9.3电场 电场强度 导学案-【新教材】2020-2021学年人教版（2019）高中物理必修第三册

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9.3 电 场 电场强度 导学案
【学习目标和核心素养】
1.知道电场对位于其中的电荷有作用力,初步形成场是物质的观念.
2.了解电场强度是描述电场强弱和方向的物理量,体会用物理量之比定义新物理量的方法.
3.知道电场强度的客观性和矢量性,通过对等量异种电荷产生的电场强度的计算,了解电场强度的叠加
原理,会应用该原理计算多个点电荷形成的电场的电场强度.
4.知道电场线是为了形象描述电场而引入的,了解匀强电场和点电荷、两个等量点电荷周围的电场线
分布,体会用虚拟的图线描述抽象物理概念的思想方法.
【自主学习】
知识点一、电场与电荷
1．电场：(1)概念：电荷周围存在着的一种特殊物质。(2)静电场：静止电荷产生的电场。
(3)性质：对放入电场中的电荷有力的作用。
2．两个电荷的概念：
(1)场源电荷：激发电场的电荷称为场源电荷。任何电荷均能激发电场。
(2)检验(试探)电荷：用来探测电场是否存在或研究电场的性质的电荷称为检验电荷，检验电荷的特
点是所带的电荷量必须尽可能小。
知识点二、电场强度
1．定义：放入电场中某一点的电荷受到的电场力跟它的电荷量的比值，叫做该点的电场强度。
2．公式：
E
＝，
q
为放入电场中某点的试探电荷的电荷量，
F
为电场对试探电荷的静电力．用比值法
定义物理量是物理学中常用的方法，如速度、加速度、角速度、功率等．
3．单位：牛/库，符号 N/C，另一单位伏每米，符号 V/m。
4．方向：电场强度是矢量，规定某点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。负
电荷在电场中某点所受的静电力的方向跟该点电场强度的方向相反。
5．物理意义：描述电场的力的性质的物理量，与试探电荷的电荷量及其受到的静电力大小无关。
6．
E
＝与
E
＝
k
两个公式的比较
物理含义 引入过程 使用范围
E
＝电场强度大小的定义式，提供了量度电场
强度的一般方法
E
与
F
、
q
均无关，反
映电场中某点的性质 适用于一切电场
E
＝
k
真空中点电荷场强的决定式，提供了点电
荷所产生的电场场强的具体计算方法
由电场强度的定义式
和库仑定律推导得出
真空中，场源电
荷是点电荷
知识点三、点电荷的电场、电场强度的叠加
1．点电荷的电场：
① 公式：
E
＝
k
，
Q
为真空中的点电荷的带电荷量，
r
为该点到点电荷
Q
的距离。
② 方向：若以
Q
为圆心，当
Q
为正电荷时，
E
的方向沿半径向外；当
Q
为负电荷时，
E
的方向沿半径向
内。
③ 特点：如果以
Q
为中心作一个球面，则球面上各点的电场强度大小相等。
④ 适用条件：真空中的点电荷。
2．电场强度的叠加：电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。即
电场的作用是可以相互叠加的。
知识点四、点电荷、等量同种(异种)电荷电场线的分布情况和特殊位置场强的对比
1．点电荷形成的电场中电场线的分布特点(如图所示)
(1)离点电荷越近，电场线越密集，场强越强．
(2)若以点电荷为球心作一个球面，电场线处处与球面垂直，在 此
球面上场强大小处处相等，方向各不相同．
2．等量异种点电荷形成的电场中电场线的分布特点(如图所示)
(1)两点电荷连线上各点，电场线方向从正电荷指向负电荷．
(2)两点电荷连线的中垂面(中垂线)上，电场线方向均相同，即场强方向均相
同，且总与中垂面(线)垂直．在中垂面(线)上到
O
点等距离处各点的场强相等 (
O
为两点电荷连线中点)．
(3)在中垂面(线)上的电荷受到的静电力的方向总与中垂面(线)垂直，因此，
在中垂面(线)上移动电荷时静电力不做功．
3．等量同种点电荷形成的电场中电场线的分布特点(如图所示)
(1)两点电荷连线中点
O
处场强为零，此处无电场线．
(2)中点
O
附近的电场线非常稀疏，但场强并不为零．
(3)两点电荷连线中垂面(中垂线)上，场强方向总沿面(线)远离
O
(等量正电荷)．
(4)在中垂面(线)上从
O
点到无穷远，电场线先变密后变疏，即场强先变强后变弱．
4．匀强电场中电场线分布特点(如图所示)
电场线是平行、等间距的直线，电场方向与电场线平行．
5．等量异种电荷和等量同种电荷连线上以及中垂线上的电场强度
(1)等量异种点电荷连线上以中点
O
场强最小，中垂线上以中点
O
的场强为最大；等量同种点电荷连线
上以中点电场强度最小，等于零．因无限远处场强
E
∞＝0，则沿中垂线从中点到无限远处，电场强度
先增大后减小，之间某位置场强必有最大值．
(2)等量异种点电荷连线和中垂线上关于中点对称处的场强相同；等量同种点电荷连线和中垂线上关
于中点对称处的场强大小相等、方向相反.
