第3節(jié)電場及其描述課標(biāo)解讀重點(diǎn)難點(diǎn)1.認(rèn)識電荷間的相互作用是通過電場發(fā)生的，電場具有力的性質(zhì)2.理解電場強(qiáng)度的概念，會用電場強(qiáng)度描述電場的強(qiáng)弱和方向3.認(rèn)識電場線，會用電場線來定性描述電場的強(qiáng)弱和方向.1.公式E和Ek的理解和應(yīng)用(重點(diǎn))2.電場線的理解和應(yīng)用(重點(diǎn))3.電場的概念(難點(diǎn))4.電場線的概念(難點(diǎn))電場1.基本知識(1)產(chǎn)生：電荷在其周圍形成場，通常稱之為靜電場，簡稱電場帶電體之間通過電場產(chǎn)生力的作用，這種力叫電場力(2)基本性質(zhì)：對放入其中的電荷有力的作用(3)電場是客觀存在的物質(zhì)，但我們看不見，摸不著，是一種特殊的物質(zhì)2思考判斷(1)電場是人們?yōu)榱私忉岆姾砷g的作用力，人為創(chuàng)造的，并不是真實(shí)存在的()(2)電場看不見、摸不著，因此電場不是物質(zhì)()(3)電場對放入其中的任何電荷都有力的作用()3探究交流如圖131所示，F(xiàn)1和F2為電荷q1和q2間的相互作用的庫侖力，那么F1和F2各是怎樣產(chǎn)生的？圖131【提示】帶電體1在其周圍產(chǎn)生電場，放在此電場中的帶電體2受到帶電體1的電場施加的力為F2，同樣帶電體2在其周圍也產(chǎn)生電場，放在此電場中的帶電體1也受到帶電體2的電場施加的力為F1.電場的描述1.基本知識(1)電場強(qiáng)度定義：電場中某一點(diǎn)的電荷受到的電場力F與它的電荷量q0的比值，即，定義為該點(diǎn)的電場強(qiáng)度，用E表示，簡稱場強(qiáng)公式：E，其單位是牛頓每庫或伏特每米，符號為N/C或V/m.點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式：Ek.方向：規(guī)定正電荷在某點(diǎn)受力的方向即為該點(diǎn)電場強(qiáng)度的方向，與負(fù)電荷在該點(diǎn)所受的靜電力的方向相反矢量：電場強(qiáng)度既有大小又有方向，是矢量物理意義：描述電場強(qiáng)弱的物理量，與放入電場中的其他電荷無關(guān)(2)電場線定義：為了形象地描述電場，人們在電場中畫出的帶有箭頭的曲線電場線的特點(diǎn)：電場線上每一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的電場強(qiáng)度的方向一致，電場線的疏密程度描述電場的強(qiáng)弱，電場線越密的地方，電場越強(qiáng)2思考判斷(1)根據(jù)E，電場強(qiáng)度E與F成正比，與q0成反比()(2)公式E是電場強(qiáng)度的比值定義式，適用于一切電場()(3)電場線不是實(shí)際存在的線，而是為了形象地描述電場而假想的線()3探究交流本節(jié)我們用來定義電場強(qiáng)度的方法叫比值定義法，想一想：我們還學(xué)過哪些用比值定義的物理量？它們有什么共同點(diǎn)？【提示】在物理學(xué)中，常常用比值定義一個(gè)物理量，例如：密度；加速度a；速度v等用比值定義法定義的新物理量可反映物質(zhì)本身的某種屬性，與用來定義的另外兩個(gè)物理量并無決定關(guān)系.對電場強(qiáng)度的理解【問題導(dǎo)思】1電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)與放入電場的其他電荷是否有關(guān)？【提示】無關(guān)2公式E與Ek適用范圍相同嗎？