人教版高二物理选修3-1第一章第三节电场强度教案
3电场强度-人教版选修3-1教案
3 电场强度 - 人教版选修3-1教案一、教学目标1.了解电场强度的概念和性质;2.掌握计算电场强度的方法和公式;3.了解电场线和电势线的概念及其关系。
二、教学重难点1.理解电场强度的概念;2.掌握电场强度的计算方法。
三、教学内容和方法内容1.电场强度的概念和性质;2.电场强度的计算方法;3.电场强度与电势的关系。
方法1.课堂讲解法;2.案例分析法;3.小组讨论法。
四、教学步骤步骤一:电场强度的概念和性质1.讲解电荷、电场、电势的概念;2.介绍电场强度的定义及其性质。
步骤二:电场强度的计算方法1.计算某点的电场强度的公式;2.讨论电荷的分布情况对电场强度的影响。
步骤三:电场强度与电势的关系1.讲解电势和电势差的概念;2.探究电场强度与电势的关系;3.通过实验和探究性作业加深对电场强度和电势的理解。
五、教学评估教学过程中可以通过以下方式来进行评估:1.提问与讨论;2.小组合作探究;3.预习测验与练习。
六、板书设计步骤内容步骤一电荷、电场、电势概念;电场强度定义及性质步骤二电场强度计算方法;电荷分布情况对电场强度的影响步骤三电势和电势差的概念;电势与电场强度的关系注:以上为毛笔字板书,Markdown文本中无法呈现毛笔字效果,可自行选择对应的字符或图形来代替。
七、教学反思本节课以电场强度为主线,通过引入电荷、电场、电势等概念,介绍电场强度的定义及其性质,并深入讲解了电场强度的计算方法,让学生了解电荷分布对电场强度的影响。
同时,也探究了电势和电势差的概念,以及电场强度与电势的关系。
通过课堂讲解、案例分析和小组讨论等不同的教学方法,帮助学生深刻理解电场强度的概念和性质,掌握计算电场强度的方法和公式,同时提高了学生的探究和分析问题的能力。
在教学过程中,需要充分考虑学生的实际水平和兴趣爱好,针对不同层次的学生采取不同的教学手段,以提高教学效果。
人教版高二物理选修3—1第一章1.3 电场强度 课程教学设计
人教版物理选修3-1第一章第三节《电场强度》《电场强度》教学设计教学分析学生从本节课开始接触电场的概念,由于它的抽象性,故可先把它接受下来,在学习中逐渐加深对它的认识。
本节的主要内容包括电场及其力的性质,以及定义了电场强度来反映电场的强弱及其特点。
本节的主要特点就是抽象性强,场的概念较难理解,再就是引入点场强度这个物理量的时候采用了比值定义法,有方法论的介绍总结。
另外关于场的叠加要通过类比(类比波的叠加)进行研究,所以说本节还有方法性强的特点。
结合本节的特点和地位现定位本节的教学目标如下:1.使学生能初步接受场的客观存在的特殊物质性。
2.能够深入理解电场强度的物理意义、定义式、矢量性,也能应用其来分析计算一些简单问题。
3.通过知识的学习掌握科学的思维方式和研究问题的方法。
教学过程:(表一)(表二)(表三)第三节电场强度第一课时学案学习任务:理解电场的客观存在,理解电场强度,点电荷场强计算式,场强的叠加原理。
新课学习:①请进入角色,想象“假如你是一名乘客”情景,思考什么是“场”?②怎样解释电荷没有接触也能产生力呢?知识:电场:基本性质:③既然电荷是通过电场产生力的作用,那么电场又有哪些规律呢?怎么去研究这些规律呢?怎样描述各个不同位置的电场的强弱以及数量关系呢?场源电荷:试探电荷:电场强度:定义:公式:单位:方向:物理意义:巩固理解:1.电场中某点放一试探电荷,电荷量为q,受到电场力为F,则该点的场强为E=F/q, 则A.若移去试探电荷q,则该点的场强为零。
B.若在该点放一个电荷量为2q的试探电荷,该点的场强变为E/2.C.若在该点放一个电荷量为-2q的试探电荷,该点的场强仍为E,场强方向与原来相反。
D.若在该点放一个电荷量为-q/2的试探电荷,则该点的场强仍为E,场强方向也还是原来的方向,但-q/2的试探电荷受电场力F/2,方向与F相反。
2.由电场强度的定义式E=F/q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.无论检验电荷所带的电量如何变化,F/q 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电场力一定为零D.一个不带电的小球在P点受到的电场力为零,则P点的场强一定为零3.电场中有一点P,下列说法中正确的是:A.若放在P点电荷的电量减半,则P点的场强减半。
高中物理第一章第3节电场强度教案新人教版选修3_1
3.电场强度三维目标知识与技能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、定义式及有关的计算,知道电场强度是矢量及方向是怎样规定的;3.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进行有关的计算;4.知道电场的叠加原理并应用这个原理进行简单的计算。
5.知道什么是电场线,知道用电场线可以形象地表示电场的方向和强弱;6.知道一个点电荷,两个等量点电荷、点电荷与带电平行板间的电场线的分布;7.知道什么是匀强电场,以及匀强电场的电场线的分布;8.知道两块靠近的平行金属板,大小相等,互相正对,分别带有等量的正负电荷,它们之间的电场(除边缘附近外)是匀强电场。
过程与方法1.通过分析电场中不同点的电场力F与电荷电量q的比例关系,使学生理解F/q比值反映的是电场的强弱。
通过类比方法、比值法定义物理量,提高学生研究问题的能力;2.知道电场叠加的一般方法。
3.用电场线形象化地描述电场,使学生达到运用形象思维上升到抽象思维的境界。
情感态度与价值观1.使学生学会由个别事物的个性来认识一般事物的共性的认识事物的一种重要的科学方法;培养学生学会分析和处理电场问题的一般方法。
2.通过电场的教学,培养学生对物质的认识观。
3.使学生从一些特殊事物找出它们的共性而得到一般的规律;4.通过各种电场中电场线的描绘,渗透物理学中的美学教育。
教学重点电场、电场强度和电场线的概念,电场强度的定义式。
教学难点1.电场概念的理解、应用电场的叠加原理进行简单的计算。
2.对E=Fq和E=2Qkr的理解。
3.对理解电场线的性质。
教学方法归纳推理法、讲授法、实验分析法、归纳总结法。
教具准备有机玻璃棒一根、丝绸一块,绝缘导体球大小各一个,细丝线一条,铁架台一个。
感应起电机一台,盛有蓖麻油与奎宁的针状结晶或头发屑混和物的玻璃培养皿一个,一对电极球,一对平行板电极,常见电场的电场线分布的投影片。
人教版高中物理选修3-1第1章第3节电场强度教案
第1章第3节电场强度一.教学目标1.知识与技能目标(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、定义式及有关的计算,知道电场强度是矢量及方向是怎样规定的;2.过程与方法目标(1)通过分析电场中不同点的电场力F与电荷电量q的比例关系,使学生理解比值反映的是电场的强弱。
通过类比方法、比值法定义物理量,提高学生研究问题的能力;3.情感态度与价值观目标(1)使学生学会由个别事物的个性来认识一般事物的共性的认识事物的一种重要的科学方法;培养学生学会分析和处理电场问题的一般方法。
(2)通过电场的教学,培养学生对物质的认识观。
(3)使学生从一些特殊事物找出它们的共性而得到一般的规律二、重点、难点重点:电场、电场强度的概念,电场强度的定义式难点:电场概念的理解、电场强度定义的理解三、教学方法启发法、合作探究法四、教学媒介教学媒体、课件;五、教学过程:一、导入新课举例:推桌子,桌子受推力,手离开桌子,推力消失;桌子在地面受支持力,与地面分开,不再受地面的支持力,以上两个例子因为相互接触才受到力,但电荷与电荷之间不需要接触就有力的作用,请问是如何实现的——电场观看视频:物理学家法拉第的观点;问:他的观点是正确的吗?学生答:是。
过渡:今天我们就来学习电荷周围的这种特殊物质—电场二、出示学习目标1.知道电荷间的相互作用是通过电场实现的2.体会比值定义物理量的方法,理解电场强度的定义公式、单位、方向三、对课前自学的检测思考:1.电场看不见摸不着是不是法拉第假想出来的?2.什么是电场?提问学生展示自学成果:1.定义:电场是存在于电荷周围的一种特殊物质,是有电荷产生老师举例:风看不见摸不着但能感受到帮助学生理解电场。
