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1、用心 爱心 专心 高一高一物理电场强度物理电场强度 电势能和电势电势能和电势人教实验版人教实验版 【本讲教育信息本讲教育信息】 一. 教学内容： 电场强度 电势能和电势 知识要点： 1. 了解电荷周围存在电场，电荷间的相互作用是通过电场来实现的。 2. 理解电场强度的定义、公式、单位和方向，掌握电场强度矢量的叠加，并进行简单计 算。 3. 掌握静电力做功的特点 4. 掌握基本概念电势能、电势 5. 掌握静电力做功与电势能变化的关系 6. 掌握几个基本形式的电场中的电势的基本特点 二. 重点、难点解析 （一）电场强度 1. 电场：电荷周围存在着电场，电荷之间的相互作用力是通过电场发生的，电场是客
2、观 存在的物质。 电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用。 2. 电场强度 （1）定义：放入电场中某一点的电荷受到的静电力 F 跟它的电荷量 q 的比值叫做该点 的电场强度，简称场强。 （2）定义式：。 F E q （3）单位：NC 或 Vm。 电场强度是矢量，规定电场中某点的电场强度方向跟正电荷在该点受静电力的方向相 同；当然与放在该点的负电荷受静电力的方向相反。 真空中的点电荷的电场强度。 2 kQ E r 3. 电场的叠加：如果有几个点电荷同时存在，它们的电场就互相叠加；形成合电场，某 点的场强等于各个点电荷在该点产生的场强的矢量和，遵循平行四边形定则。 4. 电场线：（1）电场线是
3、人们画出来的用来形象地描述电场分布的一族曲线，实验虽 然可以模拟电场线的形状，但电场线不是真实存在的，是一种假想线。 （2）在静电场中，电场线起始于正电荷或无限远，终止于无限远或负电荷，不形成闭 合曲线。 （3）电场线每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致。 （4）电场线密处电场强，电场线疏处电场弱。 （5）电场线在空间无电荷处不相交。 （6）点电荷与匀强电场的电场线。 用心 爱心 专心 5. 静电力：放入电场中的电荷一定受到静电力作用，其大小为 FEq，正电荷所受静 电力的方向与场强方向相同；负电荷所受静电力的方向与场强方向相反。 6. 匀强电场：在电场的某一区域里，如果各点场强的大小和方向
4、都相同，这个区域的电 场就叫做匀强电场，匀强电场是最简单的，同时也是很重要的电场。 两块靠近的、大小相等且互相正对的平行金属板，若分别带上等量异种电荷，两板之 间的电场就可以认为是匀强电场。 匀强电场中的电场线是均匀分布的平行直线。 7. 电场强度 E 与静电力 F 的比较 电场强度是描述电场的力的特征的物理量，虽然场强 EFq，但场强 E 决不是检验 电荷 q 所受的静电力，也不是单位检验电荷所受的静电力，因为电场强度不是静电力，电 场中某点的场强既不与检验电荷的电荷量 q 有关，也不与此检验电荷所受的静电力 F 有关， 因为即使无检验电荷存在，该点的电场强度依然是原有的值，电场强度只是电场
5、本身特征 决定的量，EFq 是从检验电荷的角度上定义的场强，这一比值恰恰反映了电场本身的 性质，正如位移与时间的比值反映了物体运动的快慢程度一样。 8. 比较 EFq 和：EFq 是电场中电场强度的定义式，在所有电场中都 2 kQ E r 适用。仅适用于真空中点电荷的电场。在 EFq 中 q 是引入的检验电荷，故 2 kQ E r E 与 q 无关，而在中 Q 是产生电场的电荷，故 E 与 Q 成正比。 2 kQ E r 9. 电场线在空间为什么不会相交? 在空间任何一点，如果存在电场的话，其方向只可能有一个，因为电荷在该点所受静电 力的方向只有一个，如果在该点有两条电场线相交，相交点就出现了
6、两个电场方向，这当 然是不可能的。 （二）电势能与电势 用心 爱心 专心 1. 电势能大小的判断方法移动电荷法 在电场中的两点 A、B 移动电荷时，若电场力做正功，则电荷电势能减小，即 EpAEpB； 若电场力做负功，克服电场力做功，则电势能增加，即 EPA0，若电场力做负功，则 EPAEB，又因 FEq，得 FAFB，故 B 正确 由知，而，EAEB，所以故 C 错 F a m aFFE AB aa B 点 E 的方向即为正电荷在 B 点的受力方向，而负电荷所受电场力方向与其相反，故 D 错 所以，正确答案为 B 答案：B 例 3. a、b 为电场中的两点，且 a 点电势高于 b 点，则可知
