高中物理第一章静电场电场强度学案新人教选修

1.3 电场强度
【学习目标】
1.知道电荷间的相互作用是通过电场实现的。

知道场与实物是物质存在的两种不同性质。

2.理解电场强度的定义、单位、方向。

体会用比值法定义物理量的方法。

3.能推导点电荷的电场强度计算公式,并能使用公式进行相关的计算。

4.知道电场强度的叠加原理,并能应用这个原理进行简单的分析和计算。

5.知道电场线的定义和特点,会用电场线分析、描述电场的强弱和方向,知道几种特殊电场的电场线的分布特征。

【知识导学】
1.电场
(1)带电体周围存在一种物质,这种物质是①电场,电荷间的相互作用就是通过②电场发生的,它是一种看不见的客观存在的物质,它具有力和能的特性。

(2)电场最基本的性质是③对放入其中的电荷有力的作用。

2.电场强度
(1)引入电场强度的目的是描述电场的强弱,它所描述的是放入电场中的电荷所受力的性质;放入电场中某点的电荷所受的④静电力与⑤电荷量的比值,叫电场强度。

(2)电场强度定义式为⑥ ,电场强度的单位为⑦牛顿/库仑或N/C。

(3)电场强度是矢量,规定电场强度方向与⑧正(填“正”或“负”)电荷在该点所受到的静电力的方向相同。

(4)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单独存在时在该点所产生的场强的矢量和。

合场强的计算应遵守⑨平行四边形定则。

3.电场线
(1)为了直观地描述电场,英国物理学家⑩法拉第(填人名)提出了用电场线描述电场的方法。

(2)电场线:就是在电场中画出一些有方向的曲线,在这些曲线上,每一点的切线方向表示该点的电场强度方向。

电场线的疏密程度表示电场强度的大小。

电场线并不是实际存在的,它只是为了形象地描述电场而引入的一种假想的曲线。

(3)匀强电场:场强的大小和方向都相同的电场叫匀强电场。

匀强电场的电场线是一簇等间距的平行直线。

【三“点”探究】
主题1:电场
阅读教材中“电场”部分的内容,回答下列问题。

(1)法拉第是在什么情况下提出“电场”概念的?
(2)变化的电磁场具有什么性质使我们说它具有物质性?
主题2:电场强度(重点探究)
阅读教材中“电场强度”部分的内容,回答下列问题。

(1)在如图所示的实验中,带电金属球A通过什么对带电小球发生库仑力作用?把同一个带电小球分别挂在P1、P2、P3处时,发现受力的大小不同,这说明什么?
(2)为什么实验中使用的试探电荷的电荷量和尺寸都必须足够小?
(3)如果图中的带电金属球A可以看作点电荷,且它所带电荷量为Q,那么在离A球距离为r 的位置依次放置点电荷q1、2q1、3q1……其所受到的库仑力分别是多少?
(4)为什么定义电场强度E=错误！未找到引用源。

,却又说电场中某点的电场强度E与放在该处的试探电荷的电荷量q及其受到的静电力F无关?
主题3:点电荷的电场与电场强度的叠加
设一个点电荷的电荷量为+Q,在与之相距为r的A点放一试探电荷,其所带电荷量为+q,如图所示。

(1)试利用电场强度定义及库仑定律推导A点的场强的大小,并确定A点场强的方向。

(2)在点电荷形成的电场中,某点的场强大小由哪些因素决定?
(3)如果空间中有几个点电荷同时存在,那么该如何确定某点的电场强度?它遵循什么原则?
主题4:电场线
阅读教材“电场线”标题下面的内容,回答下列问题。

(1)电场线是如何表示电场方向的?
(2)电场线能不能相交?
(3)电场线是如何表示电场强弱的?
【知识运用】
1.由电场强度的定义式E=错误！未找到引用源。

可知,在电场中的同一点( )。

A.电场强度E跟F成正比,跟q成反比
B.无论试探电荷所带的电荷量如何变化,错误！未找到引用源。

始终不变
C.电场中某点的场强为零,则在该点的电荷受到的静电力一定为零
D.一个不带电的小球在P点受到的静电力为零,则P点的场强一定为零
2.一个试探电荷q在电场中某点受到的静电力为F,该点的电场强度为E,下面四幅图中能正确反映q、E、F三者关系的是( )。