3.如何证实空间有电场或者说如何检验空间有电场?提问学生:对放入其中的电荷有力的作用过渡语:既然电场是看不见摸不着但真实存在的,接下来我们就来研究这个特殊的物质。
人教版高中选修3-1物理1.3电场强度教案(3)
电场电场强度教学设计【教学目的】1、知道电荷相互作用是通过电场发生的;2、理解电场强度的定义,并能;3、用电场强度概念求点电荷产生电场的电场强度;【能力目标】1、能运用已学过的知识来帮助理解,理解电荷作用靠电场传递。
2、通过实验及对实验结果的观察、分析,得出对有关现象的本质认识【教学重点】深刻理解电场和电场强度的概念【教学难点】熟练应用电场强度的概念【教学方法】1、复习导入新课,提出新课题;2、设问激疑,通过引导,充分调动学生积极思考,体现学生主体地位;3、类比释疑,由已知的相类似知识,通过类比、分析,使得抽象概念能够较顺利地建立;4、实验分析,定性与定量相互结合,使具体现象直观表达抽象概念,并充分运用多媒体辅助,动画模拟扩大实验成效。
【教具】幻灯片,计算机,牙签70支,50cm长的铜丝70支,电场感应器,三角板和圆规,塑料笔。
【教学过程】一、复习提问:师:上一节,我们认识了电现象中的电荷,包括点电荷,元电荷及电荷之间存在的相互作用。
什么是点电荷?电荷相互作用有什么规律?哪位同学来帮我们回顾一下?(请)这位同学回答得真不错!电荷之间有相互作用,我们把这个作用的电力叫库仑力或静电力。
电荷之间的作用力是怎样发生的呢?今天我们就来研究这个问题。
二、新课学习:踢足球时,脚要直接接触球(看图片),实验演示:两个带电小球靠近,生答:带电小球受到原电荷的作用力。
电荷间的作用没有“接触”,难道电荷作用是“超距作用”?生答:不接触类比重力、磁力的产生,可总结出是场的作用,叫做电场。
1、电场.(1)任何带电体周围产生的一种特殊物质。
电场看不见,又摸不着,怎样去认识它、研究它?动手实验:每个同学一根牙签和铜丝,利用手中的塑料笔。
塑料笔吸引铜丝,铜丝偏角可达到60度。
(2)基本性质:电场能对处在其中的电荷有力的作用,进一步介绍使用电场感应器,用带电的塑料笔靠近,氖管发光,抖动衣服靠近。
提示学生:电场分布强弱不同。
进一步研究电场分布。
人教版物理选修3-1第一章第3节电场强度 教案设计
《电场强度》教学设计一、教学目标1.知识与技能(1)掌握电场强度的定义及物理意义。
(2)了解电场是一种物质,知道电荷之间是通过电场发生相互作用的。
(3)掌握点电荷的场强公式, 知道场强的叠加原理,了解电场线, 知道匀强电场的性质。
2.过程与方法(1)体验建立场强概念的过程。
(2)学习用比值定义物理量的方法。
3.情感、态度、价值观(1)通过观察实验现象, 体验自然现象的神奇。
(2)经历场强概念的建立过程,积淀严谨求实的科学态度, 培养学生对电学的兴趣。
二、教学重难点1.教学重点(1)掌握电场强度的定义及物理意义。
(2)学习用比值定义物理量的方法。
2.教学难点了解电场是一种物质。
三、教学过程教学环节一:活动一:教师:让同学甲尝试在不允许触碰学生乙,且用任何工具的规则下去拉乙。
学生:尝试教师发布的任务,发现不接触就不能施力。
(意图:引出电场)教师:引导学生猜想“电荷的周围存在着由它产生的电场”。
(板书:一、电场)活动二:教师:做关于电场中绝缘轻线飘起的演示实验。
(意图:让学生直观的感受到电场的存在)教学环节二:活动一:学生:观察图一,发现同一电荷在电场不同位置所受电场力大小有所不同。
教师:引入“电场强度”的概念。
(包括试探电荷、场源电荷等概念)(板书标题:电场强度;副板书:场源电荷Q,试探电荷q)活动二:教师:提问:能否根据直接电荷在电场不同位置所受电场力大小有所不同来判断该点的电场强度?学生:表示不可以,还与电场中电荷的电荷量的大小有关。
教师:引导给出:可以用单位电荷量的电荷在电场不同位置所受电场力大小表示电场强度。
教师:定义电场强度,给出定义式q F E =,及其物理意义。
(意图:让学生体验建立场强概念的过程。
)(板书:二、电场强度:定义式、物理意义)活动三:教师:提问:电场强度的大小和方向有什么决定?它与什么有关?学生:被引导回答:电场强度决定于电场本身,与场源电荷和点的位置有关,与检验电荷无关。
人教版高中物理选修3-1第一章第3节电场强度学案
人教版高中物理选修3-1第一章第3节电场强度学案荷在该点的受力方向,故B 正确.2.如图1-3-1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 的点电荷,测出其受到的静电力F 1大小为4.0×10-6 N ,方向如图所示,则B 处场强是多少?如果换用一个q 2=4.0×10-7 C 的点电荷放在B 点,其受力多大?方向如何?图1-3-1【答案】 由场强公式可得 E B =F 1q 1=4.0×10-62.0×10-8N/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. 200 N/C ,方向与F 1相反 8.0×10-5 N 方向与F 1相反1.真空中点电荷的场强(1)大小:E =k Qr 2.(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各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和. [再判断]1.用正、负两种试探电荷,检验电场中某点场强方向时,由于受力方向相反,则得到同一点场强有两个方向.(×) 2.在E =F q 中场强大小与q 无关,同样在E =kQr 2中场强大小与Q 也无关.(×)3.公式E =kQr 2对于任何静电场都成立.(×)4.场强的叠加满足平行四边形定则.(√) [后思考]在计算式E =kQr2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?【答案】不对.因为当r →0时,电荷量为Q 的物体就不能看做点电荷了,计算式E =kQr 2也就不适用了.[合作探讨]如图1-3-2所示,Q 和Q ′均为正点电荷,且Q =Q ′.知识模块2、点电荷的电场,电场的叠加图1-3-2探讨1:正点电荷Q 在q 处产生的场强为多大?沿什么方向? 【答案】 强场大小为kQr 2,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? 【答案】 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 Qr2的比较公式物理含义引入过程适用范围E =F q是电场强度大小的定义式F ∝q ,但E 与F 、q 无关,E 是反映某点处电场的性质适用于一切电场E =k Q r2是真空中点电荷电场强度的决定式由E =Fq 和库仑定律导出,E由Q 、r 决定在真空中,场源电荷Q 是点电荷2.求解电场强度常用的三种方法(1)等效法:均匀带电球等一些带电体有时可等效为点电荷,因此可以应用点电荷电场强度公式.(2)对称法:点电荷、均匀带电板等带电体周围的电场强度上下、左右可能出现对称性,利用对称性可确定某点场强的大小.(3)叠加法:电场强度是矢量,求解多个电荷产生的电场的电场强度,可以根据电荷的分布情况,采用不同的合成方法求解.3.(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 .F /QB .F /qC .k q r 2D .k Qr2【答案】 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 =kQq r 2,代入后得E =k Qr 2,B 、D 对,A 、C 错. BD经典例题4.直角坐标系xOy 中,M 、N 两点位于x 轴上,G 、H 两点坐标如图1-3-3.