2024-2025學(xué)年新教材高中物理第1章靜電力與電場(chǎng)強(qiáng)度第3節(jié)電場(chǎng)與電場(chǎng)強(qiáng)度學(xué)案魯科版第三冊(cè)

PAGE9-第3節(jié)電場(chǎng)與電場(chǎng)強(qiáng)度學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.[物理觀念]通過(guò)對(duì)物理學(xué)史的了解，知道電場(chǎng)是一種物質(zhì)；會(huì)用電場(chǎng)線描述電場(chǎng)，了解常見(jiàn)電場(chǎng)的電場(chǎng)線的分布特點(diǎn)；了解電場(chǎng)強(qiáng)度。2.[科學(xué)思維]理解電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量性及公式，駕馭電場(chǎng)線的分布特點(diǎn)與規(guī)律，會(huì)利用其解決相關(guān)問(wèn)題。3.[科學(xué)探究]通過(guò)比值定義法及假想電場(chǎng)線的思維方法，探究描述電場(chǎng)力的性質(zhì)的方法技巧，與他人溝通體驗(yàn)電場(chǎng)線的實(shí)際意義。4.[科學(xué)看法與責(zé)任]體會(huì)科學(xué)探討中的方法與創(chuàng)新，體驗(yàn)科學(xué)家的探究過(guò)程，培育科學(xué)的學(xué)習(xí)看法及愛(ài)好。一、電場(chǎng)及電場(chǎng)力1．電場(chǎng)傳遞電荷之間的相互作用的物質(zhì)。電場(chǎng)是物質(zhì)存在的一種形式。2．電場(chǎng)力電場(chǎng)對(duì)處在其中的電荷的作用力。說(shuō)明：電場(chǎng)、磁場(chǎng)像分子、原子等實(shí)物粒子一樣具有能量，是客觀存在的物質(zhì)形式。二、電場(chǎng)強(qiáng)度1．場(chǎng)源電荷和摸索電荷：電場(chǎng)最明顯的特征就是對(duì)置入其中的電荷有力的作用，激發(fā)電場(chǎng)的電荷被稱(chēng)為場(chǎng)源電荷或源電荷，檢驗(yàn)電場(chǎng)是否存在或強(qiáng)弱分布的電荷稱(chēng)為摸索電荷或檢驗(yàn)電荷。2．電場(chǎng)強(qiáng)度(1)定義：在物理學(xué)中，放入電場(chǎng)中某點(diǎn)的摸索電荷所受到的電場(chǎng)力F與它的電荷量q之比，稱(chēng)為該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱(chēng)場(chǎng)強(qiáng)，用字母E表示。(2)公式：E＝eq\f(F,q)。(3)方向：與正電荷在該點(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向相同。(4)單位：牛頓每庫(kù)侖，符號(hào)：N/C。(5)物理意義：描述電場(chǎng)的力的性質(zhì)的物理量，反映了電場(chǎng)的強(qiáng)弱。留意：摸索電荷是為了探討源電荷電場(chǎng)的性質(zhì)而引入的，它的引入不變更源電荷的電場(chǎng)。三、電場(chǎng)線1．電場(chǎng)線是用來(lái)形象直觀地描述電場(chǎng)的曲線，曲線上任一點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向。2．幾種常見(jiàn)電場(chǎng)的電場(chǎng)線(1)熟記五種特別電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布，如圖所示。(2)電場(chǎng)線的特點(diǎn)①電場(chǎng)線是為了形象描述電場(chǎng)而假想的線，實(shí)際并不存在。②隨意兩條電場(chǎng)線不相交。③電場(chǎng)線的疏密程度表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱；電場(chǎng)線上某點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向。④電場(chǎng)線總是起自正電荷(或無(wú)窮遠(yuǎn)處)，止于無(wú)窮遠(yuǎn)處(或負(fù)電荷)。即電場(chǎng)線不閉合，在無(wú)電荷處不中斷。⑤電場(chǎng)線不表示電荷在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡。說(shuō)明：用虛擬的圖線描述抽象的物理概念，使其詳細(xì)化、形象化，這是科學(xué)探討中重要的思想方法。1．思索推斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)電場(chǎng)看不見(jiàn)、摸不著，是一種特別物質(zhì)，而電場(chǎng)線是人為畫(huà)出的，實(shí)際是不存在的。 (√)(2)電場(chǎng)對(duì)放入其中的任何電荷都有力的作用。 (√)(3)公式E＝eq\f(F,q)是電場(chǎng)強(qiáng)度的比值定義式，適用于一切電場(chǎng)。 (√)(4)由公式E＝eq\f(F,q)可知，電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E與摸索電荷在電場(chǎng)中該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力成正比。 (×)2．(多選)關(guān)于電場(chǎng)，下列說(shuō)法中正確的是()A．只要有電荷存在，電荷四周就肯定存在著電場(chǎng)B．電場(chǎng)是一種物質(zhì)，它與其他物質(zhì)一樣，不依靠我們的感覺(jué)而客觀存在C．電荷間的相互作用是通過(guò)電場(chǎng)產(chǎn)生的，電場(chǎng)最基本的性質(zhì)是對(duì)放在其中的電荷有力的作用D．電場(chǎng)只能存在于真空中和空氣中，不行能存在于物體中ABC[電荷四周存在著電場(chǎng)，電場(chǎng)對(duì)電荷有力的作用，電荷之間的相互作用就是通過(guò)電場(chǎng)而產(chǎn)生的，A、C正確；電場(chǎng)是一種特別的物質(zhì)，在真空中、導(dǎo)體中都能存在，B正確，D錯(cuò)誤。]3．(多選)把質(zhì)量為m、電荷量為＋q的點(diǎn)電荷在電場(chǎng)中由靜止釋放，在它運(yùn)動(dòng)過(guò)程中假如不計(jì)重力，下列說(shuō)法中正確的是()A．點(diǎn)電荷的受力方向，必與所在點(diǎn)的電場(chǎng)線的切線方向一樣B．點(diǎn)電荷的加速度方向，必與所在點(diǎn)的電場(chǎng)線的切線方向一樣C．點(diǎn)電荷的速度方向，必與所在點(diǎn)的電場(chǎng)線的切線方向一樣D．點(diǎn)電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡必與電場(chǎng)線重合AB[由電場(chǎng)強(qiáng)度方向特點(diǎn)可知，點(diǎn)電荷的加速度方向，即點(diǎn)電荷所受電場(chǎng)力方向必與該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向一樣，明顯與所在點(diǎn)的電場(chǎng)線的切線方向一樣，故A、B正確；電場(chǎng)線上某點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向一樣。假如點(diǎn)電荷做曲線運(yùn)動(dòng)，除初始時(shí)刻之外，其速度方向與電場(chǎng)力方向不再一樣；帶正電的點(diǎn)電荷由靜止釋放，假如電場(chǎng)線為直線，點(diǎn)電荷將沿電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)，但假如電場(chǎng)線是曲線，電荷肯定不沿電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)，故C、D錯(cuò)誤。]對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的理解(1)用帶電的梳子靠近從水龍頭流出的細(xì)水流，水流的方向?yàn)槭裁磿?huì)發(fā)生變更？(2)兩個(gè)電荷通過(guò)什么發(fā)生相互作用？提示：(1)帶電體吸引輕小物體。(2)電場(chǎng)。1．電場(chǎng)強(qiáng)度的理解(1)電場(chǎng)強(qiáng)度是描述電場(chǎng)的力的性質(zhì)的物理量。(2)電場(chǎng)強(qiáng)度由電場(chǎng)本身確定，與放入其中的摸索電荷無(wú)關(guān)。2．電場(chǎng)強(qiáng)度的性質(zhì)(1)矢量性：電場(chǎng)強(qiáng)度不僅有大小，而且有方向，是矢量。電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向規(guī)定為：跟正電荷在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力的方向相同。(2)唯一性：電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度是唯一的，是由電場(chǎng)本身的性質(zhì)即形成電場(chǎng)的場(chǎng)源電荷與空間位置確定的。電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，既與該點(diǎn)摸索電荷的電荷量q無(wú)關(guān)，也與該點(diǎn)摸索電荷的受力無(wú)關(guān)。即使無(wú)摸索電荷存在，該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度依舊存在?！纠?】如圖所示，在一帶負(fù)電的導(dǎo)體A旁邊有一點(diǎn)B，如在B處放置一個(gè)q1＝－2.0×10－8C的電荷，測(cè)出其受到的靜電力F1大小為4.0×10－6(1)B處場(chǎng)強(qiáng)多大？方向如何？(2)假如換成一個(gè)q2＝＋4.0×10－7C的電荷放在B點(diǎn)，其受力多大？此時(shí)B(3)假如將B處電荷拿走，B處的場(chǎng)強(qiáng)是多大？思路點(diǎn)撥：(1)由E＝eq\f(F,q)可求B處場(chǎng)強(qiáng)大小。