高中物理 第一章 静电场 第3节 电场及其描述知识导航素材 鲁科版选修3-1（通用） 7页

第 3 节 电场及其描述 思维激活 1.天体之间的万有引力被看成是超距作用，它们是通过什么来完成这种超距作用的 呢？ 2.用刚梳过头的梳子靠近水流或用与衣服摩擦过的塑料靠近水流，发现水流转向， 这是为什么？ 答案：1.提示：引力场. 2.提示：摩擦过的梳子或塑料带了静电，对水流有力的作用. 自主整理 1.电场及电场力 (1)电荷周围存在__________，电荷的相互作用不可能超越距离，是通过__________ 传递的，这种场称为__________.电场是一种客观存在，是物质存在的一种形式. (2)电场对于处在其中的电荷有力的作用，这种力叫__________. 2.电场强度 (1)电场最明显的特征就是对置入的电荷有__________的作用，激发电场的电荷被称 为__________或源电荷，检验电场是否存在或强弱分布的电荷成为__________或 __________. (2)在物理学中，把放入电场中某点的电荷受到的__________与它的__________的比 值，叫做电场强度，简称__________，用 E 表示. (3)定义式：__________. (4) 电场强度是__________ 量. 物理学中规定，电场中某点电场强度的方向跟 __________在该点所受电场力的方向相同. (5)电场强度的单位：__________. 该单位为__________单位，由力的单位和电荷量的单位共同决定. 3.点电荷的电场与匀强电场 (1)点电荷电场的场强大小表达式：__________，其中 Q 是__________电荷的电荷量. (2)物理学中把大小和方向都处处相同的电场叫做__________电场. 4.电场线 (1)在电场中画出一些曲线，曲线上任一点的__________方向就在该点的切线方向上， 这样的曲线叫__________.用电场线的__________来大致表示电场强度的大小. (2) __________是为了形象地描述电场而假想的线，电场中实际并不存在这些线. 答案：1.(1)场 场 电场 (2)电场力 2.(1)力 场源电荷 检验电荷 试探电荷 (2)电场力 F 电荷量 q 场强 (3)E= (4)矢 正电荷 (5)N/C 导出 3.(1)E=k 场源 (2)匀强 4.(1)电场强度 电场线 疏密 (2)电场线 高手笔记 1.电场中某点的电场强度 E 是唯一的，是由电场本身的特性决定的，与 F 和 q 均无 关. 2.电场强度 E 是矢量，有方向，所以点电荷周围的电场中不存在 E 相同的两个点.因 q F 2r Q 为即使 E 大小相等，方向也不相同. 3.电场线的特点 (1)电场线是用来形象直观地表示电场的物理模型，本身并不真实存在. (2)电场线从正电荷或无穷远出发，到负电荷或无穷远终止，不形成闭合曲线. (3)电场中电场线不相交. (4)电场线的疏密程度表示电场强弱. (5)电场线上某点的切线方向表示这一点的电场方向. (6)点电荷的电场线发散或会聚，匀强电场的电场线为方向相同的平行线. 名师解惑 1.对电场强度的定义的理解 剖析: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)决定的，与 F、q 无关.虽然 E= ，但场强 E 不是试探电荷所受的电场力， 也不是单位正电荷所受的电场力，因为电场强度不是电场力，电场中某点的电场强 度，既与试探电荷的电荷量 q 无关，也与试探电荷的有无无关.因为即使无试探电荷 存在，该点的电场强度依然存在. 2.两个公式 E= 和 E=k 的比较 剖析:(1)由公式 E= 和库仑定律 F=k 可得 E=k . (2)适用条件： ①因为库仑定律适用于真空中的点电荷，所以 E=k 也适用于真空中的点电荷.其 中 Q 表示场源电荷的电荷量. ②E= 是场强的定义式，适用于任何电场，式中 q 表示试探电荷的电荷量，E 与 q 无关. 3.电场线 q F q F 2r Q q F 2r Qq 2r Q 2r Q q F 剖析:(1)电场中的电场线不相交 因为电场中某点的场强方向沿电场线的切线方向.若电场线能相交，那么交点处就会 出现两个切线，这时的电场强度失去了上述的唯一性，所以电场线不相交. (2)电场线和运动轨迹 物理学上规定电场线上每点的切线方向为该点的场强方向，也是正电荷在该点受力 产生的加速度方向(与负电荷受力方向相反).运动轨迹是带电粒子在电场中实际通 过的径迹，径迹上每点的切线方向为粒子在该点的速度方向.在力学的学习中我们就 已经知道，物体运动速度的方向和它的加速度方向是两回事，不一定相同.