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( )A.3kQ4a 2,沿y 轴正向 B.3kQ4a 2,沿y 轴负向 C.5kQ4a2,沿y 轴正向 D.5kQ4a 2,沿y 轴负向图1-3-3【答案】 处于O 点的正点电荷在G 点处产生的场强E 1=k Qa 2,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 Qa 2,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 a 2,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(2a )2,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. 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:画在电场中的有方向的曲线,曲线上每一点的切线方向与该点电场强度的方向一致. 2.电场线特点:(1)起始于无限远或正电荷,终止于负电荷或无限远. (2)任意两条电场线不相交. (3)电场线的疏密表示电场的强弱.(4)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.C 专题知识模块3、电场线、匀强电场归纳和总结3.匀强电场(1)定义:各点电场强度的大小相等、方向相同的电场.(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.电场线在实际中并不存在.(√)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?【答案】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?【答案】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:电场线怎样描述电场的强弱和方向?电场线实际存在吗?【答案】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.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?【答案】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.点电荷的电场线图1-3-4(1)点电荷的电场线呈辐射状,正电荷的电场线向外至无限远,负电荷则相反.(2)以点电荷为球心的球面上,电场线疏密相同,但方向不同,说明电场强度大小相等,但方向不同.(3)同一条电场线上,电场强度方向相同,但大小不等.实际上,点电荷形成的电场中,任意两点的电场强度都不同.2.等量异种点电荷与等量同种点电荷的电场线比较等量异种点电荷等量同种(正)点电荷电场线分布图连线上的场强大小O点最小,从O点沿连线向两边逐渐变大O点为零,从O点沿连线向两边逐渐变大中垂线上的场强大小O点最大,从O点沿中垂线向两边逐渐变小O点为零,从O点沿中垂线向两边先变大后变小关于O点对称的点A与A′、B与B′的场强等大同向等大反向3.电场线与带电粒子运动轨迹的关系(1)电场线不是带电粒子的运动轨迹.(2)同时具备以下条件时运动轨迹与电场线重合:①电场线为直线;②带电粒子的初速度为零,或初速度沿电场线所在直线;③带电粒子只受电场力,或其他力的合力沿电场线所在直线.(3)只在电场力作用下,以下两种情况带电粒子都做曲线运动,且运动轨迹与电场线不重合:①电场线为曲线;②电场线为直线时,带电粒子有初速度且与电场线不共线.5.如图1-3-5所示,M、N为两个等量同种电荷,在其连线的中垂线上的P点放一静止的点电荷q(负电荷),不计重力,下列说法中正确的是()图1-3-5A.点电荷在从P到O的过程中,加速度越来越大,速度也越来越大B.点电荷在从P到O的过程中,加速度越来越小,速度越来越大C.点电荷运动到O点时加速度为零,速度达最大值D.点电荷越过O点后,速度越来越小,加速度越来越大,直到粒子速度为零【答案】由等量同种电荷周围的电场线的分布可知,O点场强为零,从O点沿着中垂线向无穷远处延伸,场强先增大后减小,所以点电荷在从P到O的过程中,加速度可能先增大后减小,选项A、B错;但负电荷所受M、N点经典例题点电荷库仑力的合力方向竖直向下,到O点一直加速,选项C对;同理点电荷越过O点后,速度越来越小,但加速度可能先增大后减小,选项D错. C6.如图1-3-6所示,直线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线,曲线是某一带电粒子通过电场区域时的运动轨迹,a、b是轨迹上两点.若带电粒子运动中只受电场力作用,根据此图可以作出的判断错误的是()图1-3-6A.带电粒子所带电荷的符号B.带电粒子在a、b两点的受力方向C.带电粒子在a、b两点的加速度何处大D.带电粒子在a、b两点的加速度方向【答案】如图所示,由于带电粒子在电场力作用下做曲线运动,所以电场力应指向轨迹的凹侧,且沿电场线,即沿电场线向左,B正确;由于电场线方向未知,故不能确定带电粒子的电性,A错误;加速度由电场力产生,由于a 处电场线较b处密,所以a处电场强度大,由F=Eq知,带电粒子在a处受电场力大,故加速度大,且方向与电场力方向相同,C、D正确.【答案】A带电粒子在电场中运动时的分析思路(1)根据带电粒子运动轨迹弯曲方向,判断出电场力情况.(2)把电场线方向、电场力方向与电性相联系.(3)把电场线疏密和受力大小、加速度大小相联系.1.如图1-3-7所示是电场中某区域的电场线分布图,A是电场中的一点,下列判断中正确的是()图1-3-7A.A点的电场强度方向向左B.A点的电场强度方向向右C.因A点无电场线,所以A点电场强度是零总结和归纳T能力课后作业D .正点电荷在A 点受力向左【答案】 由电场线分布特点可知,该电场为匀强电场,方向水平向右,在A 点放正点电荷所受电场力的方向与电场方向相同,故B 正确,A 、D 均错误;匀强电场各处电场强度均相同,与该点是否有电场线经过无关,C 错误. B2.下列说法中正确的是( )A .电场强度反映了电场力的性质,因此场中某点的场强与试探电荷在该点所受的电场力成正比B .电场中某点的场强等于Fq ,但与试探电荷的受力大小及电荷量无关C .电场中某点的场强方向即试探电荷在该点的受力方向D .公式E =F q 和E =kQr2对于任何静电场都是适用的【答案】 电场强度由比值定义法求得,E =Fq ,但电场强度是电场本身的一种性质,和试探电荷及电场力无关,故A 错误,B 正确;电场中的场强方向是正电荷在该点的受力方向,负电荷受力沿电场的反方向,故C 错误;公式E =F q 是定义式,适用于任意电场,而E =kQr2只能适用于真空中的点电荷的电场,故D 错误. B 3.点电荷A 和B ,分别带正电和负电,电量分别为4Q 和Q ,在AB 连线上,如图1-3-8所示,电场强度为零的地方在( )图1-3-8A .A 和B 之间 B .A 右侧C .B 左侧D .A 的右侧及B 的左侧【答案】点电荷电场线的分布特点:正电荷电场的电场线从正电荷出发到无穷远终止,负电荷电场的电场线从无穷远出发到负电荷终止.A 和B 之间两点电荷产生的电场强度方向均向左,合场强不可能为零,故A 错误;A 的右侧,A 产生的电场强度向右,B 产生的电场强度向左,电场强度方向相反,而且由题A 的电量大于B 的电量,且A 较近,由点电荷场强公式E =k qr 2可知,在同一点电场强度大小不可能相等,所以合场强不可能为零,故B 错误;在B 的左侧,A 产生的电场强度向左,B 产生的电场强度向右,电场强度方向相反,但由于A 的电量大于B 的电量,且A 较远,由点电荷场强公式E =k qr2可知,在同一点电场强度大小可能相等,所以合场强可能为零,故C 正确.由上可知D 错误. C4.如图所示的四个电场的电场线,其中A 和C 图中小圆圈表示一个点电荷,A 图中虚线是一个圆(M 、N 为圆上的不同点),B 图中几条直线间距相等且互相平行,则在图中M 、N 处电场强度相等的是( )A B C D【答案】 电场强度为矢量,电场强度相等,必须同时满足电场强度大小相同,方向也相同,对应各选项,结合电场线的分布特点可知,只有B 正确.5.