第3節電場與電場強度第1章2022學習目標1.了解電場是一種特殊的物質,初步形成場是物質的概念。(物理觀念)2.掌握電場強度的概念和公式,會通過分析和推理進行相應的計算。(科學思維)3.知道什么是電場線并掌握電場線的特點。知道孤立正負點電荷、等量同種(異種)點電荷電場線的分布特點。(物理觀念)思維導圖課前篇自主預習【必備知識】一、電場及電場力1.電場:電荷之間的相互作用是通過電場傳遞的。靜止電荷產生的電場稱靜電場。2.電場力:電場對處在其中的電荷有力的作用,這種力稱為電場力。在靜電場中,電場力就是靜電力。二、電場強度1.試探電荷:用來檢驗電場是否存在及其強弱分布情況的電荷。其電荷量q應足夠小,其大小也應足夠小。2.場源電荷(或源電荷):激發電場的電荷。3.電場強度(1)物理意義:電場強度是描述電場強弱和方向的物理量。(2)定義:放入電場中某點的試探電荷受到的電場力F與它的電荷量q之比。(4)單位:牛頓每庫侖,符號N/C。(5)方向:電場強度是矢量。物理學中規定電場中某點電場強度的方向與正電荷在該點所受的電場力的方向相同。負電荷在電場中某點所受的電場力的方向跟該點電場強度的方向相反。(6)決定因素:電場本身,與是否放入試探電荷、放入電荷的電性、電荷量的多少均無關。想一想根據電場強度的定義式

,是不是只有試探電荷q存在時,電場才存在?提示

不是,電場是由場源電荷產生的,與試探電荷的存在與否沒有關系。三、電場線1.電場線:在電場中繪出一些曲線,曲線上任一點的切線方向與該點電場強度的方向一致。2.電場線的特點(1)電場線是為了形象描述電場而假想的線,實際并不存在。(2)電場線的疏密表示電場的強弱,在同一靜電場中,電場線越密(或疏)的地方電場強度越大(或小)。(3)電場線上某點的切線方向表示該點的電場強度的方向。(4)電場線在電場中沒有交點。(5)電場線從正電荷或無窮遠出發,終止于無窮遠或負電荷,即電場線不閉合,在無電荷處不中斷。【自我檢測】1.正誤判斷,判斷結果為錯誤的小題請說明原因。(1)電荷與電荷間的相互作用力是通過電場發生的。(

)答案

√(2)根據,電場強度與試探電荷的電荷量和受的力有關。(

)解析

電場強度是電場自身的性質,與試探電荷的電荷量和受力均無關。答案

×(3)電場強度的方向就是電荷受力的方向。(

)解析

正電荷受力的方向規定為電場強度的方向。答案

×(4)電場線上某點的切線方向與電荷在該點的受力方向可以不同。(

)答案

√(5)電場線是閉合的曲線。(

)解析

電場線從正電荷或無窮遠出發,終止于負電荷或無窮遠,不是閉合的曲線。答案

×(6)沿電場線的方向,電場強度必定越來越小。(

)解析

電場線的疏密表示電場強度的大小,與電場線的方向無關。答案

×2.(多選)以下關于電場和電場線的說法中正確的是(

)A.電場和電場線都是客觀存在的物質,因此電場線不僅能在空間相交,也能相切B.在電場中,凡是電場線通過的點電場強度不為零,不畫電場線區域內的點的電場強度為零C.同一試探電荷在電場線密集的地方所受靜電力大D.電場線是人們假設出來的,用以形象表示電場的強弱和方向,客觀上并不存在答案

CD課堂篇探究學習探究一對電場強度的理解【情境探究】(1)電場的基本性質是什么?如何去探究電場的這種性質?(2)在空間中有一電場,把一電荷量為q的試探電荷放在電場中的A點,該電荷受到的靜電力為F。①若把電荷量為2q的點電荷放在A點,則它受到的靜電力為多少?②若把電荷量為nq的點電荷放在該點,它受到的靜電力為多少?③能否用電荷受到的靜電力來描述電場的強弱?④電荷受到的靜電力F與電荷量q有何關系?要點提示

(1)電場對放入其中的電荷有力的作用。可在電場中放一試探電荷,通過分析試探電荷的受力研究電場性質。(2)①2F

②nF

③不能。不同電荷在電場中的同一點受到的靜電力不同。

④F與q成正比,即F與q的比值為定值。【知識歸納】1.關于電場的三點說明(1)電場是一種看不見、摸不著,但是客觀存在的特殊物質。(2)電荷周圍一定存在電場,靜止的電荷周圍存在靜電場。(3)電場是電荷間相互作用的橋梁,電荷不直接接觸就可以發生相互作用。要點筆記

上述三點可概括總結為特殊物質性、客觀存在性、橋梁紐帶性。2.關于電場強度的幾點說明(1)物理意義:電場強度是描述電場強弱和方向的物理量。(2)電場強度

是用比值定義的物理量,它的大小和方向取決于電場本身,與試探電荷的電荷量q及所受的靜電力F無關。(3)只要場源電荷確定下來,場源電荷周圍形成的電場就確定下來,電場中某點的電場強度E也就確定下來,與該點放不放試探電荷無關。(4)電場強度定義式

為我們提供了一種計算靜電力的方法,即F=qE。(5)電場強度是矢量,電場強度的方向與放入該點的正試探電荷受的靜電力方向相同,與放在該點的負試探電荷受的靜電力方向相反。要點筆記