3.如图所示,a、b两点为负点电荷Q产生的电场中以Q为圆心的同一圆周上的两点,a、c两点为同一条电场线上的两点,以下说法中正确的是( )。

A.a、b两点电场强度大小相等
B.同一试探电荷在a、b两点所受静电力相同
C.a、c两点电场强度大小关系为E a>E c
D.a、c两点电场强度方向相同
4.图示为某电场部分电场线,A、B、O是一根电场线上的三点,在线上的O点放一个自由的负电荷,它将沿电场线向B点运动,下列判断中正确的是( )。

A.电场线由B指向A,该电荷做加速运动,其加速度越来越小
B.电场线由B指向A,该电荷做加速运动,其加速度的变化不能确定
C.电场线由A指向B,该电荷做加速运动,其加速度越来越大
D.电场线由A指向B,电荷做匀加速运动
【拓展提升】
拓展一、对电场和电场强度的理解
1.在真空中O点放一个电荷Q=+1.0×10-9 C,直线MN通过O点,OM的距离r=30 cm,M点放一个点电荷
q=-1.0×10-10 C,如图所示,求:
(1)q在M点受到的作用力。

(2)M点的电场强度。

(3)拿走q后M点的电场强度。

(4)若MN=30 cm,拿走q后N点的电场强度多大?
拓展二、电场的叠加问题
2.如图所示,真空中带电荷量分别为+Q和-Q的点电荷A、B相距r,则:
(1)两点电荷连线的中点O的电场强度多大?
(2)距A、B两点都为r的O'点的电场强度如何?
拓展三、运动轨迹与电场线相结合的问题
3.如图所示,图中实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线,虚线是某带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹,a、b是轨迹上的两点。

若带电粒子在运动过程中只受到静电力作用,根据此图可以做出正确判断的是( )。

A.带电粒子所带电荷的正负
B.带电粒子在a、b两点的受力方向
C.带电粒子在a、b两点的速度何处较大
D.带电粒子在a、b两点的加速度何处较大
【补充学习材料】
【反思总结】
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题
1．如图所示为某小球所受的合力与时间的关系图象，各段的合力大小相同，作用时间相同，设小球从静止开始运动。

由此可判定
A．小球向前运动一段时间后停止
B．小球始终向前运动
C．小球向前运动，再返回停止
D．小球向前运动，再返回，但不会停止
2．两个质量不同的小球，由长度不等的细绳拴在同一点，并在同一水平面内同步做匀速圆周运动，如图所示，则它们的( )
A．周期不相同
B．线速度相同
C．角速度相同
D．向心加速度相同
3．如图所示，质量为m、半径为r的金属圆环立在绝缘水平面上，圆环的电阻为R，一根绝缘细线一端连在圆环上，另一端连接在天花板上，细线刚好拉直，且细线与竖直方向的夹角为60°。

竖直虚线MN将圆环一分为二，在虚线MN右侧加一垂直于金属圆环面向里的匀强磁场，使磁场的磁感应强度B按B=kt(k为常数)的规律随时间，均匀增大，重力加速度为g，忽略圆环的粗细，t时刻，圆环对水平面的压力刚好为
零。

则t的值为
A． B． C．D．
4．2018年4月14日，风靡全球的蹦床主题公园----乐园空间登陆上海，在人气最高的自由蹦床活动中，小朋从扁带上竖直向上跳起，落下后沉入海绵池中，如图是小朋某次游戏中的v-t图像，t=0时小朋离开扁带，将小朋视为质点，不考虑空气阻力，则小朋
A．t1时刻落到海面上
B．t2时刻到达最低处
C．t3时刻处于平衡状态
D．t2~t4时间内处于超重状态
5．如图，光滑水平面上放着长木板B，质量为m = 2 kg的木块A以速度v0 = 2 m/s滑上原来静止的长木板B的上表面，由于A、B之间存在有摩擦，之后，A、B的速度随时间变化情况如右图所示，重力加速度g = 10 m/s2。

则下列说法正确的是
A．长木板的质量M = 2 kg
B．A、B之间动摩擦因数为0.2
C．长木板长度至少为2 m
D．A、B组成系统损失机械能为4 J
6．奥迪车有多种车型，如30TFS1、5OTFS1、6OTFS（每个车型字母前的数字称为G值)G值用来表现车型的整体加速度感，数字越大，加速越快。