如图1-3-9所示,A 、B 、C 、D 、E 是半径为r 的圆周上等间距的五个点,在这些点上各固定一个点电荷,除A 点处的电荷量为-q 外,其余各点处的电荷量均为+q ,则圆心O 处( )图1-3-9A .场强大小为kqr 2,方向沿OA 方向B .场强大小为kqr 2,方向沿AO 方向C .场强大小为2kqr 2,方向沿OA 方向D .场强大小为2kqr2,方向沿AO 方向【答案】 A 处放一个-q 的点电荷与在A 处同时放一个+q 和-2q 的点电荷的效果相当.因此可以认为O 处的场强是五个+q 和一个-2q 的点电荷产生的场强合成的,五个+q 处于对称位置上,在圆心O 处产生的合场强为0,所以O 点的场强相当于A 处放一个-2q 的点电荷,在O 处产生的场强.故选C.6.(多选)如图1-3-10所示,把A 、B 两个相同的导电小球分别用长为0.10 m 的绝缘细线悬挂于O A 和O B 两点.用丝绸摩擦过的玻璃棒与A 球接触,棒移开后将悬点O B 移到O A 点固定.两球接触后分开,平衡时距离为0.12 m .已测得每个小球质量是8.0×10-4 kg ,带电小球可视为点电荷,重力加速度g 取10 m/s 2,静电力常量k =9.0×109 N·m 2/C 2,则( )图1-3-10A .两球所带电荷量相等B .A 球所受的静电力为1.0×10-2 N C .B 球所带的电荷量为46×10-8 C D .A 、B 两球连线中点处的电场强度为0【答案】 用丝绸摩擦过的玻璃棒接触A 球,使A 球带正电,由题意知A 、B 两球接触后分开,则两球所带电荷量相等,选项A 正确;两球平衡后受力如图所示,球B 所受静电力F =mg tan α=6.0×10-3 N ,球A 、B 所受静电力大小相等,选项B 错误;由F =kq 1q 2L 2及q 1=q 2知,小球所带电荷量q =46×10-8 C ,选项C 正确;A 、B 两球所带电荷在其连线的中点处产生的电场强度大小相等、方向相反,场强为0,选项D 正确.ACD7.有一个负点电荷只受电场力的作用,从电场中的a 点由静止释放,在它沿直线运动到b 点的过程中,动能E k 随位移s 变化的关系图如图1-3-11所示,则能与图线相对应的电场的电场线分布图是下图中的( )图1-3-11【答案】 由于负电荷受静电力方向与场强方向相反,图线为曲线,动能随位移增加的不均匀(越来越快),电场力应该越来越大且做正功,由图知C 符合.8.(多选)如图1-3-12甲所示,在x 轴上有一个点电荷Q (图中未画出),O 、M 、N 为轴上三点,放在M 、N 两点的试探电荷受到的静电力跟试探电荷所带电荷量的关系如图乙所示,则( )图1-3-12A .M 点的电场强度大小为2×103 N/CB .N 点的电场强度大小为2×103 N/CC .点电荷Q 在M 、N 之间D .点电荷Q 在M 、O 之间【答案】 设M 、N 两点的电场强度分别为E M 、E N ,根据题图乙可知,图线的斜率即为电场强度,则E M =2×103 N/C ;E N =-500 N/C ,M 、N 两点电场强度方向相反.由点电荷电场强度的特点知,点电荷Q 应在M 、N 之间,故选项A 、C 正确.9.如图1-3-13所示,在竖直放置的光滑半圆形绝缘细管的圆心O 处放一点电荷,将质量为m ,带电量为q 的小球从圆弧管的水平直径端点A 由静止释放,小球沿细管滑到最低点B 时,对管壁恰好无压力,则放于圆心处的点电荷在AB 弧中点处的电场强度的大小是( )图1-3-13A .E =mg qB .E =2mg qC .E =3mg qD .不能确定【答案】 带电小球从A 到B 的过程中,只有重力做功,机械能守恒,则mgR =12m v 2B,在B 处小球重力和库仑力的合力提供向心力,则qE -mg =m v 2B R ,E =3mg q,选项C 正确. 10.如图1-3-14所示,有一带电荷量为+q 的点电荷与均匀带电圆形薄板相距为2d ,此点电荷到带电薄板的垂线通过板的圆心.若图中a 点处的电场强度为零,则图中b 点处的电场强度大小是( )图1-3-14A .k q 9d 2+k q d2 B .k q 9d 2-k q d 2 C .0 D .k q d2 【答案】 点电荷在a 点产生的场强大小E =k q d 2,方向向左,由题意,带电薄板在a 点产生的场强大小E =k q d2,方向向右.根据对称性,带电薄板在b 点产生的场强大小E =k q d 2,方向向左,点电荷在b 点产生的场强大小E =k q 9d2,方向向左,根据场强的叠加原理,可知A 正确.11.如图1-3-15所示,空间中A 、B 、C 三点的连线恰构成一直角三角形,且∠C =30°,AB =L ,在B 、C 两点分别放置一点电荷,它们的电量分别是+Q 与-Q (静电力常量为k ).求斜边AC 的中点D 处的电场强度.图1-3-15【答案】 连接BD ,三角形ABD 为等边三角形,可得BD =CD =AB =L .点电荷+Q 与-Q 在D 处产生的场强大小均为E 1=k Q L2,方向如图所示,二者之间夹角大小为60°.据电场的叠加原理可知,D 处的电场强度为这两个场强的矢量和,可解得E =2E 1cos 30°=2×kQ L 2×32=3kQ L2,方向水平向右.3kQ L 2,方向水平向右 12.如图1-3-16所示,一质量m =0.8 g ,带电量大小为q =2.0×10-6 C 的带电小球,用绝缘细绳悬挂,置于水平向右的匀强电场中,处于静止.已知θ=45°,求:图1-3-16(1)小球带什么电?(2)匀强电场的场强多大?(g 取10 m/s 2)【答案】 (1)带电小球受重力、细绳的拉力、电场力三个力的作用,根据平衡条件可知,电场力水平向左,小球带负电.(2)根据平衡条件可得:竖直方向:T ·cos θ-mg =0水平方向:T ·sin θ-qE =0代入数值联立解得:E =mg tan 45°q=4×103 N/C (1)带负电 (2)4×103 N/C。
人教版高二物理选修3-1第一章 第3节 电场强度 教案设计
第三节 电场 电场强度和电场线(建议本节内容分为两个课时) 【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______.参考答案:1.物质、电荷、电场;2.静止的电荷;3.强度、方向、场源电荷;4。
电场力、电量、F/q 、牛顿/库伦、N/C 、矢量、正电荷;5.2krQ、背离Q 、指向Q ;7.各电荷、矢量和;8.曲线、切线、正电荷、负电荷、无穷远、不相交、强弱。
《电场强度》教案(新人教版选修3-1)
§1.3 电场强度(第一课时)【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,知道场强是矢量,知道场强方向的规定.3.能推导点电荷场强的计算公式,并能用此公式进行有关的计算.4.知道场强的叠加原理,并能用这个原理进行简单的计算.【过程与方法】1.通过比较同一电荷(试探电荷)在电场中的不同点受到的电场力的大小来比较各点电场的强弱,使学生知道用比值法来定义物理量的一般方法.2.运用类比的方法,让学生加深对场强概念的理解.【情感、态度与价值观】在探究如何描述电场的强弱的过程中,让学生体会研究问题的一般方法,增强学生学习物理的信心.【教学重点】电场强度的概念及其定义【教学难点】电场强度的概念的建立.教学过程一、电场1.电荷的周围存在着由它产生的______,电荷A对电荷B的作用力,就是电荷A的______对电荷B的作用力; 电荷B对电荷A的作用力,就是电荷B的______对电荷A的作用力;2.电场及磁场是一种客观存在,并且是互相联系的,统称为_________.静止的电荷产生的电场,称为________.二、电场强度电场的基本特征是对放入其中的电荷有力的作用,这种力叫静电力,或者叫电场力。
在研究电场的性质时,可以从静电力入手。