(2)負(fù)的摸索電荷受力方向與電場(chǎng)強(qiáng)度方向相反。(3)電場(chǎng)強(qiáng)度由電場(chǎng)本身確定，與摸索電荷無(wú)關(guān)。[解析](1)由場(chǎng)強(qiáng)公式可得EB＝eq\f(F1,|q1|)＝eq\f(4.0×10－6,2.0×10－8)N/C＝200N/C，因?yàn)槭秦?fù)電荷，所以場(chǎng)強(qiáng)方向與F1方向相反。(2)q2在B點(diǎn)所受靜電力F2＝q2EB＝4.0×10－7×200N＝8.0×10－5N，方向與場(chǎng)強(qiáng)方向相同，也就是與F1方向相反。此時(shí)B處場(chǎng)強(qiáng)仍為200N/C，方向與F1方向相反。(3)某點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小與有無(wú)摸索電荷無(wú)關(guān)，故將B處電荷拿走，B點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小仍為200N/C。[答案](1)200N/C方向與F1方向相反(2)8.0×10－5N200N/C(3)200N/C電場(chǎng)強(qiáng)度的理解(1)公式E＝eq\f(F,q)中q是摸索電荷，電場(chǎng)強(qiáng)度由場(chǎng)源電荷確定，與摸索電荷無(wú)關(guān)。(2)確定電場(chǎng)強(qiáng)度的方向肯定要清晰摸索電荷是正電荷還是負(fù)電荷，以此來(lái)確定電場(chǎng)強(qiáng)度與力的方向相同還是相反。eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])1．電場(chǎng)中有一點(diǎn)P，下列說(shuō)法正確的是()A．若放在P點(diǎn)的摸索電荷的電荷量加倍，則P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)加倍B．若P點(diǎn)沒(méi)有摸索電荷，則P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為零C．P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)越小，則同一電荷在P點(diǎn)受到的電場(chǎng)力越小D．P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向就是摸索電荷在該點(diǎn)的受力方向C[若放在P點(diǎn)的電荷的電荷量加倍，則P處電荷受到的電場(chǎng)力會(huì)加倍，而此處的電場(chǎng)強(qiáng)度卻不變，即使不放電荷，電場(chǎng)強(qiáng)度仍保持不變，故A、B錯(cuò)誤；電場(chǎng)力由電場(chǎng)強(qiáng)度與電荷量確定，P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)越小，則同一電荷在P點(diǎn)受到的電場(chǎng)力肯定越小，故C正確；P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向?yàn)榉旁谠擖c(diǎn)的正電荷所受電場(chǎng)力的方向，故D錯(cuò)誤。]對(duì)電場(chǎng)線的理解與應(yīng)用把頭發(fā)屑懸浮在蓖麻油里，加上電場(chǎng)，頭發(fā)屑為什么沿電場(chǎng)排列起來(lái)？提示：頭發(fā)屑的排列體現(xiàn)了它的受力方向，而電場(chǎng)力的方向剛好與該點(diǎn)的電場(chǎng)線相切。2．電場(chǎng)線的應(yīng)用(1)比較電場(chǎng)強(qiáng)度大?。弘妶?chǎng)強(qiáng)度大處電場(chǎng)線密，電場(chǎng)強(qiáng)度小處電場(chǎng)線疏，故依據(jù)電場(chǎng)線的疏密可以比較電場(chǎng)強(qiáng)度的大小。(2)確定電場(chǎng)強(qiáng)度方向：電場(chǎng)線上每點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向。3．等量異種點(diǎn)電荷與等量同種點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)分布特點(diǎn)的比較比較項(xiàng)目等量異種點(diǎn)電荷等量同種(正)點(diǎn)電荷電場(chǎng)線分布圖連線上的場(chǎng)強(qiáng)大小O點(diǎn)最小，從O點(diǎn)沿連線向兩邊漸漸變大O點(diǎn)為零，從O點(diǎn)沿連線向兩邊漸漸變大中垂線上的場(chǎng)強(qiáng)大小O點(diǎn)最大，從O點(diǎn)沿中垂線向兩邊漸漸變小O點(diǎn)為零，從O點(diǎn)沿中垂線向兩邊先變大后變小關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱(chēng)的點(diǎn)A與A′、B與B′的場(chǎng)強(qiáng)等大、同向等大、反向【例2】(多選)用電場(chǎng)線能很直觀、很便利地比較電場(chǎng)中各點(diǎn)電場(chǎng)的強(qiáng)弱。