沪科版第二章第一节探究电场的力的性质
沪科版3-1选修三2.2《探究电场的力的性质》WORD教案1
2.2探究电场的力的性质1. 电场强度E 的定义式为E=F/q ,根据此式，下列说法中正确的是①此式只适用于点电荷产生的电场 ②式中q 是放入电场中的点电荷的电荷量，F 是该点电荷在电场中某点受到的电场力，E 是该点的电场强度 ③式中q 是产生电场的点电荷的电荷量，F 是放在电场中的点电荷受到的电场力，E 是电场强度 ④在库仑定律的表达式F=kq i q 2/r 2中，可以把kq 2/r 2看作是点电荷q 2产生的电场在点电荷 q i 处的场强大小，也可以 把kq 1/r 2看作是点电荷q 1产生的电场 在点电荷q 2处的场强大小B. 只有①③ D .只有③④2. 一个检验电荷q 在电场中某点受到的电场力为F ,以及这点的电场强度为E ,图中能正确反映q 、E 、F 二者关系的是3•处在如图所示的四种电场中P 点的带电粒子，由静止释放后只受电场力作用，其加4•如图所示，一电子沿等量异种电荷的中垂线由 则电子所受另一个力的大小和方向变化情况是A. 先变大后变小，方向水平向左B. 先变大后变小，方向水平向右C. 先变小后变大，方向水平向左A .只有①② C.只有②④A TB 匀速飞过，电子重力不计,C速度一定变大的是D.先变小后变大，方向水平向右5.如图所示，带箭头的线段表示某一电场中的电场线的分布情况.一带电粒子在电场中运动的轨迹如图中虚线所示.若不考虑其他力，则下列判断中正确的是A.若粒子是从A运动到B,则粒子带正电；若粒子是从B运动到A,则粒子带负电B.不论粒子是从A运动到B,还是从B运动到A，粒子必带负电C .若粒子是从B运动到A,则其加速度减小D.若粒子是从B运动到A,则其速度减小6 .如图所示，一根长为 2 m的绝缘细管AB被置于匀强电场E中，其A、B两端正好处于电场的左右边界上，倾角 a =37° ,电场强度E=103 V/m，方向竖直向下，管内有A. 2 m/sB. 3 m/sC. 2 2 m/sD. 2 . 3 m/s一个带负电的小球，重G=10-3 N,电荷量q=2X 10-6 C,从A点由静止开始运动，已知小球与管壁的动摩擦因数为0. 5,则小球从B点射出时的速度是（取g=10 m/s2;sin37° =0.6, cos37° =0.8)7.在图所示的竖直向下的匀强电场中，用绝缘的细线拴住的带电小球在竖直平面内绕悬点O做圆周运动，下列说法正确的是来源学|科| 网①带电小球有可能做匀速率圆周运动②带电小球有可能做变速率圆周运动③带电小球通过最高点时，细线拉力一定最小④带电小球通过最低点时，细线拉力有可能最小A.②B.①②C.①②③D.①②④&质量为m的带正电小球A悬挂在绝缘细线上，且处在场强为E的匀强电场中，当小球A静止时，细线与竖直方向成30°角，已知此电场方向恰使小球受到的电场力最小，贝U小球所带的电量应为C.3E2mgB.D.3mgmg2E9.带负电的两个点电荷A、B固定在相距10 cm的地方，如果将第三个点电荷C放在AB连线间距A为2 cm的地方，C恰好静止不动，则A、B两个点电荷的电荷量之比为 .AB 之间距A 为2 cm 处的电场强度 E=310.有一水平方向的匀强电场，场强大小为 9X 10 N/C ,在电场内作一半径为 10 cm 的 圆，圆周上取A 、B 两点，如图所示，连线 AO 沿E 方向，B0丄A0,另在圆心O 处放一电荷 量为10-8C 的正电荷，贝y A 处的场强大小为 11.在场强为E ,方向竖直向下的匀强电场中，有两个质量均为 m 的带电小球，电荷量分别为+2q 和-q ,两小球用长为L 的绝缘细线相连，另用绝缘细线系住带正电 的小球悬挂于 0点处于平衡状态，如图所示，重力加速度为 g ,则细绳对悬点0的作用力大小为 ________ .+q ，质量为m 的带v o 紧贴上板垂直于电场线方向射入该电场，刚好从下板边缘射出，30°角，如图所示，则：(1)粒子末速度的大小为 _________________________________________ ; (2)匀强电_; (3)两板间的距离d 为 __________ .来源学科网ZXXK]13. 如图所示，在正点电荷 Q 的电场中，A 点处的电场强度为 81 N/C , C 点处的电场强 度为16 N/C , B 点是在A 、C 连线上距离 A 点为五分之一 AC 长度处，且 A 、B 、C 在一条直 线上，则B 点处的电场强度为多大 ？14.在一高为h 的绝缘光滑水平桌面上，有一个带电量为 +q 、质量为m 的带电小球静;B 处的场强大小和方向为12.长为L 的平行金属板，板间形成匀强电场，一个带电为 电粒子，以初速度 末速度恰与下板成 场的场强为来源 学•科 + 网Z+X+X+K]止，小球到桌子右边缘的距离为s,突然在空间中施加一个水平向右的匀强电场E,且qE= 2 mg，如图所示，求:(1)小球经多长时间落地?(2)小球落地时的速度. 来源学科网15 •如图所示，一半径为R的绝缘圆形轨道竖直放置，圆轨道最低点与一条水平轨道相连，轨道都是光滑的•轨道所在空间存在水平向右的匀强电场，场强为 E.从水平轨道上的A点由静止释放一质量为m的带正电的小球，为使小球刚好在圆轨道内做圆周运动，求3 释放点A距圆轨道最低点B的距离s.已知小球受到的电场力大小等于小球重力的-倍.4--------------------- --------- ►参考答案来源学。
沪科版高二物理选修3-1第二章第一节2.1探究电场力的性质ppt1课时公开课
第一种情况：
场源电荷： 产生电场的
电荷
用电量小的点电荷作为试 探电荷（不影响原电场）
＋q
＋Q
FA
＋q
FB
试探电荷 （检验电荷）
1）电场中不同的点，F/q是不同的。
: ——
第二种情况：
F2
F1
பைடு நூலகம்
＋q2
＋q1
场结
的论
力
的 F/q
性 质
能 反
＋Q
＋Q
映
电 场 2）电场中的同一点，q不同时，F不同，的强
电 场 中 某 点
点电荷场强决定式:
E
k
Q r2
Q：源电荷电量， r:源电荷到点电荷 之间的距离
公式适用条件：点电荷产生电场
训练
1、电场中有一点P，下列说法正确的是（ C ） A 若放在P点的试探电荷的电量减半，则P点的场强减半。 B 若P点没有试探电荷，则P点的场强为零。 C P点的场强越大，则同一电荷在P点受到的电场力越大。 D P点的场强方向为试探电荷在该点的受力方向
8、有志登山顶，无志站山脚。 3.如果我们一直告诫自己要开心过每一天，就是说我们并不开心。 24.如果我们想要更多的玫瑰花，就必须种植更多的玫瑰树。 8、有志登山顶，无志站山脚。 15.世上所有美好的感情加在一起，也抵不上一桩高尚的行动。 5. 你受的苦，吃的亏，担的责，扛的罪，忍的痛，到最后都会变成光，照亮你的路。 14、壮志与毅力是事业的双翼。 3.如果我们一直告诫自己要开心过每一天，就是说我们并不开心。 7.孤单寂寞与被遗弃感是最可怕的贫穷。 2.把自己当傻瓜，不懂就问，你会学的更多。 五、每个顺其自然的背后都是想要改变却不得的努力，每个洒脱的背后都藏着不舍，每个放下前都是挣扎，每个人心里都有不可言说的秘密。
高中物理第2章电场与示波器1探究电场的力的性质沪科31沪科3
2．1 探究电场的力的性质
12/13/2021
第2章 电场与示波器
1.掌握电场强度的矢量性．(重点) 2.掌握电场强度矢 量的叠加，并能进行简单的计算．(重点、难点) 3．掌握用电场线描述电场的方法．(重点)
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一、电场 1．电场：_电__荷___周围存在着由它产生的电场，场是__物__质__ 存在的一种形态． 2．电场力：电场最基本的性质是能够对场中的电荷有_力___ 的作用，这个力叫做_电__场__力___． 3．静电场：相对于观察者静止的电荷的电场称为__静__电__场____．
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三、电场的叠加原理 许多点电荷在某点的合场强，等于各点电荷的电场在该点
场强的__矢__量__和__，可以表示为 E 合＝E1＋E2＋…＋En，这叫做 电场的叠加原理．
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2 ． (1) 以 点 电 荷 为 球 心 的 球 面 上 各 点 电 场 强 度 处 处 相 同．( × ) (2)E＝kQr2适用于真空中的点电荷．( √ ) (3)真空中点电荷的电场强度 E 与场源电荷 Q 的大小无 关．( × )
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2．形象描述电场 (1)电场线：在电场中画出的一些有方向的曲线，在这些曲线 上，每一点的切线方向都表示该点的__电__场__强__度__方向，这样 的曲线叫__电__场__线__．用电场线的_疏__密___来大致表示电场强度 的大小． (2)物理模型：电场线是为了形象地描述电场而假想的线，电 场中实际__并__不__存__在__这些线． (3)匀强电场：场强的大小和方向都相同的电场叫做_匀__强___电 场．
12/13/2021
12/13/2021
2018版物理沪科版新课堂同步选修3-1课件：第2章 2-1 探究电场的力的性质 精品
3．电场强度 (1)定义：电场中某点的电荷所受到的 电场力F跟它的电荷量q 的比值．
(2)定义式： E＝Fq . (3)方向：电场强度是矢量，规定电场中某点的电场强度的方向跟 正电荷在 该点所受的静电力的方向 相同． (4)国际单位：牛/库(N/C)或 伏/米 (V/m)．
【提示】 不对．因为当 r→0 时，电荷量为 Q 的物体就不能看作点电荷了， 计算式 E＝krQ2 也就不适用了．
[合作探讨] 如图 2-1-5 所示．Q 和 Q′均为正点电荷，且 Q＝Q′.
