2024-2025学年沪科选修3-1 2.1 探究电场的力的性质 学案.docx

2.1探究电场的力的性质学习目标知识脉络1 .知道电荷四周存在电场，知道场与实物是物质存在的两种形式.2 .理解电场强度的概念和公式，能应用公式进行有关的计算,(重点)3 .知道电场强度的叠加原理，能应用这一原理进行简洁的计算.(难点)4 .知道电场线的定义和特点，学会用电场线描述电场强度的大小和方向.(重点、难点)I电场T概念、基本性质I定义式E=f卜电场赖度卜点电荷EMgIIH特点I1.I电场线I-!,q几种常见的电场线,I运算法则IT电场的钱加卜一川自主预习探新知I学问梳理1一、电场和电场强度1 .电场(1)电荷四周存在电场,电荷之间的相互作用力是通过电场发生的.图2-1-1(2)场与实物是物质存在的两种不同形式.静止的电荷产生的电场称为静电场.2 .摸索电荷与场源电荷(1)如图2-1-2所示，带电小球q是用来检验电场是否存在及其强弱分布状况的，称为摸索电荷或检验电荷.图2-1-2(2)被检验的电场是带电金属球。所激发的，所以金属球Q所带电荷称为场源电荷或源电荷.3 .电场强度(1)定义：电场中某点的电荷所受到的电场力厂跟它的电荷量。的比值.(2)定义式：E=£.(3)方向：电场强度是矢量，规定电场中某点的电场强度的方向跟正电荷在该点所受的静电力的方向相同.(4)国际单位：牛/库(N/C)或伏/米(Vm).二、点电荷的电场、电场叠加原理4 .真空中点电荷的场强大小：E=虏.(2)方向：Q为正电荷时，在电场中的某点P,E的方向由。指向P；Q是负电荷时，E的方向由P指向。5 .电场强度的叠加原理很多点电荷在某点的合场强，等于各点电荷的电场在该点场强的矢量和,这叫作电场的叠加原理.6 .匀强电场中金属导体的电荷分布(1)静电平衡：物理学中将导体中没有电荷移动的状态叫作釐也王衡.(2)导体的内部场强：处在静电平衡下的导体，内部场强到处为雯.(3)在导体表面旁边，电场线与表面的关系：相互垂直.(4)电荷分布：处于静电平衡下的导体，电荷只分布在导体的外表面.三、电场线、匀强电场1 .电场线(1)定义：电场线是在电场中画出的一些有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向都表示该点的电场强度方向(如图2-1-3).图2-1-3(2)几种常见电场的电场线正点电荷负点电荷等量正点电荷等量异种点电荷匀强电场图2-1-42 .匀强电场3 1)定义：场强的大小和方向都相同的电场.4 2)匀强电场的电场线：间隔相等的平行直线.I基础自测1.思索推断(正确的打“J”，错误的打"X".)(1)电场看不见，摸不着，因此电场实际不存在.(X)(2)依据E=/,由于q有正、负，故电场中某点的场强有两个方向.(X)(3)据公式E=F可计算场强大小,但场强由场本身确定,与Aq大小无关()(4)在E=/中场强大小与q无关，同样在E=多中场强大小与Q也无关.(X)(5)公式E=4对于任何静电场都成立.(X)(6)场强的叠加满意平行四边形定则.(J)(7)电场线可以描述电场的强弱，也能描述电场的方向.(J)(8)电场线不是实际存在的线，而是为了形象地描述电场而假想的线.(J)(9)只要电场线是平行的直线，该电场肯定是匀强电场.(X)【提示】(I)X电场看不见、摸不着，但电场是真实存在的.(2)×电场中某点场强的方向是唯一的.(4)×电场强度的大小与摸索电荷无关，但与场源电荷有关.(5)×公式E=格只适用于点电荷.(9)×匀强电场的电场线必需是等间距的平行的直线.2.当在电场中某点放入电荷量为夕的正摸索电荷时，测得该点的电场强度为£,若在同一点放入电荷量为q,=2q的负摸索电荷时，测得该点的电场强度()【导学号：69682042)A.大小为2E,方向与E相同B.大小为2E,方向与E相反C.大小为E,方向与E相同D.大小为E,方向与E相反C该点的电场强度是由电场本身确定的，与是否有摸索电荷、电荷量的大小及摸索电荷的正负都没有关系.13.电场强度的定义式为E=/,点电荷的场强公式为E=等，下列说法中正确的是()A.E=/中的场强E是电荷4产生的B.