如圖甲是等量異種點(diǎn)電荷形成電場(chǎng)的電場(chǎng)線，圖乙是場(chǎng)中的一些點(diǎn)：O是電荷連線的中點(diǎn)，E、F是連線中垂線上相對(duì)O對(duì)稱(chēng)的兩點(diǎn)，B、C和A、D也相對(duì)O點(diǎn)對(duì)稱(chēng)，則()A．B、C兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小和方向都相同B．A、D兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小相等，方向相反C．E、O、F三點(diǎn)比較，O點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)最大D．B、O、C三點(diǎn)比較，O點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)最大思路點(diǎn)撥：(1)電場(chǎng)強(qiáng)度相同：指大小相等，方向相同。(2)依據(jù)電場(chǎng)線的疏密程度判定電場(chǎng)強(qiáng)度的弱強(qiáng)。AC[由對(duì)稱(chēng)性可知，B、C兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小和方向均相同，A正確；A、D兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小相同，方向也相同，B錯(cuò)誤；在兩點(diǎn)電荷連線的中垂線上，O點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)最大，在B、C兩點(diǎn)電荷連線上，O點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)最小，C正確，D錯(cuò)誤。]電場(chǎng)線的理解(1)依據(jù)電場(chǎng)線畫(huà)法的規(guī)定，電場(chǎng)強(qiáng)度大處電場(chǎng)線密，電場(chǎng)強(qiáng)度小處電場(chǎng)線疏，依據(jù)電場(chǎng)線的疏密可以比較電場(chǎng)強(qiáng)度的大小。(2)依據(jù)電場(chǎng)線的定義，電場(chǎng)線上每點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向。(3)正電荷所受靜電力的方向與電場(chǎng)線的切線方向相同，負(fù)電荷所受靜電力的方向與電場(chǎng)線的切線方向相反。(4)點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)中不存在電場(chǎng)強(qiáng)度相同的點(diǎn)。eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])2．如圖為金屬球放入勻強(qiáng)電場(chǎng)后電場(chǎng)線的分布狀況。設(shè)該電場(chǎng)中A、B兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小分別為EA、EB，則A、B兩點(diǎn)()A．EA＝EB，電場(chǎng)方向相同B．EA＜EB，電場(chǎng)方向相同C．EA＞EB，電場(chǎng)方向不同D．EA＜EB，電場(chǎng)方向不同D[電場(chǎng)線的疏密表示電場(chǎng)強(qiáng)弱，由題圖可知，B點(diǎn)密集，A點(diǎn)稀疏，故EA＜EB，又電場(chǎng)方向?yàn)殡妶?chǎng)線的切線方向，A、B兩點(diǎn)的電場(chǎng)方向不同，故A、B、C錯(cuò)誤，D正確。]1．物理觀念：電場(chǎng)及其基本性質(zhì)、電場(chǎng)強(qiáng)度概念及公式、電場(chǎng)線。2．科學(xué)思維：對(duì)E＝eq\f(F,q)的理解及應(yīng)用，對(duì)電場(chǎng)線的理解與應(yīng)用。3．科學(xué)方法：比值定義法、假想法、試驗(yàn)法等。1．關(guān)于電場(chǎng)強(qiáng)度的概念，下列說(shuō)法正確的是()A．由E＝eq\f(F,q)可知，某電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E與q成反比，與F成正比B．電場(chǎng)中某一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)與放入該點(diǎn)的摸索電荷的正負(fù)無(wú)關(guān)C．正、負(fù)摸索電荷在電場(chǎng)中同一點(diǎn)受到的電場(chǎng)力方向相反，所以某一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向與放入摸索電荷的正、負(fù)有關(guān)D．電場(chǎng)中某一點(diǎn)不放摸索電荷時(shí)，該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)等于零B[E＝eq\f(F,q)是電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式，某電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E的大小和方向都取決于電場(chǎng)本身，而與摸索電荷的電荷量q、摸索電荷受到的電場(chǎng)力F無(wú)關(guān)，故A、C錯(cuò)誤，B正確。