2024-2025學年高中物理第1章電場第3節(jié)電場強度教案粵教版選修3-1

PAGE8-第三節(jié)電場強度[學習目標]1.[物理觀念]知道電荷間的相互作用是通過電場發(fā)生的．2.[物理觀念]理解電場強度、駕馭電場強度的矢量性．(重點、難點)3.[科學思維]駕馭電場的疊加原理．(難點)4.[科學思維]知道常見的幾種電場．理解電場線及特點．(重點)一、電場1．電場：電荷四周存在電場，電荷之間的相互作用力是通過電場傳遞的．靜止的電荷四周存在的電場，即靜電場．2．基本性質：對放入其中的電荷有作用力．二、電場的描述1．摸索電荷：電量和線度足夠小的電荷，放入電場后不影響原電場的分布．2．電場強度(1)定義：放入電場中某點的點電荷受到的電場力F跟它的電荷量q的比值．簡稱場強，用字母E表示．(2)公式：E＝eq\f(F,q).(3)單位：牛/庫侖，符號：N/C.(4)方向：跟正電荷在該點所受力的方向相同或跟負電荷在該點所受力的方向相反．3．勻強電場：電場中各點的電場強度的大小和方向都相同的電場．4．點電荷的電場(1)公式：E＝keq\f(Q,r2)．(2)含義：點電荷Q的電場中隨意點的電場強度的大小，與點電荷的電荷量成正比，與該點到點電荷距離的平方成反比．5．電場的疊加原理：若空間同時存在多個點電荷，在空間某點的場強等于各個點電荷單獨存在時在該點產生的場強的矢量和．三、電場線1．電場線：用來形象直觀地描述電場的曲線，曲線上每一點的切線方向都和該處的場強方向一樣．2．特點(1)電場線是為了形象描述電場而假想的線，實際并不存在．(2)隨意兩條電場線不相交．(3)電場線的疏密反映了電場的強弱．(4)電場線從正電荷或無窮遠動身，延長到無窮遠或到負電荷終止．(5)勻強電場的電場線是間隔距離相等的平行直線．1．正誤推斷(1)電場是人們?yōu)榱苏f明電荷間的作用力，人為創(chuàng)建的，并不是真實存在的． (×)(2)依據(jù)E＝keq\f(Q,r2)，點電荷電場強度與場源電荷Q成正比，與距離r的平方成反比． (√)(3)依據(jù)點電荷電場線分布，可以確定以點電荷為圓心的圓上各點電場強度相同． (×)(4)電場線不是實際存在的線，而是為了形象地描述電場而假想的線． (√)2．A為已知電場中的一固定點，在A點放一電荷量為q的摸索電荷，所受電場力為F，A點的場強為E，則()A．若在A點換上－q，A點場強方向發(fā)生改變B．若在A點換上電荷量為2q的摸索電荷，A點的場強將變?yōu)?EC．若在A點移去電荷q，A點的場強變?yōu)榱鉊．A點場強的大小、方向與q的大小、正負、有無均無關D[電場強度E＝eq\f(F,q)是通過比值定義法得出的，其大小及方向與摸索電荷無關；故放入任何電荷時電場強度的方向和大小均不變，故選項A、B、C錯誤，D正確．]3．(多選)關于電場線的特征，下列說法中正確的是()A．假如某空間中的電場線是曲線，那么在同一條電場線上各處的場強不相同B．假如某空間中的電場線是直線，那么在同一條電場線上各處的場強相同C．假如空間中只存在一個孤立的點電荷，那么這個空間中的隨意兩條電場線不相交；假如空間中存在兩個以上的點電荷，那么這個空間中有很多電場線相交D．電場中隨意兩條電場線都不相交AD[假如電場線是曲線，那么這條曲線上各點的切線方向表示在該點的場強方向，故曲線上各點的場強方向不同，A選項正確；在電場中任何一點的場強是唯一確定的，兩條電場線假如相交，則交點有兩個切線方向，該點場強就不再唯一，故D選項正確．]電場強度的理解及疊加1．公式E＝eq\f(F,q)和E＝keq\f(Q,r2)的比較公式E＝eq\f(F,q)E＝keq\f(Q,r2)本質區(qū)分定義式確定式意義及用途給出了一種量度電場強弱的方法指明白點電荷場強大小的確定因素適用范圍一切電場真空中點電荷的電場Q或q意義q表示引入電場的檢驗(或摸索)電荷的電荷量Q表示產生電場的點電荷的電荷量關系理解E用F與q的比值來表示，但E的大小與F、q大小無關E不僅用Q、r來表示，且E∝Q，E∝eq\f(1,r2)2.