高中物理第1章靜電場第3節(jié)電場及其描述課堂互動教案魯科版選修3

1、第3節(jié) 電場及其描述課堂互動三點剖析一、公式E=和E=k的區(qū)別1.公式E=是電場強度的定義式，對任何電場都適用.2.公式E=是點電荷場強決定式，僅適用于真空中點電荷的電場.E=提供了量度電場強度的一種方法；E=k則提供了真空中點電荷電場的場強計算方法，在E=中,q是試探電荷，故E與q無關，而在E=k中,Q是產(chǎn)生電場的場源電荷，故E與Q成正比.【例1】 研究表明，地球表面的電場強度不為零，假設地球表面附近的電場強度的平均值為20 NC，方向垂直地表面向下，則地球表面帶_電，平均每平方米表面帶電荷量為q=_.（已知靜電力常量k=9.0109 Nm2C2，取3.0，地球半徑R=6.4106 m）解析

2、：把地球等效為一個均勻帶電的球體，將其表面的電荷量看作全部集中于地球的球心，由地球表面附近的電場強度方向垂直地球表面向下可知地球表面帶負電.由E=k得Q=，每平方米均勻帶電荷量q=，代入數(shù)值得q=1.8510-10 C.答案：負1.8510-10 C溫馨提示有些同學剛看到這個題的時候感到無從下手，但如果注意到題目中給了地球的場強和半徑，就能聯(lián)想到我們所學的點電荷的場強了.我們知道，一個半徑為R的均勻帶電球體在外部產(chǎn)生的電場，與一個位于球心的、電荷量相等的點電荷產(chǎn)生的電場相等，球外各點的電場強度也是E=k.這里我們可以把地球看成是一個均勻帶電球體.二、電場力和電場強度的區(qū)別和聯(lián)系電場強度E電場力

3、F含義反映電場中各點的力的性質(zhì)的物理量電場對放入其中的電荷的作用力公式E=F=qE決定因素E的大小只決定于電場本身，與電荷q無關.在電場中不同的點，E的大小一般是不同的F的大小由放在電場中某點的點電荷q和該點的場強共同決定，F(xiàn)和q成正比方向?qū)τ诖_定的電場，其中各點的場強都有確定的方向，即正電荷的受力方向同一電荷受力的方向因在電場中的位置而異；同一位置則因受力電荷的電性而異單位N/CN【例2】 如圖1-3-2所示，一帶電荷量為q的金屬球固定在絕緣的支架上，這時球外P點的電場強度為E.當把一電荷量也是q的點電荷放在P點，測得點電荷受到的靜電力為F1；當把一電荷量為aq的點電荷放在P點時，測得作用在

4、這個點電荷的靜電力為F2，則在國際單位制中()圖1-3-2A.F1的數(shù)值等于qE0B.F2的數(shù)值等于aF1C.a比1小得越多，F(xiàn)2的數(shù)值越接近aqE0D.a比1小得越多，F(xiàn)2的數(shù)值越接近aF1解析：本題涉及的問題是能否將放入P點的點電荷看作試探電荷.顯然，當引入電荷的電荷量也為q時，它對金屬球表面的電荷分布會帶來影響，這個電荷不能作為試探電荷，它改變了金屬球作為帶電體在空間中產(chǎn)生電場的分布，因此，P點的場強會因引入q而發(fā)生變化，不再為E0,則A錯.當置于P點電荷的電荷量為aq時，金屬球電荷的分布情況又發(fā)生變化，故P點的場強又發(fā)生改變，即在兩種情況下所受電場力與帶電荷量都不成正比，故B錯誤.只有

5、a比1小得越多，aq電荷對金屬球的表面電荷分布影響越小，該處的電場強度越接近E0，此時F的值越接近aqE0.答案：C溫馨提示對于金屬球來說，作為場源電荷，本來它在P點的場強由它自己決定，取決于它的帶電荷量及到P點的距離，但引入另一電荷后，會改變空間中的電場分布，從而改變P點的場強，除非該電荷可看作檢驗電荷，帶電荷量足夠小，不致于明顯地影響到金屬球的電荷分布，因此做題時一定要注意物理規(guī)律的成立條件，不能簡單套用.【例3】 圖1-3-3所示為在同一電場中的a、b、c三點分別引入檢驗電荷時，測得的檢驗電荷的電荷量和它所受電場力的函數(shù)圖象，則此三點的場強大小Ea、Eb、Ec的關系是()圖1-3-3A.

