2019-2020年高中物理 第三節(jié) 電場 電場強度 新人教版選修3 教學(xué)目標(biāo)（一）知識與技能1知道電荷間的相互作用是通過電場發(fā)生的，知道電場是客觀存在的一種特殊物質(zhì)形態(tài)2理解電場強度的概念及其定義式，會根據(jù)電場強度的定義式進行有關(guān)的計算，知道電場強度是矢量，知道電場強度的方向是怎樣規(guī)定的3能根據(jù)庫侖定律和電場強度的定義式推導(dǎo)點電荷場強的計算式，并能用此公式進行有關(guān)的計算4知道電場的疊加原理，并應(yīng)用這個原理進行簡單的計算（二）過程與方法通過分析在電場中的不同點，電場力F與電荷電量q的比例關(guān)系，使學(xué)生理解比值F/q反映的是電場的強弱，即電場強度的概念；知道電場疊加的一般方法。 （三）情感態(tài)度與價值觀使學(xué)生學(xué)會由個別事物的個性來認識一般事物的共性的認識事物的一種重要的科學(xué)方法。培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會分析和處理電場問題的一般方法。重點：電場強度的概念及其定義式難點：對電場概念的理解、應(yīng)用電場的疊加原理進行簡單的計算教學(xué)過程（一）引入新課問題引入：電荷間的相互作用力是怎樣產(chǎn)生的？（二）新課教學(xué)-第三節(jié) 電場 電場強度一、電場： 電荷電場電荷AB圖1.3-1電荷之間通過電場相互作用啟發(fā)學(xué)生從哲學(xué)角度認識電場，理解電場的客觀存在性，不以人的意識為轉(zhuǎn)移，但能為人的意識所認識的物質(zhì)屬性利用課本圖1.31說明：電荷A和B是怎樣通過電場與其他電荷發(fā)生作用電荷A對電荷B的作用，實際上是電荷A的電場對電荷B的作用；電荷B對電荷A的作用，實際上是電荷B的電場對電荷A的作用1.電荷之間的相互作用是通過特殊形式的物質(zhì)電場發(fā)生的，電荷的周圍都存在電場.特殊性：不同于生活中常見的物質(zhì)，看不見，摸不著，無法稱量，可以疊加.物質(zhì)性：是客觀存在的，具有物質(zhì)的基本屬性質(zhì)量和能量.2.電場的基本性質(zhì)：主要表現(xiàn)在以下幾方面引入電場中的任何帶電體都將受到電場力的作用，且同一點電荷在電場中不同點處受到的電場力的大小或方向都可能不一樣.電場能使引入其中的導(dǎo)體產(chǎn)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象.當(dāng)帶電體在電場中移動時，電場力將對帶電體做功，這表示電場具有能量.可見，電場具有力和能的特征提出問題：同一電荷q在電場中不同點受到的電場力的方向和大小一般不同，這是什么因素造成的？引入電場強度的概念：因為電場具有方向性以及各點強弱不同，所以造成同一電荷q在電場中不同點受到的電場力的方向和大小不同，我們用電場強度來表示電場的強弱和方向二、電場強度(E)：圖1.2-1 探究影響電荷間相互作用力的因素AP1P2P3F由圖1.2-1可知帶電金屬球周圍存在電場。且從小球受力情況可知，電場的強弱與小球帶電和位置有關(guān)。引出試探電荷和場源電荷-1.關(guān)于試探電荷（檢驗電荷）和場源電荷注意：檢驗電荷是一種理想化模型，它是電量很小的點電荷，將其放入電場后對原電場強度無影響指出：雖然可用同一電荷q在電場中各點所受電場力F的大小來比較各點的電場強弱，但是電場力F的大小還和電荷q的電量有關(guān)，所以不能直接用電場力的大小表示電場的強弱實驗表明：在電場中的同一點，電場力F與電荷電量q成正比，比值F/q由電荷q在電場中的位置所決定，跟電荷電量無關(guān)，是反映電場性質(zhì)的物理量，所以我們用這個比值F/q來表示電場的強弱2.電場強度定義：電場中某一點的電荷受到的電場力F跟它的電荷量q的比值，叫做該點的電場強度，簡稱場強用E表示。公式（大?。?