由七=£知，电场中某点的场强大小与尸成正比，与夕成反比qC. E=当中的场强E是电荷。产生的D. E=f和E=当都只对点电荷适用C¢=:是电场强度的定义式，采纳比值法定义，适用于任何电场，其中的q是摸索电荷的电量，故A、B错误；E=等是点电荷电场强度的计算式，Q是产生电场的场源电荷，故C正确，D错误.4.下列各图中，正确描绘两个等量正点电荷电场的电场线分布的是()【导学号：69682043D电场线不相交，A、B错误；电场线从正电荷动身，到负电荷终止，C错误，D正确.故选D.合作探究攻重难IMil电场强度的理解1 .电场强度的物理意义：反映电场的强弱和方向.2 .电场强度的两特性质(1)唯一性：电场中某点的电场强度E是唯一的，是由电场本身的特性(形成电场的电荷及空间位置)确定的，与是否放入摸索电荷、放入电荷的电性、电荷量的多少均无关.电场中不同的地方，电场强度一般是不同的.(2)矢量性：电场强度描述了电场的方向，是矢量，其方向与在该点的正电荷所受电场力的方向相同，与在该点的负电荷所受电场力的方向相反.卜例IA为已知电场中的一个固定点，在A点放一电量为g的电荷，所受电场力为RA点的电场强度为£,贝J()A.若在A点换上一小A点的电场强度将发生改变B.若在A点换上电量为的电荷，A点的电场强度将变为2EC. A点电场强度的大小、方向与4的大小、正负、有无均无关D.若A点移去电荷/A点的电场强度变为零思路点拨：电场中某点电场强度的大小与检验电荷的电荷量无关.电场强度的方向与检验电荷的正、负无关.C电场强度E=F是通过比值定义法得出的，其大小及方向与摸索电荷无关，故放入任何电荷、不放电荷时，A点的电场强度的方向和大小均不变，故A、B、D均错误，C正确.故选Cj针对训练1 .由电场强度的定义式E=:可知，在电场中的同一点（）A.电场强度E跟尸成正比，跟q成反比B.电场中某点的场强为零，则在该点的电荷受到的电场力可以不为零C.无论摸索电荷所带的电量如何改变，:始终不变D. 一个不带电的小球在尸点受到的电场力为零，则尸点的场强肯定为零C电场强度是由电场本身确定的，即由场源和电场中的位置确定，与摸索电荷的电量大小和带电性无关，与摸索电荷所受的电场力的大小和方向无关，不能说E跟尸成正比，跟夕成反比，A错误.在电场中同一点，场强不变，可知无论检验电荷的电量如何改变，7始终不变，C正确.由E=%得电场力F=qE,电场中某点的场强为零，则在该点的电荷受到的电场力肯定为零，B错误.不带电的小球即使在电场中，受到的电场力也为零，D错误.2.电场中有一点P,下列说法正确的是（）【导学号：69682044A.若放在尸点的电荷量减半，则尸点的场强减半B.若P点没有检验电荷，则P点场强为零C.P点的场强越大，则同一电荷在P点受到的电场力越大D.尸点的场强方向为放在该点的电荷的受力方向C电场强度取决于电场本身，与有无摸索电荷无关，所以在P点电荷量减半或无检验电荷，尸点的场强不变，故A、B均错误.据F=Eq知,尸点的场强越大，则同一电荷在尸点所受的电场力越大，故C正确.据场强方向的规定，正电荷所受电场力的方向与场强方向相同，所以P点的场强方向为正电荷在该点的受力方向，与负电荷受力方向相反，故D错误.故选C.¥12点电荷的电场强度及叠加原理1.E=F与E=法的比较.公式比较温F=-qE=4本质区分定义式确定式适用范围一切电场真空中点电荷的电场。或夕的意义q表示引入电场的检验（摸索）电荷的电荷量Q表示产生电场的点电荷（场源电荷）的电荷量关系理解E用产与q的比值来表示，但E的大小与F、q的大小无关E不仅用。、厂来表示，且EOCQ,EoC72.电场强度的叠加（1）有几个场源点电荷，就产生几个电场，各场源点电荷在某处产生的电场强度可用E=珞来求得.（2）电场强度是矢量，故当某处同时存在几个电场时，该处的总电场强度可以用平行四边形定则来求解.卜例闪（多选）A3和CD为圆上两条相互垂直的直径，圆心为O.将电荷量分别为+q和一的两点电荷放在圆周上，其位置关于AB对称且距离等于圆的半径，如图2-1-5所示.