图 2-1-5
探讨 1：正点电荷 Q 在 q 处产生的场强为多大？沿什么方向？ 【提示】 强场大小为krQ2 ，方向沿 Q、q 的连线，水平向右．
A.34kaQ2 ，沿 y 轴正向 B.34kaQ2 ，沿 y 轴负向 C.54kaQ2 ，沿 y 轴正向 D.54kaQ2 ，沿 y 轴负向
图 2-1-6
【解析】 处于 O 点的正点电荷在 G 点处产生的场强 E1＝kaQ2，方向沿 y 轴负向；又因为 G 点处场强为零，所以 M、N 处两负点电荷在 G 点共同产生的 场强 E2＝E1＝kaQ2，方向沿 y 轴正向；根据对称性，M、N 处两负点电荷在 H 点 共同产生的场强 E3＝E2＝kaQ2，方向沿 y 轴负向；将该正点电荷移到 G 处，该正 点电荷在 H 点产生的场强 E4＝k2Qa2，方向沿 y 轴正向，所以 H 点的场强 E＝E3 －E4＝34kaQ2 ，方向沿 y 轴负向．
知识脉络
电场和电场强度
[先填空] 1．电场 (1)电荷周围存在 电场，电荷之间的相互作用力是通过电场发生的．
高中物理第二章电场与示波器2.1探究电场的力的性质沪科31
12/10/2021
Q 的距离。
4.电场线
(1)定义:在电场中的一些有方向的曲线,曲线上每点的切线表示该点的
电场强度方向,这样的曲线就是电场线。
(2)电场线的特点:
①电场线从正电荷或无穷远出发,终止于无穷远或负电荷。
②电场线在电场中不相交。
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D
当堂检测
ANGTANG JIANCE
首 页
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探究
(tànjiū)
一
X
新知导学
INZHI DAOXUE
Z
重难探究
HONGNAN TANJIU
探究
(tànjiū)
二
变式训练 1
如图所示,A、B 是某点电荷电场中的一条电场线。在电
场线上 P 处自由释放一个负检验电荷时,它沿直线向 B 点运动。对此现象,
下列判断正确的是(不计电荷重力)(
异种电荷,平行且带异种电荷的金属板等都能产生一段直线电场线,所以只
能确定负电荷的受力方向向左(自 P 指向 A),不能确定受力变化情况,也就
不能确定加速度情况,故选项 D 正确。
答案:D
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2019-2020年沪科版3-1选修三2.2《探究电场的力的性质》WORD教案1
2019-2020年沪科版3-1选修三2.2《探究电场的力的性质》WORD教案11．电场强度E的定义式为E=F/q，根据此式，下列说法中正确的是①此式只适用于点电荷产生的电场②式中q是放入电场中的点电荷的电荷量，F是该点电荷在电场中某点受到的电场力，E是该点的电场强度③式中q是产生电场的点电荷的电荷量，F是放在电场中的点电荷受到的电场力，E是电场强度④在库仑定律的表达式F=kq1q2/r2中，可以把kq2/r2看作是点电荷q2产生的电场在点电荷q1处的场强大小，也可以把kq1/r2看作是点电荷q1产生的电场在点电荷q2处的场强大小A．只有①②B．只有①③C．只有②④D．只有③④2．一个检验电荷q在电场中某点受到的电场力为F，以及这点的电场强度为E，图中能正确反映q、E、F三者关系的是3．处在如图所示的四种电场中P点的带电粒子，由静止释放后只受电场力作用，其加速度一定变大的是4．如图所示，一电子沿等量异种电荷的中垂线由A→O→B匀速飞过，电子重力不计，则电子所受另一个力的大小和方向变化情况是A．先变大后变小，方向水平向左B．先变大后变小，方向水平向右C ．先变小后变大，方向水平向左D ．先变小后变大，方向水平向右5．如图所示，带箭头的线段表示某一电场中的电场线的分布情况．一带电粒子在电场中运动的轨迹如图中虚线所示．若不考虑其他力，则下列判断中正确的是A ．若粒子是从A 运动到B ，则粒子带正电；若粒子是从B 运动到A ，则粒子带负电B ．不论粒子是从A 运动到B ，还是从B 运动到A ，粒子必带负电C ．若粒子是从B 运动到A ，则其加速度减小D ．若粒子是从B 运动到A ，则其速度减小6．如图所示，一根长为2 m 的绝缘细管AB 被置于匀强电场E 中，其A 、B 两端正好处于电场的左右边界上，倾角α=37°,电场强度E =103 V/m ，方向竖直向下，管内有一个带负电的小球，重G =10-3 N,电荷量q =2×10-6 C ，从A 点由静止开始运动，已知小球与管壁的动摩擦因数为0．5，则小球从B 点射出时的速度是（取g =10 m/s 2；sin37°=0.6，cos37°=0.8）A ．2 m/sB ．3 m/sC ．22m/sD ．23m/s7．在图所示的竖直向下的匀强电场中，用绝缘的细线拴住的带电小球在竖直平面内绕悬点O 做圆周运动，下列说法正确的是①带电小球有可能做匀速率圆周运动 ②带电小球有可能做变速率圆周运动 ③带电小球通过最高点时，细线拉力一定最小④带电小球通过最低点时，细线拉力有可能最小A ．②B ．①②C ．①②③D ．①②④8．质量为m 的带正电小球A 悬挂在绝缘细线上，且处在场强为E 的匀强电场中，当小球A 静止时，细线与竖直方向成30°角，已知此电场方向恰使小球受到的电场力最小，则A ．Emg33 B ．Emg3 C ．Emg2 D ．Emg29．带负电的两个点电荷A 、B 固定在相距10 cm 的地方，如果将第三个点电荷C放在AB连线间距A为2 cm的地方，C恰好静止不动，则A、B两个点电荷的电荷量之比为_______．AB之间距A为2 cm处的电场强度E=_______．10．有一水平方向的匀强电场，场强大小为9×103 N/C，在电场内作一半径为10 cm的圆，圆周上取A、B两点，如图所示，连线AO沿E方向，BO⊥AO，另在圆心O处放一电荷量为10-8 C的正电荷，则A处的场强大小为______；B处的场强大小和方向为_______．11．在场强为E，方向竖直向下的匀强电场中，有两个质量均为m的带电小球，电荷量分别为+2q和-q，两小球用长为L的绝缘细线相连，另用绝缘细线系住带正电的小球悬挂于O点处于平衡状态，如图所示，重力加速度为g，则细绳对悬点O的作用力大小为_______．12．长为L的平行金属板，板间形成匀强电场，一个带电为+q，质量为m的带电粒子，以初速度v0紧贴上板垂直于电场线方向射入该电场，刚好从下板边缘射出，末速度恰与下板成30°角，如图所示，则：（1）粒子末速度的大小为_______；（2）匀强电场的场强为_______；（3）两板间的距离d为_______．13．如图所示，在正点电荷Q的电场中，A点处的电场强度为81 N/C，C点处的电场强度为16 N/C，B点是在A、C连线上距离A点为五分之一AC长度处，且A、B、C在一条直线上，则B点处的电场强度为多大?14．在一高为h的绝缘光滑水平桌面上，有一个带电量为+q、质量为m的带电小球静止，小球到桌子右边缘的距离为s，突然在空间中施加一个水平向右的匀强电场E，且qE= 2 mg，如图所示，求：（1）小球经多长时间落地？（2）小球落地时的速度．15．如图所示，一半径为R 的绝缘圆形轨道竖直放置，圆轨道最低点与一条水平轨道相连，轨道都是光滑的．轨道所在空间存在水平向右的匀强电场，场强为E ．从水平轨道上的A 点由静止释放一质量为m 的带正电的小球，为使小球刚好在圆轨道内做圆周运动，求释放点A 距圆轨道最低点B 的距离s ．已知小球受到的电场力大小等于小球重力的43倍．参考答案1．C 2．D 3．D4．B 根据电场线分布和平衡条件判断． 5．BC6．C 利用等效场处理． 7．D8．D 依题意做出带正电小球A 的受力图，电场力最小时，电场力方向应与绝缘细线垂直，qE =mg sin30°，从而得出结论．9．1∶16；010．0；92×103 N/C ；方向与E 成45°角斜向右下方11．2mg+Eq 先以两球整体作为研究对象，根据平衡条件求出悬线O 对整体的拉力，再由牛顿第三定律即可求出细线对O 点的拉力大小．12．（1）332v 0 （2）gLmv 3320 （3）63L13．约为52 N/C14．（1）小球在桌面上做匀加速运动，t 1=gsqE smd s==22,小球在竖直方向做自由落体运动，t 2=gh 2,小球从静止出发到落地所经过的时间：t =t 1+t 2=g h g s 2+． (2)小球落地时v y =gt 2=gh 2,v x =at =mqE·t =2g t =2gh gs 22+． 落地速度v =sh g gh gs v v y x 281042++=+．15．623R 将电场和重力场等效为一个新的重力场，小球刚好沿圆轨道做圆周运动可视为小球到达等效重力场“最高点”时刚好由等效重力提供向心力．求出等效重力加速度g ′及其方向角，再对全过程运用动能定理即可求解．。
2019_2020高中物理第2章电场与示波器2.1探究电场的力的性质素材沪科版选修3_1
探究电场的力的性质教学建议电场和电场强度是两个比较抽象的概念,学生初学不易理解掌握,困难较大,因此教法上,应采取直观、探索、类比和正面导入的启发式教学法。
电场概念的建立,通过直观演示实验——观察点电荷(悬挂的带电通草球)放入电场中任一位置,都会受到电场力作用(通草球偏离竖直方向),两电荷间相互作用时不直接接触,它们之间的相互作用是通过别的物质作用的,这就是看不见、摸不着的物质——“场”。
这样就可降低难度,初步建立起“电场”的概念。
电场强度是描述电场的力的性质的,是本章教材的一个难点。
可以从电荷在同一电场的不同位置所受的电场力不同,得知电场不同位置强弱不同,那用什么物理量来反映这个强弱?知道E是个矢量,它有方向有大小,它表征了电场的力的性质。
至于怎么求大小,怎么判定方向,E的单位是什么,应在理解的基础上掌握。
这里的教法,也是通过直观演示——同一点电荷,在电场中不同的位置,F大小不同、方向不同,然后经对比、辨析、质疑,正面导入电场强度概念。
电场是一种看不见摸不着的物质存在的一种形态,而电场线就是用来描述电场的人为抽象出来的线,在对电场线这一概念进行授课时可采用实验演示、实物影视、彩色图片和电脑动画等情景不断帮助学生来建构电场线,分析出电场线的特点。
与学生在初中时候学过磁感线知识作类比,引导学生从无形到有形,从箭头到曲线,从猜想到实验模拟的学习思路,总结了物理中研究看不见、摸不着物质的方法和手段。
教学还应注意:(1)再一次用到理想化物理模型的思想和方法,引入“试探电荷”来定量研究电场力的性质。
(2)应用比值的方法和形象描述的方法,定量和定性描述电场。
重点要说明“比值方法”和“带箭头线条”的意义和价值。
应用“比值”建立物理量,描述物质性质,概括物质运动和变化规律,是物理学中常用的一种方法。
它的实质是在控制变量的基础上,进行比较的一种测量做法。
(3)物理学中,应用带箭头的线条形象描述物理现象的地方很多,如力线、光线、流线、磁感线、电场线等。
沪科版高中物理选修3-12.1探究电场的力的性质.docx