【提示】不同電場強(qiáng)度是描述電場的力的性質(zhì)的物理量1E是電場強(qiáng)度的定義式，適用于任何情況雖然E，但E與F和q0都無關(guān)，電場強(qiáng)度是由電場本身決定的量電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)是確定的，其大小、方向只與建立電場的本身(或場源電荷)有關(guān)，而與放入的試探電荷無關(guān)2Ek是點(diǎn)電荷所形成的電場的決定式E由場源電荷Q和試探電荷到場源電荷的距離決定，與是否放入試探電荷無關(guān)3電場強(qiáng)度E與電場力F的區(qū)別電場強(qiáng)度電場力定義電荷受到的電場力與電荷量的比值電場對電荷產(chǎn)生的力的作用公式EFEq0決定因素只決定于電場本身，與電荷q0無關(guān)由電荷q0和場強(qiáng)共同決定單位N/CN電場強(qiáng)度是矢量，當(dāng)空間的電場是由幾個(gè)電荷共同產(chǎn)生時(shí)，某點(diǎn)的場強(qiáng)應(yīng)是每個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)場強(qiáng)的矢量疊加如圖132所示，A為帶正電為Q的金屬板，沿金屬板的垂直平分線，在距板r處放一質(zhì)量為m、電荷量為q的小球，小球受水平向右的電場力偏轉(zhuǎn)角而靜止，小球用絕緣細(xì)線懸掛于O點(diǎn)，試求小球所在處的電場強(qiáng)度圖132【審題指導(dǎo)】要求小球所在處的電場強(qiáng)度，可以采用電場強(qiáng)度的定義式，需要求出小球所受到的電場力，可以通過平衡條件求得電場力【解析】分析小球受力如圖所示，由平衡條件得：F電mgtan ，所以小球所在處的電場強(qiáng)度E，小球帶正電荷，因此電場強(qiáng)度方向水平向右【答案】，方向水平向右?guī)щ娊饘侔錋不能當(dāng)成點(diǎn)電荷，電場強(qiáng)度是矢量，不僅要求出大小，還要求出方向根據(jù)共點(diǎn)力的平衡條件即可求得帶電體之間的作用力，從而進(jìn)一步求解電場強(qiáng)度1關(guān)于電場，下列說法正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號：31870006】A由E知，若q減半，則該處電場強(qiáng)度為原來的2倍B由Ek知，E與Q成正比，而與r2成反比C由Ek知，在以Q為球心，以r為半徑的球面上，各處場強(qiáng)均相同D電場中某點(diǎn)場強(qiáng)方向就是該點(diǎn)所放電荷受到的電場力的方向【解析】因EF/q為場強(qiáng)定義式，而電場中某點(diǎn)場強(qiáng)E只由電場本身決定，與是否引入電荷及q的大小、正負(fù)無關(guān)，故A錯(cuò)；由場強(qiáng)方向的規(guī)定知D錯(cuò)；Ek是點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式，B對，C錯(cuò)【答案】B對電場線的理解【問題導(dǎo)思】1電場線是電場中客觀存在的物質(zhì)嗎？【提示】不是2電場線如何描述電場的強(qiáng)弱？【提示】利用電場線的疏密程度3電場線是電荷的運(yùn)動軌跡嗎？【提示】不是1電場線的特點(diǎn)(1)電場線從正電荷或無窮遠(yuǎn)出發(fā)，終止于無窮遠(yuǎn)或負(fù)電荷(2)電場線分布的疏密反映了電場的強(qiáng)弱，表示場強(qiáng)的大小(3)電場線上任意一點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)場強(qiáng)方向一致(4)電場線在電場中不相交，不中斷， 