高中物理 2.1 探究電場的力的性質 3 滬科選修31

..數(shù)碼相機里小小的電池，為什么可以使閃光燈發(fā)出耀眼的強光？電子如何在顯像管中運動從而使其打在熒光屏上顯示出逼真的畫面？本章主要研究靜電場的基本性質及帶電粒子在靜電場中的運動問題．場強和電勢是分別描述電場的力的性質和能的性質的兩個物理量．正確理解場強和電勢的物理意義，是掌握好本章知識的關鍵．本章的內(nèi)容是電學的基礎知識，也是學習以后各章的準備知識，本章的課程標準要求及釋義如下：.(1)了解靜電場，初步了解場是物質存在的形式之一．理解電場強度．會用電場線描述電場．本條目要求學生通過電場對電荷的作用來檢驗其存在，了解電場是物質存在的形式之一，電場具有確定的性質，它對位于電場中的電荷施加作用力．第二點要求是知道電場強度的定義式，理解其矢量性和疊加性．第三點要求是知道電場線是為了形象描述電場而引入的虛擬線，使概念具體化、形象化也是科學研究中的一種重要方法．.(2)知道電勢能、電勢，理解電勢差．了解電勢差與電場強度的關系．本條目要求用能量的觀點來分析電場的性質，知道電勢反映了電場能的特性，也是描述電場性質的物理量．對于一般的電場，學生只要定性了解電勢差與電場強度的關系就可以了．對于勻強電場可以要求了解他們的定量關系式．能運用電場強度與電勢差的概念分析一些科學技術中的問題，例如帶電粒子在電場中的偏轉問題，示波管、靜電加速器的原理等．(3)觀察常見電容器的構造，了解電容器的電容．舉例說明電容器在技術中的應用．本條目要求讓學生了解常見電容器的電容，知道公式的物理意義，知道平行板電容器的電容公式．知道電容器的一些特性，如充放電特性、改變電容器電容的方法等．.2．1探究電場的力的性質.兩個相隔一定距離的電荷之間有相互作用力．這種相互作用力與手推車的推力、繩拉船的拉力、滑塊在桌面上滑動受到的摩擦力不同，后三者都存在于直接接觸的物體之間，而電荷之間的相互作用力卻可以發(fā)生在兩個相隔一定距離的物體之間．那么它們之間是如何發(fā)生作用的呢？..1．基本定義電荷周圍存在的特殊物質叫做電場．2．要點剖析(1)電荷及其電場是不可分割的，同時存在、同時消失．(2)電場是一種客觀存在的物質，它具有物質的共同屬性，即具有質量、能量和動量．.3．思維拓展電場存在的兩個特征：(1)電場力——任何一個電荷放在電場中，都會受到電場對它的作用力，兩個電荷間的作用實際上是一個電荷受到另一個電荷所產(chǎn)生的電場的作用，描述電場力的性質的物理量則是電場強度．(2)電場能量——電場具有能量．.4．易誤警示(1)電荷間的相互作用不是直接作用，而是間接通過另一種物質(即電場)來傳遞的．(2)電場是一種特殊物質，因它有物質某些屬性(力、能的性質)，但它又不同于微粒形態(tài)的物質，其特殊性表現(xiàn)在：①它沒有靜止質量；②真空中以光速傳播，且與觀察者的運動速度無關；③若干個電場可以互相疊加，同時占據(jù)同一空間．...(2)電場強度是矢量，規(guī)定電場中某點的電場強度方向跟正點電荷在該點的受力方向相同，那么負點電荷在該點受力方向就與場強的方向相反．(3)電場強度的大小與方向取決于電場本身的性質和位置，與放入電場中的試探電荷的電荷量、電性(正、負)無關．(4)如果電場中各點的場強的大小和方向都相同，這個區(qū)域的電場叫做勻強電場．.4．思維拓展(1)孤立點電荷產(chǎn)生的電場①電場中某點P場強的方向如下圖所示，在(a)圖中場源電荷為正電荷(＋Q)，任一點P的場強方向是沿著QP連線并背離Q...(2)場強的疊加當某一區(qū)域的電場由幾個電場疊加而產(chǎn)生時，電場中某點的場強等于各個電場單獨在該點的場強的矢量和，其運算遵循矢量的平行四邊形定則．.如右圖所示，E1為正電荷(＋Q)在P點產(chǎn)生的場強，E2為負電荷(－Q)在P點產(chǎn)生的場強．根據(jù)平行四邊形定則，可作出P點的合場強為E(如右圖所示)．.(3)求解電場強度的幾種特殊思維方法：①補償法求解電場強度，常用的方法是根據(jù)問題給出的條件建立起物理模型，如果這個模型是一個完整的標準模型，則容易解決．但有時由題設條件建立的模型不是一個完整的標準模型，比如說是模型A，這時需要給原來的問題補充一些條件，由這些補充條件建立另一個容易求解的模型B，并且模型A與模型B恰好組成一個完整的標準模型．