物理粵教版選修3-1課件：第一章第三節(jié)《電場強度》

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歡迎進入物理課堂 第三節(jié)電場強度 1 電荷的周圍存在一種特殊物質(zhì) 這種物質(zhì)叫 電荷間的相互作用是通過 發(fā)生的 2 電場強度 放入電場中某一點的試探電荷受到的靜電力跟它的電荷量的 叫做該點的電場強度 用E表示 定義式E 此公式適應(yīng)于 電場 電場 電場 比值 一切 3 真空中點電荷Q周圍某點電場強度大小計算式E 勻強電場中各點的場強 和 都相同 4 電場線 在電場中畫出的一條條有 的曲線 曲線上每點的切線表示該點的 方向 5 雙選 有關(guān)電場的描述 正確的是 CD A 電場看不見 摸不著 因此電場不是物質(zhì)B 電荷間的靜電力與摩擦力一樣 必須通過接觸才能發(fā)生作用C 電荷間的相互作用是通過電場發(fā)生的D 電場對放入其中的任何電荷都有力的作用 大小 方向 方向 電場強度 知識點1對電場強度概念及其公式的理解 1 電場強度的定義 放入電場中某點的試探電荷所受的靜電力F跟它的電荷量q的 叫做該點的電場強度 2 定義式 適應(yīng)于 電場 國際單 位是 3 真空中點電荷Q產(chǎn)生的電場場強的公式是 其中r為該點到場源的 比值 一切 N C 距離 F 答案 A處場強大小E 方向向左保持不變 場強大小 4 在電場中A處放點電荷 q 所受電場力為F 方向向左 則A處場強大小 方向是怎樣的 若在A處放點電荷 2q 則A處的場強大小 方向是否改變 若將A處的電荷取走 則A處場強大小 方向又是怎樣的 q 方向由電場本身決定與試探電荷無關(guān) 1 對電場強度的理解 1 電場強度是描述電場力性質(zhì)的物理量 它僅由電場本身決定 電場中某點的場強E是唯一 客觀存在的 其大小和方向取決于場源電荷及空間位置 與放入該點的試探電荷q的正負(fù) 電荷多少及其所受的靜電力F無關(guān) 與該點是否放試探電荷無關(guān) 其方向規(guī)定為正電荷在該點所受靜電力的方向 2 電場強度反映了電場的強弱與方向 場強越大 表示電 量相同的試探電荷在該點所受電場力越大 3 勻強電場各點場強的大小與方向都相同 4 若在某一空間中有多個電荷 則空間中某點的場強等于 所有電荷在該點產(chǎn)生的電場強度的矢量和 例1 如圖1 3 1所示 在一帶負(fù)電的導(dǎo)體A附近有 一點B 如在B處放置一個q1 2 0 10 8 C的電荷 測出其 受到的電場力大小為4 0 10 6 N 則B處場強是多少 方向怎 樣 如果換用一個q2 4 0 10 7 C的電荷放在B點 其受力多 大 此時B處場強多大 方向是否改變 圖1 3 1 觸類旁通 1 相距為30cm的A B兩點上 分別放置點電荷Q和試 探電荷q 已知q 1 6 10 12 C q受到的電場力F 3 2 10 9N 并沿AB方向 求 1 B點處的場強大小 2 若將試探電荷q取走 B點處的場強是多大 3 點電荷Q的帶電荷量為多少 方向由A指向B 2 場強的大小和方向由電場本身決定 與試探電荷無關(guān) B處場強仍為2 103N C 方向由A指向B 3 由點電荷的場強公式可得點電荷Q的電荷量為2 10 8C 2 兩個場強公式的比較 是點電荷Q的電場中場強的決定式 故E與Q成 Fq本身決定 與是否引入檢驗電荷及q的大小 正負(fù)無關(guān) 故A 錯 