要使圆心处的电场强度为零，可在圆周上再放一个适当的点电荷Q,则该点电荷（）图2-1-5A.应放在A点，Q=IqB.应放在B点，Q=2qC.应放在C点，Q=-qD.应放在。点，Q=q思路点拨：电场强度是矢量，依据矢量合成的法则可以求出十乡和一夕在。点产生的合场强.要使O点场强为零，圆周上放置的点电荷Q产生的电场强度必需和原来的电场强度大小相等、方向相反.CD先将+小一与在。点产生的电场强度合成，因为+外K一q与。点构成等边三角形，可求出合电场强度Eo方向水平向0°e°右，大小Eb=El=E>2,如图所示，欲使圆心。处的电场强度为，/§/零，所放置的点电荷Q在O点产生的电场强度方向必需水平向4左，且大小也为R).若在A点和8点放置点电荷Q,则它在。点产生的电场强度只能沿竖直方向，达不到目的,若在C点放置点电荷Q,则必为负电荷且Q=-qf选项C对.若在。点放置点电荷Q,则必为正电荷且。=夕，选项D对.求解电场强度常用的三种方法(1)等效法：匀称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、匀称带电板等带电体四周的电场强度上下、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，可以依据电荷的分布状况，采纳不同的合成方法求解.针对训练3 .(多选)真空中距点电荷(电量为Q)为r的A点处，放一个带电量为虱夕Q)的点电荷，夕受到的电场力大小为R则A点的场强为()FCFATSB.Q4C.烂D.4FkBD由电场强度的定义可知A点场强为E=-f又由库仑定律知F=拳2,代入后得E=虏，B、D对，A、C错.4 .如图2-1-6,一半径为R的圆盘上匀称分布着电荷量为Q的电荷，在垂直于圆盘且过圆心C的轴线上有b、d三个点，。和爪b和c、C和d间的距离均为R，在。点处有一电荷量为以0。)固定点电荷，已知b点处的场强为零，则d点处场强的大小为(女为静电力常量)()【导学号：69682045图2-1-6A.孀B.C.D.滔称.BIa处的点、电荷q在b产生的场强大小为：Eb=卷,已知b点处的场强为零，依据电场的叠加原理得知圆盘在力点处产生的场强：Eb=噎,方向水平向左.依据对称性可知圆盘在d产生的场强&=£/；=遥，方向水平向右，q在d处产生的场强大小为Ed=k()2,方向向右，则依据电场的叠加原理得知d点处场强的大小E=琢+E,=g耨，故选B.I>3电场线的理解和应用1.电场线的应用(1)比较电场强度大小：电场强度大处电场线密，电场强度小处电场线疏，故依据电场线的疏密可以比较电场强度的大小.(2)确定电场强度方向：电场线上每点的切线方向就是该点电场强度的方向.2 .几种常见的电场线孤立点电荷四周的电场等量异种点电荷的电场等量同种点电荷的电场匀强电场点电荷与带电平板图2-1-73 .两点留意(1)电场线是假想线，实际中不存在，是一种物理模型.(2)电场线不是带电粒子的运动轨迹.带电粒子在电场力作用下的运动轨迹可能与电场线重合，也可能不重合.例国（多选）如图2-1-8所示是一簇未标明方向、由单一点电荷产生的电场线，虚线是一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹，服人是轨迹上的两点.若带电粒子在运动中只受电场力作用，依据此图可推断出该带电粒子（）图2-1-8A.电性与场源电荷的电性相同B.在、b两点所受电场力大小FQFbC.在。、Z?两点的速度大小以>切，D.在0、8两点的动能Ek<Ek,思路点拨：带电粒子所受的电场力的方向肯定沿电场线方向且指向轨迹曲线的内侧.确定带电粒子所受电场力做功的正负可以推断粒子的动能增大还是减小.BC依据带电粒子的运动轨迹可知，带电粒子所受电场力的方向跟电场线共线，指向曲线弯曲的内侧，由此可知，带电粒子与场源电荷电性相反，选项A错误；点电场线比b点密，所以Q点场强较大，带电粒子在点所受电场力较大，选项B正确；假设带电粒子由。点运动到点，所受电场力方向与速度方向之间的夹角大于90。