因?yàn)槿绻妶鼍€相交，該點(diǎn)的場強(qiáng)就有兩個(gè)方向了(5)電場線是為了形象描述電場而假想的，實(shí)際并不存在2電場線與帶電粒子在電場中的運(yùn)動軌跡(1)如果電場線是直線，且?guī)щ娏Ｗ映跛俣葹榱慊虺跛俣仍谶@條直線上，那么帶電粒子的受力與其速度在一條直線上，粒子的運(yùn)動軌跡和電場線可能重合(2)如果電場線是直線，帶電粒子有一定的初速度且速度不在這條直線上，帶電粒子的運(yùn)動軌跡是曲線，軌跡和電場線不重合(3)如果電場線是曲線，無論帶電粒子是否有初速度，由于受力方向在不斷改變，其運(yùn)動速度不可能與受力方向一致，所以軌跡一定不與電場線重合如圖133所示為靜電場的一部分電場線的分布，下列說法正確的是()A這個(gè)電場可能是負(fù)點(diǎn)電荷形成的BC點(diǎn)處的場強(qiáng)為零，因?yàn)槟抢餂]有電場線C點(diǎn)電荷q在A點(diǎn)受到的電場力比在B點(diǎn)受到的電場力大D負(fù)電荷在B點(diǎn)時(shí)受到的電場力的方向沿B點(diǎn)切線方向圖133【審題指導(dǎo)】(1)由電場線的疏密程度可以判斷電場強(qiáng)度的大小(2)電場強(qiáng)度的方向沿電場線在該點(diǎn)的切線方向(3)電荷所受電場力的方向與電荷的電性有關(guān)【解析】負(fù)電荷的電場線是指向負(fù)電荷的直線，故A錯(cuò)誤；電場線只是形象地描述電場，沒有電場線的地方，場強(qiáng)不一定為零，故B錯(cuò)誤；電場線的疏密表示電場的強(qiáng)弱，EA>EB，F(xiàn)qE，所以FA>FB，故C正確；負(fù)電荷在B點(diǎn)所受電場力的方向與B點(diǎn)的切線方向相反，故D錯(cuò)誤【答案】C電場線是為了形象、直觀、方便地描述電場的特性，而引入的一種輔助手段如果知道了電場線的疏密分布及電場線的形狀、箭頭指向，就能討論電場中各點(diǎn)的場強(qiáng)大小關(guān)系和方向因此了解各種常見電場的電場線分布情況，對于靈活運(yùn)用電場線判斷電場的性質(zhì)是大有幫助的2關(guān)于電場線，下述說法正確的是()A電場線是客觀存在的B電場線與電荷運(yùn)動的軌跡是一致的C電場線上某點(diǎn)的切線方向與電荷在該點(diǎn)受力方向可以不同D沿電場線方向，場強(qiáng)一定越來越大【解析】 電場線不是客觀存在的，是為了形象描述電場的假想線，A選項(xiàng)是錯(cuò)誤的；由靜止開始運(yùn)動的電荷所受電場力方向應(yīng)是該點(diǎn)的切線方向，下一時(shí)刻的位置應(yīng)沿切線方向，可能在電場線上，也可能不在電場線上，軌跡可能與電場線不一致，何況電荷可以有初速度，運(yùn)動軌跡與初速度大小、方向有關(guān)，可能軌跡很多，而電場線是一定的，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；正電荷在電場中受的電場力方向與該點(diǎn)的切線方向相同，而負(fù)電荷所受電場力的方向與該點(diǎn)切線方向相反，選項(xiàng)C正確；場強(qiáng)大小與場強(qiáng)的方向無關(guān)，與電場線的方向無關(guān)，只由電場線的疏密決定，D選項(xiàng)錯(cuò)誤【答案】C【備課資源】(教師用書獨(dú)具)接地放電 地球是良好的導(dǎo)體，由于它特別大，所以能夠接受大量電荷而不明顯地改變地球的電勢，這就如同從海洋中抽水或向海洋中放水，并不能明顯改變海平面的高度一樣如果用導(dǎo)線將帶電導(dǎo)體與地球相連，電荷將從帶電體流向地球，直到導(dǎo)體帶電特別少，可以認(rèn)為它不再帶電；生產(chǎn)中和生活實(shí)際中往往要避免電荷的積累，這時(shí)接地是一項(xiàng)有效措施.1某電場的電場線分布如圖134所示，a、b兩點(diǎn)電場強(qiáng)度的大小關(guān)系是() 