高中物理学习材料（灿若寒星**整理制作）第2章 2.1(本栏目内容，学生用书中以活页形式分册装订成册！)1．一负试探电荷的电荷量为10－10 C ，放在电场中的P 点，所受电场力大小为10－6 N ，方向向东，则P 点的场强为( )A ．104 N/C ，方向向西B ．104 N/C ，方向向东 C ．10－4 N/C ，方向向西D ．10－4 N/C ，方向向东 【解析】 根据场强的定义得P 点场强大小E ＝F q ＝10－610－10＝104 N/C ，由于试探电荷带负电，场强方向与电场力反向，故场强方向向西，A 项正确．【答案】 A2.两个质量相同的小球用不可伸长的细线连接，置于场强为E 的匀强电场中，小球1和2均带正电，电量分别为q 1和q 2(q 1>q 2)，将细线拉直并使之与电场方向平行，如右图所示．若将两个小球同时从静止状态释放，则释放后细线中的张力T 为(不计重力及两小球间的库仑力)( )．A ．T ＝12(q 1－q 2)E B ．T ＝(q 1－q 2)E C ．T ＝12(q 1＋q 2)E D ．T ＝(q 1＋q 2)E【解析】 由于q 1>q 2，因此小球1受电场力大于小球2受电场力，两球将一起向右做匀加速直线运动．对于球1和球2组成的系统，只受电场力，有：a ＝q 1E ＋q 2E 2m① 对于球1，受绳的拉力T 和电场力q 1E ，有：a ＝q 1E －T m② 解①②式得：T ＝12(q 1－q 2)E ，故A 正确．【答案】 A3．式①E ＝F q 和式②E ＝k q r 2分别为电场强度的定义式和点电荷的场强公式，下列选项中正确的是( )A ．在①式中，场强E 是电荷q 所产生的电场中的场强B ．在②式中，场强E 是q 所在处的场强C ．在①式中，场强E 与电量q 的大小无关，在②式中，E 是电荷q 产生的场强D ．①式中的q 必须是单位正电荷【解析】 在①式中，q 是试探电荷，A 错．在②式中场强E 是q 产生的，B 错．在①式中，场强E 与试探电荷无关，在②式中，E 是q 产生的，C 正确．①式中的q 可以是任意的小电荷，D 错．【答案】 C4．如右图所示，一点电荷在电场中受电场力作用沿一圆周的圆弧ab运动，已知该点电荷的电荷量为q ，质量为m (重力不计)，ab 弧长为s ，电荷经过a 、b 两点时的速度大小均为v ，且它们方向间的夹角为θ，则( )A ．该电场的场强方向一定指向圆弧ab 的圆心B ．a 、b 两点的电势相等C ．a 、b 两点的场强大小均等于m v 2θ/sqD ．电荷在a 点受到电场力与在b 点所受的电场力相同【解析】 由于点电荷在圆周圆弧上的速度大小相等，说明电场力对电荷没有做功，a 、b 两点在同一电势面上，电场力指向圆心，但点电荷的电性未知，所以A 、D 项错误、B 项正确．点电荷做圆周运动的向心力由电场力提供，即：Eq ＝m v 2r① 又s ＝rθ②联立①②得C 答案正确．【答案】 BC5．质量为m ，电荷量为＋q 的小球以初速度v 0与水平方向成θ角射出，如下图所示，如果在初速度所在的竖直平面加上一定大小的匀强电场后，能保证小球仍沿v 0方向做直线运动，则( )A ．若小球做匀速运动，所加匀强电场的值应为mg /qB ．若小球能沿直线返回，所加匀强电场的值可能为mg cos θ/qC ．若小球能沿直线返回，所加匀强电场的值应大于mg sin θ/qD ．若小球做方向不变的匀加速直线运动，所加匀强电场值应大于mg /q【解析】 由题意可知小球受到重力和电场力两个力的作用，要想使小球做匀速直线运动，F 合＝0，即重力等于电场力，mg ＝Eq 1⇒E ＝mg /q 1，故A 正确．电场强度E ＝mg cos θ/q 1，方向垂直于v 0方向，能使小球沿线返回，F 合＝mg sin θ，方向与v 0方向反向．当E ≥mg cos θ/q 1时小球能沿直线返回．故B 正确，C 错误．经分析可知D 也正确．【答案】 ABD6．最早提出用电场线描述电场的物理学家是( )A ．牛顿B ．伽利略C ．法拉第D ．阿基米德【解析】 由物理学常识可知，A 、B 、D 错，C 正确．【答案】 C7．两带电量分别为q 和－q 的点电荷放在x 轴上，相距为L ，能正确反映两电荷连线上场强大小E 与x 关系的是下图中的( )【解析】 由点电荷场强公式E ＝k q q 2和场强叠加可知(如右图)：E p ＝k q r 12＋k q r 22＝kq ⎝⎛⎭⎫r 12＋r 22r 12r 22，由于r 1＋r 2＝L ，当r 1＝r 2时，r 1·r 2有最大值，E 有最小值，由对称性可知A 正确．【答案】 A8.如右图所示，实线是一簇未标明方向的由点电荷Q产生的电场线，若带电粒子q (|Q |≫|q |)由a 运动到b ，电场力做正功．已知在a 、b 两点粒子所受电场力分别为F a 、F b ，则下列判断正确的是( )A ．若Q 为正电荷，则q 带正电，F a ＞F bB ．若Q 为正电荷，则q 带正电，F a ＜F bC ．若Q 为负电荷，则q 带正电，F a ＞F bD ．若Q 为负电荷，则q 带正电，F a ＜F b【解析】 由于粒子由a 运动到b 电场力做正功，可知电场力指向外侧，Q 、q 为同种电荷；电场线密集的地方电场强度大，由F ＝Eq 知F a 大，A 正确．【答案】 A9．如右图所示，带电荷量为＋q 的点电荷与均匀带电薄板相距为2d ，点电荷到带电薄板的垂线通过板的几何中心．若图中a点处的电场强度为零，根据对称性，带电薄板在图中b 点处产生的电场强度大小为________，方向________．(静电力常量为k )【解析】 因为E a ＝0，故薄板与＋q 产生的场强在该处大小相等、方向相反．即E 板＝E q ＝k q d 2，同时可知薄板也带正电．根据薄板形成电场的对称性，薄板在b 点的场强也为k q d 2，方向水平向左． 【答案】 kq d 2水平向左(或垂直薄板向左) 10.如右图所示，A 为带正电Q 的金属板，沿金属板的垂直平分线，在距板r 处有一质量为m 、电量为q 的小球，小球用绝缘丝悬挂于O 点，受水平向右的电场力偏转θ角而静止．试求小球所在处的电场强度．【解析】 错解：由公式E ＝kQ /r 2，得小球所处的电场强度为kQ /r 2.错解分析：常出现的错误是不注意公式的适用范围，把带电金属板A 当成点电荷．电场强度是矢量，不仅要求出大小，还要明确方向．正解：分析小球受力如右图所示．由平衡条件得：F 电＝mg ·tan θ.所以小球所在处的电场强度：E ＝F 电q ＝mg ·tan θq. 小球带正电荷，因此电场强度方向水平向右．【答案】 mg tan θq，方向水平向右 11．如右图所示，在光滑水平面上的O 点系一长为l 的绝缘细线，线的另一端系一质量为m 、带电荷量为q 的小球．当沿细线方向加上场强为E 的匀强电场后，小球处于平衡状态．现给小球一垂直于细线的初速度v 0，使小球在水平面上开始运动．若v 0很小，则小球第一次回到平衡位置所需时间为________．【解析】 本题属于类似单摆简谐运动问题．产生单摆摆动的外力为电场力，大小F ＝Eq ，加速度a ＝qE /m .据单摆周期公式T ＝2 π l a ＝2 π ml qE，第一次回到平衡位置所经历时间为t ＝T 2＝π ml qE . 【答案】 π ml qE12.如右图所示，光滑绝缘半球槽的半径为R ，处在水平向右的匀强电场中，一质量为m 的带电小球从槽的右端A 处无初速沿轨道滑下，滑到最低位置B 时，球对轨道的压力为2mg .求：(1)小球受到电场力的大小和方向；(2)带电小球在滑动过程中的最大速度．【解析】 (1)设小球运动到最底位置B 时速度为v ，此时2mg －mg ＝m v 2R① 设电场力大小为F ，由题意，小球从A 处沿槽滑到最底位置B 的过程中，根据动能定理mgR ＋FR ＝12m v 2－0② 由①、②两式得：F ＝－12mg 负号表示电场力的方向为水平向右．(2)小球在滑动过程中最大速度的条件是小球沿轨道运动过程某位置时切向合力为零．设此时小球和圆心间的连线与竖直方向的夹角为θ，如下图，则mg sin θ＝F cos θ③由③得：tan θ＝12小球由A 处到最大速度位置过程中mgR cos θ－12mgR (1－sin θ)＝12m v m 2－0 解得：v m ＝Rg (5－1)【答案】 (1)12mg 水平向右 (2)Rg (5－1)。
高中物理第2章电场与示波器2.1探究电场的力的性质认识和使用示波器教案沪科版选修3_1
2.1《认识和使用示波器》[目标定位] 1.会分析计算带电粒子在电场中加速和偏转的有关问题.2.知道示波管的主要构造和工作原理． 一、带电粒子的加速如图1所示，两平行金属板间的电压为U ，板间是一匀强电场．设有一带正电荷q 、质量为m 的带电粒子从正极板处由静止开始向负极板运动(忽略重力的作用)，由于电场力做正功，带电粒子在电场中被加速，带电粒子动能增加．由动能定理可知12mv2＝qU ，可得带电粒子到达负极板时的速度v ＝2qUm.图1二、带电粒子的偏转带电粒子的电荷量为q 、质量为m ，以速度v0垂直电场线射入两极板间的匀强电场(忽略重力的作用)．板长为l 、板间距离为d ，两极板间的电势差为U.(1)粒子在v0的方向上做匀速直线运动，穿越两极板的时间为lv0.(2)粒子在垂直于v0的方向上做初速度为0的匀加速直线运动，加速度为a ＝qUmd.三、示波器探秘示波器的核心部件是示波管，示波管是一种阴极射线管，玻璃管内抽成真空，它采用热电子发射方式发射电子．屏幕上的亮斑是电子束高速撞击荧光屏产生的．亮斑在荧光屏上的位置可以通过调节竖直偏转极和水平偏转极上的电压大小来控制．一、带电粒子的加速 [问题设计]在真空中有一对平行金属板，由于接在电池组上而带电，两板间的电势差为U.若一个质量为m 、带正电荷q 的α粒子，在电场力的作用下由静止开始从正极板向负极板运动，板间距为d.(1)带电粒子在电场中受哪些力作用？重力能否忽略不计？ (2)粒子在电场中做何种运动？ (3)计算粒子到达负极板时的速度．答案 (1)受重力和电场力；因重力远小于电场力，故可以忽略重力．(2)做初速度为0、加速度为a ＝qUdm 的匀加速直线运动．(3)方法1 在带电粒子的运动过程中，电场力对它做的功是W ＝qU设带电粒子到达负极板时的速率为v ，其动能可以写为Ek ＝12mv2由动能定理可知12mv2＝qU于是求出v ＝2qU m方法2 设粒子到达负极板时所用时间为t ，则 d ＝12at2 v ＝at a ＝Uq dm 联立解得v ＝2qU m. [要点提炼]1．电子、质子、α粒子、离子等微观粒子，它们的重力远小于电场力，处理问题时可以忽略它们的重力．带电小球、带电油滴、带电颗粒等，质量较大，处理问题时重力不能忽略．2．带电粒子仅在电场力作用下加速，若初速度为零，则qU ＝12mv2；若初速度不为零，则qU＝12mv2－12mv20. [延伸思考]若是非匀强电场，如何求末速度？ 答案 由动能定理得qU ＝12mv2，故v ＝2qUm. 二、带电粒子的偏转 [问题设计]如图2所示，两平行板间存在方向竖直向下的匀强电场，电荷量为q 的带正电粒子以速度v0水平射入两极板间，不计粒子的重力．图2(1)粒子受力情况怎样？做什么性质的运动？(2)若板长为l ，板间电压为U ，板间距为d ，粒子质量为m ，电荷量为q ，求粒子的加速度和通过电场的时间．(3)当粒子离开电场时，粒子水平方向和竖直方向的速度分别为多大？合速度与初速度方向的夹角θ的正切值为多少？(4)粒子沿电场方向的偏移量y 为多少？(5)速度的偏转角与位移和水平方向的夹角是否相同？答案 (1)粒子受电场力的作用，其方向和速度方向垂直且竖直向下．