【问题1】在初中我们是怎样去感知(研究)磁场的存在的?【问题2】你认为作为试探电荷应该有什么要求?【问题3】你认为电场中某一点的强弱可能与哪些因素有关?【问题4】只是用试探电荷受到的电场力的大小能够表示电场的强弱吗?为什么?【问题5】你还记得以前我们是如何来表示物体运动的快慢的吗?你觉得我们应该怎样来描述电场的强弱?1.定义:_____________________________________________.2.公式:_____________.3.单位:_________4.方向:_____________________________________________________.5.物理意义:____________________________________________________.【问题6】若将试探电荷拿走,则该点的电场强度会发生变化吗?如果换成另外一个试探电荷呢?三、点电荷的电场【问题7】根据电场强度的定义,你能推出真空中点电荷电场强度的表达式吗?E=_________________从上式可以看出, 真空中点电荷电场强度的大小与________和________有关,与试探电荷无关.四、场强叠加原理1.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各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和2.可以证明,一个半径为R的均匀带电球体(或球壳)在外部产生的电场,与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相同,球外各点的电场强度也是E=__________式中的r是球心到该点的距离(r>R),Q为整个球体所带的电荷量.【例1】真空中有一个场源电荷Q =1.0×10-8C,在距离它20cm的A点先后分别放入三个试探电荷q1,q2,q3,请分别计算:a、若q1 =1.6×10-18C,则该点电场强度大小是多少?b、若q2 =3.2×10-18C,则该点电场强度大小是多少?c、若q1 = -1×10-17C,则该点电场强度大小是多少?【例2】如图所示,真空中有两个点电荷Q1 =+3.0×10-8C和Q2 = -3.0×10-8C,它们相距0.1m,A点与上述两个点电荷的距离r相等,且r = 0.1m 。
最新人教版高中物理选修3-1第一章《电场强度》示范教案
3 电场强度 教学设计(一)整体设计教学分析电场强度是表示电场强弱的物理量,因而在引入电场强度的概念时,应该使学生了解什么是电场的强弱,让学生理解为什么可以用比值来表示电场强度,知道这个比值是反映电场性质的物理量,用比值定义一个新的物理量是物理学中常用的方法,结合前面学过的类似的定义方法,领会电场强度的定义,明确E =F q 和E =k Qr 2这两个公式的含义,以及它们的关系。
了解电场线是如何形象地描述电场强度的。
教学目标 1.知道电场的概念。
2.理解电场强度的概念及定义,知道电场强度是矢量以及场强方向的规定。
3.掌握点电荷的场强及电场的叠加。
4.通过用比值定义物理量、类比等重要研究方法的介绍,培养学生逻辑推理、综合分析的科学研究能力。
5.知道电场线的定义和特点,会用电场线描述电场强度的大小和方向。
6.使学生初步认识场是一种客观存在的物质,培养学生对物质的认识观。
发展对物理学的好奇心与求知欲,乐于探究自然界的奥秘,树立科学的价值观。
教学重点难点掌握电场、电场强度、电场线、匀强电场的内容与特征。
电场强度的叠加、点电荷的电场的理解与应用。
教学方法与手段1.运用问题引导式理论探究得出“描述电场强弱的物理量”,通过类比用比值定义法给出电场强度的定义。
2.运用理想模型法、比值法、类比法、图示法、归纳推理法、讲授法等物理学研究方法认识和描述电场。
课前准备教学媒体感应起电机、通草球、模拟电场线的实验装置、投影片、多媒体辅助教学设备。
知识准备库仑定律的内容、万有引力定律和重力场。
教学过程导入新课 [事件1]教学任务:创设情景,导入新课 师生活动:两个电荷间存在着相互作用力,上一节我们定量地研究了两个点电荷之间的相互作用力的规律——库仑定律。
提出问题:在力学中,我们所学过的弹力、摩擦力均是接触力,只有相互接触的两个物体之间才有可能产生弹力、摩擦力。
两个电荷之间并不接触,它们之间的相互作用力是如何实现的呢?这节课我们就来学习有关的知识。
人教版选修3—1 物理:1.3 电场强度 教案3
电场强度【教学目标】一、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物质。
2.理解电场强度的概念、定义式及有关计算,知道电场强度的矢量性及方向的确定。
3.能推导点电荷场强的计算式并能进行有关计算。
4.知道电场的叠加原理并应用这个原理进行简单的计算。
二、过程与方法1.通过探究电场中的不同点检验电荷的电场力F与电荷电量q的比值,使学生理解F/q 比值的物理意义,并体会比值法定义物理量。
2.探究电场的叠加,会用平行四边形定则计算电场的叠加。
三、情感态度与价值观通过演示与探究培养学生学会分析和处理电场问题的一般方法。
【教学重难点】重点:电场强度的概念及其定义式。
难点:电场概念的理解、电场叠加的计算。
【教学过程】一、引入新课通过演示提出问题:电荷间的相互作用力是怎样传递的?二、新课教学1.电场认识电场,理解电场的客观存在性,看不见,摸不着。
让学生思考并猜测:两个电荷是怎样通过电场与其他电荷发生作用的?讨论得出:电荷间的作用,实际上是电荷A的电场对电荷B的作用;电荷B对电荷A的作用力,实际上是电荷B的电场对电荷A的作用。
进一步探究讨论得出:①电荷之间的相互作用是通过特殊形式的物质——电场发生的,电荷的周围都存在电场。
特殊性:看不见、摸不着、可以叠加。
物质性:是客观存在的,具有物质的基本属性——质量和能量。
②基本性质:A.引入电场中的任何带电体都将受到电场力的作用,且同一电荷在电场中不同点受到的电场力的大小和方向可能不一样。
B.当带电体在电场中移动时,电场力将对带电体做功,这表示电场具有能量(后面将学到)。
可见,电场具有力的性质和能的性质。
提出问题:同一检验电荷q在电场中的不同点受到的电场力的大小和方向一般不同,这是为什么?引出电场强度的概念:因为电场具有方向性以及各点强弱不同,所以同一电荷q在电场中不同点受到的电场力的方向和大小不同,我们用电场强度来表示电场的强弱和方向。
2.电场强度(E)由演示实验可知带电金属球周围存在电场。
高二物理选修3-1第一章教学计划:电场强度
高二物理选修3-1 第一章教学计划:电场强度
电场强度电场强度是用来表示电场的强弱和方向的物理量;正电荷产生的电场,与距离的平方成反比,方向朝外;负电荷方向朝内。
小编准备了高二物理选修3-1 第一章教学计划,希望你喜欢。
【教材】人教版普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1 第一章第三节【教学时间】一课时
【教学目标】
一、知识与技能
1.粗略了解物理学史上对电荷间相互作用力的认识过程。
2.知道电荷间的相互作用是通过电场发生的,电场是客观存在的一种特殊的形态。
3.理解电场强度的概念及其定义,会根据电场强度的定义进行有关的计算。
知道电场强度是矢量,知道电场强度的方向是怎样规定的。
4.能根据库仑定律和电场强度的定义推导点电荷场强的计算式,并能用此公式进行有关的计算。
5.知道场强的叠加原理,并能应用这一原理进行简单的计算。
二、过程与方法
1.经历“探究描述电场强弱的物理量”的过程,获得探究活动的体验。
2.领略通过电荷在电场中所受静电力研究电场、理想模型法、比值法、类比法等物理学研究方法。
三、情感态度与价值观
1.体验探究物理规律的艰辛与喜悦。
2.学习科学家严谨科学的态度。
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教学过程一、复习预习(一)复习部分1库仑定律 真空中两个点电荷之间相互作用的电力,跟它们的电荷量的乘积成正比,跟它跟它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上。
即:221r q q k F = 其中k 为静电力常量229/100.9c Nm k ⨯= (1)成立条件 ①真空中(空气中也近似成立),②点电荷。
