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第1章第3节 电场与电场强度
内容索引0102基础落实•必备知识全过关重难探究•能力素养全提升03学以致用•随堂检测全达标
课标要求1.了解电场是一种特殊的物质,初步形成场是物质的概念。(物理观念)2.掌握电场强度的概念和公式,会通过分析和推理进行相应的计算。(科学思维)3.知道什么是电场线并掌握电场线的特点。知道孤立正负点电荷、等量同种(异种)点电荷电场线的分布特点。(物理观念)
基础落实•必备知识全过关
一、电场及电场力1.电场:电荷之间的相互作用是通过传递的。电荷产生的电场称为静电场。2.电场力:电场对处在其中的电荷有力的作用,这种力称为电场力。在静电场中,电场力就是。二、电场强度1.试探电荷:用来探究电场的性质而引入的电荷q。q的电荷量应,q的大小也应。2.场源电荷(或源电荷):被探究的电场是由带电体激发的,其所带电荷Q称为场源电荷(或源电荷)。电场静止静电力足够小足够小(可视为点电荷)
3.电场强度(1)物理意义:电场强度E从力的角度描述了电场的性质。(2)定义:放入电场中某点的试探电荷受到的F与它的q之比。(3)公式:E=。(4)单位:,符号。(5)方向:电场强度是矢量。物理学中规定,电场中某点电场强度的方向与电荷在该点所受电场力的方向相同。按照这个规定,负电荷在电场中的某点所受电场力的方向与该点的电场强度方向。(6)决定因素:电场本身,与是否放入试探电荷、放入电荷的电性、电荷量的多少均无关。电场力电荷量牛顿每库仑N/C正相反
想一想根据电场强度的定义式,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。
三、电场线1.电场线:在电场中绘出一些曲线,曲线上任一点的方向与该点电场强度的方向一致。2.电场线的特点(1)电场线是为了形象地描述电场而假想的线,实际并不存在。(2)在同一静电场中,电场线越密的地方电场强度越,电场线越疏的地方电场强度越。(3)在电场中绘出一些曲线,曲线上任一点的方向与该点电场强度的方向一致。(4)电场线在电场中交点。(5)电场线从出发,终止于。切线大小切线没有正电荷或无穷远无穷远或负电荷
易错辨析判一判(1)电荷之间的相互作用是通过电场传递的。()(2)根据得,电场强度与试探电荷所带的电荷量和所受的力有关。()(3)电场强度的方向就是电荷受力的方向。()(4)电场线上某点的切线方向与电荷在该点的受力方向可以不同。()√×电场强度是电场自身的性质,与试探电荷所带的电荷量和所受的力均无关。×只有正电荷受力的方向为电场强度的方向。√
(5)电场线是闭合的曲线。()(6)沿电场线的方向,电场强度必定越来越小。()×电场线从正电荷或无穷远出发,终止于负电荷或无穷远,不是闭合的曲线。×电场线的疏密表示电场强度的大小,与电场线的方向无关。
即学即用练一练(多选)下列关于电场和电场线的说法正确的是()A.电场和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电场强度不为零,不画电场线区域内的点的电场强度为零C.同一试探电荷在电场线密集的地方所受电场力大D.电场线是人们假设出来的,用以形象表示电场的强弱和方向,客观上并不存在答案CD
重难探究•能力素养全提升
探究一对电场强度的理解[情境探究](1)电场的基本性质是什么?如何去探究电场的这种性质?(2)在空间中有一电场,把一电荷量为q的试探电荷放在电场中的A点,该电荷受到的电场力大小为F。①若把电荷量为2q的点电荷放在A点,则它受到的电场力大小为多少?②若把电荷量为nq的点电荷放在该点,它受到的电场力大小为多少?③能否用电荷受到的电场力来描述电场的强弱?④电荷受到的电场力大小F与电荷量q有何关系?要点提示(1)电场对放入其中的电荷有力的作用。可在电场中放一试探电荷,通过分析试探电荷的受力研究电场性质。(2)①2F②nF③不能。不同电荷在电场中的同一点受到的电场力不同。④F与q成正比,即F与q的比值为定值。
[知识归纳]1.关于电场的三点说明(1)电场是一种看不见、摸不着,但是客观存在的特殊物质。(2)电荷周围一定存在电场,静止的电荷周围存在静电场。(3)电场是电荷间相互作用的桥梁,电荷不直接接触就可以发生相互作用。要点笔记上述三点可概括总结为特殊物质性、客观存在性、桥梁纽带性。
2.关于电场强度的几点说明(1)物理意义:电场强度是描述电场性质的物理量。(2)电场强度是用比值定义的物理量,它的大小和方向取决于电场本身,与试探电荷的电荷量q及所受的电场力F无关。(3)只要场源电荷确定下来,场源电荷周围形成的电场就确定下来,电场中某点的电场强度E也就确定下来,与该点放不放试探电荷无关。(4)电场强度定义式为我们提供了一种计算电场力的方法,即F=qE。(5)电场强度是矢量,电场强度的方向与放入该点的正试探电荷受的电场力方向相同,与放在该点的负试探电荷受的电场力方向相反。要点笔记电场强度取决于产生它的电荷而不是取决于试探它的电荷。
[应用体验]典例1场源电荷Q=2×10-4C,是正点电荷;试探电荷q=-2×10-5C,是负点电荷。将场源电荷Q放于A点,将试探电荷q放于B点,它们相距r=2m而静止,且处在真空中,如图所示。静电力常量k=9.0×109N·m2/C2。求:(1)试探电荷q受的静电力;(2)试探电荷q所在的B点的电场强度EB;(3)拿走试探电荷q后B点的电场强度。