【導(dǎo)學(xué)號：31870007】圖134AEaEbBEaEbCEaEb D無法比較【解析】根據(jù)電場線的疏密可以判斷，a點(diǎn)的場強(qiáng)大，所以A正確【答案】A2如圖135所示為兩個(gè)等量點(diǎn)電荷周圍的電場線分布(電場線方向未標(biāo)出)，則()圖135AA只能帶正電BA只能帶負(fù)電C若A帶正電，則B肯定是帶負(fù)電的D若A帶正電，則B肯定是帶正電的【解析】圖示的電場線為兩個(gè)等量異種點(diǎn)電荷形成電場的電場線分布，C正確，D錯(cuò)；但沒有標(biāo)注電場線的方向，所以不能判斷AB的電性，AB錯(cuò)【答案】C3關(guān)于電場線的敘述，下列說法正確的是()A電場線的方向就是帶正電的試探電荷的運(yùn)動方向B電場線是直線的地方一定是勻強(qiáng)電場C正點(diǎn)電荷只受電場力作用時(shí)，加速度的方向總是與所在處的電場線的切線重合D畫有電場線的地方有電場，沒畫電場線的地方就不存在電場【解析】解答本題時(shí)，最易錯(cuò)的是用特殊現(xiàn)象代表一般現(xiàn)象如電場線為直線時(shí)，正點(diǎn)電荷僅受電場力作用，將從靜止開始沿電場線方向運(yùn)動，把這一特殊現(xiàn)象當(dāng)成一般的電場中正電荷都會沿電場線運(yùn)動是錯(cuò)誤的從而可知A錯(cuò)，C對電場線形象地表示電場，畫有電場線的地方有電場而電場線之間的空白區(qū)域也有電場，故D錯(cuò)勻強(qiáng)電場的電場線是直線，而且是間距相等的平行直線，故B錯(cuò)【答案】C4一負(fù)電荷從電場中A點(diǎn)由靜止釋放，只受靜電力作用，運(yùn)動到B點(diǎn)的過程中，它運(yùn)動的vt圖象如圖136所示，則A、B兩點(diǎn)所在區(qū)域的電場分布情況可能是下圖中的()圖136【解析】由vt圖象知，負(fù)電荷由A到B速度越來越大，所以靜電力對電荷做正功，靜電力的方向與過A點(diǎn)場強(qiáng)方向相反，故A、D選項(xiàng)錯(cuò)誤由A向B運(yùn)動過程中加速度越來越大，故靜電力越來越大，電場線越來越密，C對，B錯(cuò)【答案】C學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)測評(三)(建議用時(shí)：45分鐘)1下面的說法中不正確的是()A電荷的周圍存在電場B電場是一種物質(zhì)，它與其他物質(zhì)一樣，是不依賴我們的感覺而存在的C電荷甲對電荷乙的電場力是電荷甲的電場對電荷乙的作用力D電場力是不相接觸的物體之間的作用力，這種相互作用不經(jīng)其他物質(zhì)便可直接進(jìn)行【解析】電場是電荷周圍存在的一種特殊物質(zhì)，電荷間的相互作用力是通過電場進(jìn)行的，故A、B、C均正確，D不正確【答案】D2在電場中某一點(diǎn)放一試探電荷q，它受到的靜電力為F，則該點(diǎn)的電場強(qiáng)度為E，那么下列說法正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號：31870008】A若移去試探電荷，該點(diǎn)電場強(qiáng)度為0B若該點(diǎn)放一電荷量為2q的試探電荷，則該點(diǎn)的電場強(qiáng)度為2EC若該點(diǎn)放一電荷量為2q的試探電荷，則該點(diǎn)的電場強(qiáng)度為D若該點(diǎn)放一電荷量為2q的試探電荷，則該點(diǎn)的電場強(qiáng)度為E【解析】電場強(qiáng)度是根據(jù)試探電荷受力情況用比值的方法定義的，公式E中，雖然有試探電荷的電荷量q，但更換試探電荷時(shí)，F(xiàn)與q的比值不變，電場強(