即带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计。
(这一点与万有引力很相似,但又有不同:对质量均匀分布的球,无论两球相距多近,r 都等于球心距;而对带电导体球,距离近了以后,电荷会重新分布,不能再用球心距代替r )。
(2)同一条直线上的三个点电荷的计算问题(3)与力学综合的问题。
(二)预习部分1、了解电场强度(E)——描述电场力特性的物理量。
(矢量)2、知道电场的矢量叠加:当存在几个场源时,某处的合场强=各个场源单独存在时在此处产生场强3、的矢量知道电场线并且知道法拉第首先提出用电场线形象生动地描绘电场或磁场。
二、知识讲解课程引入:任何力的作用都离不开物质,脚踢球,脚对球的力直接作用在球上;狗拉雪橇,狗对雪橇的拉力是通过绳子作用的;地球对地表附近物质的作用力是通过重力场——物质;两电荷间相互作用时不直接接触,它们之间的相互作用也是通过别的物质作用的,这就是电场。
考点/易错点1 电场启发学生从哲学角度认识电场,理解电场的客观存在性,不以人的意识为转移,但能为人的意识所认识的物质属性.利用课本说明:电荷A和B是怎样通过电场与其他电荷发生作用.电荷A对电荷B的作用,实际上是电荷A的电场对电荷B的作用;电荷B对电荷A的作用,实际上是电荷B的电场对电荷A的作用.(1)电荷之间的相互作用是通过特殊形式的物质——电场发生的,电荷的周围都存在电场.特殊性:不同于生活中常见的物质,看不见,摸不着,无法称量,可以叠加.物质性:是客观存在的,具有物质的基本属性——质量和能量. (2)基本性质:主要表现在以下几方面①放入电场中的任何带电体都将受到电场力的作用,且同一点电荷在电场中不同点处受到的电场力的大小或方向都可能不一样.②电场能使放入其中的导体产生静电感应现象.③当带电体在电场中移动时,电场力将对带电体做功,这表示电场具有能量.可见,电场具有力和能的特征提出问题:同一电荷q在电场中不同点受到的电场力的方向和大小一般不同,这是什么因素造成的?引出电场强度的概念:因为电场具有方向性以及各点强弱不同,所以同一电荷q在电场中不同点受到的电场力的方向和大小不同,我们用电场强度来表示电场的强弱和方向.考点/易错点2 电场强度由课本图示可知带电金属球周围存在电场。
且从小球受力情况可知,电场的强弱与小球带电和位置有关。
引出试探电荷和场源电荷(1)关于试探电荷和场源电荷注意:检验电荷是一种理想化模型,它是电量很小的点电荷,将其放入电场后对原电场强度无影响指出:虽然可用同一电荷q在电场中各点所受电场力F的大小来比较各点的电场强弱,但是电场力F的大小还和电荷q的电量有关,所以不能直接用电场力的大小表示电场的强弱.实验表明:在电场中的同一点,电场力F与电荷电量q成正比,比值F/q由电荷q在电场中的位置所决定,跟电荷电量无关,是反映电场性质的物理量,所以我们用这个比值F/q来表示电场的强弱.(2)电场强度①定义:电场中某一点的电荷受到的电场力F跟它的电荷量q的比值,叫做该点的电场强度,简称场强.用E表示。
公式(大小):E=F/q (适用于所有电场)单位:N/C 意义提出问题:电场强度是矢量,怎样表示电场的方向呢?②方向性:物理学中规定,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.指出:负电荷在电场中某点所受的电场力的方向跟该点的场强方向相反.带领学生讨论真空中点电荷周围的电场,说明研究方法:将检验电荷放入点电荷周围的电场中某点,判断其所受的电场力的大小和方向,从而得出该点场强。
唯一性和固定性电场中某一点处的电场强度E是唯一的,它的大小和方向与放入该点电荷q无关,它决定于电场的源电荷及空间位置,电场中每一点对应着的电场强度与是否放入电荷无关.带领学生总结出真空中点电荷周围电场的大小和方向.在此过程中注意引导学生总结公式E=F/q和E=kQ/r2的区别及联系.考点/易错点3 (真空中)点电荷周围的电场、电场强度的叠加(1)点电荷周围的电场①大小:E=kQ/r2 (只适用于点电荷的电场)②方向:如果是正电荷,E的方向就是沿着PQ的连线并背离Q;如果是负电荷:E的方向就是沿着PQ的连线并指向Q.说明:公式E=kQ/r2中的Q是场源电荷的电量,r是场中某点到场源电荷的距离.从而使学生理解:空间某点的场强是由产生电场的场源电荷和该点距场源电荷的距离决定的,与检验电荷无关.提出问题:如果空间中有几个点电荷同时存在,此时各点的场强是怎样的呢?带领学生由检验电荷所受电场力具有的叠加性,分析出电场的叠加原理.(2)电场强度的叠加原理:某点的场强等于该点周围各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和.先分析方法后举例:先在同一直线再不在同一直线。
考点/易错点4电场线(1)电场线: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电场强度的方向。
(2)电场线的基本性质①电场线上每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,止于负电荷或无穷远.它不封闭,也不在无电荷处中断.④任意两条电场线不会在无电荷处相交(包括相切)⑤介绍各种点电荷电场线的分布情况。
考点/易错点5 匀强电场(1)定义:电场中各点场强的大小相等、方向相同的电场就叫匀强电场.(2)匀强电场的电场线:是一组疏密程度相同(等间距)的平行直线.例如,两等大、正对且带等量异种电荷的平行金属板间的电场中,除边缘附近外,就是匀强电场。
考点/易错点6 常见电场的电场线三、例题精析【例题1】在真空中有两个点电荷Q1=+3.0×10-8C和Q2=-3.0×10-8C,它们相距0.1m,求电场中A点的场强.A点与两个点电荷的距离相等,r=0.1m【答案】E=2.7×104N/C【解析】点电荷Q1和Q2的电场在A点的场强分别为E1和E2,它们大小相等,方向如图所示,合场强E在E1和E2的夹角的平分线上,此平分线跟Q1和Q2的连线平行.【例题2】关于电场强度的概念,下列说法正确的是( )A.由E=Fq可知,某电场的场强E与q成反比,与F成正比B.正、负试探电荷在电场中同一点受到的电场力方向相反,所以某一点场强方向与放入试探电荷的正负有关C.电场中某一点的场强与放入该点的试探电荷的正负无关D.电场中某一点不放试探电荷时,该点场强等于零【答案】C【解析】电场中某点场强的大小由电场本身决定,与试探电荷的受力情况及电荷性质无关,故A、D错误,C正确;而电场强度的方向与正电荷受电场力方向相同,与负电荷所受电场力方向相反,B错误.【例题3】如图所示,在竖直放置的光滑半圆形绝缘细管的圆心O 处放一个点电荷,将一个质量为m 、带电荷量为q 的小球从圆弧管的端点A 处由静止释放,小球沿细管滑到最低点B 处时,对管壁恰好无压力,则处于圆心O 处的电荷在AB 弧中点处的电场强度的大小为( )A .E =mg qB .E =2mg qC .E =3mg qD .无法计算 【答案】C【解析】小球下滑过程中由于电场力沿半径方向,总与速度方向垂直,所以电场力不做功,该过程小球的机械能守恒.设小球滑到最低点B处时速度为v ,则有:mgR =12mv2 ①,小球在B 点时对管壁恰好无压力,则小球只受重力和电场力的作用,电场力必指向圆心,由牛顿第二定律可得:Eq -mg =mv2R ②.由①②可求出E =3mg q,所以C 正确.【例题4】在如图所示的四个电场中,均有相互对称分布的a 、b 两点,其中a 、b 两点电势和场强都相同的是( )【答案】 C【解析】因为电势是标量,并在题中的四个电场中具有对称性,故四个电场中a 、b 两点的电势都是相等的;而电场强度则是矢量,虽然四个图中a 、b 两点的电场强度大小相等,但A 图中点电荷的电场对称点的电场强度方向相反;B 图中两电场叠加后a 点场强方向斜向右上方,b 点场强方向斜向右下方;C 图中电场叠加后,a 、b 点场强方向都是水平向右;D 图中电场叠加后a 点场强方向向上,b 点场强方向向下,因此只有选项C 正确.【例题5】在X 轴上有两个点电荷,一个带正电Q1,一个带负电Q2。
