高中物理 第1章 静电场 第3节 电场及其描述课堂互动教案 鲁科版选修3-1-鲁科版高二选修3-1物理教案VIP专享VIP免费

第3节电场及其描述课堂互动三点剖析一、公式E=和E=k的区别1.公式E=是电场强度的定义式，对任何电场都适用.2.公式E=是点电荷场强决定式，仅适用于真空中点电荷的电场.E=提供了量度电场强度的一种方法；E=k则提供了真空中点电荷电场的场强计算方法，在E=中,q是试探电荷，故E与q无关，而在E=k中,Q是产生电场的场源电荷，故E与Q成正比.【例1】研究表明，地球表面的电场强度不为零，假设地球表面附近的电场强度的平均值为20N／C，方向垂直地表面向下，则地球表面带_______电，平均每平方米表面带电荷量为q=_______.（已知静电力常量k=9.0×109N·m2／C2，π取3.0，地球半径R=6.4×106m）解析：把地球等效为一个均匀带电的球体，将其表面的电荷量看作全部集中于地球的球心由地球表面附近的电场强度方向垂直地球表面向下可知地球表面带负电.由E=k得Q=，每平方米均匀带电荷量q=，代入数值得q=1.85×10-10C.答案：负1.85×10-10C温馨提示有些同学刚看到这个题的时候感到无从下手，但如果注意到题目中给了地球的场强和半径，就能联想到我们所学的点电荷的场强了.我们知道，一个半径为R的均匀带电球体在外部产生的电场，与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相等，球外各点的电场强度也是E=k.这里我们可以把地球看成是一个均匀带电球体.二、电场力和电场强度的区别和联系电场强度E电场力F含义反映电场中各点的力的性质的物理量电场对放入其中的电荷的作用力公式E=F=qE决定因素E的大小只决定于电场本身，与电荷q无关.在电场中不同的点，E的大小一般是不同的F的大小由放在电场中某点的点电荷q和该点的场强共同决定，F和q成正比方向对于确定的电场，其中各点的场强都有确定的方向，即正电荷的受力方向同一电荷受力的方向因在电场中的位置而异；同一位置则因受力电荷的电性而异单位N/CN【例2】如图1-3-2所示，一带电荷量为q的金属球固定在绝缘的支架上，这时球外P点的电场强度为E.当把一电荷量也是q的点电荷放在P点，测得点电荷受到的静电力为F1；当把一电荷量为aq的点电荷放在P点时，测得作用在这个点电荷的静电力为F2，则在国际单位制中()图1-3-2A.F1的数值等于qE0B.F2的数值等于aF1C.a比1小得越多，F2的数值越接近aqE0D.a比1小得越多，F2的数值越接近aF1解析：本题涉及的问题是能否将放入P点的点电荷看作试探电荷.显然，当引入电荷的电荷量也为q时，它对金属球表面的电荷分布会带来影响，这个电荷不能作为试探电荷，它改变了金属球作为带电体在空间中产生电场的分布，因此，P点的场强会因引入q而发生变化，不再为E0,则A错.当置于P点电荷的电荷量为aq时，金属球电荷的分布情况又发生变化，故P点的场强又发生改变，即在两种情况下所受电场力与带电荷量都不成正比，故B错误.只有a比1小得越多，aq电荷对金属球的表面电荷分布影响越小，该处的电场强度越接近E0，此时F的值越接近aqE0.答案：C温馨提示对于金属球来说，作为场源电荷，本来它在P点的场强由它自己决定，取决于它的带电荷量及到P点的距离，但引入另一电荷后，会改变空间中的电场分布，从而改变P点的场强，除非该电荷可看作检验电荷，带电荷量足够小，不致于明显地影响到金属球的电荷分布，因此做题时一定要注意物理规律的成立条件，不能简单套用.【例3】图1-3-3所示为在同一电场中的a、b、c三点分别引入检验电荷时，测得的检验电荷的电荷量和它所受电场力的函数图象，则此三点的场强大小Ea、Eb、Ec的关系是()图1-3-3A.Ea＞Eb＞EcB.Eb＞Ea＞EcC.Ec＞Ea＞EbD.Ea＞Ec＞Eb解析：根据场强可知，各点场强大小即图中所示直线的斜率大小，可见Ec＞Ea＞Eb,因此，选项C正确.答案：C三、几种常见电场线的分布及特点1.点电荷的电场：正电荷的电场线从正电荷出发延伸到无限远处，负电荷的电场线由无限远处延伸到负电荷，如图1-3-4所示.图1-3-4（1）点电荷形成的电场中，不存在场强相等的点.（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.等量同种电荷的电场：电场线分布如图1-3-5所示（以等量正电荷为例），其特点有：图1-3-5（1）两点电荷连线的中点O处场强为零，此处无电场线，向两...