因此，不 能认为电场线就是带电粒子在电场中的轨迹. 讲练互动 【例 1】 一检验电荷 q=+4×10-9C ，在电场中 P 点受到的电场力 F=6×10-7N.求： (1)P 点的场强; (2)没有检验电荷时 P 点的场强; (3)放一电荷量为 q=12.×10-6C 的电荷在 P 点，受到的电场力 F′是多大？ 解析：本题主要应用场强定义式计算，但必须先理解场强的含义. (1)E= = N/C=1.5×102 N/C. (2)场强是描述电场的物理量，跟检验电荷无关，所以场强仍是 1.5×102 N/C. (3)F′=q′E=12.×10-6×1.5×102 N=1.8×10-4 N. 答案：(1)1.5×102 N/C (2)1.5×102 N/C (3)1.8×10-4 N/C 绿色通道 加深对公式的记忆和理解，公式 E= 适用于任何电场，并且 E 与 q 无关.理解电场 最明显的特征就是对置入其中的电荷有力的作用. 黑色陷阱 当对公式理解不准确时，容易认为当没有检验电荷时此处场强为 0. 变式训练 q F 9 7 104 106 − − × × q F 1.电场中一点 P，下列说法正确的是( ) A.若放在 P 点的电荷的电荷量减半，则 P 点的场强减半 B.P 点没有试探电荷，则 P 点场强为 0 C.P 点场强越大，则同一电荷在 P 点受到的电场力越大 D.P 点场强方向为放在该点的电荷的受力方向 解析：本题检验对公式的理解.(1)场强 E 与 F、q 无关，不管电场中某点是否有检验 电荷或检验电荷的电荷量有多大，对电场本身都无影响.所以 A、B 均不对.(2)电场 力 F 与 E、q 成正比，E、q 越大 F 越大.所以 C 对.(3)场强方向与正电荷放在该点所 受电场力的方向相同，与负电荷所受电场力的方向相反.所以 D 不对. 答案：C 【例 2】 右图是静电场的一部分电场线分布，下列说法中正确的是( ) A.这个电场可能是负电荷的电场 B.点电荷 q 在 A 点受到的电场力比在 B 点受到的电场力大 C.点电荷 q 在 A 点的瞬时加速度比在 B 点的瞬时加速度小 D.负电荷在 B 点受到的静电力方向沿 B 点的场强方向 解析：负电荷的电场线是自四周无穷远处从不同方向指向负电荷的直线，故 A 错. 电场线越密的地方场强越强，由图知 A 点比 B 点的场强强.又因 F=Eq，得电荷在 A 点比在 B 点受的力大，故 B 对. 由牛顿第二定律可知，a 与 F 成正比，所以电荷在 A 点的加速度比在 B 点的大,故 C 错. B 点的切线方向即 B 点的场强方向，而负电荷所受电场力方向与其相反，故 D 错. 答案：B 绿色通道 运用电场线分析问题时要注意电场线的特性，并且电荷若只受电场力作用时，加速 度与力是对应成正比的关系. 黑色陷阱 负电荷周围的电场线是向负电荷聚集的直线，不能看到聚集的电场线就认为是负电 荷周围的. 变式训练 2.如图，带箭头的线段表示某一电场的电场线，在电场力的作用下(不计重力)，一 带电粒子径迹如图中虚线所示，以下判断正确的是( ) A.A、B 两点相比较，A 点场强小 B.粒子在 A 点时加速度大 C.粒子带正电 D.因粒子运动方向不确定，无法判断粒子的电性 解析：电场线疏密程度表示场强大小，所以 A 对；由 F=Eq 得粒子所受电场力 F 与 E 成正比，所以 FA>FB，又因为 F=ma，所以 F 又与 a 成正比，aA>aB，B 错；假设粒子从 A 向 B 运动，则速度方向沿轨迹的切线方向，若粒子带正电，则受力沿电场线方向， 因为物体做曲线运动时轨迹偏向力的方向，与题意不符，所以粒子带负电；若粒子 从 B 向 A 运动，速度方向沿轨迹切线方向，若粒子带正电，受力仍沿电场线方向， 轨迹偏转方向与题意不符，所以粒子带负电.由以上分析可得，粒子带负电，CD 均 不对. 答案：A 体验探究 问题:平行放置两块金属板，距离不要太远，在两块金属板中间用一个绝缘线悬挂一 个乒乓球，两块金属板分别接在电源的正、负极上.你会看到怎样的现象？为什么？ 导思:乒乓球很轻，可能会由于静电感应使两端带电并受到其中一块金属板的吸引而 向这块金属板运动，当它跟金属板接触时，会由于接触带上与金属板同样的电荷， 又由于同性相斥，乒乓球很快被这块金属板排斥开.而另一块金属板上带有相反的电 荷，由于异种电荷相吸引，所以会吸引乒乓球.相接触后，首先中和乒乓球上的电荷， 再使之带上与自己相同的电荷，此时乒乓球又与这块金属板相斥，然后重复以前的 现象. 探究:乒乓球向其中一块金属板运动，当与该板碰撞后就会返回，并与另一块金属板 碰撞，如此反复.