電場強度取決于產生它的電荷而不是取決于試探它的電荷。【實例引導】例1場源電荷Q=2×10-4C,是正點電荷;試探電荷q=-2×10-5C,是負點電荷。它們相距r=2m而靜止,且處在真空中,如圖所示。求:(1)q受的靜電力。(2)q所在的B點的電場強度EB。(3)拿走q后B點的電場強度。(3)電場強度是反映電場的力的性質的物理量,它是由形成電場的電荷Q及場中位置決定的,與試探電荷q是否存在無關。故B點的電場強度仍為4.5×105

N/C,方向由A指向B。答案

(1)9N,方向沿BA指向Q(2)4.5×105N/C,方向由A指向B(3)4.5×105N/C,方向由A指向B規律方法

1.分清哪個是試探電荷,哪個是場源電荷,

中的q是試探電荷。2.確定電場強度的方向一定要看清試探電荷是正電荷還是負電荷,再確定電場強度方向與力的方向相同還是相反。變式訓練1電場中有一點P,下列說法正確的是(

)A.若放在P點的電荷的電荷量減半,則P點電場強度減半B.若P點沒有試探電荷,則P點的電場強度為零C.P點的電場強度越大,則同一電荷在P點所受的靜電力越大D.P點的電場強度方向為試探電荷在該點所受的靜電力方向解析

電場強度是由電場本身決定的,與是否放入試探電荷、放入電荷的電性、電荷量的多少均無關,選項A、B錯。電荷量一定時,由F=Eq可知,電場強度越大,所受的靜電力越大,C對。若試探電荷是正電荷,它所受的靜電力方向就是該點的電場強度方向,但試探電荷是負電荷時,它所受的靜電力方向的反方向是該點電場強度的方向,D選項錯。答案

C探究二對電場線的理解【情境探究】在實驗室可以用實驗模擬電場線:頭發屑在蓖麻油中的排列顯示了電場線的形狀。這能否說明電場線是實際存在的線?要點提示

電場線實際不存在,但可以用實驗模擬。【知識歸納】等量異種點電荷與等量同種點電荷形成的電場中電場強度分布特點的比較比較項目等量異種點電荷等量同種(正)點電荷電場線分布圖

比較項目等量異種點電荷等量同種(正)點電荷連線上的電場強度大小O點最小,從O點沿連線向兩邊逐漸變大O點為零,從O點沿連線向兩邊逐漸變大中垂線上的電場強度大小O點最大,從O點沿中垂線到無限遠處逐漸變小O點為零,從O點沿中垂線到無限遠處先變大后變小關于O點對稱的點A與A'、B與B'的電場強度等大同向等大反向要點筆記

等量同種電荷的中垂線上電場強度有兩個極值點,等量異種電荷的中垂線上電場強度方向均相同。【實例引導】例2下列各電場中,A、B兩點電場強度相同的是(

)解析

A選項中,A、B兩點電場強度大小相等,方向不同;B選項中,A、B兩點電場強度的方向相同,但大小不等;C選項中,A、B兩點電場強度大小、方向相同;D選項中,A、B兩點電場強度大小、方向均不相同。故選C。答案

C規律方法

(1)按照電場線畫法的規定,電場強度大處電場線密,電場強度小處電場線疏,根據電場線的疏密可以比較電場強度的大小。(2)正(或負)電荷所受電場力方向與電場線的切線方向相同(或相反)。(3)點電荷周圍不存在電場強度相同的點。變式訓練2兩個帶等量正電荷的點電荷,O點為兩電荷連線的中點,a點在連線的中垂線上,若在a點由靜止釋放一個電子,如圖所示,關于電子的運動,下列說法正確的是(

)A.電子在從a向O運動的過程中,加速度越來越大,速度越來越大B.電子在從a向O運動的過程中,加速度越來越小,速度越來越大C.電子運動到O時,加速度為零,速度最大D.電子通過O后,速度越來越小,加速度越來越大,一直到速度為零解析

帶等量正電荷的兩點電荷連線的中垂線上,中點O處的電場強度為零,向中垂線的兩邊先變大,達到一個最大值后,再逐漸減小到零。但a點與最大電場強度點的位置關系不能確定,當a點在最大電場強度點的上方時,電子在從a點向O點運動的過程中,加速度先增大后減小;當a點在最大電場強度點的下方時,電子的加速度則一直減小,故A、B錯誤。但不論a點的位置如何,電子在向O點運動的過程中,都在做加速運動,所以電子的速度一直增加,當達到O點時,加速度為零,速度達到最大值,C正確。通過O點后,電子的運動方向與電場強度的方向相同,與所受靜電力方向相反,故電子做減速運動,由能量守恒定律得,當電子運動到a點關于O點對稱的b點時,電子的速度為零。同樣因b點與最大電場強度的位置關系不能確定,故加速度大小的變化不能確定,D錯誤。答案

C

隨堂檢測1.在電場中的某點放入電荷量為-q的試探電荷時,測得該點的電場強度為E;若在該點放入電荷量為+3q的試探電荷,此時測得該點的電場強度為(

)A.大小為3E,方向和E相反 B.大小為E,方向和E相同C.大小為3E,方向和E相同 D.大小為E,方向和E相反解析

當在電場中某點放入電荷量為-q的試探電荷時,測得該點的電場強度為E,在同一點放入電荷量為q'=3q的試探電荷,電場強度的大小和方向都不變,即該點的電場強度大小仍為E,方向與E相同,選項B正確。答案

B2.如圖所示,空間有一電場,電場中有兩個點a和b,下列表述正確的是(

)A.a點的電場強度等于b點B.a點的電場強度比b點的大C.b點的電場強度比a點的大D.正電荷在a、b兩點受力方向相同解析

電場線的疏密程度表示電場強度的相對大小,選項B正確,選