G值的大小为车辆从静止开始加速到100km/h的平均加速度数值(其单位为国际基本单位)再乘以10。

如图为某型号的奥迪尾标，其值为60TFSI，则该型号车从静止开始加速到100km/h的时间约为
A．4.6s B．6.2s C．8.7s D．9.5s
二、多项选择题
7．两根相距为 L 的足够长的金属弯角光滑导轨如图所示放置，它们各有一边在同一水平面内，另一边与水平面的夹角为37°，质量均为 m 的金属细杆 ab、cd 与导轨垂直接触形成闭合回路，导轨的电阻不计，回路总电阻为 2R，整个装置处于磁感应强度大小为 B，方向竖直向上的匀强磁场中，当 ab 杆在平行于水平导轨的拉力 F 作用下以速度 v 沿导轨匀速运动时，cd 杆恰好处于静止状态，重力加速度为 g，以下说法正确的是（）
A．ab 杆所受拉力 F 的大小为mg tan37°
B．回路中电流为
C．回路中电流的总功率为mgv tan37°
D．m 与 v 大小的关系为
8．在地球表面以初速度v0竖直向上抛出一个小球，经时间t后回到出发点假如宇航员登上某个半径为地球半径2倍的行星表面，仍以初速度v0竖直向上抛出一个小球，经时间4t后回到出发点。

则下列说法正确的是（）
A．这个行星的质量与地球质量之比为1：2
B．这个行星的第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度之比为1：
C．这个行星的密度与地球的密度之比为1：8
D．这个行星的自转周期与地球的自转周期之比为1：1
9．根据动滑轮省力的特点设计如图甲所示装置(滑轮质量、摩擦均不计).质量为2kg的物体在竖直向上的拉力F作用下由静止开始向上做匀加速运动，其速度随时间的变化关系如图乙所示，由此可知（取g=10m/s2）（）
A．物体加速度大小为0.5m/s2
B．拉力F的大小为12 N
C．2s末拉力F的功率大小为96W
D．2s内拉力F做的功为48J
10．一物体静止在水平地面上，在竖直向上的拉力F的作用下向上运动。

不计空气阻力，物体的机械能E 与上升高度h的关系如图所示，其中曲线上A点处的切线斜率最大，h2~h3的图线为平行于横轴的直线。

下列说法正确的是
A．在h1处物体所受的拉力最大
B．在h2处物体的动能最大
C．h2~h3过程中合外力做的功为零
D．0~h2过程中拉力F始终做正功
三、实验题
11．中国著名科幻作家刘慈欣在其作品《人间大炮》中展现了前人所提出的“地心隧道”设想，即开通一条穿过地心的笔直隧道，如图所示。

下面是《人间大炮》中的一段文字：
沈华北的本意是想把话题从政治上引开去，他成功了，贝加纳来了兴趣：“沈，你的思维方式总是与众不同……让我们看看：我跳进去（指跳进地心隧道）后会一直加速，虽然我的加速度会随坠落深度的增加而减小，但确实会一直加速到地心，通过地心时我的速度达到最大值，加速度为零；然后开始减速上升，这种减速度的值会随着上升而不断增加，当到达地球的另一面阿根廷的地面时，我的速度正好为零。

如果我想回中国，只需从那面再跳下去就行了，如果我愿意，可以在南北半球之间做永恒的简谐振动，嗯，妙极了，可是旅行时间……”假设地球质量分布均匀地球半径为R，地表附近重力加速度为g，物体从隧道口由静止释放，不计空气阻力，请完成以下问题
（1）指出物体做简谐运动的平衡位置。