（適用于所有電場）單位： 牛頓/庫侖（ N/C ）如果1C的電荷在電場中某點受到的靜電力是1N，這點的電場強度就是1N/C. 提出問題：電場強度是矢量，怎樣表示電場的方向呢？方向：物理學(xué)中規(guī)定，電場中某點的場強方向跟正電荷在該點所受的電場力的方向相同注意：負電荷在電場中某點所受的電場力的方向跟該點的場強方向相反。研究方法：將檢驗電荷放入點電荷周圍的電場中某點，判斷其所受的電場力的大小和方向，從而得出該點場強唯一性和固定性電場中某一點處的電場強度E是唯一的，它的大小和方向與放入該點電荷q的大小、正負及有無均無關(guān)，它決定于電場的源電荷及空間位置，電場中每一點對應(yīng)著的電場強度與是否放入電荷無關(guān).帶領(lǐng)學(xué)生總結(jié)出真空中點電荷周圍電場的大小和方向 三、（真空中）點電荷周圍的電場、電場強度的疊加1.點電荷周圍的電場大?。?（只適用于點電荷的電場）公式E=kQ/r2中的Q是場源電荷的電量，r是場中某點到場源電荷的距離圖1.3-2 點電荷的電場從而使學(xué)生理解：空間某點的場強是由產(chǎn)生電場的場源電荷Q和該點距場源電荷的距離r決定的，與檢驗電荷無關(guān)方向：如果Q是正電荷，E的方向就是沿著半徑向外；如果Q是負電荷，E的方向就是沿著半徑向內(nèi)，如圖1.3-2示，公式E=F/q和E=kQ/r2的區(qū)別及聯(lián)系：公式E=F/q適用于所有電場；公式E=kQ/r2只適用于點電荷的電場提出問題：如果空間中有幾個點電荷同時存在，此時各點的場強是怎樣的呢？帶領(lǐng)學(xué)生由檢驗電荷所受電場力具有的疊加性，分析出電場的疊加原理2.電場強度的疊加原理：電場中某點的電場強度為各個點電荷單獨存在時在該點產(chǎn)生的電場強度的矢量和P+Q1-Q2E1E2E圖1.3-3例如：課本圖1.3-3中P點的場強，等于Q1在該點產(chǎn)生的場強E1和Q2在該點產(chǎn)生的場強E2的矢量和從而使學(xué)生進一步理解到，任何帶電體都可以看做是有許多點電荷組成的利用點電荷場強的計算公式及疊加原理就可以計算出其周圍各點場強【例題1】在真空中有兩個點電荷Q1=3.010-8C和Q2=3.010-8C，它們相距0.1m，求電場中A點的場強A點與兩個點電荷的距離相等A+Q1-Q2E1E2E圖1，r=0.1m分析：點電荷Q1和Q2的電場在A點的場強分別為E1和E2，它們大小相等，方向如圖1所示，合場強E在E1和E2的夾角的平分線上，此平分線跟Q1和Q2的連線平行 解：E= E1cos60E2cos60=2 E1cos60=2k Q1cos60/r2代入數(shù)值得 E=2.7104N/C3.可以證明：一個半徑為R的均勻帶電球體（或球殼）在外部產(chǎn)生的電場，與一個位于球心的、電荷量相等的點電荷產(chǎn)生的電場相同，即球外距離球心r處電場強度為：E=kQ/r24電場力與電場強度的區(qū)別與聯(lián)系電場力電場強度區(qū)別物理意義電荷在電場中所受力反映電場的力的屬性決定因素由電場和電荷共同決定僅由電場自身決定大小F=qEE=F/q方向正電荷受力與E同向負電荷受力與E反向規(guī)定E的方向為正電荷在該點的受力方向單位NN/C(或V/m)聯(lián) 系F=qE普遍適用四、電場線1.電場線：電場線是畫在電場中的一條條有方向的曲線，曲線上每點的切線方向表示該點的電場強度的方向。2.電場線的基本性質(zhì)電場線上每點的切線方向就是該點電場強度的方向.電場線的密疏反映電場強度的大小(疏弱密強).靜電場中電場線始于正電荷或無窮遠，止于負電荷或無窮遠.它不封閉，也不在無電荷處中斷.任意兩條電場線不會在無電荷處相交(包括相切)3.常見電場的電場線【演示】模擬電場線電場正點電荷負點電荷等量同號電荷等量異號電荷勻強電場電場線圖樣簡要描述發(fā)散狀會聚狀相斥狀相吸狀平行的、等間距的、同向的直線強調(diào)指出：電場線是為了形象描述電場而引入的，電場線不是實際存在的線。五、勻強電場1.