7、 A 把负电荷从 a 点移到 b 点静电力做负功，电势能增加 B. 把正电荷从 a 点移到 b 点静电力做正功，电势能减少 C. 无论移动的是正电荷还是负电荷，电荷的电势能都要减少 D. 无论是否有电荷移动，a 点电势能总是大于 b 点的电势能 解析：解析：正电荷在电势高的地方具有的电势能大，而负电荷在电势越高的地方具有的电 势能越小，可知正电荷从 a 移到 b 电势能减小，负电荷从 a 移到 b 电势能增加，无论正电 荷还是负电荷，静电力做正功电势能减小，静电力做负功电势能增加，因此 A、B 两选项 都是正确的，C 错误。 对 D 选项，我们首先要清楚，在电场中某点放入电荷，这个电荷就具有电
8、势能，像重 力势能属于物体和地球构成的物理系统一样，电势能是由放入电场的电荷和电场共同决定 用心 爱心 专心 的，不明确放在 a、b 点的电荷性质，就不能比较其电势能高低；若 a、b 两点不放入电荷， 单就电场中的某点，不存在电势能问题，因此 D 选项错误。 答案：答案：AB 小结：小结：电场中的每一点都有属于电场本身的物理量电场强度和电势，电场强度和 电势分别从力的角度和能的角度描述电场的性质，当在电场中放入电荷，这个电荷就要受 到电场力和具有电势能。 例 4. 如图所示，图中虚线表示某一电场的等势面，现用外力将负点电荷 q，从 a 点沿着 直线 aOb 匀速移到 b，当电荷通过 O 点时，
9、关于外力的方向，下列说法正确的是：（cd 为 过 O 点的等势面的切线） A. Od 方向B. Oc 方向 C. Oa 方向D. 以上说法都不对 解析：解析：根据场强方向的定义负电荷在电场中某点所受静电力的方向，应与该点的场强 方向相反。 由等势面的性质知，该电场在 O 点的场强方向应与过 O 点的切线 cd 垂直且指向电势 降低的方向，即垂直于 cd 向右，则负电荷在 O 点受静电力方向应为垂直于 cd 向左，由于 q 匀速运动，所以负电荷 q 受外力方向应垂直于 cd 向右，故 ABC 三种说法均不对，正确 答案应选 D。 答案：答案：D 小结：小结：本题由于已知等势面的分布及数值，所以可
10、得过 O 点的电场线方向是与等势面 垂直且指向电势降低的方向，但外力方向与静电力的方向相反。 例 5. 如果把 Q1.010-8C 的电荷从无穷远移至电场中的 A 点，需要克服电场力做功 W1.210-4J，那么， （1）q 在 A 点的电势能和 A 点的电势各是多少?（2）q 未移入电场前 A 点的电势是 多少? 解析：解析：（1）电场力做负功，电势能增加，无穷远处的电势为零，电荷在无穷远处的电 势能也为零。据电势能的改变量等于电场力做的功，所以 q 在 A 点的电势能： 4 1.2 10 A EWJ 正电荷在电势高处具有的电势能大，即 A 点的电势 （2）A 点的电势是由电场本身决定的，跟
11、 A 点是否有电荷存在无关，所以 q 移入电 场前，A 点的电势仍为。 4 1.2 10 V 用心 爱心 专心 小结：小结：首先根据静电力做功与电荷电势能变化的关系，求出电荷在 A 点的电势能，其 次，应用公式计算时，要注意代入符号进行计算，计算结果为正，则该点电势 为正，结果为负，该点电势则为负。 【模拟试题模拟试题】 1. A 为已知电场中的一固定点，在 A 点放一电量为 q 的电荷，所受电场力为 F，A 点的 场强为 E，则 （ ） A. 若在 A 点换上q，A 点场强方向发生变化 B. 若在 A 点换上电量为 2q 的电荷，A 点的场强将变为 2E C. 若在 A 点移去电荷 q，A