6、EaEbEcB.EbEaEcC.EcEaEbD.EaEcEb解析：根據(jù)場強可知，各點場強大小即圖中所示直線的斜率大小，可見EcEaEb,因此，選項C正確.答案：C三、幾種常見電場線的分布及特點1.點電荷的電場：正電荷的電場線從正電荷出發(fā)延伸到無限遠處，負電荷的電場線由無限遠處延伸到負電荷，如圖1-3-4所示.圖1-3-4（1）點電荷形成的電場中，不存在場強相等的點.（2）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.2.等量同種電荷的電場：電場線分布如圖1-3-5所示（以等量正電荷為例），其特點有：圖1-3-5（1）兩點電荷連線的中點O處場強為零，

7、此處無電場線，向兩側場強逐漸增大，方向指向中點.（2）兩點電荷連線中點O沿中垂面（中垂線）到無限遠，電場線先變密后變疏，即場強先變大后變小，方向背離中點.3.等量異種電荷的電場：電場線分布如圖1-3-6所示，其特點有：圖1-3-6（1）兩點電荷連線上的各點場強方向從正電荷指向負電荷,沿電場線方向先變小再變大，中點處場強最小.（2）兩點電荷連線的中垂面（中垂線）上，電場線的方向均相同，即電場強度方向都相同，總與中垂面（或中垂線）垂直且指向負點電荷一側，從中點到無窮遠處，場強大小一直減小，中點處場強最大.4.勻強電場：場強的大小、方向處處相同，電場線為間距相等的平行直線，電場線分布如圖1-3-7所

8、示.圖1-3-75.電場線是電荷在電場中的運動軌跡嗎？電場線有曲線，也有直線，下面我們分兩種情況討論.圖1-3-8（1）電場線是曲線的情況：如圖1-3-8所示，將一正點電荷置于P點（靜止）,電荷所受電場力的方向沿該點的切線方向，那么電荷要沿切線加速.必然偏離電場線，電場線不能成為粒子的運動軌跡，如果點電荷有初速度v0，不論v0的方向如何，帶電粒子帶何種電荷，電場線均不能成為電荷的運動軌跡.（2）電場線是直線的情況：在動力學中我們知道，一個物體做直線運動，必須滿足物體所受合外力的方向與初速度的方向在一條直線上，或者初速度為零而合外力的方向始終在一條直線上，如果電場線是一條直線，而帶電粒子只受電場

9、力（或合外力方向在電場線上），同時滿足初速度為零（或初速度的方向在電場線上），電場線才與粒子的運動軌跡重合.【例4】 如圖1-3-9所示，一電子沿等量異種電荷的中垂線由AOB勻速飛過，電子重力不計，則電子所受電場力外另一個力的大小和方向變化情況是()圖1-3-9A.先變大后變小，方向水平向左B.先變大后變小，方向水平向右C.先變小后變大，方向水平向左D.先變小后變大，方向水平向右解析：由等量異種電荷的電場線分布可以得出，從A到O，電場線由疏到密；從O到B，電場線由密到疏，所以由AOB，電場強度先由小變大，再由大變小，而電場強度方向沿電場切線方向，為水平向左.由于電子處于平衡狀態(tài)，所受合外力必為

10、零，故另一個力應與電子所受電場力大小相等、方向相反.電子受的電場力與場強相反，即水平向右，電子由AOB的過程中，電場力由小變大，再由大變小，故另一個力方向應水平向左，其大小也應先變大后變小，所以選項A正確.答案：A溫馨提示本題考查電場強度的疊加：電場中某點的電場強度為各個點電荷單獨在該點產(chǎn)生的電場強度的矢量和.在考試中要善于作圖分析.各個擊破類題演練1下列關于電場強度的說法中，正確的是()A.公式E=只適用于真空中的點電荷產(chǎn)生的電場B.由公式E=可知，電場中某點的電場強度E與試探電荷在電場中該點所受的電場力成正比C.在公式F=k中，k是點電荷Q2產(chǎn)生的電場在點電荷Q1處的場強大?。欢鴎是點電荷