計算電場強度的幾種方法方法適用狀況用定義式E＝eq\f(F,q)求解常用于涉及摸索電荷或帶電體的受力狀況用E＝keq\f(Q,r2)求解僅適用于真空中的點電荷產生的電場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生的情景【例1】如圖所示，真空中，帶電荷量分別為＋Q和－Q的點電荷A、B相距r，求：(1)兩點電荷連線的中點O的場強？(2)在兩電荷連線的中垂線上，距A、B兩點都為r的P點的場強？[解析](1)如圖所示，A、B兩點電荷在O點產生的場強方向相同，由A→B.A、B兩點電荷在O點產生的電場強度：EA＝EB＝eq\f(kQ,（r/2）2)＝eq\f(4kQ,r2).故O點的合場強為EO＝2EA＝eq\f(8kQ,r2)，方向由A→B.(2)如圖所示，E′A＝E′B＝eq\f(kQ,r2)，由矢量圖所形成的等邊三角形可知，P點的合場強EP＝E′A＝E′B＝eq\f(kQ,r2)，方向與A、B的中垂線垂直，即EP與EO同向．[答案](1)eq\f(8kQ,r2)，方向由A→B(2)eq\f(kQ,r2)，方向與O點場強方向相同[一題多變]例1中，若點電荷B的電荷量為＋Q，其他條件不變，求O點和P點的場強？[解析]A、B在O點產生的場強等大反向，合場強為零，A、B在P點產生的場強大小均為E′A＝E′B＝eq\f(kQ,r2)，合場強Ep＝E′Acos30°＋E′Bcos30°＝eq\f(\r(3)kQ,r2)，方向沿OP向上．[答案]0eq\f(\r(3)kQ,r2)，方向沿OP向上(1)場源電荷產生電場，并確定各點場強的大小和方向，與摸索電荷無關．(2)E＝eq\f(F,q)是定義式，適用于一切電場；E＝keq\f(Q,r2)只適于真空中點電荷的電場．(3)電場力與場強E和摸索電荷均有關．電場線的理解和應用1．對電場線的理解(1)電場中任何兩條電場線都不能相交，電場線也不閉合．(2)電場線的疏密程度表示電場強度的大小，電場線越密的地方，場強越大；電場線越稀疏的地方，場強越?。?3)電場線是為描述電場而引入的一種假想曲線，事實上電場中并不存在電場線．(4)不行能在電場中每個地方都畫出電場線，兩條電場線間雖是空白，但那些位置仍存在電場．2．電場線與帶電粒子在電場中運動軌跡的比較電場線運動軌跡(1)事實上并不存在，是為探討電場便利而人為引入的(2)曲線上各點的切線方向即為該點的場強方向，同時也是正電荷在該點的受力方向，即正電荷在該點的加速度的方向(1)粒子在電場中的運動軌跡是客觀存在的(2)軌跡上每一點的切線方向即為粒子在該點的速度方向3.電場線與帶電粒子運動軌跡重合的條件(1)電場線是直線．(2)帶電粒子只受電場力作用，或受其他力，但其他力的方向沿電場線所在直線．(3)帶電粒子初速度為零或初速度的方向與電場線在同一條直線上．以上三個條件必需同時滿意．【例2】(多選)某靜電場中的電場線如圖所示，帶電粒子在電場中僅受電場力作用，其運動軌跡如圖中虛線所示，由M運動到N，以下說法正確的是()A．粒子必定帶正電荷B．粒子在M點的加速度大于它在N點的加速度C．粒子在M點的加速度小于它在N點的加速度D．粒子在M點的動能小于它在N點的動能ACD[依據(jù)帶電粒子運動軌跡彎曲的狀況，可以確定帶電粒子受電場力的方向沿電場線方向，故帶電粒子帶正電，A選項正確．由于電場線越密，場強越大，帶電粒子受電場力就越大，依據(jù)牛頓其次定律可知其加速度也越大，故帶電粒子在N點加速度大，C選項正確．粒子從M點到N點，所受電場力方向與其速度方向夾角小于90°，速度增加，故帶電粒子在N點動能大，故D選項正確．]確定帶電粒子在電場中運動軌跡的思路(1)確定電場方向：依據(jù)電場強度的方向或電場線的切線方一直確定．