以描述電場的強(qiáng)弱也能描述電場的方向()2電場線不是實(shí)際存在的線，而是為了形象地描述電場而假想的線()3只要電場線是平行的直線，該電場一定是勻強(qiáng)電場(×)1有同學(xué)認(rèn)為，由于兩條電場線之間無電場線故無電場你認(rèn)為對嗎？【提示】不對，電場線是人們?yōu)樾蜗笱芯侩妶?，人為畫出的一些線，在電場中任何區(qū)域均可畫電場線2為

15、什么電場中電場線不會相交？【提示】如果電場中電場線相交，在交點(diǎn)處有兩個“切線方向”，就會得出電場中同一點(diǎn)電場方向不唯一的錯誤結(jié)論探討1：電場線是怎樣描述電場的強(qiáng)弱和方向？電場線實(shí)際存在嗎？【提示】電場線的疏密描述電場的強(qiáng)弱，電場線上某一點(diǎn)的切線方向是該點(diǎn)的電場強(qiáng)度的方向電場線不是實(shí)際存在的，是一些假想的曲線探討2：電場線和帶電粒子在電場中的運(yùn)動軌跡相同嗎？二者在什么條件下才重合？【提示】不相同電場線是為了形象地描述電場而引入的假想曲線，帶電粒子在電場中的運(yùn)動軌跡是帶電粒子在電場中實(shí)際通過的徑跡，只有當(dāng)電場線是直線，且?guī)щ娏Ｗ又皇莒o電力作用(或受其他力，但方向沿電場線所在直線)，同時帶電粒子的初

16、速度為零或初速度方向沿電場線所在直線時，運(yùn)動軌跡才和電場線重合1電場線的基本性質(zhì)(1)電場線上每一點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)電場強(qiáng)度的方向(2)電場線的疏密反映電場強(qiáng)度的大小(疏弱密強(qiáng))(3)靜電場中電場線始于正電荷或無窮遠(yuǎn)處，止于負(fù)電荷或無窮遠(yuǎn)處，不封閉，也不會中斷(4)同一電場中，任意兩條電場線都不會相交(5)電場線不是實(shí)際存在的線，是為了形象地描述電場而假想的線2幾種常見電場線的分布及特點(diǎn)(1)點(diǎn)電荷的電場：正電荷的電場線從正電荷出發(fā)延伸到無限遠(yuǎn)處，負(fù)電荷的電場線由無限遠(yuǎn)處延伸到負(fù)電荷，如圖2­1­9所示圖2­1­9點(diǎn)電荷形成的電場中，不存在電場強(qiáng)度相等

17、的點(diǎn)若以點(diǎn)電荷為球心做一個球面，電場線處處與球面垂直在此球面上電場強(qiáng)度大小處處相等，方向各不相同(2)等量同種電荷的電場：電場線分布如圖2­1­10所示(以等量正電荷為例)，其特點(diǎn)有：圖2­1­10兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)處電場強(qiáng)度為零，向兩側(cè)電場強(qiáng)度逐漸增大，方向指向中點(diǎn)兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)沿中垂面(中垂線)到無限遠(yuǎn)，電場線先變密后變疏，即電場強(qiáng)度先變大后變小，方向背離中點(diǎn)(3)等量異種電荷的電場：電場線分布如圖2­1­11所示，其特點(diǎn)有：圖2­1­11兩點(diǎn)電荷連線上的各點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向從正電荷指向負(fù)電荷，沿電場線方向先變

18、小再變大，中點(diǎn)處電場強(qiáng)度最小兩點(diǎn)電荷連線的中垂面(中垂線)上，電場線的方向均相同，即電場強(qiáng)度方向都相同，總與中垂面(或中垂線)垂直且指向負(fù)點(diǎn)電荷一側(cè)，從中點(diǎn)到無窮遠(yuǎn)處，電場強(qiáng)度大小一直減小，中點(diǎn)處電場強(qiáng)度最大3電場線與帶電粒子在電場中的運(yùn)動軌跡的比較電場線運(yùn)動軌跡客觀性電場中并不存在，是為研究電場方便而人為引入的粒子在電場中的運(yùn)動軌跡是客觀存在的切線的意義曲線上各點(diǎn)的切線方向即為該點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向，同時也是正電荷在該點(diǎn)的受力方向，即正電荷在該點(diǎn)產(chǎn)生加速度的方向軌跡上每一點(diǎn)的切線方向即為粒子在該點(diǎn)的速度方向，但加速度的方向與速度的方向不一定相同7下列各電場中，A、B兩點(diǎn)場強(qiáng)相同的是()【解析】場強(qiáng)是矢量，有大小和方向，由點(diǎn)電荷的公式知，A圖中兩點(diǎn)距離場源相同，場強(qiáng)大小相同，但是方向不同，所以場強(qiáng)不同；B圖中兩點(diǎn)場強(qiáng)方向相同，但大小不同；D圖中場強(qiáng)大小和方向均不相同；C圖是勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)大小和方向均相同【答案】C8正電荷q在電場力作用下由P向Q做加速運(yùn)動，而且加速度越來越大，那么可以