這樣，求解模型A的問題就變?yōu)榍蠼庖粋€完整的標準模型與模型B的差值問題．.②等效替代法“等效替代”方法，是指在效果一致的前提下，從A事實出發(fā)，用另外的B事實來代替，必要時再由C代替B……直至滿足所給問題的條件，從而建立與之相對應的聯(lián)系，得以用有關規(guī)律解之，如以模型替代實物，以合力(合運動)替代數(shù)個分力(分運動)，等效電阻、等效電源等．③微元法微元法就是將研究對象分割成許多微小的單元，或從研究對象上選取某一“微元”加以分析，從而化曲為直，將變量、難以確定的量轉化為常量、容易求得的量．..(3)電場強度與電場力是不同的概念．電場強度是針對電場中某點而言，反映電場本身力的性質；電場力是針對電荷而言，是電荷受的力．電場力的大小和方向是由電場和電荷共同決定的，有電荷存在才可能有電場力，才有某方向而言；電場強度的方向，是放入電場中正電荷受的電場力方向，正電荷不放入電場，電場強度仍存在，場強方向不變．(4)庫侖力的實質是電場力．.1．基本定義為了形象化描述電場，人為地在電場中畫出的一系列從正電荷出發(fā)到負電荷終止的曲線(或直線)，使曲線上每一點的切線方向都跟該點的場強方向一致，這樣的曲線叫做電場線．.2．要點剖析(1)電場線起始于正電荷，終止于負電荷(或終止于無窮遠處)；或者電場線起始于無窮遠處，終止于負電荷．(2)沿電場線上任何一點的切線方向都跟該點的場強方向一致．(3)電場線分布的疏密反映了電場的強弱，電場線分布密的地方電場強，電場線分布疏的地方電場弱．(4)電場線永遠不能相交，因為電場中某一點的場強只有一個確定的方向，只能有一條電場線通過該點．.3．思維拓展幾種典型電場的電場線分布電場類型電場線形狀電場特點正點電荷①離點電荷越近，電場線越密集，場強越強．方向由正點電荷指向無窮遠，或由無窮遠指向負點電荷②在正(負)點電荷形成的電場中，不存在場強相同的點③若以點電荷為球心作一個球面，電場線處處與球面垂直．在此球面上場強大小處處相等，方向各不相同負點電荷.電場類型電場線形狀電場特點等量同種電荷①兩點電荷連線中點O處的場強為零，此處無電場線②兩點電荷連線中點O附近電場線非常稀疏，但場強不為零③從兩點電荷連線中點O沿中垂面(線)到無限遠，電場線先變密后變疏，即場強先變大后變小④兩點電荷連線中垂線上各點的場強方向和該直線平行⑤關于O點對稱的兩點A與A′，B與B′的場強等大、反向.電場類型電場線形狀電場特點等量異種電荷①兩點電荷連線上各點的場強方向從正電荷指向負電荷，沿電場線方向場強先變小再變大②兩點電荷連線的中垂面(線)上，電場線的方向均相同，即場強方向相同，且與中垂面(線)垂直③關于O點對稱的兩點，A與A′，B與B′的場強等大、同向勻強電場互相平行的、等間距的、同向的直線.4.易誤警示(1)對直線性的電場線的誤解點電荷與勻強電場的電場線都有直線形狀的，因此非勻強電場(如點電荷形成的電場)也有是直線形狀的電場線，而不能認為直線形狀的電場線一定是勻強電場的．(2)沒有畫電場線的“空白”處，仍可能有電場．(畫不畫是人為的，也不可能處處畫，如果處處畫，那就不能用電場線的疏密反映電場的強弱了).(3)電場線是為了形象描述電場而設想的線，實際并不存在，更不是帶電粒子運動的軌跡．帶電粒子運動的軌跡取決于速度方向及合外力的方向，而電場線只能表明帶電粒子此時受到的電場力的方向．.. 在真空中O點放一個點電荷Q＝＋1.0×10－9C，直線MN通過O點，OM的距離r＝30cm，M點放一個點電荷q＝－1.0×10－10C，如圖所示，求：(1)q在M點受到的作用力；(2)M點的場強；(3)拿走q后M點的場強；(4)M、N兩點的場強哪點大？.【解析】根據(jù)題意，Q是形成電場的電荷，q為試探電荷，為了方便，只用電荷量的絕對值計算庫侖力．力和場強的方向可通過電荷的正負判斷．(1)電場是一種物質，電荷q在電場中M點所受的作用力是電荷Q通過它的電場對q的作用力，根據(jù)庫侖定律，得：.(2)M的場強EM＝FM/q＝1.0×10－8/1.0×10－10N/C＝100N/C，其方向沿OM連線背離Q，因為它的方向跟正電荷受電場力的方向相同．(3)在M點拿走試探電荷q，有的同學說M點的場強EM＝0，這是錯誤的，其原因在于不懂得場強是反映電場的力的性質的物理量，它是由形成電場的電荷Q決定的，與試探電荷q是否存在無關．(4)M點場強大．.【答案】

