1.3 电场与电场强度（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中物理必修第三册（鲁科版2019）

第3节　电场与电场强度 核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 通过对物理学史的了解，知道电场是一种物质；了解电场强度的内涵；会用电场线描述电场，了解常见电场的电场线分布特点 1.体会用比值定义物理量的科学方法。 2．能用试探电荷模型、电场线模型分析静电问题 体会科学研究中的方法与创新，体验科学家的探索过程，培养科学的学习态度及兴趣 [对应学生用书P10] 知识点一 电场及电场力 1.电场：存在于电荷周围的一种特殊物质❶，电荷之间的相互作用是通过电场传递的❷。静止电荷产生的电场称为静电场。 2．电场力：电场对处在其中的电荷有力的作用，这个力称为电场力。 1．电场是人们为了解释电荷间的作用力，人为创造的，并不是真实存在的。(　×　) 2．电荷间的相互作用是通过电场发生的，电场是客观存在的一种物质。(　√　) 3．电场对放入其中的任何电荷都有力的作用。(　√　) 知识点二 电场强度 1.场源电荷和试探电荷：激发电场的电荷被称为场源电荷或源电荷，检验电场是否存在或探究电场强弱分布的电荷称为试探电荷❸或检验电荷。 2．电场强度 (1)定义：放入电场中某点的试探电荷受到的电场力F与它的电荷量q之比。 (2)定义式：E＝。 (3)单位：在国际单位制中，电场强度的单位为牛顿每库仑(N/C)。 (4)方向：电场强度是矢量，电场中某点电场强度的方向与正电荷在该点所受静电力的方向相同❹。 (5)物理意义：描述电场力的性质的物理量，反映了电场的强弱。 3．电场力：F＝qE。 1．公式E＝是电场强度的比值定义式，适用于一切电场。(　√　) 2．由公式E＝可知，电场中某点的电场强度E与试探电荷在该点所受的电场力成正比。(　×　) 知识点三 电场线 1.电场线：在电场中绘出一些曲线❺，曲线上任一点的切线方向与该点电场强度的方向一致。 2．电场线的特点 (1)电场线是为了形象描述电场而假想的线，实际并不存在。 (2)电场线的疏密表示电场的强弱；电场线上某点的切线方向表示该点电场强度的方向。 (3)电场线总是从正电荷或无穷远出发，终止于无穷远或负电荷❻。 (4)任意两条电场线不相交❼。 1．电场线的疏密表示电场的强弱。(　√　) 2．电场线可以相交，也可以相切。(　×　) 3．在相邻的两条电场线之间没画电场线的地方也有电场。(　√　) 批注❶：电场是一种特殊的物质，并非由分子、原子组成，虽然看不见、摸不着，但它与实物一样客观存在着，它能通过一些性质表现其存在，它与实物一样，也具有物质的一些重要属性，如质量、能量等。 批注❷：电荷间的相互作用是通过电场发生的，是通过电场来传递的。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 批注❸：试探电荷是为了研究源电荷电场的性质而引入的，它的引入不改变源电荷的电场。试探电荷的电荷量应足够小，试探电荷的大小也应足够小(可视为点电荷)。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 批注❹：电场中某点电场强度的方向与负电荷在该点所受静电力的方向相反。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 批注❺：用虚拟的图线描述抽象的物理概念，使其具体化、形象化，这是科学研究中重要的思想方法。 批注❻：电场线不闭合，在无电荷处不中断。 批注❼：因为电场中某点电场强度的方向沿电场线在该点的切线方向，若电场线相交，那么交点处就会出现两条切线，这时的电场强度失去了方向的唯一性，所以电场线不能相交。 [对应学生用书P11] 探究点一　电场强度　(物质观念之形成) ►情境探究 把同一试探电荷放在电场中的不同位置，由图可知，该试探电荷在不同点所受的电场力是不相同。 (1)形成这一现象的原因是场源电荷A产生的电场，还是试探电荷产生的电场？ (2)电场各点的强弱和方向是否相同？ 提示：(1)由于试探电荷自身没有变化，所以我们说这是场源电荷A在不同位置的电场对电荷施加电场力的能力不同。 (2)电场各点的强弱和方向不相同。 ►探究归纳 1．唯一性：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，与是否放入试探电荷及放入电荷的电性、电荷量的多少、所受电场力的大小均无关。电场中不同位置的电场强度一般是不同的。 2．矢量性：电场强度既有大小，又有方向，是矢量；其方向与正电荷在该点所受电场力的方向相同，与负电荷在该点所受电场力的方向相反。 3．物理意义：表示电场强弱和方向的物理量，数值上等于单位电荷量的电荷在电场中受到的静电力大小。 ►对点例练 (2022·安徽合肥高二月考)在电场中某点放一检验电荷，电荷量为q，受到的电场力为F，则该点的电场强度为E＝，下列说法正确的是(　　) A．若移去检验电荷q，则该点场强变为零 B．若检验电荷的电荷量为2q，则该点场强变为 C．若检验电荷的电荷量为－2q，则该点场强大小不变，方向改变 D．若检验电荷的电荷量为－2q，则该点场强大小不变，方向不变 D　解析：电场中某点的电场强度只由电场本身决定，与检验电荷的电荷量及电性均无关，则无论该点有无检验电荷，检验电荷的电荷量是否改变，该点的场强大小方向均不变，故选D。 [练1](2022·安徽合肥高二期末)如图所示，真空中两个点电荷静止放置在相距r＝0.3 m的A、B两点。两个点电荷的电荷量分别为Q＝＋4.0×10-8 C和q＝＋1.6×10-9 C，静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2。求： (1)两个点电荷之间库仑力F的大小。 (2)B点的电场强度E的大小及方向(“水平向右”或“水平向左”)。 (3)若将放在B点的点电荷q取走，该点的电场强度有没有变化，其大小是多少？(不要求说明原因) 答案：(1)6.4×10-6 N (2)4×103 N/C　方向为水平向右 (3)没有变化　4×103 N/C 解析：(1)由库仑定律得F＝k， 代入数据得 F＝ N＝6.4×10-6 N。 (2)由电场强度的定义，知B点电场强度的大小为 E＝＝ N/C＝4×103 N/C，方向为水平向右； (3)将放在B点的点电荷q取走，该点的电场强度没有变化，原因是电场强度是由场源电荷Q决定的，与B点有无电荷无关，B点的电场强度大小仍为E＝4×103 N/C。 对电场强度的理解 (1)公式E＝中q是试探电荷，电场强度由场源电荷决定，与试探电荷无关。 (2)确定电场强度的方向一定要清楚试探电荷是正电荷还是负电荷，以此来确定电场强度与试探电荷所受电场力的方向相同还是相反。 探究点二　对电场线的理解与应用　(科学思维之提升) ►情境探究 如图所示，A、B是点电荷a、b连线上的两点，实线是它们间的电场线。 (1)电荷a、b各带有什么性质的电荷？ (2)A、B两点的电场强度相同吗？方向相同吗？ 提示：(1)a带负电，b带正电。 (2)A、B两点电场强度不同，方向相同。 ►探究归纳 1． 2．等量异种点电荷与等量同种点电荷的场强分布特点 等量异种点电荷 等量同种(正)点电荷 电场线分布图 连线上的场强大小 O点最小，从O点沿连线向两边逐渐变大 O点为零，从O点沿连线向两边逐渐变大 中垂线上的场强大小 O点最大，从O点沿中垂线向两边逐渐变小 O点为零，从O点沿中垂线向两边先变大后变小 关于O点对称的点A 与A′、B与B′的场强 等大同向 等大反向 ►对点例练 (2022·浙江高二学业考试)等量异种点电荷a、b周围的电场线如图所示，c、d是某电场线上左右对称的两点，下列说法正确的是(　　) A．a是正点电荷、b是负点电荷 B．c、d两点电场强度大小相同 C．c、d两点电场方向相同 D．从c点静止释放一个正电荷，电荷就会沿着电场线到达d点 B　解析：电场线从正电荷出发，终止于负电荷，则b是正点电荷、a是负点电荷，A错误；c、d是某电场线上左右对称的两点，电场强度大小相等，方向不同，C错误，B正确；由于图中的电场线是曲线，若在c点由静止释放一个正电荷，电荷不会沿着电场线到达d点，原因是c、d之间的电场线为曲线，D错误。 [练2](2021·安徽涡阳第一中学高一月考)如图所示是电场中某区域的电场线分布，A、B是电场中的两点，则(　　) A．电荷在A点所受静电力方向一定与该点场强方向相同 B．同一点电荷放在A点受到的静电力比放在B点时受到的静电力大 C．B点的电场强度较大 D．A点的电场强度较大 C　解析：正电荷在A点所受静电力方向一定与该点场强方向相同，负电荷在A点所受静电力方向一定与该点场强方向相反，故A错误；B点附近的电场线比A点附近的电场线密集，所以B点的电场强度较大，同一点电荷放在A点受到的静电力比放在B点时受到的静电力小，故B、D错误，C正确。 [练3](2022·上海浦东高二期末)下列各图中所画的电场线正确的是(　　) D　解析：电场线由正电荷出发到负电荷终止，因此正点电荷的电场线向外，负点电荷的电场线向内，A、B错误；两个等量正点电荷的电场是由两个点电荷的电场叠加形成的，电场线都向外，连线中点处场强为0，没有电场线，C错误；两个等量异种点电荷的电场是由两个点电荷的电场叠加形成的，由正电荷指向负电荷，D正确。 电场的注意事项 (1)电场线实际上并不存在。 (2)没有电场线的地方场强不一定为零。电场线的疏密程度可以定性地描述电场的强弱，但不是说有电场的地方都充满了电场线。 (3)电场线并不是电荷的运动轨迹。 (4)点电荷形成的电场中不存在电场强度相同的点。 探究点三　解决实际问题　(科学态度与责任之落实) [练4](实验情境)(2022·江苏南通高一期中)把头发屑悬浮在蓖麻油里，加上电场，可以模拟出电场线的分布情况，如图甲所示是模拟孤立点电荷和金属板之间的电场照片，如图乙所示为简化后的电场线分布情况，则(　　) A．由图甲可知，电场线是真实存在的 B．图甲中，没有头发屑的地方没有电场 C．图乙中A点的电场强度大于B点的电场强度 D．在图乙电场中A点静止释放的正点电荷能沿电场线运动到B点 C　解析：电场线是假想的曲线，不是真实存在的，A错误；图甲中，没有头发屑的地方同样有电场，B错误；图乙中A点的电场线较B点密集，可知A点的电场强度大于B点的电场强度，C正确；因为AB之间的电场线为曲线，则在图乙电场中A点静止释放的正点电荷不可能沿电场线运动到B点，D错误。 [练5](生活情境)电偶极子是两个等量异号电荷组成的系统，是一种常见的带电结构。我们在做心电图的过程中，心脏就可视为电偶极子模型，体内电荷分布如图甲所示，等效电场如图乙所示，问： (1)正、负点电荷连线上关于O点的对称点A与A′电场强度关系怎样？ (2)正、负点电荷连线的中垂线上关于O点的对称点B与B′电场强度关系怎样？ 答案：见解析 解析：(1)A与A′电场强度大小相等，方向也相同。 (2)B与B′电场强度大小相等，方向也相同。 学科网（北京）股份有限公司 $$