11、Q1產(chǎn)生的電場在點電荷Q2處場強的大小D.由公式E=可知，在離點電荷非常近的地方（r0），電場強度E可達無窮大解析：電場強度的定義式E=適用于任何電場，故A錯.電場中某點的電場強度由電場本身決定，而與電場中該點是否有試探電荷或引入試探電荷所受的電場力無關(試探電荷所受電場力與其所帶電荷量的比值僅反映該點場強的大小，但不能決定場強的大小)，故B錯.點電荷間的相互作用力是通過電場產(chǎn)生的，故C對.公式E=是點電荷產(chǎn)生的電場中某點場強的計算式，當r0時，所謂“點電荷”已不存在，該公式已不適用，故D錯.答案：C類題演練2電荷所帶電荷量為q13.010-10 C，在電場中的某一點所受的電場力F6.310-

12、7 N，方向豎直向上，試求這一點的電場強度.若在這一點放一電荷量為q6.010-10 C的電荷時，那么電荷所受電場力是多大?若在這一點不放電荷時，這一點的場強是多大?解析：電場強度是電場本身固有的性質(zhì)，它不因電場中是否放有電荷而改變.電荷在電場中某處受到的電場力是由該處的場強和帶電體的電荷量共同決定的.根據(jù)場強的定義式可知：E= N/C=2.110-3 N/C，方向豎直向上.電荷q在該點所受的電場力為：F=Eq=2.11036.010-10 N=1.2610-6 N.答案：2.110-3 N/C、方向豎直向上1.2610-6 N2.110-3 N/C變式演練1如圖1-3-10所示，用絕緣細線拴

13、一個質(zhì)量為m的小球，小球在豎直向下的場強為E的勻強電場中的豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動，則小球帶_電荷，所帶電荷量為_.圖1-3-10解析：小球受三個力：重力、拉力、電場力，因小球做勻速圓周運動，其合外力總指向圓心，所以應滿足Eq=mg，即重力與電場力相互抵消，相當于只受繩子的拉力作用.答案：負變式演練2在勻強電場中，將一質(zhì)量為m、電荷量為q的小球由靜止釋放，帶電小球的運動軌跡為一直線，該直線與豎直方向的夾角為，如圖1-3-11所示.則勻強電場的場強大小為 ()圖1-3-11A.最大值是B.最小值為C.唯一值是D.以上都不對解析：物體做直線運動的條件是合外力方向與速度方向在一條直線上，即垂直于速度

14、方向合外力為零，故電場力最小值就等于重力垂直于速度方向的分力，所以B正確.答案：B類題演練3靜電在各種產(chǎn)業(yè)和日常生活中有著重要的應用,如靜電除塵、靜電復印等，所依據(jù)的基本原理幾乎都是讓帶電的物質(zhì)微粒在電場作用下奔向并吸附到電極上.現(xiàn)有三個粒子a、b、c從P點向下射入由正、負電極產(chǎn)生的電場中，它們的運動軌跡如圖1-3-12所示.則 ()圖1-3-12A.a帶負電荷，b帶正電荷，c不帶電荷B.a帶正電荷，b不帶電荷，c帶負電荷C.a帶負電荷，b不帶電荷，c帶正電荷D.a帶正電荷，b帶負電荷，c不帶電荷解析：兩等量異種點電荷連線的中垂面（中垂線）上，電場線的方向均相同，即電場強度方向都相同，總與中垂

15、面（或中垂線）垂直且指向負點電荷一側，正電荷所受電場力與電場強度方向相同，負電荷所受電場力與電場強度方向相反.答案：B類題演練4相距為a的A、B兩點分別帶有等量異種電荷Q、Q，在A、B連線中點處的電場強度為()A.零B.，且指向QC.，且指向QD.，且指向Q解析：E=EA+EB=，方向指向負電荷一側.答案：D變式演練3如圖1-3-13所示，M、N為兩個等量同種電荷，在其連線的中垂線上的P點放一靜止的點電荷q（負電荷），不計重力，下列說法中正確的是()圖1-3-13A.點電荷在從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，速度越來越大C.點電荷運動到O點時加速度為零，速度達最大值D.點電荷越過O點后，速度越來越小，加速度越來越大，