粒子在水平方向做匀速直线运动，在电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动，其合运动类似于平抛运动．(2)a ＝F m ＝qU md t ＝l v0(3)vx ＝v0 vy ＝at ＝qUlmdv0tan θ＝vy v0＝qUlmdv20(4)y ＝12at2＝qUl22mdv20.(5)不同．速度偏转角tan θ＝qUl mdv20位移和水平方向的夹角tan α＝y l ＝qUl2mdv20所以tan θ＝2tan α.[要点提炼]1．运动状态分析：带电粒子(不计重力)以初速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时，受到恒定的与初速度方向垂直的电场力作用而做匀变速曲线运动．2．偏转问题的分析处理方法：与平抛运动类似，即应用运动的合成与分解的知识分析处理． 3．两个特殊结论(1)粒子射出电场时速度方向的反向延长线过水平位移的中点，即粒子就像是从极板间l2 处射出一样．(2)速度偏转角θ的正切值是位移和水平方向夹角α的正切值的2倍，即：tan θ＝2tan α. [延伸思考]有一束质子和α粒子流，由静止经过同一电场加速，再经过同一电场偏转，是否可以把它们分开？答案 不可以．它们的偏转位移和偏转角与电荷量和质量无关且都相同，故分不开．一、带电粒子在电场中的加速运动例1 如图3所示，在点电荷＋Q 激发的电场中有A 、B 两点，将质子和α粒子分别从A 点由静止释放到达B 点时，它们的速度大小之比为多少？图3解析 质子和α粒子都带正电，从A 点释放都将受电场力作用加速运动到B 点，设A 、B 两点间的电势差为U ，由动能定理可知，对质子：12mHv2H ＝qHU ，对α粒子：12m αv2α＝q αU.所以vH v α＝qHm αq αmH＝ 1×42×1＝21. 答案 2∶1针对训练1 (单选)如图4所示， P 和Q 为两平行金属板，板间电压为U ，在P 板附近有一电子由静止开始向Q 板运动，关于电子到达Q 板时的速率，下列说法正确的是( )图4A ．两板间距离越大，加速时间越长，获得的速率就越大B ．两板间距离越小，加速度越大，获得的速率就越大C ．与两板间距离无关，仅与加速电压U 有关D ．以上说法都不正确 答案 C二、对带电粒子在电场中偏转运动的理解例2 如图5为一真空示波管的示意图，电子从灯丝K 发出(初速度可忽略不计)，经灯丝与A 板间的电压U1加速，从A 板中心孔沿中心线KO 射出，然后进入两块平行金属板M 、N 形成的偏转电场中(偏转电场可视为匀强电场)，电子进入M 、N 间电场时的速度与电场方向垂直，电子经过电场后打在荧光屏上的P 点．已知M 、N 两板间的电压为U2，两板间的距离为d ，板长为L ，电子的质量为m ，电荷量为e ，不计电子受到的重力及它们之间的相互作用力．图5(1)求电子穿过A 板时速度的大小； (2)求电子从偏转电场射出时的偏移量；(3)若要电子打在荧光屏上P 点的上方，可采取哪些措施？解析 (1)设电子经电压U1加速后的速度为v0，由动能定理有eU1＝12mv20解得v0＝2eU1m. (2)电子沿极板方向做匀速直线运动，沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动．设偏转电场的电场强度为E ，电子在偏转电场中运动的时间为t ，加速度为a ，电子离开偏转电场时的偏移量为y.由牛顿第二定律和运动学公式有t ＝Lv0a ＝eU2mdy ＝12at2 解得y ＝U2L24U1d.(3)减小加速电压U1或增大偏转电压U2. 答案 (1)2eU1m (2)U2L24U1d(3)见解析 针对训练2 一束电子流经U ＝5 000 V 的加速电压加速后，在与两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场，如图6所示，若两板间距d ＝1.0 cm ，板长l ＝5 cm ，那么要使电子能从平行极板间的边缘飞出，则两个极板上最多能加多大电压？图6答案 400 V解析 在加速电压U 一定时，偏转电压U′越大，电子在极板间的偏移量就越大．当偏转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出时，此时的偏转电压即为题目要求的最大电压．1.(带电粒子在电场中的加速)(单选)两平行金属板相距为d ，电势差为U ，一电子质量为m ，电荷量为e ，从O 点沿垂直于极板的方向射出，最远到达A 点，然后返回，如图7所示，OA ＝h ，则此电子具有的初动能是( )图7 A.edh UB ．edUh C.eU dhD.eUh d答案 D解析 电子从O 点运动到A 点，因受电场力作用，速度逐渐减小．根据题意和题图判断，电子仅受电场力，不计重力．这样，我们可以用能量守恒定律来研究问题，即12mv20＝eUOA.因E ＝U d ，UOA ＝Eh ＝Uh d ，故12mv20＝eUh d.所以D 正确． 2．(带电粒子在电场中的偏转)(单选)一束正离子以相同的速率从同一位置垂直于电场方向飞入匀强电场中，所有离子的轨迹都是一样的，这说明所有离子( ) A ．都具有相同的质量 B ．都具有相同的电荷量 C ．具有相同的比荷D ．都是同一元素的同位素 答案 C解析 轨迹相同的含义为：偏转位移、偏转角度相同，即这些离子通过电场时轨迹不分叉．tan θ＝vy v0＝Uqldmv20，所以这些离子只要有相同的比荷，轨迹便相同，故只有C 正确．3．(对示波管原理的认识)如图8是示波管的原理图．它由电子枪、偏转电极(XX′和YY′)、荧光屏组成，管内抽成真空．给电子枪通电后，如果在偏转电极XX′和YY′上都没有加电压，电子束将打在荧光屏的中心O 点．图8(1)带电粒子在________区域是加速的，在________区域是偏转的．(2)若UYY′>0，UXX′＝0，则粒子向________板偏移，若UYY′＝0，UXX′>0，则粒子向________板偏移．答案(1)ⅠⅡ(2)Y X题组一带电粒子在电场中的加速运动1．(单选)如图1所示，在匀强电场E中，一带电粒子(不计重力)－q的初速度v0恰与电场线方向相同，则带电粒子－q在开始运动后，将( )图1A．沿电场线方向做匀加速直线运动B．沿电场线方向做变加速直线运动C．沿电场线方向做匀减速直线运动D．偏离电场线方向做曲线运动答案 C解析在匀强电场E中，带电粒子所受电场力为恒力．带电粒子受到与运动方向相反的恒定的电场力作用，产生与运动方向相反的恒定的加速度，因此，带电粒子－q在开始运动后，将沿电场线做匀减速直线运动．2．(单选)如图2所示， M和N是匀强电场中的两个等势面，相距为d，电势差为U，一质量为m(不计重力)、电荷量为－q的粒子，以速度v0通过等势面M射入两等势面之间，则该粒子穿过等势面N的速度应是( )图2A.2qU/mB．v0＋2qU/mC.v20＋2qU/mD.v20－2qU/m答案 C解析 qU ＝12mv2－12mv20，v ＝v20＋2qU/m ，选C.3．(单选)如图3所示，电子由静止开始从A 板向B 板运动，到达B 板的速度为v ，保持两板间的电压不变，则( )图3A ．当增大两板间的距离时，速度v 增大B ．当减小两板间的距离时，速度v 减小C ．当减小两板间的距离时，速度v 不变D ．当减小两板间的距离时，电子在两板间运动的时间增大 答案 C解析 由动能定理得eU ＝12mv2.当改变两板间的距离时，U 不变，v 就不变，故A 、B 项错误，C 项正确；粒子做初速度为零的匀加速直线运动，v ＝d t ，v 2＝d t ，即t ＝2dv ，当d 减小时，电子在板间运动的时间减小，故D 项错误．题组二 带电粒子在电场中的偏转运动 4．(单选)如图4所示是一个示波器工作原理图，电子经过加速后以速度v0垂直进入偏转电场，离开电场时偏转量是h ，两平行板间距离为d ，电势差为U ，板长为l ，每单位电压引起的偏移量(h/U)叫示波器的灵敏度．若要提高其灵敏度，可采用下列方法中的( )图4A ．增大两极板间的电压B ．尽可能使板长l 做得短些C ．尽可能使板间距离d 小些D ．使电子入射速度v0大些 答案 C解析 因为h ＝12at2＝qUl22mdv20(a ＝qU md ，t ＝l v0)，所以h U ＝ql22mdv20.要使灵敏度大些，选项中合乎要求的只有C.5．(单选)如图5所示， a 、b 两个带正电的粒子，以相同的速度先后垂直于电场线从同一点进入平行板间的匀强电场后，a 粒子打在B 板的a′点，b 粒子打在B 板的b′点，若不计重力，则( )图5A ．a 的电荷量一定大于b 的电荷量B ．b 的质量一定大于a 的质量C ．a 的比荷一定大于b 的比荷D ．b 的比荷一定大于a 的比荷 答案 C解析 粒子在电场中做类平抛运动，h ＝12qE m (xv0)2得：x ＝v0 2mhqE.由v0 2hmaEqa＜v0 2hmb Eqb 得qa ma ＞qbmb. 6．(单选)如图6所示，有一带电粒子贴着A 板沿水平方向射入匀强电场，当偏转电压为U1时，带电粒子沿①轨迹从两板正中间飞出；当偏转电压为U2时，带电粒子沿②轨迹落到B板中间；设粒子两次射入电场的水平速度相同，则两次偏转电压之比为( )图6A ．U1∶U2＝1∶8B ．U1∶U2＝1∶4C ．U1∶U2＝1∶2D ．U1∶U2＝1∶1 答案 A解析 由y ＝12at2＝12·Uq md ·l2v20得：U ＝2mv20dy ql2，所以U ∝yl2，可知A 项正确．7．(单选)如图7所示，一束不同的带正电的粒子(不计重力)，垂直电场线进入偏转电场，若使它们经过电场区域时偏转距离y 和偏转角θ都相同，应满足( )图7A ．具有相同的动能B ．具有相同的速度C ．具有相同的qmD ．先经同一电场加速，然后再进入偏转电场 答案 D解析 带电粒子进入偏转电场的过程中，其偏转距离为：y ＝12at2＝12U2d q m ⎝ ⎛⎭⎪⎫l v02＝U2ql22dmv20，偏转角θ满足tan θ＝v ⊥v0＝U2d q m ·lv0v0＝U2ql dmv20.由此知，若动能相等，q 不同，则不能满足要求，A 错误；若速度相同，qm不同，则不能满足要求，B 错误；同样地，若q m 相同，v0不同也不能满足要求，C 错误；若经过相同电场加速，满足qU1＝12mv20，则y ＝U2l24dU1，tan θ＝U2l2dU1，y 、tan θ均与v0、Ek 、q 、m 无关，D 正确．8．(单选)真空中的某装置如图8所示，其中平行金属板A 、B 之间有加速电场，C 、D 之间有偏转电场，M 为荧光屏．今有质子、氘核和α粒子均由A 板从静止开始被加速电场加速后垂直于电场方向进入偏转电场，最后打在荧光屏上．已知质子、氘核和α粒子的质量之比为1∶2∶4，电荷量之比为1∶1∶2，则下列判断中正确的是( )图8A ．三种粒子从B 板运动到荧光屏经历的时间相同 B ．三种粒子打到荧光屏上的位置相同C ．偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为1∶2∶2D ．偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为1∶2∶4 答案 B解析 粒子加速过程qU1＝12mv2，从B 至M 用时t ＝BM v，得t ∝mq，所以t1∶t2∶t3＝1∶2∶2，选项A 错误．