【典例精析】
【例1】（多选）下列说法中，正确的是(　　)
A．在一个以点电荷为中心，
r
为半径的球面上各处的电场强度都相同
B．
E
＝
k
仅适用于真空中点电荷形成的电场
C．电场强度的方向就是放入电场中的电荷受到的静电力的方向
D．电场中某点场强的方向与试探电荷的正负无关
例2. 如图所示，在
y
轴上关于
O
点对称的
A
、
B
两点有等量同种点电荷＋
Q
，在
x
轴上
C
点有点电荷－
Q
，且
CO
＝
OD
，∠
ADO
＝60°.根据上述说明，在
x
轴上场强为零的点为_______
_．
例3.把一个电荷量
q
＝－1×10-6C 的试探电荷，依次放在带正电的点电荷
Q
周围的
A
、
B
两处，如图所
示，受到的电场力大小分别是
F
A＝5×10-3 N，
F
B＝3×10-3 N。
(1)画出试探电荷在
A
、
B
两处的受力方向。(2)求出
A
、
B
两处的电场强
度。
(3)如在
A
、
B
两处分别放上另一个电荷量为
q
′＝＋1×10-5 C 的电荷，该
电荷受到的电场力为多大？
【例4】 如图所示，实线是一簇未标明方向的由点电荷
Q
产生的电场线，若带
电粒子
q
(|
Q
| |≫
q
|)，由
a
运动到
b
，静电力做正功．已知在
a
、
b
两点粒子所受
静电力分别为
Fa
、
Fb
，则下列判断正确的是(　　)
A．若
Q
为正电荷，则
q
带正电，
Fa
>
Fb
B．若
Q
为正电荷，则
q
带正电，
Fa
<
Fb
C．若
Q
为负电荷，则
q
带正电，
Fa
>
Fb
D．若
Q
为负电荷，则
q
带正电，
Fa
<
Fb
例5 如图所示是静电场的一部分电场线分布，下列说法中正确的是(　　)
A．这个电场可能是负点电荷的电场
B．点电荷 q 在 A点处受到的静电力比在 B点处受到的静电力大
C．点电荷 q 在 A点处的瞬时加速度比在 B点处的瞬时加速度小(不计重力)
D．负电荷在 B点处受到的静电力的方向沿 B点切线方向
例6 竖直放置的两块足够长的平行金属板间有匀强电场．其电场强度为 E，在该
匀强电场中，用丝线悬挂质量为 m 的带电小球，丝线跟竖直方向成 θ角时小球恰
好平衡，如图所示．请问：(1)小球带电荷量是多少？(2)若剪断丝线，小球碰到金
属板需多长时间？
【达标检测】
1．（多选）将质量为
m
的正点电荷
q
在电场中从静止释放，在它运动过程中如果不计重力，下述正确
的是(　　)
A．点电荷运动轨迹必与电场线重合 B．点电荷的速度方向必定和所在点的电场线的切线方向一
致
C．点电荷的加速度方向必与所在点的电场线的切线方向一致
D．点电荷的受力方向必与所在点的电场线的切线方向一致
2．（多选）以下关于电场和电场线的说法中正确的是(　　)
A．电场和电场线都是客观存在的物质，因此电场线不仅能在空间相交，也能相切
B．在电场中，凡是电场线通过的点场强不为零，不画电场线区域内的点的场强为零
C．同一试探电荷在电场线密集的地方所受静电力大
D．电场线是人们假设的，用以形象表示电场的强弱和方向，客观上并不存在
3．如图所示是在一个电场中的
a
、
b
、
c
、
d
四个点分别引入试探电荷时，电荷所受的静电力
F
跟引入
的电荷的电荷量之间的函数关系，下列说法正确的是(　　)
A．这个电场是匀强电场 B．这四点的电场强度大小关系是
Ed
>
Eb
>
Ea
>
Ec
C．这四点的场强大小关系是
Eb
>
Ea
>
Ec
>
Ed
D．无法比较
E
值大小
4．如图所示，在平面上取坐标轴
x
、
y
，在
y
轴上的点
y
＝
a
、与
y
＝－
a
处各放带等量正
电荷
Q
的小物体，已知沿
x
轴正方向为电场正方向，带电体周围产生电场，这时
x
轴上的
电场强度
E
的图象正确的是(　　)
5．（多选）如图所示中带箭头的直线
是某一电场中的一条电场线，在该直线 上
有
a
、
b
两点，用
Ea
、
Eb
分别表示
a
、
b
两点的场强大小，则(　　)
A．
a
、
b
两点场强方向相同 B．电场线从
a
指向
b
，所以
Ea
＞
Eb
C．电场线是直线，所以
Ea
＝
Eb
D．不知
a
、
b
附近的电场线分布，
Ea
、
Eb
大小不能确定
6．如图所示，一带电小球用丝线悬挂在水平方向的匀强电场中，当小球静止
后把悬线烧断，则小球在电场中将做(　　)
A．自由落体运动 B．曲线运动
C．沿着悬线的延长线做匀加速直线运动 D．变加速直线运动
7．（多选）某静电场中的电场线如图所示，带电粒子在电场中仅受电场力作
用，其运动轨迹如图中虚线所示，由
M
运动到
N
，以下说法正确的是(　　)
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