（不需证明）
（2）已知均匀球壳对壳内物体引力为零，请证明物体在地心隧道中的运动为简谐运动。

（3）做简谐运动的物体回复力为F=-kx，其周期为，其中m为物体的质量，请求出物体从隧道一端静止释放后到达另一端需要多少分钟。

（地球半径R=6400km，地表重力加速为g=10m/s2，π=3.14，
最终结果请保留一位小数）
12．在用单摆测量重力加速度的实验中，实验装置如图(a)所示，细线的上端固定在铁架台上，下端系一个小钢球，做成一个单摆．
①实验过程有两组同学分别用了图(b)(c)的两种不同方式悬挂小钢球，你认为 ______ (选填“b”或“c”)悬挂方式较好．
②某同学在实验中测得的小球直径为d，测定了摆线的长度为l，用秒表记录小球完成n次全振动的总时间为t，则当地的重力加速度的表示式为g= ______ (用d、l、n、t表示)
③图(d)是某组同学根据实验数据画出的T2−L图线，其中L是摆长，现已测出图中直线斜率为k，则可得出当地重力加速度表达式g=______ ．
④实验中有个同学发现他测得重力加速度的值偏大，其原因可能是 ______
A．测摆线长时摆线拉得过紧
B．单摆所用摆球质量太大
C．摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现松动，使摆线长度增加了
D．把n次全振动时间误当成(n+1)次全振动时间
四、解答题
13．证明:做匀变速直线运动的物体在任意两个连续相等的时间内位移之差为定值。

设加速度为a,连续相等的时间为T,连续相等时间通过的位移之差为Δx,则Δx=aT2。

14．如图所示，两块长度均为l的绝缘木板A、B置于水平地面上的光滑区域，m A=2kg，m B=1kg，它们的间距为d=2m。

一质量为2kg、长度为2l的长板C叠放于A板的上方，二者右端恰好齐平。

C与A、B之间的动摩擦因数都为μ=0.2，最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力。

开始时，三个物体处于静止状态，现给长板C施加一个方向水平向右、大小为4N的外力F，结果A板被长板C带动加速直到与木板B发生碰撞。

假定木板A、B碰撞时间极短且碰后粘连在一起。

（g取10m/s2）
（1）求木板A、B碰撞后瞬间的速度大小；
（2）要使C最终恰好与木板A、B两端对齐，木板A、B的长度l的值；
（3）若C恰好与木板A、B两端对齐时撤去F，A、B、C三者立刻被锁定为一个系统，此时ABC开始进入水平地面上的粗糙区域，AB下表面与粗糙区域的动摩擦因数μ2=0.3．求A板运动的位移大小。

【参考答案】
一、单项选择题
题号 1 2 3 4 5 6
答案 B C A D A A
二、多项选择题
7．ACD
8．BC
9．BC
10．AD
三、实验题
11．（1）地心为物体做简谐运动的平衡位置（2）地表：以地心为位移起点，设某时刻位移为x，如图所示，此处为万有引力提供回复力，由于均匀球壳对壳内物体引力为零，则有：，整理可得：，为常数，即该物体运动为简谐运动（3）41.9分钟
12．①c ；②；③；④AD
四、解答题
13．Δx=aT2
14．(1) (2) (3)
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题
1．“飞针穿玻璃”是一项高难度的绝技表演，曾度引起质疑。

为了研究该问题，以下测量能够得出飞针在穿越玻璃的时间内，对玻璃平均冲击力大小的是
A．测出玻璃厚度和飞针穿越玻璃前后的速度
B．测出玻璃厚度和飞针穿越玻璃所用的时间
C．测出飞针质量、玻璃厚度和飞针穿越玻璃所用的时间
D．测出飞针质量、飞针穿越玻璃所用时间和穿越玻璃前后的速度
2．甲、乙两车在一平直公路上从同一地点沿同一方向沿直线运动，它们的v-t图像如图所示。

下列判断不正确的是
A．乙车启动时，甲车在其前方50m处
B．乙车超过甲车后，两车不会再相遇
C．乙车启动10s后正好追上甲车
D．运动过程中，乙车落后甲车的最大距离为75m
3．从地面以大小为v1的初速度竖直向上抛出一个皮球，经过时间t皮球落回地面，落地时皮球速度的大小为v2。

已知皮球在运动过程中受到空气阻力的大小与速度的大小成正比，重力加速度大小为g。

根据你的判断，t的合理表达式最可能是（）
A． B． C． D．
4．某运动员（可看成质点）参加跳板跳水比赛，t=0是其向上起跳瞬间，其速度与时间关系图象如图所示，则（）
A．t1时刻开始进入水面
B．t2时刻开始进入水面
C．t3时刻已浮出水面
D．t2—t3的时间内，运动员处于失重状态
5．宇宙中存在着一些离其它恒星较远的三星系统，其中有一种三星系统如图所示，三颗恒星质量均为m 的星体位于等边三角形的三个顶点，三角形边长为R，忽略其它星体对它们的引力作用，三星在同一平面内绕三角形中心O做高速圆周运动，引力常量为G，则（）
A．每颗星做圆周运动的线速度为
B．每颗星做圆周运动的角速度为
C．每颗星做圆周运动的周期为
D．每颗星做圆周运动的加速度与三星的质量无关
6．如图所示给滑块一初速度v0使它沿倾角30°的光滑斜面向上做匀减速运动，若重力加速度为g，则当滑块速度大小减为时，滑块运动的时间可能是
A．B．
C． D．
二、多项选择题
7．下列说法正确的是________。