(1)1.0×10－8N，方向沿MO指向Q(2)100N/C，方向沿OM連線背離Q(3)100N/C，方向沿OM連線背離Q(4)M點場強大..1.關于電場場強的概念，下列說法正確的是(

)A．由E＝F/q可知，某電場的場強E與q成反比，與F成正比B．正負試探電荷在電場中同一點受到的電場力方向相反，所以某一點場強方向與放入試探電荷的正負有關C．電場中某一點的場強與放入該點的試探電荷正負無關D．電場中某點不放試探電荷時，該點場強等于零【解析】本題考查對電場強度概念的理解，電場強度僅由電場本身決定，與試探電荷無關．【答案】

C. 如圖所示是靜電場的一部分電場線分布，下列說法中正確的是(

).A．這個電場可能是負點電荷的電場B．點電荷q在A點處受到的電場力比在B點處受到的電場力大C．點電荷q在A點處的瞬時加速度比在B點處的瞬時加速度小(不計重力)D．負電荷在B點處所受到的電場力的方向沿B點切線方向.【解析】解答本題首先要了解各種常見的電場的電場線分布情況，知道利用電場線的疏密可以確定電場強度的大小，根據(jù)電場線的切線方向確定出電場強度方向和正、負電荷受電場力方向．負電荷的電場線是自四周無窮遠處從不同方向指向負電荷的直線，故A錯．電場線越密的地方場強越大，由圖知EA＞EB，又因F＝qE，得FA＞FB，故B正確．.【答案】

B.分析有關電場線的問題時，必須弄清楚電場線的特點，如電場線上某點切線的方向表示該點場強的方向，不表示電荷受力的方向，也不表示速度的方向．.2．如右圖所示是某電場中的電場線，在該電場中有A、B兩點，下列結論正確的是(

)A．A點的場強比B點的場強大B．A點的場強方向與B點的場強方向相同C．將同一點電荷分別放在A、B兩點，放在A點的加速度比放在B點的加速度大(不計重力)D．因為A、B兩點沒有電場線通過，所以電荷放在這兩點不會受電場力作用.【解析】電場線密的地方場強大，故A、C對．不畫電場線的地方場強不一定為零，B、D錯．【答案】

AC.在x軸上有兩個點電荷，一個帶正電＋Q1，另一個帶負電－Q2，且Q1＝2Q2，用E1和E2分別表示兩個點電荷所產(chǎn)生的場強大小，則在x軸上(

)A．E1＝E2之點只有一個，該處的合場強為零B．E1＝E2之點共有兩處，一處合場強為零，另一處合場強為2E2.C．E1＝E2之點共有三處，其中兩處合場強為零，另一處合場強為2E2D．E1＝E2之點共有三處，其中一處合場強為零，另兩處合場強為2E2.【答案】

B.電場強度是矢量，合成時遵循矢量運算法則(平行四邊形定則或三角形定則)，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度的合成，可先規(guī)定正方向，進而把矢量運算轉化成代數(shù)運算．..【解析】由對稱性原理可知：若正方形四個頂點處均放置相同電荷量的電荷，則中心O點的場強為零，因此可把D點的電荷－q等效為兩部分：＋q和－2q.. 如右圖所示，均勻帶電圓環(huán)所帶電荷量為Q，半徑為R，圓心為O，P為垂直于圓環(huán)平面的對稱軸上的一點，OP＝L，試求P點的場強．.【解析】設想將圓環(huán)等分為n個小段，當n相當大時，每一小段都可以看做點電荷．其所帶電荷量為q＝Q/n，由點電荷場強公式可求得每一點電荷在P處的場強為E＝kQ/(nr2)＝kQ/[n(R2＋L2)]．由對稱性可知，各小段帶電環(huán)在P處的場強E的垂直于軸向的分量Ey相互抵消，而E的軸向分量Ex之和即為帶電環(huán)在P處的場強Ep..本題是通過“微元法”將非點電荷電場問題轉化為點電荷電場問題求解．...【答案】