E k Qq2 正比 與r2成反比是正確的 B對 場強為矢量 E相同意味著大小 方向都相同 而在該球面上各處E方向不同 故C錯 因所放電荷的電性不知 若為正電荷 則E與F受力方向相同 否則相反 故D錯 解析 因E 為場強定義式 電場中某點場強E只由電場 答案 B 答案 BD 知識點2電場線 1 電場線是在電場中畫的一條條有 的曲線 曲線上每點的 方向表示該點的 方向 如圖1 3 2 電場線是為了形象地描述電場而假想的線 不是實際存在的 圖1 3 2 方向 切線 場強 2 電場線的特點 1 電場線不是閉合線 從 或無限遠(yuǎn)出發(fā) 終止于 無限遠(yuǎn)或 2 電場線在電場中不能 這是因為在電場中任意 一點的電場強度不可能有兩個方向 3 在同一幅圖中 電場強度較大的地方電場線 電場強度較小的地方電場線 因此可以用電場線的 來表示電場強度的相對大小 正電荷 負(fù)電荷 相交 較密 較疏 疏密 3 如圖1 3 3所示為某電場中的一條電場線 A B是其中的兩點 則A B兩點的電場強度相等 對嗎 圖1 3 3 答案 不對 根據(jù)一條電場線不能確定A B兩點電場線的疏密程度 因此無法確定A B兩點的電場強度的大小關(guān)系 1 電場線與場強 1 在電場中根據(jù)電場線的疏密可比較電場強度的大小 根據(jù)電場線的切線方向可確定出電場強度的方向及電荷所受靜電力的方向 2 不同電場 電場線分布不同 幾種常見電場的電場線 分布情況 圖1 3 4 例3 如圖1 3 5所示是靜電場的一部分電場線分布 下列說法中正確的是 圖1 3 5A 這個電場可能是負(fù)電荷產(chǎn)生的電場B A點的場強一定大于B點的場強C 點電荷q在A點處的瞬時加速度比在B點處的瞬時加速度小 不計重力 D 負(fù)電荷在B點處受到的電場力的方向沿B點切線方向 解析 根據(jù)負(fù)點電荷的電場線分布特點可判斷 選項A錯誤 因電場線越密處場強越大 故由圖可知場強EA EB B正確 又因點電荷q在電場中所受電場力F qE ma E 故aA aB 選項C錯誤 因B點切線方向即B點場強方向 而負(fù)電荷所受電場力方向與場強方向相反 故選項D錯誤 答案 B 觸類旁通 3 如圖所示的各電場中 A B兩點場強相同的是 C 2 電場線與電荷運動軌跡的關(guān)系 1 電場線與帶電粒子在電場中的運動軌跡的比較 電場線 電場中并不實際存在 是為研究電場方便而人 為引入的 曲線上各點的切線方向即為該點的場強方向 同時也是正電荷在該點的受力方向 即正電荷在該點產(chǎn)生加速度的方向 電荷運動軌跡 粒子在電場中的運動軌跡是客觀存在的 軌跡上每一點的切線方向即為粒子在該點的速度方向 但加速度的方向與速度的方向不一定相同 通常電荷在電場中運動的軌跡與電場線是不會重合的 2 電場線與帶電粒子運動軌跡重合的必備條件 電場線是直線 帶電粒子只受電場力作用 或受其他力 但合力方向沿電 場線所在直線 帶電粒子初速度為零或初速度方向沿電場線所在的直 線 例4 雙選 某靜電場中的電場線如圖1 3 6所示 帶電粒子在電場中僅受靜電力作用 其運動軌跡如圖中虛線所示 由M運動到N 以下說法正確的是 圖1 3 6A 粒子必定帶正電荷B 粒子在M點的加速度大于它在N點的加速度C 粒子在M點的加速度小于它在N點的加速度D 粒子在M點的速度大于它在N點的速度 解析 電荷做曲線運動時受到的合力 電場力 必指向軌跡的凹側(cè) 故得粒子帶正電 A正確 因電場力的方向與粒子的速度方向間的夾角為銳角 