(2)確定帶電粒子受力方向：正電荷所受電場力與電場方向相同，負電荷所受電場力與電場方向相反．(3)確定帶電粒子運動軌跡：帶電粒子的運動軌跡向受力方向偏轉．eq\a\vs4\al([跟進訓練])訓練角度1.對電場線的理解1．下列各電場中，A、B兩點電場強度相同的是()ABCDC[A圖中，A、B兩點場強大小相等，方向不同；B圖中，A、B兩點場強的方向相同，但大小不等；C圖中是勻強電場，則A、B兩點場強大小、方向均相同；D圖中A、B兩點場強大小、方向均不相同．故選項C正確．]訓練角度2.電場線與帶電粒子運動軌跡的比較2.如圖所示，MN是電場中的一條電場線，一電子從a點運動到b點速度在不斷地增大，則下列結論中正確的是()A．該電場是勻強電場B．電場線的方向由N指向MC．電子在a處的加速度小于在b處的加速度D．因為電子從a到b的軌跡跟MN重合，所以電場線就是帶電粒子在電場中的運動軌跡B[僅從一條直的電場線不能推斷出該電場是否為勻強電場，因為無法確定電場線的疏密程度，所以該電場可能是勻強電場，可能是正的點電荷形成的電場，也可能是負的點電荷形成的電場，A項錯誤；電子從a到b做的是加速運動，表明它所受的電場力方向是由M指向N，由于負電荷所受的電場力方向跟場強方向相反，所以電場線的方向由N指向M，B項正確；由于無法推斷電場的性質，因此不能比較電子在a、b兩處所受電場力的大小，即不能比較加速度的大小，C項錯誤；電場線不是電荷運動的軌跡，只有在特定的狀況下，電場線才可能與電荷的運動軌跡重合，D項錯誤．][物理觀念]電場電場強度電場線[科學思維]1.比值定義法定義物理量的特點．2．依據(jù)庫侖定律和電場強度的定義式推導點電荷場強的計算式，并能進行有關的計算．3．在進行場強疊加等計算時培育綜合分析實力和學問的遷移實力．1．電場中有一點P，下列說法中正確的有()A．若放在P點的摸索電荷的電荷量減半，則P點的場強減半B．若P點沒有摸索電荷，則P點場強為零C．P點的場強越大，則同一摸索電荷在P點受到的電場力越大D．P點的場強方向就是放在該點的摸索電荷所受電場力的方向C[場強是表示電場本身性質的物理量，由電場本身確定，與是否有摸索電荷以及摸索電荷的電荷量均無關，選項A、B錯誤；由E＝eq\f(F,q)得，F(xiàn)＝qE，q肯定時F與E成正比，則知P點的場強越大，同一摸索電荷在P點受到的電場力越大，故C正確；P點的場強方向就是放在該點的正摸索電荷所受電場力的方向，與放在該點的負摸索電荷所受電場力的方向相反，故D錯誤．]2．用電場線能直觀、便利地比較電場中各點的場強大小與方向．如圖是靜電除塵集塵板與放電極間的電場線，A、B是電場中的兩點，則()A．EA<EB，方向不同 B．EA<EB，方向相同C．EA>EB，方向不同 D．EA>EB，方向相同C[依據(jù)電場線的疏密表示電場強度的大小，知A處電場線比B處密，因此EA>EB.電場強度的方向為電場線上該點的切線方向，可知，A、B兩點的場強方向不同，故A、B、D錯誤，C正確．]3.如圖所示，AB是某點電荷電場中一條電場線，在電場線上P處自由釋放一個負摸索電荷時，它沿直線向B點處運動，對此現(xiàn)象下列推斷正確的是(不計電荷重力)()A．電荷向B做勻加速運動B．電荷向B做加速度越來越小的加速運動C．電荷向B做加速度越來越大的加速運動D．電荷向B做加速運動，加速度的改變狀況不能確定D[自由釋放的負電荷向B運動，說明它受電場力方向指向B，電荷肯定做加速運動．由該題供應的條件不能確定P到B過程中的電場強度改變狀況，也就無法了解電場力、加速度的改變狀況，D項正確．]4.如圖所示，正電荷Q放在一勻強電場中，在以Q為圓心、半徑為r的圓周上有a、b、c三點，將檢驗電荷q放在a點，它受到的電場力正好為零，則勻強電場的大小和方向如何？b、c兩點的場強大小和方向如何？[解析]點電荷Q四周空間的電場