高中物理精编导学案选修3-1【教科版】第一章静电场学案3　电场　电场强度和电场线（含经典例、习题）

学案3　电场　电场强度和电场线 [学习目标定位] 1.知道电荷间的相互作用是通过电场发生的，知道电场是客观存在的一种物质形态. 2.知道电场强度的概念及其定义式，并会进行有关的计算. 3.会用电场线表示电场，并熟记几种常见电场的电场线分布． 一、电场 电荷的周围都存在电场，电荷与电荷之间的相互作用力就是通过它们的电场而发生的．电场对电荷的作用力称为电场力． 二、电场强度 在电场中的同一点，检验电荷受到的电场力F与检验电荷电荷量q的比值是一个与q无关的量，它仅由该电荷在电场中的位置确定，这个比值可以反映电场中不同位置场的强弱，称为该处的电场强度． 三、点电荷的场强 真空中点电荷在周围形成的电场的场强公式为：E＝k，其中k是静电力常量，Q是场源电荷的电荷量． 四、电场线 1．英国物理学家法拉第创造性地在电场中引入电场线，它每一点的切线方向都和该处的场强方向一致，某一区域电场线的疏密反映了这一区域电场强度的大小． 2．匀强电场：各点场强的大小和方向都相同的电场叫匀强电场，匀强电场的电场线是相互平行且分布均匀的直线. 一、电场　电场强度 [问题设计] 1．在空间中有一电场，把一带电荷量为q的试探电荷放在电场中的A点，该电荷受到的静电力为F.若把带电荷量为2q的点电荷放在A点，则它受到的静电力为多少？若把带电荷量为nq的点电荷放在该点，它受到的静电力为多少？ 答案　2F　nF 2．结合问题设计1思考电荷在电场中某点受到的静电力F与电荷所带电荷量q有何关系？ 答案　F与q成正比，即F与q的比值为定值． [要点提炼] 电场强度的定义式是E＝F/q，它是表示电场的强弱和方向的物理量： 1．电场强度的唯一性：决定于电场本身，与是否放入试探电荷、放入电荷的电性、电荷量的多少均无关(填“有关”或“无关”)． 2．电场强度的矢量性：电场强度的方向与在该点的正电荷所受静电力的方向相同，与负电荷的受力方向相反．所以比较电场强度是否相同时，一定要考虑大小和方向两个因素． [延伸思考]　电场强度是比值法定义的物理量．比值法定义的特点是什么？请结合密度ρ＝的公式加以说明． ，电阻R＝ 答案　比值法定义的特点是被定义的物理量与作比值的两个量无关，只取决于物质、电阻、电场本身的性质． 二、点电荷的电场　电场强度的叠加 [问题设计] 图1 1.如图1所示，在正点电荷Q的电场中有一试探电荷q，已知q到Q的距离为r，Q对q的作用力是多大？Q在q所在位置产生的电场的电场强度是多大？方向如何？ 答案　根据库仑定律有F＝k，方向沿Qq的连线由Q指向q.＝k，所以Q在q所在位置产生的电场的电场强度为E＝ 2．如果再有一正点电荷Q′＝Q，放在如图2所示的位置，q所在位置的电场的电场强度是多大？ 答案　如图所示，Q、Q′分别对q有力的作用，q所受的静电力为两个力的合力F＝. k＝ 所以q所在位置的电场的电场强度为E＝. 图2 k＝ [要点提炼] 1．点电荷电场的场强：(1)公式E＝k，适用条件：真空中的点电荷．(2)方向：沿某点和Q的连线，Q为正电荷时，沿连线向外，Q为负电荷时，沿连线向里．如果以Q为中心，r为半径作一球面，则球面上各点的电场强度大小相等．当Q为正电荷时，E的方向沿半径向外；当Q为负电荷时，E的方向沿半径向里． 2．场强是矢量，当空间存在多个点电荷产生的电场时，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． 三、电场线　匀强电场 [问题设计] 1．电场线是如何表示电场方向和强弱的？ 答案　在电场中，某点电场线的切线方向表示该点场强方向；电场线的疏密表示电场强度的相对大小，电场强度较大的地方电场线较密，反之较疏． 2．电场线是真实存在的吗？能不能相交？ 答案　不是．如果相交，则在同一点的切线方向有两个，电场强度的方向也有两个，这与电场强度的方向只有一个相矛盾，所以不可能． [要点提炼] 1．电场线的特点有：(1)起始于无限远或正电荷，终止于负电荷或无限远． (2)任意两条电场线不相交． (3)在同一幅图中，电场线的疏密表示场强的大小，电场线某点的切线方向表示该点电场强度的方向． 2．匀强电场中各点的电场强度大小相等，方向相同；电场线是间距相等的平行线． [延伸思考]　1.点电荷、等量同号点电荷、等量异号点电荷电场的电场线有何特点？ 2．电场线和带电粒子在电场中的运动轨迹相同吗？ 答案　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