且Q1=2Q2。
用E1和E2分别表示两个电荷所产生的场强的大小,则在X 轴上:( )A .21E E =之点只有一处;该点合场强为0B .21E E =之点共有两处;一处合场强为0,另一处合场强为22EC .21E E =之点共有三处;其中两处合场强为0,另一处合场强为22ED .21E E =之点共有三处;其中一处合场强为0,另两处合场强为22E【答案】B【解析】设两电荷连线长为L ,E1=E2的点离Q2的距离为X ,由点电荷的场强E=2r Q k知,当点在Q1、Q2连线外侧时,22)(2X L Q k X Q k +=,解得X1=L )12(+,此处两电场反向合场强为零。
当点在连线之间时,22)(2X L Q k X Q k -=,解得X2=(L )12-,此处两电场同向22E E =。
所以本题选项B 正确。
【例题6】在如图所示的四种电场中,分别标记有a 、b 两点.其中a 、b 两点电场强度大小相等、方向相反的是( )A .甲图中与点电荷等距的a 、b 两点B .乙图中两等量异种电荷连线的中垂线上与连线等距的a 、b 两点C .丙图中两等量同种电荷连线的中垂线上与连线等距的a 、b 两点D .丁图中非匀强电场中的a 、b 两点【答案】C【解析】甲图中与点电荷等距的a 、b 两点,场强大小相同,方向不相反,A 错;对乙图来说,根据电场线的疏密及对称性可判断,b 点和a 点场强大小、方向均相同,B 错;丙图中两等量同种电荷连线的中垂线上与连线等距的a 、b 两点,场强大小相同,方向相反,C 对;对丁图来说,根据电场线的疏密可判断,b 点的场强大于a 点的场强,D错.【例题7】以下关于电场和电场线的说法中正确的是( ) A.电场、电场线都是客观存在的物质,因此电场线不仅能在空间相交,也能相切B.在电场中,凡是电场线通过的点,场强不为零,不画电场线区域内的点场强为零C.同一试探电荷在电场线密集的地方所受电场力大D.电场线是人们假想的,用以形象表示电场的强弱和方向,客观上并不存在【答案】CD【解析】电场线是假想的,不是物质,在空间不相交,不相切,不画电场线区域内的点场强不一定为零.【例题8】如图所示,实线是一簇未标明方向的由点电荷Q产生的电场线,已知在a、b两点粒子所受电场力分别为Fa、Fb,若带电粒子q(|Q|≫|q|)由a点运动到b点,电场力做正功,则下列判断正确的是( )A.若Q为正电荷,则q带正电,Fa>Fb B.若Q为正电荷,则q带正电,Fa<FbC.若Q为负电荷,则q带正电,Fa>Fb D.若Q为负电荷,则q带正电,Fa<Fb【答案】A【解析】由于粒子由a点运动到b点电场力做正功,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Fa大,选项A正确.四、课堂运用【基础】1.法拉第首先提出用电场线形象生动地描绘电场,下图为点电荷a、b所形成电场的电场线分布图,以下几种说法正确的是( )A.a、b为异种电荷,a带电量大于b带电量B.a、b为异种电荷,a带电量小于b带电量C.a、b为同种电荷,a带电量大于b带电量D.a、b为同种电荷,a带电量小于b带电量【答案】 B【解析】由电场线分布情况可知a、b为异种电荷,又b处电场线比a处电场线要密,故b处附近强大于a处附近场强,b带电量大于a带电量,所以B正确.2.如图所示,在正六边形的a、c两个顶点上各放一个带正电的点电荷,电荷量大小都是q1,在b、d两个顶点上各放一个带负电的点电荷,电荷量大小都是q2,且q1>q2.已知六边形中心O点处的场强可用图中的四条有向线段中的一条来表示,它是( )A.E1 B.E2C.E3 D.E4【答案】 B【解析】如图,作出各点电荷在O点产生的电场强度,设+q1在O点产生的场强为Ea、Ec(方向如图),-q2在O点产生的场强为Eb、Ed(方向如图),由于电场强度为矢量,O点处的场强为Ea、Ec、Eb、Ed的矢量和.B正确.3.如右图所示,光滑绝缘水平面上带异种电荷的小球A、B,它们一起在水平向右的匀强电场中向右做匀加速运动,且保持相对静止,设小球A的带电荷量大小为QA,小球B的带电荷量大小为QB,下列判断正确的是( )A.小球A带正电,小球B带负电,且QA>QBB .小球A 带正电,小球B 带负电,且QA<QBC .小球A 带负电,小球B 带正电,且QA>QBD .小球A 带负电,小球B 带正电,且QA<QB【答案】 D【解析】 如果小球A 带正电,小球B 带负电,则对B 球来说,A 对它的库仑力和匀强电场对它的电场力均水平向左,小球B 不可能向右做匀加速运动,故A 、B 均错误.对A 分析受力得:EQA<kQAQB r2,对B 受力分析可得:EQB>kQAQB r2,比较可得:kQB r2>E>kQA r2,QB>QA ,D 正确.【巩固】 1.如图所示,电荷量为Q1、Q2的两个正点电荷分别置于A 点和B 点,两点相距L.在以L 为直径的光滑绝缘半圆环上,穿着一个带电荷量为+q 的小球(视为点电荷),在P 点平衡.不计小球的重力,那么,PA 与AB 的夹角α与Q1、Q2的关系应满足( )A .tan3α=Q2Q1B .tan2α=Q2Q1C .tan3α=Q1Q2D .tan2α=Q1Q2【答案】 A【解析】 设AP 相距r1,BP 相距r2,则tan α=r2r1,小球在P 点平衡,受Q1、Q2的库仑力分别为FA =kQ1q r12,FB =kQ2q r22,由受力分析可知,tan α=FB FA =Q2r12Q1r22,所以tan3α=Q2Q1,A 正确.2.如图所示,质量为m 的带电滑块沿绝缘斜面匀加速下滑,当滑至竖直向下的匀强电场区域时(滑块受到的电场力小于重力),滑块的运动状态可能( )A .仍为匀加速下滑,加速度比原来小B .仍为匀加速下滑,加速度比原来大C .变成匀减速下滑,加速度和原来大小相同D .仍为匀加速下滑,加速度和原来一样【答案】 AB【解析】 滑块在开始下滑的过程中,mgsin θ-μmgcos θ=ma ,a =gsin θ-μgcos θ.滑块可能带正电也可能带负电,当滑块带正电时(mg +Eq)sin θ-μ(mg +Eq)cos θ=ma1推导出加速度变大.当滑块带负电时(mg -Eq)sin θ-μ(mg -Eq)cos θ=ma2,推导出加速度变小,AB正确.3.如图所示,在竖直平面内有匀强电场(图中未画出),一个质量为m的带电小球,从A点以初速度v0沿直线AB运动,直线AB与竖直方向AC的夹角为θ(θ<90°),不计空气阻力,重力加速度为g.以下说法正确的是( )A.小球一定做匀变速运动B.小球在运动过程中可能机械能守恒C.小球运动的最小加速度为a=gcosθD.当小球速度为v时,其重力的瞬时功率P=mgvsinθ【答案】 B【解析】若小球所受电场力与重力平衡,则小球做匀速直线运动,A、C项错;若电场力与AB方向垂直向上,则小球运动过程中,只有重力对小球做功,则小球的机械能守恒,B项正确;重力的瞬时功率为重力与重力方向上的速度的乘积,即:P=mgvcosθ,D项错.【拔高】1.物理学中有些问题的结论不一定必须通过计算才能验证,有时只需通过一定的分析就可以判断结论是否正确.如图所示为两个彼此平行且共轴的半径分别为R1和R2的圆环,两圆环上的电荷量均为q(q>0),而且电荷均匀分布.两圆环的圆心O1和O2相距为2a ,连线的中点为O ,轴线上的A 点在O 点右侧与O 点相距为r(r<a).试分析判断下列关于A 点处电场强度大小E 的表达式(式中k 为静电力常量)正确的是()A .E =⎪⎪⎪⎪⎪⎪kqR1[R12+(a +r)2]-kqR2[R22+(a -r)2] B .E =⎪⎪⎪⎪⎪⎪kqR1[R12+(a +r)2]32-kqR2[R22+(a -r)2]32 C .E =⎪⎪⎪⎪⎪⎪kq(a +r)[R12+(a +r)2]-kq(a -r)[R22+(a -r)2] D .E =⎪⎪⎪⎪⎪⎪kq(a +r)[R12+(a +r)2]32-kq(a -r)[R22+(a -r)2]32 【答案】 D【解析】 根据点电荷场强公式E =k Q r2,对照四个选项的表达式,A 、C 与E =k Q r2量纲不相同,故选项A 、C 错;假设将A 点移到O2点,由对称性知半径为R2的圆环在A 点产生的场强为零,知选项D 对,B 错.