B..1．電場的概念電場：存在于電荷周圍的一種 ．(1)電場是客觀存在的一種特殊物質，它跟由分子、原子組成的物質不同，幾個電場可以同時占有同一個空間．(2)電場的基本性質，對放入其中的 有力的作用，這種力叫做 ．電荷間的相互作用是通過 發(fā)生的．物質電荷電場力電場.2．電場強度(1)定義：放入電場中某點的電荷所受的 F跟它的電荷量q的 ，叫做該點的 ，簡稱 ．定義式為 ，它適用于任何靜電場．(2)電場強度是矢量，在物理學中規(guī)定電場中某點的場強方向跟 在該點所受的電場力方向相同．負電荷在電場中某點所受的電場力的方向跟該點的場強方向 ．比值電場強度電場力場強正電荷相反.(3)場強的單位： ，符號是 .場強的單位也可以用伏/米(V/m)，1V/m＝1N/C.(4)場強是反映電場本身特性的物理量，與是否存在試探電荷、試探電荷的正或負均 ．牛/庫N/C無關.(2)方向：Q為 時，E的方向由Q指向P；Q是 時，E的方向由P指向Q.正電荷負電荷.4．電場的疊加(1)電場強度是矢量，幾個電場共同存在于某空間時，某處的合場強計算應遵循 的運算定則．(2)電場的疊加原理：電場中某點的場強等于該點周圍各個電荷單獨存在時在該點產(chǎn)生的場強的 ．5．電場線的定義形象地描述電場的一簇假想的曲線，曲線上每一點的 都跟該點的場強方向一致．矢量矢量和切線方向.6．靜電場電場線的特點(1)從 出發(fā)終止于負電荷．(2)電場線上某點的切線方向表示該點的 方向．(3)電場線在某處的疏密表示該處電場的 ．(4) 不相交也不閉合．7．勻強電場(1)勻強電場：電場強度的大小和方向處處 的電場，叫做勻強電場．(2)勻強電場的電場線是 直線．正電荷場強強弱電場線相同距離相等的平行.1．(考查點：電場的物質性)下列關于電場的說法中正確的是(

)A．電場不是客觀存在的物質，是為了研究靜電力而假想的B．兩電荷之間的相互作用力是超距作用的結果C．電場是客觀存在的物質，但不是由分子、原子等實物粒子組成的D．電場的基本性質是對放入其中的電荷產(chǎn)生力的作用.【解析】電場是客觀存在的一種特殊物質，A錯、C對；電場的基本性質是對放入其中的電荷產(chǎn)生力的作用，正是這一性質使電場成為傳遞靜電力的媒介，B錯、D對．【答案】

CD.2．(考查點：電場的性質)一個試探電荷q，在電場中某點受到的靜電力為F，該點的場強為E，下面四幅圖中能正確反映q、E、F三者關系的是(

)【解析】電場強度E由電場本身決定，與試探電荷無關，即E不與F成正比，也不與q成反比，但F與q成正比．【答案】

C..【解析】

a、b兩點場強大小相等但方向不同，a、c兩點場強方向相同，但大小不等．【答案】

AD.4．(考查點：電場線的特點)把質量為m的正點電荷q，在電場中從靜止釋放，在它運動過程中如果不計重力，下述正確的是(

)A．點電荷運動軌跡必與電場線重合B．點電荷的速度方向，必定和所在點的電場線的切線方向一致C．點電荷的加速度方向，必定與所在點的電場線的切線方向一致D．點電荷的受力方向，必與所在點的電場線的切線方向一致.【解析】正點電荷q由靜止釋放，如果電場線為直線，電荷將沿電場線運動，但電場線如果是曲線，電荷一定不沿電場線運動，故A選項錯誤；由于點電荷做曲線運動時，其速度方向與靜電力方向不再一致(初始時刻除外)，故B選項錯誤；而點電荷的加速度方向，也即電荷所受靜電力方向必與該點場強方向一致，即與所在點的電場線的切線方向一致，故C、D選項正確．【答案】

CD..A．點電荷從P到O的過程中，加速度越來越大，速度也越來越大B．點電荷在從P到O的過程中，加速度越來越小，速度越來越小C．點電荷運動到O點時加速度為零，速度達到最大值D．點電荷超過O點后，速度越來越小，加速度越來越大，直到速度為零【答案】

C.練考題、驗能力、輕巧奪冠..9、靜夜四無鄰，荒居舊業(yè)貧。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、雨中黃葉樹，燈下白頭人。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20238:20:08AM11、以我獨沈久，愧君相見頻。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、故人江海別，幾度隔山川。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、乍見翻疑夢，相悲各問年。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國見青山。。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、比不了得就不比，得不到的就不要。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、行動出成果，工作出財富。。2023/2/32023/2/303February202317、做前，能夠環(huán)視四周；做時，你只能或者最好沿著以腳為起點的射線向前。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、沒有失敗，只有暫時停止成功！。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、很多事情努力了未必有結果，但是不努力卻什么改變也沒有。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20238:20:08AM11、成功就是日復一日那一點點小小努力的積累。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、世間成事，不求其絕對圓滿，留一份不足，可得無限完美。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、不知香積寺，數(shù)里入云峰。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、意志堅強的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。03二月20232023/2