12、点的场强变为零 D. A 点场强的大小、方向与 q 的大小、正负、有无均无关 2. 对公式 E的几种不同理解，错误的是 （ ） 2 Q k r A. 当 r0 时，E B. 发 r时，E0 C. 某点的场强与点电荷 Q 的大小无关 D. 在以点电荷 Q 为中心，r 为半径的球面上，各处的电场强度都相同 3. 由电场强度的定义式 EF/q 可知，在电场中的同一点 （ ） A. 电场强度 E 跟 F 成正比，跟 q 成反比 B. 无论试探电荷所带的电量如何变化，F/q 始终不变 C. 电场中某点的场强为零，则在该点的电荷受到的电场力一定为零 D. 一个不带电的小球在 P 点受到的电场力为零，则 P
13、 点的场强一定为零 4. 如图，在 x 轴上坐标原点处放一带电量为+Q 的点电荷，在坐标为 2 处放一带电量为- 4Q 的点电荷，则场强为零处的 x 坐标为（ ） A. 4 B. 1 C. 1 D. 2 5. 如图所示为静电场的一部分电场线的分布情况，下列说法中正确的是（ ） A. B 点的场强比 A 点的场强大 B. 将同一点电荷放在 A、B 两点，点电荷所受的电场力在 A 点比在 B 点大 C. 负点电荷在 A 点时受到的电场力的方向沿 A 点的切线方向 D. 因为 C 点没有电场线通过，所以该点电场强度为零 6. 把质量为 m 的正点电荷 q 在电场中从静止释放，在它运动的过程中，如果不
14、计重力， 下列说法中正确的是（ ） A. 该点电荷的运动轨迹必定与电场线重合 用心 爱心 专心 B. 该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. 该点电荷的加速度方向必定和所在点的电场线的切线方向垂直 D. 该点电荷的受力方向必定和所在点的电场线的切线方向一致 7. 下列关于电场线的说法，正确的是（ ） A. 电场线的方向，就是电荷受力的方向 B. 正电荷只在电场力作用下一定沿电场线运动 C. 电场线越密的地方，同一点电荷所受电场力越大 D. 静电场的电场线是闭合的 8. 四种电场的电场线如图所示,一正电荷 q 仅在电场力作用下沿直线由 M 点向 N 点做加 速运动，且加速度越
15、来越大。则该电荷所在的电场是图中的（ ） 9. 如图所示，是某电场中的一条直电场线，一电子从 a 点由静止释放，它将沿直线向 b 点运动，下列有关该电场情况的判断正确的是（ ） A. 该电场一定是匀强电场 B. 场强 Ea一定小于 Eb C. 电子具有的电势能 Ea一定大于 Eb D .电势一定低于a a b 10. 如图所示，电场中有 A，B 两点，则下列说法中正确的是（ ） A 电势，场强 EAEB AB B. 电势，场强 EAEB AB C. 将+q 电荷从 A 点移到 B 点，电场力做了负功 D. 将-q 分别放在 A，B 两点时，具有的电势能 EPAEPB 11. 下列说法正确的是（
16、 ） A. 电场线越密的地方，电势一定越高 B. 场强越大的地方，电势一定越高 C. 顺着电场线的方向，场强一定越来越小 D. 顺着电场线的方向，电势逐渐降低 12. 下列说法正确的是（ ） A. 电场力对正电荷做正功时，该正电荷的电势能增加 B. 电场力对负电荷做正功时，该负电荷的电势能减少 C. 顺着电场力的方向移动正电荷，则该正电荷的电势能增加 D. 逆着电场力的方向移动负电荷，则该负电荷的电势能增加 13. 一个正的试探电荷 q 从 B 移到 A，若电荷克服电场力做的功为则电荷在 B 点 5 10 J 用心 爱心 专心 的电势能比在 A 点的电势能 。 14. 电场中某一电场线为一直线
17、，线上有 A、B、C 三个点，电荷 Q110-8C 从 B 点移到 A 点时电场力做了 10-7J 的功；电荷 Q210-8C，在 B 点的电势能比在 C 点时大 10-7J，那 么 （1）比较 A、B、C 三点的电势高低，由高到低的排序是 。 （2）若设 B 点的电势为零，电荷 Q2在 A 点的电势能是 。 15. 质量为 m 的带电小球用细绳系住悬挂于匀强电场中，如图所示，静止时 角为 600 ，求： （1）小球带何种电荷？ （2）若将线烧断，小球做什么运动？2s 末小球的速度是多大？（g=10m/s2） 用心 爱心 专心 【试题答案试题答案】 1. D2. ACD3. BC4. D5. B 6. D7. C8. D9. CD10. B 11. D 12. BD 13. 少 105J 14. （1） （2） 107J CBA 15. （1） 负 （2）a=2g 的匀加速直线运动 v=40m/s