，电场力做负功，带电粒子的动能削减，速度减小，即Eka>Ekb,Va>Vb,同理可分析带电粒子由匕点运动到。点时也有Eka>Ekb,Va>Vb,故选项C正确，D错误.应用电场线的解题技巧（1）电场线的疏密可以推断场强的大小，进一步可推断电场力、加速度等的大小.（2）电场力的方向指向带电粒子轨迹的凹侧，所受电场力的方向与速度方向夹角为锐角，速度增大；夹角为钝角，速度减小.针对训练5.（多选）如图2J-9所示是某电场区域的电场线分布，A、B、C是电场中的三个点，下列说法正确的是（）【导学号：69682046图2-1-9A. A点的电场强度最大B. B点的电场强度最大C.把一个正的点电荷依次放在这三点时，其中放在B点时它受到的静电力最大D.把一个带负电的点电荷放在A点时，它所受的静电力方向和A点的电场强度方向一样BC电场线的疏密程度可表示电场强度的大小，所以B点的电场强度最大，A点的最小，A错误，B正确；B点的电场强度最大，所以同一个点电荷在B点受到的电场力最大，C正确；放在A点的正电荷的受力方向与电场线方向相同，负电荷受到的电场力方向与电场线方向相反，D错误.6.如图2-1/0为真空中两点电荷A、B形成的电场中的一簇电场线，已知该电场线关于虚线对称，。点为A、8电荷连线的中点，、8为其连线的中垂线上关于。点对称的两点，则下列说法正确的是（）图2-1-10A. 4、B可能是带等量异号的正、负电荷B. A、8可能是带不等量的正电荷C. a、b两点处无电场线，故其电场强度可能为零D.同一摸索电荷在八b两点处所受电场力大小相等，方向肯定相反D由电场线向外且对称可知，A、B点电荷带等量正电荷，A、B选项错误：依据电场的叠加，。点处的电场强度向上，b点处的电场强度向下，且由于对称性可知，两点电场强度大小相等，因此将同一摸索电荷放在、人两点处所受电场力大小相等，C错误，D正确.当堂达标固双基1.关于电场强度的概念，下列说法正确的是（）【导学号：69682047A.由E=:知，某电场的场强E与4成反比，与尸成正比B.正、负摸索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摸索电荷的正负有关C.电场中某一点的场强与放入该点的摸索电荷的正负无关D.电场中某一点不放摸索电荷时，该点场强等于零C比=£这是一个比值定义式，电场强度的大小与摸索电荷的带电量以及电荷所受电场力的大小无关，是由电场本身的性质确定的，A错误，C正确；电场强度的方向规定是正电荷受力的方向，与负电荷受力的方向相反，因此放入负电荷受力的反方向才是电场强度的方向，B错误；若电场中某点电场强度已测出，将摸索电荷拿走，电场强度仍不变，D错误.2.（多选）两个等量点电荷P、。在真空中产生电场的电场线（方向未标出）如图2/-U所示，下列说法可能正确的是（）图2-1-11A. P、。是两个等量正电荷B. P、。是两个等量负电荷C. P、。是两个等量异种电荷D. P、。产生的是匀强电场AB依据电场线分布状况知，P、。肯定是等量同种电荷，故A、B正确.3.一个带负电的点电荷，只在静电力的作用下沿曲线。历由。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（虚线是曲线在h点的切线），下列图中可能正确的是（）【导学号：69682048D点电荷所受合外力（即静电力）指向轨迹的凹侧，点电荷运动的速度方向沿轨迹的切线方向，由于质点的速率是递减的，所以点电荷所受岸电力方向与速度方向夹角大于90。.因点电荷带负电，所受静电力方向与电场强度方向相反，故正确答案为D.4.在电场中某点放入一个点电荷，其带电荷量是2.0X10"c,受到的电场力是LOXlo-N,方向向右，则该点的电场强度大小为N/C,若在该点改放一1.0X106C的电荷，则该点的电场强度方向.【解析】正摸索电荷在该点所受的电场力方向向右，则该点的电场方向向右.该点的电场强度为：pX0-3E=onNC=500N/C:电场强度取决于电场本身，与有无摸索电qZ.UIU荷无关，在该点改放一1.0XlOFC的电荷，该点的场强仍为500N/C,电场强度方向向右.【答案】500向右