qiáng)度由電場本身決定【答案】D3如圖137所示是電場中某區(qū)域的電場線分布圖，A是電場中的一點(diǎn)，下列判斷中正確的是()圖137AA點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向向左BA點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向向右C因A點(diǎn)無電場線，所以A點(diǎn)場強(qiáng)是零D正點(diǎn)電荷在A點(diǎn)受力向左【解析】由題圖可以看出，此電場中的電場線是一系列等間距的互相平行的直線，電場線均勻分布，方向相同，該電場中電場強(qiáng)度處處大小相等、方向相同，故A點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向向右，因此A、C錯(cuò)，B對；根據(jù)電場強(qiáng)度方向的規(guī)定可知，正電荷在A點(diǎn)的受力方向向右，即與電場強(qiáng)度方向相同，而負(fù)電荷在A點(diǎn)受力向左，故D錯(cuò)【答案】B4如圖138甲所示，AB是一個(gè)點(diǎn)電荷形成的電場中的一條電場線，圖乙則是放在電場線上a、b處的試探電荷的電荷量與所受電場力大小間的函數(shù)圖象(Fq圖象)，指定電場方向由A指向B為正方向，由此可以判定()圖138A場源可能是正電荷，位置在A側(cè)B場源可能是正電荷，位置在B側(cè)C場源可能是負(fù)電荷，位置在A側(cè)D場源可能是負(fù)電荷，位置在B側(cè)【解析】因放在a、b處的正電荷所受的電場力的方向均沿由A指向B的方向，故a、b處電場強(qiáng)度的方向均沿A指向B的方向，又由FEq可知，圖線的斜率對應(yīng)電場強(qiáng)度大小，故有Eb>Ea，由點(diǎn)電荷所形成的電場線的分布特點(diǎn)可知，場源電荷可能為負(fù)電荷，且位于B側(cè)，D正確【答案】D5圖139中實(shí)線是勻強(qiáng)電場的電場線，虛線是某一帶電粒子通過該電場區(qū)域時(shí)的運(yùn)動軌跡，a、b是軌跡上兩點(diǎn)若帶電粒子在運(yùn)動過程中只受靜電力作用，下列判斷錯(cuò)誤的是()圖139A帶電粒子帶負(fù)電荷B帶電粒子帶正電荷C帶電粒子所受靜電力方向與電場線方向相反D帶電粒子做勻變速運(yùn)動【解析】由圖可以看出，帶電粒子通過該電場區(qū)域時(shí)，不論是由a向b還是由b向a運(yùn)動，運(yùn)動軌跡都向左彎曲，表明帶電粒子所受靜電力方向與電場方向相反，帶電粒子應(yīng)帶負(fù)電因帶電粒子在勻強(qiáng)電場中所受的靜電力是恒力，故運(yùn)動的加速度大小和方向不變，做勻變速曲線運(yùn)動【答案】B6關(guān)于電場線的敘述，正確的是()A沿著電場線的方向電場強(qiáng)度越來越小B在沒有電荷的地方，任何兩條電場線都不會相交C電場線是人們假想的，用以形象表示電場的強(qiáng)弱和方向，客觀上并不存在D電場線是非閉合曲線，始于正電荷或無窮遠(yuǎn)，終止于無窮遠(yuǎn)或負(fù)電荷【解析】電場線的疏密反映電場強(qiáng)度的大小，電場線越密的區(qū)域，電場強(qiáng)度就越大在不同電場中沿著電場線的方向電場強(qiáng)度可能變大(如負(fù)點(diǎn)電荷的電場)、變小(如正點(diǎn)電荷的電場)、不變(如勻強(qiáng)電場)，或更復(fù)雜，故A錯(cuò)誤如果兩條電場線相交，根據(jù)電場線的物理意義，則該點(diǎn)有兩個(gè)電場方向而實(shí)際上電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)方向是唯一確定的，所以電場中任意兩條