定義：電場中各點場強的大小相等、方向相同的電場就叫勻強電場.圖1.3-10 2.勻強電場的電場線：是一組疏密程度相同(等間距)的平行直線.例如，兩等大、正對且?guī)У攘慨惙N電荷的平行金屬板間的電場中，除邊緣附近外，就是勻強電場.如圖1.3-10.【小結(jié)】對本節(jié)內(nèi)容做簡要的小結(jié)鞏固練習(xí)1下列說法中正確的是：（ B C ）A電場強度反映了電場的力的性質(zhì)，因此場中某點的場強與檢驗電荷在該點所受的電場力成正比B電場中某點的場強等于F/q，但與檢驗電荷的受力大小及帶電量無關(guān)C電場中某點的場強方向即檢驗電荷在該點的受力方向D公式E=F/q和E=kQ/r2對于任何靜電場都是適用的2在真空中負點電荷Q形成的電場中的P點，放一個q1= -10-9C的點電荷，測得所受電場力大小為10-6N。則：（l）若移走q1，而在P點放置一個q2= +210-8C的點電荷，則q2所受電場力大小為_N，此時Q在P點產(chǎn)生的電場的場強大小為_N/C，方向與將放在P點時的場強方向_；（2）若在P點不放任何檢驗電荷，則Q在P點產(chǎn)生的場強大小為_N/C，方向與將放在P點時的場強方向_。答：（l）210-5，1103，相同；（2）1103，相同。3下列說法中正確的是：（ ACD ）A場強的定義式E=F/q中，F(xiàn)是放入電場中的電荷所受的力，q是放入電場中的電荷的電量B場強的定義式E=F/q中，F(xiàn)是放入電場中的電荷所受的力，q是產(chǎn)生電場的電荷的電量C在庫侖定律的表達式中,是電荷q2產(chǎn)生的電場在點電荷q1處的場強大小，此場對q1作用的電場力；同樣是電荷q1產(chǎn)生的電場在點電荷q2處的場強的大小，此場對q2作用的電場力D無論定義式E=F/q中的q值(不為零)如何變化，在電場中的同一點，F(xiàn)與q的比值始終不變作業(yè)1.復(fù)習(xí)本節(jié)課文2.思考課本P14問題與練習(xí)第(1)、(2)、(5)、(6)、(7)題3.將(2)、(6)題做在作業(yè)本上參考題1、在電場中某一點，當(dāng)放入正電荷時受到的電場力向右，當(dāng)放入負電荷時受到電場力向左，下列說法正確的是：（ C ）A當(dāng)放入正電荷時，該點的場強向右，當(dāng)放入負電荷時，該點的場強向左B只有在該點放入電荷時，該點才有場強C該點的場強方向一定向右D以上說法均不正確2、真空中，兩個等量異種點電荷電量數(shù)值均為q，相距r兩點電荷連線中點處的電場強度的大小為：（ D ）A0 B2kq/r2 C4 kq/r2 D8 kq/r23、在個等邊三角形ABC的頂點B、C處各放個點電荷時，測得A 處的電場強度大小為E,方向與BC邊平行，且由B指向C，如圖所示拿走C處的點電荷后，A處的電場強度 ( B )ABCEA大小仍為E，方向從A指向BB大小仍為E，方向沿BA延長線向外C大小變?yōu)镋/2，方向未變D不能作出結(jié)論說明1電場強度是表示電場強弱的物理量，因而在引入電場強度的概念時，應(yīng)該使學(xué)生了解什么是電場的強弱，同一個電荷在電場中的不同點受到的電場力的大小是不同的，所受電場力大的點，電場強2應(yīng)當(dāng)使學(xué)生理解為什么可以用比值F/q來表示電場強度，知道這個比值與電荷q無關(guān)，是反映電場性質(zhì)的物理量用比值定義一個新的物理量是物理學(xué)中常用的方法，應(yīng)結(jié)合學(xué)生前面學(xué)過的類似的定義方法，讓學(xué)生領(lǐng)會電場強度的定義3應(yīng)當(dāng)要求學(xué)生確切地理解E=F/q和E=kQ/r2這兩個公式的含義，以及它們的區(qū)別和聯(lián)系4應(yīng)用電場的疊加原理進行計算時不應(yīng)過于復(fù)雜，一般只限于兩個電場疊加的情形通過這種計算，使學(xué)生理解場強的矢量性5電場線是為了形象描述電場而引入的，電場線不是實際存在的線。