高中物理1.3电场强度导学案新人教版选修3_1

第一章静电场
第3节电场强度
【学习目标】
1．认识电场；会用电场强度和电场线描述电场，知道几种常见电场线的分布情况
2．电场强度及静电力大小的计算，电场强度的叠加的有关计算
【重点、难点】
电场强度概念的理解及矢量性
预习案
【自主学习】
1．电场：电荷的周围存在着由它产生的一种特殊________．它的特征之一是对放入其中的________有力的作用．甲电荷对乙电荷的作用力，就是甲电荷的________对乙电荷的作用力．
2．静电场是指________的电荷产生的电场．
3．试探电荷是用来检验电场__________及其________分布情况的电荷，是研究电场的工具．激发或产生我们正在研究的电场的电荷是电场的________．
4．放入电场中某点的试探电荷所受的________跟它的________的比值，叫做该点的电场强度．简称场强．其定义式为E＝________，单位是________，符号是________．电场强度是______量，有大小也有方向，其方向与________在该点所受电场力的方向相同．
5．真空中点电荷的场强：E＝________.Q为正电荷时，在电场中的P点场强E的方向________；Q为负电荷时，E的方向__________．
6．匀强电场：电场中各点场强的____________都相同的电场．
7．电场强度的叠加：如果场源电荷不只是一个点电荷，则电场中某点的电场强度为__________________在该点产生的电场强度的__________．
8．电场线是画在电场中的一条条________________，曲线上每点的________表示该点的电场强度方向．电场线的特点有：(1)起始于无限远或______，终止于______或______．(2)任意两条电场线________．(3)电场线的疏密表示场强的______．
【学始于疑】
探究案
【合作探究一】电场
[问题情境]
天体之间没有直接接触，就有引力作用如图1所示，这种作用是通过引力场传递的，电荷与电荷之间的相互作用是通过电场来实现的
图1
1．你知道哪里有电场吗？2.电场具有怎样的特征呢？
答案 1.电荷的周围都存在电场.2.电场的基本特征是对放入其中的电荷有电场力的作用． 归纳总结]
电场是存在于电荷周围的一种特殊物质，并非由分子、原子组成，但客观存在．电荷间的相互作用是通过电场发生的． 【合作探究二】、电场强度 [问题情境]
1．检验电荷的作用是什么？ 2．同一检验电荷，放在电场中的不同位置受力不同，表明不同位置电场的强弱不同．如何准确描述这种性质？
归纳总结]
电场强度是描述电场的强弱和方向的物理量，是______量，其大小由E ＝F
q
来计算，其
方向与______电荷的受力方向相同 答案 矢 正 [问题延伸]
根据公式E ＝F
q
可以得出E 与F 成正比或E 与q 成反比的结论吗？
例1 如图2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＝－2.0×10－8 C 的电荷，测出其受到的静电力F 1大小为4.0×10－6
N ，方向如图，则B 处场强是多
大？如果换用一个q 2＝4.0×10－7
C 的电荷放在B 点，其受力多大？此时B 处场强多大？
图 2
【合作探究三】点电荷的电场与电场强度的叠加 [问题情境]
1．在点电荷形成的电场中，某点的场强大小由哪些因素决定？
2．公式E ＝F q 与E ＝kQ
r
2有何区别？
3．什么是电场强度的叠加？它遵循什么原则？
归纳总结]
1．公式E ＝F
与E ＝kQ
2的对比理解
例2 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3所示，求：
图
(1)q 在M 点受到的作用力； (2)M 点的场强；
(3)拿走q 后M 点的场强；
(4)若MN ＝30 cm ，则N 点的场强多大？
【合作探究四】、电场线 [问题情境]
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？ 归纳总结
1．电场线是为了描述电场而引入的一种假想曲线，曲线的______方向表示场强方向，曲线的________表示场强的相对大小．
2．电场线从______电荷或无穷远出发，终止于无穷远或________电荷，电场线不相交． 3．几种常见电场的电场线画法
【合作探究五】匀强电场
[问题情境]
1．匀强电场有什么显著特点？电场线有什么特点？2.匀强电场通常存在于什么地方？
2．匀强电场通常存在于带有等量异号电荷的一对平行金属板间．
归纳总结
1．匀强电场是电场强度的大小______，方向________的电场．
2．匀强电场的电场线是________相等的________线．
【课堂小结/本节知识网络】
【思考】你学过的物理量还有哪些是用比值定义的？
【当堂检测】
1．电场强度的定义式为E＝F/q( )
A．该定义式只适用于点电荷产生的电场
B．F是检验电荷所受到的力，q是产生电场的电荷的电荷量
C．场强的方向与F的方向相同
D．由该定义式可知，场中某点电荷所受的电场力大小与该点场强的大小成正比
2．A为已知电场中的一固定点，在A点放一电荷量为q的电荷，所受电场力为F，A点的场强为E，则( )
A．若在A点换上－q，A点场强方向发生变化