偏转位移y ＝12qU2md (L v )2＝U2L24dU1，所以三种粒子打到荧光屏上的位置相同，选项B 正确．因W ＝qEy ，得W1∶W2∶W3＝q1∶q2∶q3＝1∶1∶2，选项C 、D 错误．9．(单选)如图9所示的示波管，当两偏转电极XX′、YY′电压为零时，电子枪发射的电子经加速电场加速后会打在荧光屏上的正中间(图示坐标系的O 点，其中x 轴与XX′电场的场强方向重合，x 轴正方向垂直于纸面向里，y 轴与YY′电场的场强方向重合，y 轴正方向竖直向上)．若要电子打在图示坐标系的第Ⅲ象限，则( )图9A ．X 、Y 极接电源的正极，X′、Y′接电源的负极B ．X 、Y′极接电源的正极，X′、Y 接电源的负极C ．X′、Y 极接电源的正极，X 、Y′接电源的负极D ．X ′、Y′极接电源的正极，X 、Y 接电源的负极 答案 D解析 若要使电子打在题图所示坐标系的第Ⅲ象限，电子在x 轴上向负方向偏转，则应使X′接正极，X 接负极；电子在y 轴上也向负方向偏转，则应使Y′接正极，Y 接负极，所以选项D 正确．题组三 综合应用10．两个半径均为R 的圆形平板电极，平行正对放置，相距为d ，极板间的电势差为U ，板间电场可以认为是匀强电场．一个α粒子从正极板边缘以某一初速度垂直于电场方向射入两极板之间，到达负极板时恰好落在极板中心．已知质子电荷量为e ，质子和中子的质量均视为m ，忽略重力和空气阻力的影响，求： (1)极板间的电场强度E 的大小；(2)α粒子在极板间运动的加速度a 的大小； (3)α粒子的初速度v0的大小． 答案 (1)U d (2)eU 2md (3)R2deU m解析 (1)极板间场强E ＝Ud(2)α粒子电荷为2e ，质量为4m ，所受电场力F ＝2eE ＝2eUdα粒子在极板间运动的加速度a ＝F 4m ＝eU2dm(3)由d ＝12at2，得t ＝2da＝2d m eU ，v0＝R t ＝R 2deUm11．一束电子从静止开始经加速电压U1加速后，以水平速度射入水平放置的两平行金属板中间，如图10所示，金属板长为l ，两板距离为d ，竖直放置的荧光屏距金属板右端为L.若在两金属板间加直流电压U2时，光点偏离中线打在荧光屏上的P 点，求OP .图10 答案U2l 2U1d (l2＋L) 解析 电子经U1的电场加速后，由动能定理可得eU1＝mv202①电子以v0的速度进入U2的电场并偏转t ＝lv0 ② E ＝U2d③ a ＝eE m④ v ⊥＝at⑤由①②③④⑤得射出极板的偏转角θ的正切值tan θ＝v ⊥v0＝U2l2U1d.所以OP ＝(l 2＋L)tan θ＝U2l 2U1d (l2＋L)．12．如图11所示， M 、N 为两块水平放置的平行金属板，板长为l ，两板间的距离也为l ，板间电压恒定，今有一带电粒子(重力不计)以一定的初速度沿两板正中间垂直进入电场，最后打在距两平行板右端距离为l 的竖直屏上，粒子落点距O 点的距离为l2.若大量的上述粒子(与原来的初速度一样，并忽略粒子间相互作用)从MN 板间不同位置垂直进入电场．试求这些粒子打到竖直屏上的范围并在图中画出．图11答案 见解析解析 设粒子质量为m ，带电荷量为q ，初速度为v0，如图甲所示．v0t ＝l ，y ＝12at2，tan θ＝vy v0＝at v0，y ＋ltan θ＝l 2，所以12a·l2v20＋l·al v20＝l2，即3al ＝v20.由题意可分析出大量粒子垂直射入偏转电场后的情况．如图乙所示，其范围是l －y.其中y＝12a·l2v20＝12·v203l ·l2v20＝16l ，范围是56l.。
高中物理 2.2 探究电场的力的性质 课件(沪科版选修3-1)
其方向沿OM连线背离Q，因为它的方向跟负电荷 受电场力的方向相反．
(3)在M点拿走试探电荷q，有的同学说M点的场 强EM＝0，这是错误的，其原因在于不懂得场强是 反映电场的力的性质的物理量，它是由形成电场的 电荷Q决定的，与试探电荷q是否存在无关，所以M 点场强不变． (4)M点场强大． 答案：(1)1.0×10－8 N，方向沿MO指向O (2)100 N/C，方向沿OM连线背离O (3)100 N/C，方向沿OM连线背离O (4)M点 【题后反思】 电场强度与试探电荷的有无，电 性、电荷量大小无关，只由电场本身性质决定．
第1课时 探究电场的力的性质
学 习 目 标 思 维 启 迪 1.知道电荷相互作用是 通过电场发生的． 2.理解电场强度和电 场线的概念，知道几种 典型电场的电场线分布， 图2－1－1 知道匀强电场的概念及 其电场线特点． 打开自来水龙头，然后将 3.用电场强度概念求点 水流变细，再用带电的橡胶 电荷产生电场的电场强 棒去靠近水流．发现水流偏 向带电棒一侧．如图2－1－1 度． 4.以电场线描述电场为 所示．请你探究分析：为什 例，知道用电场线描述 么带电棒与水流没有接触， 矢量场的方法. 水流的方向却发生了弯曲？
答案：B
对电场线的理解 (1)电场线不是电荷的运动轨迹 ①电场线是为形象地描述电场而引入的假想曲 线，规定电场线上每点的场强方向沿该点的切线方 向，也就是正电荷在该点受电场力的方向(与负电荷 受力方向相反)． ②运动轨迹是带电粒子在电场中实际通过的径 迹，径迹上每点的切线方向为粒子在该点的速度方 向．结合力学知识我们知道，物体的速度方向不一 定与加速度的方向一致．因此电场线不是粒子的运 动轨迹．
知识梳理
一、电场 1．电场的产生：电荷周围存在着特殊物质—— 电场 ，电荷间的相互作用是通过_____ 电场 发生的． _____ 电荷 有 2．电场的基本性质：对放入电场中的_____ 力的作用． 3．电场力：电场对放入其中的电荷有力的作用， 电场力 这种力叫做_______ ．
高中物理第2章电场与示波器2.1探究电场的力的性质课件沪科版选修3_1
C [电场强度是由电场本身决定的，即由场源和电场中的位置决定，与试 探电荷的电量大小和带电性无关，与试探电荷所受的电场力的大小和方向无关， 不能说 E 跟 F 成正比，跟 q 成反比，A 错误．在电场中同一点，场强不变，可 知无论检验电荷的电量如何变化，Fq始终不变，C 正确．由 E＝Fq得电场力 F＝qE， 电场中某点的场强为零，则在该点的电荷受到的电场力一定为零，B 错误．不带 电的小球即使在电场中，受到的电场力也为零，D 错误．]
三、电场线、匀强电场 1．电场线 (1)定义：电场线是在电场中画出的一些有方向的曲线，曲线上每一点的 切线方向 都表示该点的电场强度方向(如图 2-1-3)．
图 2-1-3
(2)几种常见电场的电场线
正点电荷
负点电荷
等量正点电荷
等量异种点电荷 匀强电场 图 2-1-4
2．匀强电场 (1)定义：场强的大小 和方向 都相同的电场． (2)匀强电场的电场线： 间隔相等 的平行直线．
3．电场强度的定义式为 E＝Fq，点电荷的场强公式为 E＝krQ2 ，下列说法中 正确的是( )
A．E＝Fq中的场强 E 是电荷 q 产生的 B．由 E＝Fq知，电场中某点的场强大小与 F 成正比，与 q 成反比 C．E＝krQ2 中的场强 E 是电荷 Q 产生的 D．E＝Fq和 E＝krQ2 都只对点电荷适用
【提示】 (1)× 电场看不见、摸不着，但电场是真实存在的． (2)× 电场中某点场强的方向是唯一的． (4)× 电场强度的大小与试探电荷无关，但与场源电荷有关． (5)× 公式 E＝kQr2只适用于点电荷． (9)× 匀强电场的电场线必须是等间距的平行的直线．
2．当在电场中某点放入电荷量为 q 的正试探电荷时，测得该点的电场强度
2017-2018学年高中物理沪科版选修3-1教师用书：第2章
2.1 探究电场的力的性质[先填空]1．电场(1)电荷周围存在电场，电荷之间的相互作用力是通过电场发生的．图211(2)场与实物是物质存在的两种不同形式．(3)静止的电荷产生的电场称为静电场．2．电场强度试探电荷与场源电荷如图212所示，带电小球q是用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的，称为试探电荷或检验电荷．图212被检验的电场是带电金属球Q 所激发的，所以金属球Q 所带电荷称为场源电荷或源电荷． 3．电场强度(1)定义：电场中某点的电荷所受到的电场力F 跟它的电荷量q 的比值． (2)定义式：E ＝Fq.(3)方向：电场强度是矢量，规定电场中某点的电场强度的方向跟正电荷在该点所受的静电力的方向相同．(4)国际单位：牛/库(N/C)或伏/米(V/m)． [再判断]1．电场看不见，摸不着，因此电场实际不存在．(×)2．根据E ＝F q，由于q 有正、负，故电场中某点的场强有两个方向．(×) 3．据公式E ＝F q可计算场强大小，但场强由场本身决定，与F 、q 大小无关．(√) [后思考]1．有同学认为：电场就是电场强度，你怎样认为？【提示】 电场是一种特殊的物质，电场强度是描述电场强弱的物理量，二者不同． 2．根据电场强度的定义式E ＝F q，是不是只有试探电荷q 存在时，电场才存在？ 【提示】 不是，电场是由场源电荷产生的，与试探电荷的存在与否没有关系．[合作探讨]在空间中有一电场，把一带电荷量为q 的试探电荷放在电场中的A 点所受的电场力为F .探讨1：电场中A 点的电场强度E A 多大？ 【提示】 E A ＝F q.探讨2：将电荷量为2q 的试探电荷放在电场中的A 点所受的电场力为多大？此时A 点的电场强度E A ′多大？【提示】 电场强度由电场本身决定，与试探电荷无关，故E A 不变，E A ＝F q，而F ′＝2qE A ＝2F ，答案2F ，F q.[核心点击]1．试探电荷与场源电荷的比较(1)公式E ＝Fq是电场强度的定义式，该式给出了测量电场中某一点电场强度的方法，应当注意，电场中某一点的电场强度由电场本身决定，与是否测量及如何测量无关．(2)公式E ＝F q仅定义了电场强度的大小，其方向需另外规定．物理学上规定电场强度的方向是放在该处的正电荷所受电场力的方向．(3)由E ＝F q变形为F ＝qE ，表明：如果已知电场中某点的电场强度E ，便可计算在电场中该点放任何电荷量的带电体所受的静电力的大小．电场强度E 与电荷量q 的大小决定了静电力的大小；电场强度E 的方向与电荷的电性共同决定静电力的方向；正电荷所受静电力方向与电场强度方向相同，负电荷所受静电力方向与电场强度方向相反．1．(多选)在电场中的某点A 放一试探电荷＋q ，它所受到的电场力大小为F ，方向水平向右，则A 点的场强大小E A ＝F q，方向水平向右．下列说法中正确的是( )A ．在A 点放置一个－q 试探电荷，A 点的场强方向变为水平向左B ．在A 点放置一个＋2q 的试探电荷，则A 点的场强变为2E AC ．在A 点放置一个－q 的试探电荷，它所受的电场力方向水平向左D ．在A 点放置一个电荷量为＋2q 的试探电荷，所受电场力为2F【解析】 E ＝F q是电场强度的定义式，某点场强大小和方向与场源电荷有关，而与放入的试探电荷没有任何关系，故选项A 、B 错；因负电荷受到电场力的方向与场强方向相反，故选项C 正确；A 点场强E A 一定，放入的试探电荷所受电场力大小为F ＝qE A ，当放入电荷量为＋2q 的试探电荷时，试探电荷所受电场力应为2F ，故选项D 正确．【答案】 CD2．如图213所示的是在一个电场中A 、B 、C 、D 四点分别引入试探电荷时，测得的试探电荷的电荷量跟它所受静电力的函数关系图像，那么下列叙述正确的是( )图213A ．