A組能力訓(xùn)練題1.( xx江蘇理綜卷21.) 關(guān)于電場，下列說法正確的是（ C ）A.電場是假想的，并不是客觀存在的物質(zhì) B.描述電場的電場線是客觀存在的C.電場對放入其中的電荷有力的作用D.電場對放入其中的電荷沒有力的作用答：C22.下列關(guān)于點電荷的場強公式的幾種不同的理解，不正確的是 ( BCD )A. 在點電荷Q的電場中，某點的場強大小與Q成正比，與r2成反比B. 當(dāng)r0時，E；當(dāng)r時，E0C. 點電荷Q產(chǎn)生的電場中，各點的場強方向一定是背向點電荷QD. 以點電荷Q為中心，r為半徑的球面上各處的場強相等3. 在電場中某點放入電荷量為q的正電荷時，測得該點的場強為E，若在同一點放入電荷量q=-2q的負電荷時，測得場強為E，則有 ( D )A. E=E，方向與E相反B. E=2E，方向與E相同C. E=E/2，方向與E相同D. E=E，方向與E相同4. 圖3所示的各電場中，A、B兩點場強相同的是( C )圖3BAABCDBABABA5. 在同一直線上依次有A、B、C三點，且BC=3AB，在A點固定一個帶正電的小球，在B點引入電量為2.010-8C的試探電荷，其所受電場力為2.010-6N。B點的場強為_，將該試探電荷移去后，B點的場強為_，C點的場強為_。如果要使B點的場強為零，可以在C點放一個電量是A點處帶電小球的電量的_倍的_電荷. 答：100N/C，100N/C，6.25N/C，9, 正Qab圖46.（xx年廣東理科基礎(chǔ)12）如圖4所示，實線是一簇未標(biāo)明方向的由點電荷Q產(chǎn)生的電場線，若帶電粒子q（|Q|>>|q|）由a運動到b，電場力做正功。已知在a、b兩點粒子所受電場力分別為Fa、Fb,則下列判斷正確的是（ A ）A若Q為正電荷，則q帶正電，F(xiàn)a>FbB若Q為正電荷，則q帶正電，F(xiàn)a<FbC若Q為負電荷，則q帶正電，F(xiàn)a>FbD若Q為負電荷，則q帶正電，F(xiàn)a< Fb 解析：由a運動到b電場力做正功可知，兩電荷電性相同，又由電場線的疏密知FaFb.圖5ABO+Q-Q7. 如圖5所示，一電子沿等量異種電荷的中垂線由 AOB勻速運動，電子重力不計，則電子除受電場力外，所受的另一個力的大小和方向變化情況是（ B ）A先變大后變小，方向水平向左B先變大后變小，方向水平向右C先變小后變大，方向水平向左 D先變小后變大，方向水平向右圖6OS8. 如圖6所示，半徑為R的圓環(huán)，均勻帶有電量為Q的正電荷。先從環(huán)上截取S的一小段，若S<<R，且圓環(huán)剩余部分的電荷分布不變，則圓環(huán)剩余部分的電荷在環(huán)心O處產(chǎn)生的場強大小為_,方向為_。答：，沿S與O的連線指向SB組能力訓(xùn)練題1. 在x軸上有兩個點電荷，一個帶正電Q1，一個帶負電Q2。且Q1=2Q2。用E1和E2分別表示兩個電荷所產(chǎn)生的場強的大小，則在x軸上( B )AE1=E2之點只有一處；該點合場強為0BE1=E2之點共有兩處；一處合場強為0，另一處合場強為2E2CE1=E2之點共有三處；其中兩處合場強為0，另一處合場強為2E2DE1=E2之點共有三處；其中一處合場強為0，另兩處合場強為2E2圖7O602如圖7所示，一質(zhì)量為m、帶電量為q的小球用細線系住，線的一端固定在O點. 若在空間加上勻強電場，平衡時線與豎直方向成60角。則電場強度的最小值為（ B ）ABCO60F=qETGD解：小球受到重力G、繩的拉力T、電場力F三個力作用，根據(jù)平衡條件可知，拉力T與電場力F的合力必與重力G等值反向，因為拉力T的方向確定，F(xiàn)與T的合力確定，當(dāng)電場力F垂直懸線時最小，場強也最小，3在光滑絕緣的水平面上，相距一定的距離放有兩個質(zhì)量分別為m和2m的帶電小球（可視為質(zhì)點）A和B. 在t1=0時，同時將兩球無初速釋放，此時A球的加速度大小為a；經(jīng)一段時間后，在t2=t時，B球的加速度大小也變?yōu)閍。