B．若在A点换上电荷量为2q的电荷，A点的场强将变为2E
C．若在A点移去电荷q，A点的场强变为零
D．A点场强的大小、方向与q的大小、正负、有无均无关
3．关于电场线的说法，正确的是( )
A．电场线的方向，就是电荷受力的方向
B．正电荷只在电场力作用下一定沿电场线运动
C．电场线越密的地方，同一电荷所受电场力越大
D．静电场的电场线不可能是闭合的
4. 如图6所示，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，则( )
图6
A．A、B两处的场强方向相同
B．因为A、B在一条电场线上，且电场线是直线，所以E A＝E B
C．电场线从A指向B，所以E A＞E B
D．不知A、B附近电场线的分布情况，E A、E B的大小不能确定
【课后巩固】
1. 如图9所示，在电场强度为E、方向水平向右的匀强电场中，A、B为一竖直线上的
两点，相距为L，外力F将质量为m、带电荷量为q的粒子从A点匀速移到B点，重力不能忽略，则下列说法中正确的是( )
图9
A．外力的方向水平
B．外力的方向竖直向上
C．外力的大小等于qE＋mg
D ．外力的大小等于2＋2
2. 如图10所示，带正电的金属圆环竖直放置，其中心处有一电子，若电子某一时刻以
初速度v0从圆环中心处水平向右运动，则此后电子将( )
图10
A．做匀速直线运动
B．做匀减速直线运动
C．以圆心为平衡位置振动
D．以上说法均不对
3. 如图11所示，把一带正电的小球a放在光滑绝缘斜面上，欲使球a能静止在斜面
上，需在M、N间放一带电小球b，则b应( )
图11
A．带负电，放在A点B．带正电，放在B点
C．带负电，放在C点D．带正电，放在C点
4. 如图12所示，一质量为m、带电荷量为q的物体处于场强按E＝E0－kt(E0、k均为
大于零的常数，取水平向左为正方向)变化的电场中，物体与竖直墙壁间动摩擦因数为μ，当t＝0时刻物体处于静止状态．若物体所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，且电场空间和墙面均足够大，下列说法正确的是( )
图12
A ．物体开始运动后加速度先增大，后保持不变
B ．物体开始运动后加速度不断增大
C ．经过时间t ＝E 0
k
，物体在竖直墙壁上的速度达最大值
D ．经过时间t ＝μq
E 0－mg
μkq
，物体运动速度达最大值
5. 如图13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)( )
图13
A ．电荷向
B 做匀速运动
B ．电荷向B 做加速度越来越小的运动
C ．电荷向B 做加速度越来越大的运动
D ．电荷向B 做加速运动，加速度的变化情况不能确定
【答案】 自主学习：
答案 1.物质 电荷 电场 2.静止 3.是否存在 强弱 场源电荷 4.静电力 电
荷量 F q 牛顿每库仑 N /C 矢 正电荷 5.k Q
r
2 由Q 指向P 由P 指向Q 6.大小和
方向 7.各个点电荷单独 矢量和 8.有方向的曲线 切线方向 (1)正电荷 负电荷 无穷远 (2)不相交 (3)大小
当堂检测:
1．D
解析 定义式E ＝F
q
对任何电场都适用，所以A 错；公式中F 指检验电荷在这一点所受
的电场力大小，q 是指检验电荷的电荷量，所以B 错；场强方向与正电荷在该点所受F 的方向相同，与负电荷所受F 的方向相反，所以C 错；由定义式可得，F 与E 成正比，所以D 对． 2．D
解析 场强E 是由电场本身的性质决定，与检验电荷所受电场力F 和检验电荷带电荷量q 均无关，与这一点有无电荷也无关，所以A 、B 、C 均错，D 正确． 3．CD
解析 正电荷的受力方向沿着电场线的切线方向，负电荷的受力方向沿着电场线切线的反方向，并且电场线不一定和电荷运动轨迹重合，所以A 、B 错；电场线的疏密程度表示场强大小，同一电荷所受电场力与场强成正比，所以C 对；静电场的电场线从正电荷或无穷远出发，到无穷远或负电荷结束，且不闭合，所以D 对． 4. AD
解析 电场线的切线方向指场强方向，所以A 对；电场线的疏密程度表示场强大小，只有一条电场线的情况下不能判断场强大小，所以B 、C 错误，D 正确.
课后巩固：
1. D
解析 由受力平衡知F ＝
2
＋
2
，方向应与重力和电场力的合力方向相
反. 2.C
解析 电子某一时刻以初速度v 0从圆环中心处水平向右运动，由于受到正电荷的作用力，所以减速运动到速度为零，然后在电场力作用下反向加速，到圆心处由对称性可知速度仍为v 0，然后减速，再反向加速，以圆心为平衡位置振动． 3.C
解析 对球a 进行受力分析知，小球受重力、弹力和库仑力，由三力平衡知，库仑力必偏向虚线右边． 4.BC
解析 物体开始运动后，电场力不断减小，则弹力、摩擦力不断减小，所以加速度不断
增大，选项B 正确；经过时间t ＝E 0k 后，物体将脱离竖直墙面，所以经过时间t ＝E 0
k
，物
体在竖直墙壁上的速度达最大值，选项C 正确． 5. D
解析 由于负电荷从P 点静止释放，它沿直线运动到B 点，说明负电荷受力方向自P 指向B ，则场强方向自A 指向B ，由于正电荷、负电荷、异种电荷以及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变化情况，故选项D 正确．。