電場線不會在無電荷處相交，故B正確電場線是一種物理模型，是為了形象描述電場而引入的，不是實(shí)際存在的線，故C正確靜電場中電場線始于正電荷或無窮遠(yuǎn)，終止于無窮遠(yuǎn)或負(fù)電荷，電場線不是閉合曲線，故D正確【答案】BCD7A、B為帶電荷量分別為Q和Q的兩個(gè)等量異種點(diǎn)電荷，c、d為A、B連線上的兩點(diǎn)，且AcBd，如圖1310所示，關(guān)于c、d兩點(diǎn)間電場強(qiáng)度的情況是()圖1310A由c到d電場強(qiáng)度由大變小B由c到d電場強(qiáng)度由小變大C由c到d電場強(qiáng)度不變D由c到d電場強(qiáng)度先變小后變大【解析】c、d兩點(diǎn)處于A、B兩異種點(diǎn)電荷所形成的疊加場，各點(diǎn)場強(qiáng)可由EAEB表示，但計(jì)算起來較為繁雜，可借助電場線來描繪，如圖所示，從電場線分布看，從cd過程中電場線密疏密，因此電場強(qiáng)度先變小后變大【答案】D8下列正確描述正點(diǎn)電荷電場線的圖示是()【解析】正點(diǎn)電荷的電場線是從點(diǎn)電荷出發(fā)的射線，所以選項(xiàng)A正確【答案】A9如圖1311所示，帶箭頭的直線是某一電場中的一條電場線，在這條線上有A、B兩點(diǎn)，用EA、EB表示A、B兩處的場強(qiáng)，則()圖1311AA、B兩處的場強(qiáng)方向相同B因?yàn)锳、B在一條電場線上，且電場線是直線，所以EAEBC電場線從A指向B，所以EA>EBD不知A、B附近電場線的分布情況，EA、EB的大小不能確定【解析】由圖可知，A、B兩處的場強(qiáng)方向相同，A正確；但只有一條電場線，無法描述電場線分布的疏密程度，故無法比較EA、EB的大小，D正確，B、C均錯(cuò)誤【答案】AD10電荷量為Q13.01010 C的負(fù)電荷，在電場中某點(diǎn)受到的電場力F6.3107 N，方向豎直向上，則該點(diǎn)的場強(qiáng)大小為_N/C，場強(qiáng)方向?yàn)開；如果將負(fù)電荷Q1改換為Q26.01010 C的正電荷，那么正電荷受到的電場力大小為_N；如果該點(diǎn)不放電荷，該點(diǎn)場強(qiáng)大小為_N/C.【解析】根據(jù)電場強(qiáng)度公式，E2.1103 N/C，方向豎直向下，該點(diǎn)場強(qiáng)的大小和方向不隨該點(diǎn)電荷的改變而變化電荷Q2在該點(diǎn)所受電場力為FQ2E6.01010 C2.1103 N/C1.26106 N.【答案】2.1103豎直向下1.261062.110311在真空中O點(diǎn)放一個(gè)點(diǎn)電荷Q1.0109 C，直線MN通過O點(diǎn)，OM的距離r30 cm，M點(diǎn)放一個(gè)試探點(diǎn)電荷q1.01010 C，如圖1312所示，求：圖1312(1)q在M點(diǎn)受到的作用力；(2)M點(diǎn)的場強(qiáng)；(3)拿走q后M點(diǎn)的場強(qiáng)；(4)M、N兩點(diǎn)的場強(qiáng)哪點(diǎn)大？(5)如果把Q換成1.0109 C的點(diǎn)電荷，情況又如何？【解析】(1)q在M點(diǎn)受到的電場力由庫侖定律可得Fk9.0109 N1.0108 N方向由N指向M.(2)M點(diǎn)的場強(qiáng)E N/C100 N/C，方向由M指向N.(3)拿走q后M點(diǎn)的場強(qiáng)不變，場強(qiáng)與試探電荷q無關(guān)(4)由Ek可知，離場源電荷Q越遠(yuǎn)，E越小，由于rOM<rON，所以EM>EN.(5)若把Q換成1.0109 C的點(diǎn)電荷，各處的場強(qiáng)大小不變，但方向與原來相反【答案】見解析