A．医院中用于体检的“B超”利用了超声波的反射原理
B鸣笛汽车驶近路人的过程中，路人听到的声波频率与波源相比增大
C．地面上的人观察在宇宙中高速飞行的飞船中的时钟变快
D．照相机镜头的偏振滤光片可使水下影像清晰
E无线网络信号能绕过障碍物传递到接收终端是利用了干涉原理
8．如图甲所示，轻杆一端固定在点，另一端固定一个小球，现让小球在竖直平面内做半径为的圆周运动，小球运动到最高点时，杆与小球间弹力大小为，小球在最高点的速度大小为，其图象如图乙所示.则下列说法正确的是( )
A．小球的质量为
B．当地的重力加速度大小为
C．时，小球对杆的弹力方向向上
D．时，小球受到的弹力与重力大小相等
9．四个点电荷位于正方形四个角上，电荷量及其附近的电场线分布如图所示．ab、cd分别是正方形两组对边的中垂线，O为中垂线的交点，P、Q分别为ab、cd上的两点，OP>OQ，则
A．P点的电场强度比Q点的小
B．P点的电势比M点的低
C．OP两点间的电势差小于OQ间的电势差
D．一带正电的试探电荷在Q点的电势能比在M点大
10．在竖直方向的电场中一带电小球由静止开始竖直向上运动，运动过程中小球的机械能与其位移关系的图象如图所示，其中O～S1过程的图线为曲线，S1～S2过程的图线为直线．根据该图象，下列说法正确的是
A．小球一定带正电
B．O～S1过程中小球可能一直在做加速运动
C．S1～S2过程中所处的电场一定是匀强电场
D．S1～S2过程中小球的动能可能不变
三、实验题
11．如图所示，用一根绝缘轻绳悬挂一个带电小球，小球的质量为m=1.0×10-2kg．现加一水平方向向左的匀强电场，场强E=3.0×106N/C，平衡时绝缘线与竖直方向的夹角为θ=37°，（sin37°=0.6，
cos37°=0.8，g取10m/s2）
（1）小球带什么电荷及小球的电荷量；
（2）若剪断细线，小球运动的加速度是多少。

12．如图，在真空中的O点放一点电荷Q＝4.0×10-9C，直线MN过O点，OM＝20cm，M点放有一点电荷,如图所示，（静电力常量k=9.0×109N •m2/C2）求：
（1）M点的电场强度大小；
（2）若M点的电势比N点高20V，则电荷q从M点移到N点，求电场力做功为多少？
四、解答题
13．质量为m＝1.0kg的小滑块（可视为质点）放在质量为M＝3.0kg的长木板的右端，木板上表面光滑，木板与地面之间的动摩擦因数为μ＝0.2，木板长L＝1.0m。

开始时两者都处于静止状态，现对木板施加水平向右的恒力F＝12N，如图所示，经一段时间后撤去F．为使小滑块不掉下木板，试求：用水平恒力F 作用的最长时间.（g取10m/s2）
14．在地球大气层外的空间中，当同步卫星在其参考位置附近飘移时，可以利用离子推进器产生的推力进行卫星姿态的控制和轨道的修正。

离子推进器的工作原理是先将推进剂电离，并在强电场作用下将离子
加速喷出，通过反冲运动获得推力。

如图所示为离子推进器的示意图：推进剂从P处进入，在A处电离成正离子，BC是加速电极，离子在BC间的加速电压的作用下，从D喷出。

己知该正离子的比荷（电荷量与质量之比）为k，经电压为U的电场加速后形成电流强度为I的离子束。

若离子进入B的速度很小，可忽略不计。

求：
（1）离子从D喷出的速度；
（2）同步卫星获得的推力。

【参考答案】
一、单项选择题
题号 1 2 3 4 5 6
答案 D C C B B C
二、多项选择题
7．ABD
8．ACD
9．AD
10．BCD
三、实验题
11．（1）（2）
12．（1）900N/C （2）-4×10-9J
四、解答题
13．1s
14．（1）（2）。