電場力做正功 故N點的動能大 D錯誤 電場線的疏密程度能描述電場的強弱 由圖可看出 Eqm 可知 粒子在N處的 N處電場線密 電場強度大 由a 加速度大 C正確 B錯誤 答案 AC 思維總結(jié) 解答此類問題的基本思路 第一步 根據(jù)帶電粒子運動軌跡的彎曲方向 判斷出受力 方向 第二步 把電場方向 受力方向與粒子電性相聯(lián)系 第三步 把電場線的疏密和受力大小 加速度大小相聯(lián)系 觸類旁通 4 如圖1 3 7所示 圖中實線是一簇未標(biāo)明方向的由點電荷產(chǎn)生的電場線 虛線是某帶電粒子通過該電場區(qū)域時的運動軌跡 a b是軌跡上的兩點 若帶電粒子在運動過程中只受 到電場力作用 根據(jù)此圖無法作出正確判斷的 A 帶電粒子所帶電荷的正 負(fù)B 帶電粒子在a b兩點的受力方向C 帶電粒子在a b兩點的速度何處較大D 帶電粒子在a b兩點的加速度何處較大 圖1 3 7 解析 由軌跡的彎曲情況 可知電場力應(yīng)沿電場線向左 但因不知電場線的方向 故帶電粒子所帶電性不能確定 A錯 由電場線的疏密程度知a點場強大于b點場強 帶電粒子在a點受電場力較大 從而加速度較大 設(shè)粒子從a運動到b 速度方向與電場力夾角大于90 故速度減小 綜上所述BCD正確 答案 A 電場強度E與靜電力F 電場強度和靜電力是兩個不同的概念 它們的決定因素 大小關(guān)系以及方向判定等均有各自的規(guī)律 1 電場強度E反應(yīng)電場本身性質(zhì) 電場中某點場強E的大小與方向是唯一的 與放入該點的試探電荷q的正負(fù) 電荷多少及所受的靜電力F無關(guān) 與該點放不放試探電荷無關(guān) 規(guī)定正電荷在該點所受靜電力的方向為E的方向 2 靜電力F是電荷在電場中所受的力 由F qE知 F的大小由q和E共同決定 F的方向與q的電性有關(guān) 帶正電時 F與E方向相同 帶負(fù)電時 F與E方向相反 例5 雙選 關(guān)于電場強度和靜電力 下列說法正確的是 A 電場強度的方向總是跟靜電力的方向一致B 電場強度的大小總是跟靜電力的大小成正比C 正電荷受到的靜電力的方向跟電場強度的方向一致D 同一個點電荷在某點受到的靜電力越大 該點的電場強度就越大 解析 電場中某點電場強度的方向是一定的 而電荷在電場中所受的靜電力的方向卻與電荷的性質(zhì)有關(guān)系 只有正電荷受到的靜電力的方向才與電場強度的方向相同 故A錯C對 電場強度的大小與電場中的位置有關(guān) 對不同的位置在電荷量一定時電荷受到的靜電力越大 說明該點的場強越大 故B錯D對 答案 CD 觸類旁通 5 雙選 關(guān)于電場強度和靜電力 以下說法正確的是 A 電荷在電場中某點所受靜電力很大 該點電場強度一定很大B 如空間某點的場強為零 則試探電荷在該點受到的靜電力一定為零C 以點電荷為圓心 r為半徑的球面上各點的場強相同 可能是因為q很大造成的 所以A錯 由E 知 以點電荷 解析 由F qE知 F由q和E共同決定 所以F很大 kQ r2 Q為圓心 r為半徑的球面上 各點的場強大小相等 但方向不同 因場強是矢量 故各點場強不相同 所以C錯 由F qE知 當(dāng)E 0時 F 0 即q不受靜電力作用 所以B對 只要電場確定了 電場中某點的場強就是確定的 試探電荷q只是用來體現(xiàn)電場強弱的手段 它的有無 不會改變電場的客觀性質(zhì) 所以D對 答案 BD 1 