A 、B 、C 、D 四点的电场强度大小相等B ．A 、B 、C 、D 四点的电场强度大小关系是E D >E A >E B >E C C ．A 、B 、C 、D 四点的电场强度大小关系是E A >E B >E D >E C D ．无法确定这四个点的电场强度大小关系【解析】 题图中给出了A 、B 、C 、D 四个位置上电荷量和它所受静电力大小的变化关系，由电场强度的定义式E ＝Fq可知，F q 图像的斜率代表电场强度．斜率大的电场强度大，斜率小的电场强度小．故选项B 正确，选项A 、C 、D 错误．【答案】 B3．如图214所示，在一带负电的导体A 附近有一点B ，如在B 处放置一个q 1＝－2.0×10－8C 的点电荷，测出其受到的静电力F 1大小为4.0×10－6N ，方向如图所示，则B 处场强是多少？如果换用一个q 2＝4.0×10－7C 的点电荷放在B 点，其受力多大？方向如何？图214【解析】 由场强公式可得E B ＝F 1q 1＝4.0×10－62.0×10 N/C ＝200 N/C因为是负电荷，所以场强方向与F 1方向相反．q 2在B 点所受静电力F 2＝q 2E B ＝4.0×10－7×200 N＝8.0×10－5 N因为q 2是正电荷，F 2方向与场强方向相同，也就是与F 1反向． 【答案】 200 N/C ，方向与F 1相反 8.0×10－5N 方向与F 1相反[先填空]1．真空中点电荷的场强 (1)大小：E ＝k Q r2.(2)方向：Q 为正电荷时，在电场中的某点P ，E 的方向由Q 指向P ；Q 是负电荷时，E 的方向由P 指向Q .2．电场强度的叠加原理许多点电荷在某点的合场强，等于各点电荷在该点场强的矢量和，这叫做电场的叠加原理．3．匀强电场中金属导体的电荷分布(1)静电平衡：物理学中将导体中没有电荷移动的状态叫做静电平衡． (2)导体的内部场强：处在静电平衡下的导体，内部场强处处为零． (3)在导体表面附近，电场线与表面的关系：垂直．(4)电荷分布：处于静电平衡下的导体，电荷只分布在导体的外表面． [再判断]1．在E ＝Fq 中场强大小与q 无关，同样在E ＝kQ r2中场强大小与Q 也无关．(×) 2．公式E ＝kQ r2对于任何静电场都成立．(×) 3．场强的叠加满足平行四边形定则．(√) [后思考]在计算式E ＝kQ r2中，当r →0时，电场强度E 将趋近于无穷大，这种说法对吗？为什么？ 【提示】 不对．因为当r →0时，电荷量为Q 的物体就不能看作点电荷了，计算式E ＝kQ r2也就不适用了．[合作探讨]如图215所示．Q 和Q ′均为正点电荷，且Q ＝Q ′.图215探讨1：正点电荷Q 在q 处产生的场强为多大？沿什么方向？ 【提示】 强场大小为kQ r2，方向沿Q 、q 的连线，水平向右． 探讨2：正点电荷Q 和Q ′在q 处产生的合场强为多大？沿什么方向？ 【提示】 场强大小为2kQr 2，方向斜向右上方，与水平方向夹角为45°.[核心点击]1．电场强度公式E ＝F q 与E ＝k Q r2的比较(1)用定义式E ＝F q求解，常用于涉及试探电荷或带电体的受力情况． (2)用E ＝k Q r2求解，但仅适用于真空中的点电荷产生的电场．(3)利用叠加原理求解，常用于涉及空间的电场是由多个电荷共同产生的情景．4．真空中，A 、B 两点与点电荷Q 的距离分别为r 和3r ，则A 、B 两点的电场强度大小之比为( )【导学号：29682008】A ．3∶1B ．1∶3C ．9∶1D ．1∶9【解析】 由点电荷场强公式有：E ＝k Q r 2∝r －2，故有E A E B ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫r B r A 2＝⎝ ⎛⎭⎪⎫3r r 2＝9∶1，C 项正确，A 、B 、D 项错误．【答案】 C5．(多选)真空中距点电荷(电量为Q )为r 的A点处，放一个带电量为q (q ≪Q )的点电荷，q 受到的电场力大小为F ，则A 点的场强为( )A.FQ B.F q C ．k q r 2 D ．k Q r2【解析】 由电场强度的定义可知A 点场强为E ＝F q ，又由库仑定律知F ＝kQqr 2，代入后得E ＝k Q r2，B 、D 对，A 、C 错．【答案】 BD6．直角坐标系xOy 中，M 、N 两点位于x 轴上，G 、H 两点坐标如图216.M 、N 两点各固定一负点电荷，一电量为Q 的正点电荷置于O 点时，G 点处的电场强度恰好为零．静电力常量用k 表示．若将该正点电荷移到G 点，则H 点处场强的大小和方向分别为( )图216A.3kQ4a2，沿y 轴正向 B.3kQ4a2，沿y 轴负向 C.5kQ4a2，沿y 轴正向 D.5kQ4a2，沿y 轴负向 【解析】 处于O 点的正点电荷在G 点处产生的场强E 1＝k Q a2，方向沿y 轴负向；又因为G 点处场强为零，所以M 、N 处两负点电荷在G 点共同产生的场强E 2＝E 1＝k Q a2，方向沿y 轴正向；根据对称性，M 、N 处两负点电荷在H 点共同产生的场强E 3＝E 2＝k Q a2，方向沿y 轴负向；将该正点电荷移到G 处，该正点电荷在H 点产生的场强E 4＝k Q a2，方向沿y 轴正向，所以H 点的场强E ＝E 3－E 4＝3kQ4a2，方向沿y 轴负向．【答案】 B合场强的求解技巧(1)电场强度是矢量，合成时遵循矢量运算法则，常用的方法有图解法、解析法、正交分解法等；对于同一直线上电场强度的合成，可先规定正方向，进而把矢量运算转化成代数运算．(2)当两矢量满足大小相等，方向相反，作用在同一直线上时，两矢量合成叠加，合矢量为零，这样的矢量称为“对称矢量”，在电场的叠加中，注意图形的对称性，发现对称矢量可简化计算．[先填空]1．电场线(1)定义：电场线是在电场中画出的一些有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向都表示该点的电场强度方向(如图217)．图217(2)几种常见电场的电场线正点电荷负点电荷等量正点电荷等量异种点电荷匀强电场图2182．匀强电场(1)定义：场强的大小和方向都相同的电场．(2)匀强电场的电场线：间隔相等的平行直线．[再判断]1．电场线可以描述电场的强弱也能描述电场的方向．(√)2．电场线不是实际存在的线，而是为了形象地描述电场而假想的线．(√)3．只要电场线是平行的直线，该电场一定是匀强电场．(×)[后思考]1．有同学认为，由于两条电场线之间无电场线故无电场．你认为对吗？【提示】不对，电场线是人们为形象研究电场，人为画出的一些线，在电场中任何区域均可画电场线．2．为什么电场中电场线不会相交？【提示】如果电场中电场线相交，在交点处有两个“切线方向”，就会得出电场中同一点电场方向不唯一的错误结论．[合作探讨]探讨1：电场线是怎样描述电场的强弱和方向？电场线实际存在吗？【提示】电场线的疏密描述电场的强弱，电场线上某一点的切线方向是该点的电场强度的方向．电场线不是实际存在的，是一些假想的曲线．探讨2：电场线和带电粒子在电场中的运动轨迹相同吗？二者在什么条件下才重合？【提示】不相同．电场线是为了形象地描述电场而引入的假想曲线，带电粒子在电场中的运动轨迹是带电粒子在电场中实际通过的径迹，只有当电场线是直线，且带电粒子只受静电力作用(或受其他力，但方向沿电场线所在直线)，同时带电粒子的初速度为零或初速度方向沿电场线所在直线时，运动轨迹才和电场线重合．[核心点击]1．电场线的基本性质(1)电场线上每一点的切线方向就是该点电场强度的方向．(2)电场线的疏密反映电场强度的大小(疏弱密强)．(3)静电场中电场线始于正电荷或无穷远处，止于负电荷或无穷远处，不封闭，也不会中断．(4)同一电场中，任意两条电场线都不会相交．(5)电场线不是实际存在的线，是为了形象地描述电场而假想的线．2．几种常见电场线的分布及特点(1)点电荷的电场：正电荷的电场线从正电荷出发延伸到无限远处，负电荷的电场线由无限远处延伸到负电荷，如图219所示．图219①点电荷形成的电场中，不存在电场强度相等的点．②若以点电荷为球心做一个球面，电场线处处与球面垂直．在此球面上电场强度大小处处相等，方向各不相同．(2)等量同种电荷的电场：电场线分布如图2110所示(以等量正电荷为例)，其特点有：图2110①两点电荷连线的中点处电场强度为零，向两侧电场强度逐渐增大，方向指向中点．②两点电荷连线中点沿中垂面(中垂线)到无限远，电场线先变密后变疏，即电场强度先变大后变小，方向背离中点．(3)等量异种电荷的电场：电场线分布如图2111所示，其特点有：图2111①两点电荷连线上的各点的电场强度方向从正电荷指向负电荷，沿电场线方向先变小再变大，中点处电场强度最小．②两点电荷连线的中垂面(中垂线)上，电场线的方向均相同，即电场强度方向都相同，总与中垂面(或中垂线)垂直且指向负点电荷一侧，从中点到无穷远处，电场强度大小一直减小，中点处电场强度最大．3．电场线与带电粒子在电场中的运动轨迹的比较7．下列各电场中，A 、B 两点场强相同的是( )【解析】 场强是矢量，有大小和方向，由点电荷的公式知，A 图中两点距离场源相同，场强大小相同，但是方向不同，所以场强不同；B 图中两点场强方向相同，但大小不同；D 图中场强大小和方向均不相同；C 图是匀强电场，场强大小和方向均相同．【答案】 C8．正电荷q 在电场力作用下由P 向Q 做加速运动，而且加速度越来越大，那么可以断定，它所在的电场是下图中的( )【解析】 带电体在电场中做加速运动，其电场力方向与加速度方向相同，加速度越来越大表明电荷所受电场力应越来越大，而电荷量不变，由电场力F ＝Eq ，可判定场强E 越来越大．电场线描述电场强度分布的方法是，电场线密度越大，表示场强越大，沿PQ 方向，电场线密度增大的情况才符合条件．【答案】 D9．下列关于带电粒子在电场中的运动轨迹与电场线的关系中，说法正确的是( )A ．带电粒子在电场中运动，如只受电场力作用，其加速度方向一定与电场线方向相同B ．带电粒子在电场中的运动轨迹一定与电场线重合C ．带电粒子只受电场力作用，由静止开始运动，其运动轨迹一定与电场线重合D ．带电粒子在电场中的运动轨迹可能与电场线重合【解析】 电场线方向表示场强的方向，它决定电荷所受电场力的方向，从而决定加速度的方向，正电荷加速度方向与电场线的切线方向相同，负电荷则相反，选项A 错误；带电粒子在电场中的运动轨迹应由粒子在电场中运动的初速度和受力情况来决定，电场线可能是直线也可能是曲线，带电粒子只在电场力作用下，只有满足“电场线是直线，且初速度的方向与电场线在一条直线上”时，运动轨迹才与电场线重合，选项B 、C 错误，选项D 正确．【答案】D1．电场线是曲线时，只受电场力作用而运动的带电粒子轨迹一定不能与电场线重合．2．特殊情况下，比如电场线是直线(匀强电场或点电荷的电场)，点电荷从静止开始释放或初速度方向与电场线在一条直线上，仅在电场力作用下，其运动轨迹才跟电场线重合．。
探究电场的力的性质课件 沪科版
A B
4、把质量为m的正点电荷q在电场中从静止 释放，在它运动的过程中，如果不计重力， 下面的说法正确的是( D ) A 点电荷的运动轨迹一定和电场线重合； B 点电荷的速度方向，必定和所在点的电 场线的切线方向一致； C 点电荷的加速度方向，必定和所在点的 电场线的切线方向垂直； D 点电荷的受力方向，必定和所在点的电 场线的切线方向一致.