某點(diǎn)不放摸索電荷時(shí)，該點(diǎn)的電場(chǎng)依舊存在，故D錯(cuò)誤。]2．如圖所示是點(diǎn)電荷Q四周的電場(chǎng)線，圖中A到Q的距離小于B到Q的距離。以下推斷正確的是()A．Q是正電荷，A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大于B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度B．Q是正電荷，A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度小于B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度C．Q是負(fù)電荷，A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大于B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度D．Q是負(fù)電荷，A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度小于B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度A[正點(diǎn)電荷的電場(chǎng)是向外輻射的，電場(chǎng)線密的地方電場(chǎng)強(qiáng)度大，所以A正確。]3．以下關(guān)于電場(chǎng)線的說(shuō)法中，正確的是()A．電場(chǎng)線上每一點(diǎn)的切線方向都跟電荷在該點(diǎn)的受力方向相同B．沿電場(chǎng)線的方向，電場(chǎng)強(qiáng)度越來(lái)越小C．電場(chǎng)線越密的地方，同一檢驗(yàn)電荷所受的電場(chǎng)力越大D．順著電場(chǎng)線移動(dòng)電荷，電荷所受電場(chǎng)力的大小肯定不變C[電場(chǎng)線上每一點(diǎn)的切線方向都跟正電荷在該點(diǎn)所受靜電力方向相同，跟負(fù)電荷所受靜電力方向相反，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；只說(shuō)沿電場(chǎng)線的方向，電場(chǎng)強(qiáng)度的大小無(wú)法確定，如沿電場(chǎng)線的方向，正電荷形成的電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度越來(lái)越小，負(fù)電荷形成的電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度越來(lái)越大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；電場(chǎng)線越密的地方場(chǎng)強(qiáng)越大，由公式F＝qE可知選項(xiàng)C正確；順著電場(chǎng)線移動(dòng)電荷，只要電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小發(fā)生變更，則F＝Eq就發(fā)生變更，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。]4．兩點(diǎn)電荷形成電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布如圖所示，A、B是電場(chǎng)線上的兩點(diǎn)，下列推斷正確的是()A．A、B兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小不等，方向相同B．A、B兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等，方向不同C．左邊電荷帶負(fù)電，右邊電荷帶正電D．兩電荷所帶電荷量相等C[電場(chǎng)線從正電荷動(dòng)身，到負(fù)電荷終止，電場(chǎng)線的疏密程度表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱，電場(chǎng)線的切線方向表示電場(chǎng)的方向，A、B兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小不相等，方向也不相同，A、B錯(cuò)誤，C正確；電場(chǎng)線分布不對(duì)稱(chēng)，兩電荷所帶電荷量不相等，D錯(cuò)誤。]5．如圖所示，實(shí)線為電場(chǎng)線(方向未畫(huà)出)，虛線ab是一帶負(fù)電的粒子只在靜電力作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡，軌跡為一條拋物線。請(qǐng)思索回答下列問(wèn)題：(1)電場(chǎng)線MN的方向可以推斷嗎？若能，方向如何？(2)帶電粒子在a點(diǎn)的加速度和在b點(diǎn)的加速度哪個(gè)大？(3)帶電