故正确选项为D. 2.在场强为E 的匀强电场中,取O 点为圆心,r 为半径作一圆周,在O 点固定一电荷量为+Q 的点电荷,a 、b 、c 、d 为相互垂直的两条直线(其中一条沿竖直方向)和圆周的交点.当把一试探电荷+q 放在d 点时恰好平衡(如右图所示).求:(1)匀强电场场强E 的大小、方向如何?(2)试探电荷+q 放在点c 时,受力Fc 的大小、方向如何?(3)试探电荷+q 放在点b 时,受力Fb 的大小、方向如何?【答案】(1)E =k Q r2,场强方向沿db 方向. (2)Fc =qEc =2k Qq r2,方向与ac 方向成45°角 (3)Fb =qEb =2k Qq r2,方向沿db 方向. 【解析】 由题意可知,试探电荷处在匀强电场和点电荷+Q 产生的电场所组成的叠加场中.因此要求试探电荷在电场中某点所受的电场力,首先应确定该点的合场强,要确定合场强,就需要求匀强电场的场强.而题目已经告诉了试探电荷处在d 点时恰好平衡,这恰恰是两电场共同作用的结果,据此则问题可解.(1)由题意可知F1=kQq r2 F2=qE因为F1=F2,所以qE =k Qq r2,E =k Q r2,场强方向沿db 方向. (2)试探电荷放在c 点Ec =E12+E2=2E =2k Q r2, 所以Fc =qEc =2kQq r2,方向与ac 方向成45°角(如图所示).(3)试探电荷放在b 点Eb =E2+E =2E =2k Q r2,所以Fb =qEb =2k Qq r2,方向沿db 方向. 3.如图所示,倾角为θ的斜面AB 是粗糙且绝缘的,AB 长为L ,C 为AB 的中点,在A 、C 之间加一方向垂直斜面向上的匀强电场,与斜面垂直的虚线CD 为电场的边界.现有一质量为m 、电荷量为q 的带正电的小物块(可视为质点),从B 点开始在B 、C 间以速度v0沿斜面向下做匀速运动,经过C 后沿斜面匀加速下滑,到达斜面底端A 时的速度大小为v.试求:(1)小物块与斜面间的动摩擦因数μ;(2)匀强电场场强E 的大小.【答案】(1)μ=tan θ (2).E =m(v2-v20)qLtan θ. 【解析】(1)小物块在BC 上匀速运动,由受力平衡得FN=mgcos θ,Ff =mgsin θ而Ff =μFN ,由以上几式解得μ=tan θ. (2)小物块在CA 上做匀加速直线运动,受力情况如图所示,则FN′=mgcos θ-qE,Ff′=μFN′根据牛顿第二定律得mgsin θ-Ff′=ma,v2-v20=2a·L2由以上几式解得E=m(v2-v20) qLtan θ.五、课程小结电场力与电场强度的区别于联系六、课后作业1、下列关于电场强度的两个表达式E=F/q和E=kQ/r2的叙述,正确的是( )A.E=F/q是电场强度的定义式,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荷量B .E =F/q 是电场强度的定义式,F 是放入电场中电荷所受的电场力,q 是放入电场中电荷的电荷量,它适用于任何电场C .E =kQ/r2是点电荷场强的计算式,Q 是产生电场的电荷的电荷量,它不适用于匀强电场D .从点电荷场强计算式分析库仑定律的表达式F =k Q1Q2r2,式kQ2r2是点电荷Q2产生的电场在点电荷Q1处的场强大小,而kQ1r2是点电荷Q1产生的电场在Q2处场强的大小【答案】BCD【解析】 公式E =F/q 是电场强度的定义式,适用于任何电场.E =kQ r2是点电荷场强的计算公式,只适用于点电荷电场,库仑定律公式F =k Q1Q2r2可以看成Q1在Q2处的电场E1=kQ1r2对Q2的作用力,故A 错误,B 、C 、D 正确.2、如下图所示,真空中O 点有一点电荷,在它产生的电场中有a 、b 两点,a 点的场强大小为Ea ,方向与ab 连线成60°角,b 点的场强 大小为Eb ,方向与ab 连线成30°角.关于a 、b 两点场强大小Ea 、 Eb 的关系,以下结论正确的是 ( )A.Ea=33Eb B.Ea=13EbC.Ea=3Eb D.Ea=3Eb【答案】D【解析】由题图可知,rb=3ra,再由E=kQr2可知,EaEb=r 2br 2a=31,故D正确.3、如下图甲所示,在x轴上有一个点电荷Q(图中未画出),O、A、B为轴上三点,放在A、B两点的试探电荷受到的电场力跟试探电荷所带电荷量的关系如图乙所示,则( )A.A点的电场强度大小为2×103 N/CB.B点的电场强度大小为2×103 N/CC.点电荷Q在A、B之间D.点电荷Q在A、O之间【答案】AC【解析】对于电场中任意一点而言,放在该处的试探电荷的电荷量q不同,其受到的电场力F的大小也不同,但比值Fq是相同的,即该处的电场强度.所以F-q图象是一条过原点的直线,斜率越大则场强越大.由题图可知A点的电场强度EA=2×103 N/C,B点的电场强度EB=0.5×103 N/C,A正确,B错误.A、B两点放正、负不同的电荷,受力方向总为正,说明A、B的场强方向相反,点电荷Q只能在A、B之间,C正确.4、一带负电荷的质点,在电场力作用下沿曲线abc从a运动到c,已知质点的速率是递减的.关于b点电场强度E的方向,下列各图所示中可能正确的是(虚线是曲线在b点的切线)( )【答案】D【解析】因质点做减速运动,故其所受电场力F的方向与v的方向夹角为钝角,又因为质点带负电荷,其所受电场力F与电场强度E 方向相反,故只有选项D正确,选项A、B、C错误.5、如下图所示,有一带电荷量为+q 的点电荷与均匀带电圆形薄板相距为2d ,此点电荷到带电薄板的垂线通过板的圆心.若图中a 点处的电场强度为零,则图中b 点处的电场强度大小是( )A .k q 9d2+k q d2B .k q 9d2-k q d2C .0D .k q d2【答案】 A【解析】 点电荷在a 点产生的电场强度大小E =k q d2,方向向左,由题意,带电薄板在a 点产生的电场强度大小E1=k q d2,方向向右.根据对称性,带电薄板在b 点产生的电场强度大小E2=k q d2,方向向左,点电荷在b 点产生的电场强度大小E3=kq 9d2,方向向左,根据电场强度的叠加原理,Eb =E2+E3,可知A 正确.6、如图4所示,M 、N 和P 是以MN 为直径的半圆弧上的三点,O点为半圆弧的圆心.电荷量相等、符号相反的两个点电荷分别置于M 、N 两点,这时O 点电场强度的大小为E1;若将N 点处的点电荷移至P 点,则O 点的电场强度大小变为E2.则E1与E2之比为( )A .1∶2B .2∶1C .2∶ 3D .4∶ 3【答案】B【解析】 本题针对电场叠加问题,考查考生矢量合成的能力.因为两个点电荷的电荷量相等,符号相反,设一个点电荷产生的电场强度为E ,则在M 、N 两点时电场强度方向是相同的,故有E1=2E ,将N 点的点电荷移到P 点后,通过假设其中一个点电荷为正电荷,作场强的矢量图,可知两个电场强度的方向夹角为120°,故由平行四边形定则可得,其合电场强度的大小E2=E ,所以E1E2=2E E =21,所以正确答案为B.7、两带电荷量分别为q1(q1>0)和q2的点电荷放在x 轴上,相距为l ,两电荷连线上电场强度E 与x 的关系如图5所示,则下列说法正确的是( )A .q2>0且q1=q2B .q2<0且q1=|q2|C.q2>0且q1>q2D.q2<0且q1<|q2|【答案】A【解析】本题考查电场的叠加问题,意在考查考生对图象的理解能力.由题图知,当x=l2时,E=0,则q1和q2必为同种电荷,且电荷量相等,故选项A正确.8、如下图所示,两个带等量正电荷的小球A、B(可视为点电荷),被固定在光滑的绝缘水平面上.P、N是小球连线的中垂线上的两点,且PO=ON.现将一个电荷量很小的带负电的小球C(可视为质点),由P点静止释放,在小球C向N点运动的过程中,下列关于小球C的速度、加速度的图象中,可能正确的是( )【答案】BC【解析】小球C由P点向N点运动过程中,受到的电场力是变力,在中点O时受力为零,所以速度—时间图象不是直线,A错误,B 可能正确;由牛顿第二定律结合库仑定律可知C可能正确,D错误。