二、常见带电体的电场线分布
1.点电荷的电场
2. 等量同种电荷的电场
二、常见带电体的电场线分布
3. 等量异种电荷的电场
4.点电荷与带电 平板之间的电场
二、常见带电体的电场线分布
5.两平行板间的电场
a.场强特点： 场强的大小和方向都相同 b.电场线特征: 一簇平行等距的直线
带电粒子在匀强电场中受到恒定电场力作用
第2.1节 、探究电场的力的性质 ——电场线和静电平衡
复习回顾
1. 使物体带电的三种方式 —— 摩擦起电、接触起电、感应起电。 2.基本电荷的电量：1.6×10－19C（元电荷）
Q1Q2 3. 库伦定律： F = k 2 r
适用的条件：真空中静止点电荷
复习回顾
4.电场强度—— 描述电场强弱和方向的物理量 a. 定义:放入电场中某点的电荷所受到的力它的电 荷量的比值，叫作电场强度，简称场强: E＝F/q （1）这是定义式，适用于任何电场。 （2）q为试探电荷（检验电荷），电量要求小， 但可正可负. （3）电场强度是矢量（正电荷的受力方向）。
)
C
沪科版第二章第一节探究电场的力的性质
（3）叠加性：若在某一空间中有多个电荷，则空间中某点的场强等于所有电荷在该点的产生的电场强度的。
4.匀强电场：如果电场中各点的和都相同，这种电场叫做。
三、电场的形象描述——电场线1.电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的。
2.电场线的四个特点：（1）电场线不是客观存在的曲线，是为了形象的描述电场而假想的曲线。
（2）电场线从或出发，到终止或。
（3）电场中任意一点的电场强度不可能有两个方向，所以电场线在电场中。
（4）电场线的疏密表示。
电场线较密的地方电场强度；电场线较疏的地方电场强度。
4.几种常见的电场线分布（请在图中标出电场线方向）（1）孤立的正点电荷：线，起于，终止于。
b.从中心到无穷远，场强大小逐渐。
与中心等距的各点组成的球面上场强大小，方向。
（2）孤立的负点电荷：线，起于，终止于。
b.从中心到无穷远，场强大小逐渐。
与中心等距的各点组成的球面上场强大小，方向。
（3）等量异种点电荷：a. 两点电荷的连线上，从正电荷到负电荷，场强大小先后，方向沿该直线由指向。
b. 两点电荷连线的垂直平分线上，从中点沿中垂线到无限远，场强大小逐渐，方向与中垂线，且由指向。
c. 关于连线中点对称的两点，场强大小，方向。
（4）等量同种点电荷： a.两点电荷的连线上，中点处场强大小为，越靠近两电荷的地方场强。
两正电荷连线上某点的场强方向指向离它远的电荷，两负电荷连线上某点的场强方向指向离它近的电荷。
b.两点电荷连线的垂直平分线上，从中点沿中垂线到无限远，场强大小先后，方向沿该直线指向无穷远或指向终点。
c.关于连线中点对称的两点，场强大小，方向。
（5）带等量异种电荷的平行金属板：线，起于，终止于。
b. 两金属板间的场强大小，方向，为。
合作探究探究点电荷的电场：如图：已知P点到点电荷Q的距离为r，你能求出该点的电场强度吗？（1）表达式：其中，Q为。
（2）方向：以Q为中心，r为半径作一球面，则球面上各点的电场强度。
2019-2020高中物理沪科版选修3-1教学建议：2.1 探究电场的力的性质
教学建议电场和电场强度是两个比较抽象的概念,学生初学不易理解掌握,困难较大,因此教法上,应采取直观、探索、类比和正面导入的启发式教学法。
电场概念的建立,通过直观演示实验——观察点电荷(悬挂的带电通草球)放入电场中任一位置,都会受到电场力作用(通草球偏离竖直方向),两电荷间相互作用时不直接接触,它们之间的相互作用是通过别的物质作用的,这就是看不见、摸不着的物质——“场”。
这样就可降低难度,初步建立起“电场”的概念。
电场强度是描述电场的力的性质的,是本章教材的一个难点。
可以从电荷在同一电场的不同位置所受的电场力不同,得知电场不同位置强弱不同,那用什么物理量来反映这个强弱?知道E是个矢量,它有方向有大小,它表征了电场的力的性质。
至于怎么求大小,怎么判定方向,E的单位是什么,应在理解的基础上掌握。
这里的教法,也是通过直观演示——同一点电荷,在电场中不同的位置,F大小不同、方向不同,然后经对比、辨析、质疑,正面导入电场强度概念。
电场是一种看不见摸不着的物质存在的一种形态,而电场线就是用来描述电场的人为抽象出来的线,在对电场线这一概念进行授课时可采用实验演示、实物影视、彩色图片和电脑动画等情景不断帮助学生来建构电场线,分析出电场线的特点。
与学生在初中时候学过磁感线知识作类比,引导学生从无形到有形,从箭头到曲线,从猜想到实验模拟的学习思路,总结了物理中研究看不见、摸不着物质的方法和手段。
教学还应注意:(1)再一次用到理想化物理模型的思想和方法,引入“试探电荷”来定量研究电场力的性质。
(2)应用比值的方法和形象描述的方法,定量和定性描述电场。
重点要说明“比值方法”和“带箭头线条”的意义和价值。
应用“比值”建立物理量,描述物质性质,概括物质运动和变化规律,是物理学中常用的一种方法。
它的实质是在控制变量的基础上,进行比较的一种测量做法。
(3)物理学中,应用带箭头的线条形象描述物理现象的地方很多,如力线、光线、流线、磁感线、电场线等。
高中物理 第2章 电场与示波器 2.1 探究电场的力的性质教案 沪科版选修31
2.1 探究电场的力的性质1．电场电荷周围存在着它产生的电场，场是物质存在的一种形态。
电场最基本的性质是能够对电场中的电荷有力的作用，这个力叫做电场力。
静止的电荷的电场称为静电场。
2．怎样描述电场(1)试探电荷：是一种理想化的物理模型。
试探电荷的电荷量和尺寸都必须足够小，以至于放入电场时可以忽略对原来电场的影响。
(2)电场强度①定义：电场中某点的电荷受到的电场力F 与它的电荷量q 的比值，叫做电场强度，简称场强，用E 表示。
②定义式：E ＝F q ，点电荷的场强公式：E ＝k Q r2。
③电场强度具有方向，是矢量。
电场中某点电场强度的方向跟正电荷在该点所受电场力的方向相同。
④单位：N/C ，该单位为导出单位，由力的单位和电荷量的单位共同决定。
⑤物理意义：如果1 C 的电荷在电场中某点受到的电场力是1 N ，则该点的电场强度就是1_N/C 。
它是描述电场强弱的物理量。
(3)电场线①什么是电场线：在电场中画出一些曲线，曲线上任一点的电场强度方向就在该点的切线方向上，这样的曲线叫电场线。
用电场线的疏密来大致表示电场强度的大小。
②物理模型：是为了形象地描述电场而假想的线，电场中实际并不存在这些线。
③匀强电场：物理学中把大小和方向都处处相同的电场叫做匀强电场。
预习交流1用比值法定义电场强度：E ＝F q，从定义式如何知道电场强度是电场的固有属性？定义式还表达电场强度哪些性质？答案：对电场中某点，F q 为不变量，故E 与F 和q 无关，是电场的固有属性。
E ＝F q在定义场强的同时也确定了E 、F 、q 的关系，其变形式F ＝Eq 可求静电力。
3．电场强度的叠加原理 许多点电荷在某点的场强，等于各点电荷在该点场强的矢量和，这叫做电场的叠加原理。
预习交流2相距为a 的A 、B 两点分别带有等量异种电荷Q 、－Q ，在A 、B 连线中点处的电场强度为( )。
A ．零B ．2kQa ，且指向－Q C ．22kQa，且指向－QD ．28kQa，且指向－Q答案：D4．匀强电场中金属导体的电荷分布(1)静电平衡：物理学中将导体中没有电荷移动的状态叫做静电平衡。
2017沪科版高中物理选修2.1《探究电场的力的性质》word学案1
2017沪科版高中物理选修2【典例引路】【例1】把一个电量q=－10-6C 的试验电荷，依次放在带正电的点电荷Q 周围的A 、B 两处图，受到的电场力大小分别是F A = 5×10-3N ，F B =3×10-3N ．（1）画出试验电荷在A 、B 两处的受力方向．（2）求出A 、 B 两处的电场强度．（3）如在A 、B 两处分别放上另一个电量为q'=10-5C 的电荷，受到的电场力多大？[分析] 试验电荷所受到的电场力就是库仑力，由电荷间相互作用规律确定受力方向，由电场强度定义算出电场强度大小，并根据正试验电荷的受力方向确定场强方向．[解答] （1）试验电荷在A 、B 两处的受力方向沿它们与点电荷连线向内，如图中F A 、F B 所示．（2）A 、B 两处的场强大小分别为；电场强度的方向决定于正试验电荷的受力方向，因此沿A 、B 两点与点电荷连线向外．（3）当在A 、B 两点放上电荷q'时，受到的电场力分别为F A ' =E A q' ＝5×103×10-5N ＝5×10-2N ；F B '＝E B q' ＝3×103×10-5N ＝3×10-2N ．其方向与场强方向相同．[说明] 通过本题可进一步认识场强与电场力的不同．场强是由场本身决定的，与场中所放置的电荷无关．知道场强后，由F=Eq 即可算出电荷受到的力．【例2】电场强度E 的定义式为qF E（）A ．这个定义式只适用于点电荷产生的电场B ．上式中，F 是放入电场中的电荷所受的力，q 是放入电场中的电荷的电量C ．上式中，F 是放入电场中的电荷所受的力，q 是产生电场的电荷的电量D ．电荷q 2产生的电场在点电荷q 1处的场强大小22rkq ，21rkq 是点电荷q 1产生的电场在点电荷q 2处的场强大小解析：式中F 是放置在场中试验电荷所受到的电场力，q 是试验电荷的电量，不是产生电场的电荷的电量．电荷间的相互作用是通过电场来实现的．两个点电荷q 1、q 2之间的相互作用可表示为可见，电荷间的库仑力就是电场力，库仑定律可表示为式中E 1就是点电荷q 1在q 2处的电场强度，E 2就是点电荷q 2在q 1处的电场强度．[答] B 、D ．[说明] 根据电场强度的定义式，结合库仑定律，可得出点电荷Q 在真空中的场强公式，即【例3】如图中带箭头的直线是某一电场中的一条电场线，在这条线上有A 、B 两点，用E A 、E B 表示A 、B 两处的场强大小，则[ ]A ．A 、B 两点的场强方向相同B ．电场线从A 指向B ，所以E A ＞E BC ．A 、B 同在一条电场线上，且电场线是直线，所以E A =E BD ．不知A 、B 附近的电场线分布状况，E A 、E B 的大小不能确定[分析] 根据电场线的物理意义，线上各点的切线方向表示该点的场强方向．因题中的电场线是直线．所以A 、B 两点的场强方向相同，都沿着电场线向右因为电场线的疏密程度反映了场强的大小，但由于题中仅画出一条电场线，不知道A 、B 附近电场线的分布状态，所以无法肯定E A ＞E B 或E A =E B[答] A 、D ．【例4】在真空中有一个点电荷，在它周围跟Q 一直线上有A 、B 两点，相距d=12cm ，已知A 点和B 点的场强大小之比4BA E E .试求场源电荷Q 在该直线上的位置。
沪科版选修3-1 第2章 2.1 探究电场的力的性质
(3)在两点电荷连线的中垂线上，距A、B两点都为r的O′点的场强如何？
答案 krQ2 ，方向由 A→B 解析 如图所示，EA′＝EB′＝krQ2 ，由矢量图所形成的 等边三角形可知，O′点的场强 EO′＝EA′＝EB′＝krQ2 ， 方向与 A、B 的中垂线垂直，由 A→B.