(3)电场强度是描述电场性质的物理量,它是由形成电场的电荷Q及场中位置决定的,与试探电荷q是否存在无关。故拿走试探电荷后B点的电场强度仍为4.5×105N/C,方向由A指向B。答案(1)9N,方向在A与B的连线上,且指向A(2)4.5×105N/C,方向由A指向B(3)4.5×105N/C,方向由A指向B
规律方法1.分清哪个是试探电荷,哪个是场源电荷,中的q是试探电荷。2.确定电场强度的方向一定要看清试探电荷是正电荷还是负电荷,再确定电场强度方向与试探电荷所受电场力的方向相同还是相反。
针对训练1电场中有一场源电荷放在P点,下列说法正确的是()A.若放在P点的场源电荷的电荷量减半,则P点电场强度减半B.若P点没有试探电荷,则P点的电场强度为零C.P点的电场强度越大,则试探电荷在P点所受的电场力越大D.P点的电场强度方向为试探电荷在该点所受的电场力方向
答案C解析电场强度是由电场本身决定的,与是否放入试探电荷、放入电荷的电性、所带电荷量的多少均无关,选项A、B错误。试探电荷所带电荷量一定时,由F=Eq得,电场强度越大,试探电荷所受的电场力越大,选项C正确。若试探电荷是正电荷,它所受的电场力方向就是该点的电场强度方向;若试探电荷是负电荷,它所受的电场力方向的反方向就是该点的电场强度方向,选项D错误。
探究二对电场线的理解[情境探究]在装有蓖麻油的玻璃器皿里撒上一些细小的头发屑,再加上电场,头发屑会重新排列成电场线的形状。这能否说明电场线是实际存在的线?要点提示不能。电场线实际不存在,但可以用实验模拟。
[知识归纳]等量异种点电荷与等量同种点电荷形成的电场中电场强度分布特点的比较比较项目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电场强度大小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
比较项目等量异种点电荷等量同种(正)点电荷中垂线上的电场强度大小O点最大,从O点沿中垂线到无限远处逐渐变小O点为零,从O点沿中垂线到无限远处先变大后变小关于O点对称的点A与A'、B与B'的电场强度等大同向等大反向要点笔记等量同种电荷的中垂线上电场强度有两个极值点,等量异种电荷的中垂线上电场强度方向均相同。
[应用体验]典例2下列各电场中,A、B两点电场强度相同的是()答案C解析A选项中,A、B两点电场强度大小相等,方向不同;B选项中,A、B两点电场强度方向相同,大小不等;C选项中,A、B两点电场强度大小、方向相同;D选项中,A、B两点电场强度大小、方向均不相同。故选C。
规律方法(1)按照电场线画法的规定,电场强度大处电场线密,电场强度小处电场线疏,根据电场线的疏密可以比较电场强度的大小。(2)正(或负)电荷所受电场力方向与电场线的切线方向相同(或相反)。(3)点电荷周围不存在电场强度相同的点。
针对训练2如图所示为两个带等量正电荷的点电荷Q,O点为两点电荷连线的中点,a点在连线的中垂线上。若在a点由静止释放一个电子,关于电子的运动,下列说法正确的是()A.电子从a点向O点运动的过程中,加速度越来越大,速度越来越大B.电子从a点向O点运动的过程中,加速度越来越小,速度越来越大C.电子运动到O点时,加速度为零,速度最大D.电子通过O点后,速度越来越小,加速度越来越大,一直运动到速度为零
答案C解析在带等量正电荷的两点电荷Q连线的中垂线上,中点O点的电场强度为零,向中垂线的两边先变大,达到一个最大值后,再逐渐变小到零。但a点与最大电场强度点的位置关系不能确定,当a点在最大电场强度点的上方时,电子从a点向O点运动的过程中,加速度先增大后减小;当a点在最大电场强度点的下方时,电子的加速度则一直减小,A、B错误。但不论a点的位置如何,电子在向O点运动的过程中,都在做加速运动,所以电子的速度一直增大,当达到O点时,加速度为零,速度达到最大值,C正确。通过O点后,电子的运动方向与电场强度的方向相同,与所受电场力方向相反,故电子做减速运动,由能量守恒定律得,当电子运动到a点关于O点对称的b点时,电子的速度为零。同样因b点与最大电场强度的位置关系不能确定,故加速度大小的变化不能确定,D错误。
学以致用•随堂检测全达标
1.A为已知电场中的一固定点,在A点放置试探电荷q,试探电荷所受电场力为F,A点的电场强度为E,则()A.若在A点换上试探电荷-q,A点的电场强度方向发生变化B.若在A点换上试探电荷2q,A点的电场强度将变为2EC.若在A点移去试探电荷q,A点的电场强度变为零D.A点的电场强度的大小、方向与试探电荷q的大小、正负、有无均无关答案D解析电场强度通过比值定义法得出,A点的电场强度的大小、方向与试探电荷q的大小、正负、有无均无关,故放入任何试探电荷时电场强度的大小、方向均不变,故选D。
2.如图所示,空间有一电场,电场中有a和b两个点,下列表述正确的是()A.a点的电场强度大小等于b点B.a点的电场强度大小比b点的大C.b点的电场强度大小比a点的大D.正电荷在a、b两点受力方向相同答案B解析在同一静电场中,电场线越密的地方电场强度越大,电场线越疏的地方电场强度越小,选项B正确,选项A、C错误。点电荷的受力方向为该点的切线方向,故a、b两点受力方向不相同,选项D错误。
3.(多选)如图所示,在等量异种电荷连线的中垂线上取A、B、C、D四点,B、D两点关于O点对称,则关于各点电场强度的关系,下列说法正确的是()A.EA>EB,EB=EDB.EA
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