定義式E 適應(yīng)于一切電場 E與F q無關(guān) 2 真空點電荷電場的場強E k Q為場源電荷 1 電場強度的計算與疊加 E q Qr2 3 因電場強度是矢量 如果空間中同時存在幾個場源 則空間中某點的電場強度就是這幾個場源單獨存在時產(chǎn)生電場強度的矢量和 例6 如圖1 3 8所示 真空中 帶電荷量分別為 Q 和 Q的點電荷A B相距r 則 圖1 3 8 1 Q在B點產(chǎn)生的場強多大 2 兩點電荷連線的中點O的場強多大 3 在兩點電荷連線的中垂線上 距A B兩點都為r的O 點的場強如何 由矢量圖所形成 3 如圖1 3 10所示 EA EB kQr2 的等邊三角形可知 O 點的合場強為 EO EA EB kQr2 方向與A B的中垂線垂直水平向右 圖1 3 10 觸類旁通 6 雙選 圖1 3 11中a b是兩個點電荷 它們的電量分別為Q1 Q2 MN是a b連線的中垂線 P是中垂線上的一 點 能使P點場強方向指向MN的左側(cè)的是 A Q1 Q2都是正電荷 且Q1 Q2B Q1是正電荷 Q2是負(fù)電荷 且Q1 Q2 C Q1是負(fù)電荷 Q2是正電荷 且 Q1 Q2 圖1 3 11 電荷 則其在P點場強如圖1所示 若Q1 Q2 則E1 E2 其合場強指向正上方 A錯 若Q1是正電荷 Q2是負(fù)電荷 則E2方向反向 不論E1 E2多大 其合場強必指向MN右側(cè) B項錯 同理可判斷C D正確 圖1 若Q1 Q2都是正 解析 MN是ab的中垂線 則MN上P點至a b距離相 等 設(shè)為r 由點電荷電場強度公式知E kQr2 答案 CD 2 靜電場與力學(xué)的綜合 處理靜電力與動力學(xué)綜合問題的方法與處理力學(xué)問題的方法相似 先確定研究對象 分析受力及運動情況 然后列出牛頓第二定律方程求解 例7 如圖1 3 12所示 用30cm的細(xì)線將質(zhì)量為 4 10 3 kg的帶電小球P懸掛在O點下 當(dāng)空中有方向為水平 向右 大小為1 104N C的勻強電場時 小球偏轉(zhuǎn)37 后處在靜止?fàn)顟B(tài) 取g 10m s2 1 分析小球的帶電性質(zhì) 2 求小球的帶電荷量 3 若把細(xì)繩剪斷 小球?qū)⒆鍪裁葱再|(zhì)的運動 圖1 3 12 解得q 3 10 6 解 1 對小球受力分析如圖1 3 13 所受靜電力F與電場強度方向相同 所以小球帶正電 圖1 3 13 2 由平衡條件知Eq mgtan37 C 觸類旁通 7 雙選 如圖1 3 14所示 在勻強電場中 一質(zhì)量為m 電荷量為q的帶電小球沿圖示軌跡直線運動 該直線與豎直方 向的夾角為 則關(guān)于電場強度大小的分析正確的是 圖1 3 14 mgsin q 解析 帶電小球在勻強電場中受到重力mg和電場力qE的作用 這兩個力的合力在小球運動軌跡的直線上 從題目給的已知條件只能確定重力mg的大小 方向和合力的方向 而電場力的大小和方向均不能確定 電場力不可能只有唯一的值 A錯 由平行四邊形定則可知 依據(jù)一個分力 mg 的大小 方向和合力的方向 可以作無數(shù)多個平行四邊形 如圖2所示 在這無數(shù)個平行四邊形中 mg是一個固定的邊 其另一個鄰邊qE只有與合力F垂直時才能 取得最小值 此時qE mgsin E 答案 BD 圖2 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全