4.电场强度的矢量性：电场强度的方向与在该点的正电荷所受电场力的方 向 相同 ，与负电荷所受电场力的方向 相反 .
[延伸思考] 电场强度是比值法定义的物理量.比值法定义的特点是什么？ 请结合密度 ρ＝mV、电阻 R＝UI 的公式加以说明. 答案 比值法定义的特点是被定义的物理量与作比值的两个量无关，只取决 于物质、电阻本身的性质.
针对训练 (2017·苏州市调研测试)如图所示，在正方形四个顶点分别放置一个 点电荷，所带电荷量已在图中标出，则下列四个选项中，正方形中心处场强最 大的是
√
解析
点电荷电场强度公式为E＝
kQ r2
，由于各点电荷到正方形中心处距离r
相等，根据矢量合成，可知B正确.
三、电场线 匀强电场
1.电荷周围存在着电场，法拉第采用了什么方法来描述电场？ 答案 法拉第采用了画电场线的方法描述电场. 2.在实验室，可以用实验模拟电场线：头发屑在蓖麻油中的排列显示了电场 线的形状，这能否说明电场线是实际存在的线？ 答案 电场线实际不存在，但可以用实验模拟.
[要点总结]
1.电场强度：电场中某点的电荷 所受到的电场力F 跟它的 电荷量q 的比值
叫做电场在该点的电场强度，用公式E＝
F q
表示；单位是
牛/库 ，符号为
N/C .
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c.关于连线中点对称的两点，场强大小，方向。
（5）带等量异种电荷的平行金属板：
a.两金属板间的电场线为线，起于，终止于。
b.两金属板间的场强大小，方向，为。
合
作
探
究
探究点电荷的电场：
如图：已知P点到点电荷Q的距离为r，你能求出该点的电场强度吗？
任何带电体周围都存在电场。
二、电场的定量描述——电场强度
1.定义：放入电场中某一点的。
2.定义式：，国际制单位：。
理解：（1）物理意义：是描述的物理量，与试探(检验)电荷的电荷量、电性及所受到的电场力大小。
（2）适用范围：适用于一切电场。
（3）由得电场力的计算式：，适用范围：
3.电场强度的三个性质
（1）矢量性：场强是，大小可用定义式计算，方向规定为。
B．电场中某点的场强等于F/q，但与检验电荷的受力大小及带电量无关
C．电场中某点的场强方向即检验电荷在该点的受力方向
D．公式E=F/q和E=kQ/r2对于任何静电场都是适用的
7．在真空中有一电场，在这个电场中的某点P放一点电荷q=1.0×10-9C，它受到的电场力为3.0×10-4N，求：
（1）P点处的电场强度的大小。
5.关于电场强度E的说法正确的是（）
A、电场中某点的场强方向跟正电荷在该点所受的电场力的方向相同；
B、根据E=F/q可知，电场中某点的电场强度与电场力F成正比，与电量q成反比；
C、E是矢量，与F的方向一致；
D、公式E=kQ/r2对任何电场都适用。
6.下列说法中正确的是：（）
A．电场强度反映了电场的力的性质，因此场中某点的场强与检验电荷在该点所受的电场力成正比
C．该点场强方向一定向右
D．以上说法均不正确
4.对于由点电荷Q产生的电场，下列说法正确的是（）
A．电场强度的表达式仍成立，即E＝F/q，式中的q就是产生电场的点电荷
B．在真空中，电场强度的表达式为E=kQ/r2，式中Q就是产生电场的点电荷
C．在真空中E=kQ/r2，式中Q是检验电荷
D．上述说法都不对
3.知道电场的叠加原理，并应用这个原理进行简单的计算。
4.知道什么是电场线，理解用电场线可以形象地表示电场的方向和强弱。
学习难点
1．理解电场强度的概念及其定义式，会根据电场强度的定义式进行有关的计算，知道电场强度是矢量，知道电场强度的方向是怎样规定的。
2.几种电场线分布。
学法指导
合作探究
学习过程
自
主
（1）表达式：其中，Q为。
（2）方向：以Q为中心，r为半径作一球面，则球面上各点的电场强度。
当Q为正电荷时，E的方向沿半径；当Q为负电荷时，E的方向沿半径。
（3）适用范围：仅适用于的点电荷电场。
自
我
检
测
1.下列说法中正确的是：（）
A．只要有电荷存在，电荷周围就一定存在着电场
B．电场是一种物质，它与其他物质一样，是不依赖我们的感觉而客观存在的东西
过程与方法
通过分析在电场中的不同点，电场力F与电荷电量q的比例关系，使学生理解比值F/q反映的是电场的强弱，即电场强度的概念；
情感态度与价值观
培养学生学会分析和处理电场问题的一般方法。
学习重点
1.知道电荷间的相互作用是通过电场发生的，知道电场是客观存在的一种特殊物质形态。
2.理解电场强度的概念及其定义式，会根据电场强度的定义式进行有关的计算，知道电场强度是矢量，知道电场强度的方向是怎样规定的。
C．电荷间的相互作用是通过电场而产生的，电场最基本的性质是对处在它里面的电荷有力的作用
D．场强的定义式E=F/q中，F是放入电场中的电荷所受的力，q是产生电场的电荷的电量
2.由电场强度的定义式E＝F/q可知，在电场中同一点（）
A．电场强度E跟F成正比，跟q成反比
B．无论检验电荷所带的电量如何变化，F/q始终不变
（1）电场线不是客观存在的曲线，是为了形象的描述电场而假想的曲线。
（2）电场线从或出发，到终止或。
（3）电场中任意一点的电场强度不可能有两个方向，所以电场线在电场中。
（4）电场线的疏密表示。电场线较密的地方电场强度；电场线较疏的地方电场强度。
3.匀强电场的电场线为间距相等的。
4.几种常见的电场线分布（请在图中标出电场线方向）
（1）孤立的正点电荷：
a.电场线为线，起于，终止于。
b.从中心到无穷远，场强大小逐渐。与中心等距的各点组成的球面上场强大小，方向。
（2）孤立的负点电荷：
a.电场线为线，起于，终止于。
b.从中心到无穷远，场强大小逐渐。与中心等距的各点组成的球面上场强大小，方向。
（3）等量异种点电荷：
a.两点电荷的连线上，从正电荷到负电荷，场强大小先后，方向沿该直线由指向。
b.两点电荷连线的垂直平分线上，从中点沿中垂线到无限远，场强大小逐渐，方向与中垂线，且由指向。
c.关于连线中点对称的两点，场强大小，方向。
（4）等量同种点电荷：a.两点电荷的连线上，中点处场强大小为，越靠近两电荷的地方场强。两正电荷连线上某点的场强方向指向离它远的电荷，两负电荷连线上某点的场强方向指向离它近的电荷。
课题
探究电场的力的性质
编号
3
班级
姓名
编写
杨龙军、杜文强
审核
关成伟ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
学习目标
知识与技能
1．知道电荷间的相互作用是通过电场发生的，知道电场是客观存在的一种特殊物质形态．
2．理解电场强度的概念及其定义式，会根据电场强度的定义式进行有关的计算，知道电场强度是矢量，知道电场强度的方向是怎样规定的．
3．能根据库仑定律和电场强度的定义式推导点电荷场强的计算式，并能用此公式进行有关的计算．
（2）唯一性：电场中某一点处的电场强度E的大小和方向是的，其大小和方向取决于及。
（3）叠加性：若在某一空间中有多个电荷，则空间中某点的场强等于所有电荷在该点的产生的电场强度的。
4.匀强电场：如果电场中各点的和都相同，这种电场叫做。
三、电场的形象描述——电场线
1.电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的。2.电场线的四个特点：
C．电场中某点的场强为0，则在该点的电荷受到的电场力一定为0
D．一个不带电的小球在P点受到的电场力为0，则P点的场强一定为0
3.当放入正电荷时电场中某点受到的电场力向右；当放入负电荷时它受到的电场力向左，下列说法正确的是( )
A．当放入正电荷时，该点场强方向向右；当放入负电荷时，该点场强方向向左
B．只有在该点放入电荷时，该点才有场强
学
习
一、电场
电荷B
电场
电荷A
（）（）
（）（）
1.电荷之间的相互作用是通过特殊形式的物质——发生的，电荷的周围都存在。
（1）电荷A对B的作用实际上是：
（2）电荷B对A的作用实际上是：
2.电场的特性：
（1）电荷的周围存在着电场，静止电荷的周围存在着。
（2）电场的基本性质是：对放入电场中的电荷产生的作用。
（2）若在P点处换q＇=2.0×10-9C的负点电荷，则P点的电场强度是多大？
（3）若将P点的点电荷拿走，则P点的电场强度为多大？
（4）负点电荷q＇=2.0×10－9C，它在P点受到的电场力是多大？
学习
总结