若釋放后兩球在運動過程中并未接觸，且所帶電荷量都保持不變，則下列判斷正確的是（ B D ）A兩個小球帶的是同種電荷B兩個小球帶的是異種電荷Ct2時刻兩小球間的距離是t1時刻的倍Dt2時刻兩小球間的距離是t1時刻的倍圖8ABE4.如圖8所示，光滑絕緣的水平面上有帶異種電荷的小球A、B，把它們置于水平向右的勻強電場中保持相對靜止并共同向右做勻加速直線運動。設(shè)A、B的電荷量絕對值依次為QA、QB，則下列判斷正確的是 (D)A.小球A帶正電，小球B帶負電，且QA>QBB.小球A帶正電，小球B帶負電，且QA<QBC.小球A帶負電，小球B帶正電，且QA>QBD.小球A帶負電，小球B帶正電，且QA<QB解析：若小球A帶正電，小球B帶負電，則B球所受的合外力向左，不可能向右做勻加速直線運動，所以選項A、B錯誤；對于A、B整體，所受外力向右，所以小球A帶負電，小球B帶正電，且QA<QB，即選項D正確.5.(xx年海南卷60P N O M 4)如右圖， M、N和P是以MN為直徑的半圈弧上的三點，O點為半圓弧的圓心，MOP=60電荷量相等、符號相反的兩個點電荷分別置于M、N兩點，這時O點電場強度的大小為E1；若將N點處的點電荷移至P點，則O點的場場強大小變?yōu)镋2，E1與E2之比為 ( B )A1:2B2:1CD解析：依題意，每個點電荷在O點產(chǎn)生的場強為E1/2，則當(dāng)N點處的點電荷移至P點時，O點場強如圖所示，合場強大小為E2= E1/2，則E1: E2=2:1，B正確。考查點電荷的場強及電場的疊加，難度中等。l1l2q2q1q36.(xx年全國卷13)、如圖所示，q1、q2、q3分別表示在一條直線上的三個點電荷，已知q1與q2之間的距離為l1，q2與q3之間的距離為l2，且每個電荷都處于平衡狀態(tài).（1）如q2為正電荷，則q1為 電荷，q3為 電荷.（2）q1、q2、q3三者電量大小之比是 .解：q2為正電荷，每個電荷都要平衡，即三個電荷處的場強都為0，所以 q1與q3必須為負電荷 在q1處：在q2處：在q3處：聯(lián)列解以上三式得ddda+qb7.(xx上海卷4)如圖，帶電量為+q的點電荷與均勻帶電薄板相距為2d，點電荷到帶電薄板的垂線通過板的幾何中心若圖中a點處的電場強度為零，根據(jù)對稱性，帶電薄板在圖中b點處產(chǎn)生的電場強度大小為 ，方向 (靜電力恒量為k) 答：，水平向左(或垂直薄板向左)解：點電荷+q在a點處的電場強度為，方向水平向左。帶電薄板在a點處的電場強度與點電荷+q在a點處的電場強度等值反向，即向右；帶電薄板在b點處的電場強度與帶電薄板在a點處的電場強度也等值反向，即向左。所以帶電薄板在圖中b點處產(chǎn)生的電場強度大小為，方向水平向左(或垂直薄板向左)。8.(xx年重慶理綜卷OA絕緣手柄B16)如題圖，懸掛在O點的一根不可伸長的絕緣細線下端有一個帶電量不變的小球A，在兩次實驗中，均緩慢移動另一帶同種電荷的小球B，當(dāng)B到達懸點O的正下方并與A在同一水平線上，A處于受力平衡時，懸線偏離豎直方向的角度為，若兩次實驗中B的電量分別為q1和q2，分別為30和45，則q2/q1為 ( C )gA. 2 B. 3 C. D. 解：設(shè)線長為l，A球帶電量為Q，A球受力平衡 9. (xx年全國卷17) 是長為的均勻帶電細桿，P1、P2是位于所在直線上的兩點，位置如圖所示。 上電荷產(chǎn)生的靜電場在P1 處的場強大小為E1，在P2處的場強大小為E2。則以下說法正確的是 （ ）A兩處的電場方向相同，E1>E2B兩處的電場方向相反，E1>E2C兩處的電場方向相同，E1<E2D兩處的電場方向相反，E1<E2P1bc答：D解: 由于對稱性，ab棒的左半段ac在P1點產(chǎn)生的合場強為0，所以只有右半段cb（帶電Q/2）在P1產(chǎn)生的場強為E1ab上電荷(帶電Q)產(chǎn)生的靜電場在 P2處的場強大小為E2不難看出，兩處的電場方向相反， E1 < E2