高二物理电场和电场强度1

高二物理电场强度、电势、电势差知识精讲两种电荷，电荷守恒，静电屏蔽，示波器属A 级要求，真空中库仑定律，电场强度，点电荷场强，匀强电场，电势差，电势，匀强电场中电场强度与电势差的关系，带电粒子在匀强电场中的运动属B 级要求。

（一）静电场实验基础 1. 电荷守恒定律：自然界有两种电荷，任何带电体所带电量均为电子电量值e C =⨯-161019.的整数倍，e 叫元电荷。

电荷不能创造，也不会消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分。

2. 库仑定律：数学表达式：F kq q r =122适用条件：真空中两个点电荷注：在计算库仑力大小时，q q 12、只代入电量的大小，正、负并不代入，关于库仑力（静电力）的方向用同性相斥，异性相吸来判断。

（二）描述电场力学性质的物理量——电场强度E 1. 大小：E Fq=（定义式） 2. 方向：规定正电荷在该点所受电场力的方向，与负电荷所受电场力方向相反。

3. 真空中点电荷Q 在距离r 处的场强：E k Qr =2（决定式） 4. 形象描述电场～电场线（1）电场线在某处疏密表示该处电场强弱。

电场线上某点的切线方向表示该点场强的方向。

⎧⎨⎩（2）电场线从正电荷发出，终止于负电荷，是非闭合曲线。

（3）电场线不相交。

（4）电场线并非真实存在，是人为引入的。

（5）电场线不是带电粒子在电场中的运动轨迹。

5. 场强的叠加：遵守矢量合成的平行四边形定则，如果各个分场强在同一直线上，可以通过设正方向，把矢量运算转化为代数运算，计算出合场强的大小和方向。

6. 电场力：F Eq =电场力F 的大小不仅与E 有关，还与q 的电荷量和带电性质有关。

（三）描述电场能的性质——电势 1. 电势能：（1）放在静电场中的电荷具有由其位置决定的势能，符号ε。

（2）电势能的变化，与电场力做功有关，电场力做正功，电势能减少，电场力做负功，电势能增加。

（3）电势能具有相对性，是标量。

高二物理教案《电场电场强度》一、教学目标1．了解电场的概念。

2．理解电场强度的概念。

3．掌握电场强度的计算方法。

二、重点、难点分析1．重点是使学生理解电场强度的概念及掌握电场强度的计算方法。

2．电场强度是描述电场性质的物理量之一，这是难点。

初学者容易把电场强度跟电场力混同起来。

三、主要教学过程1．复习库仑定律在真空中两个点电荷的作用力跟它们的电量乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上，这就是库仑定律。

2．新课引入任何力的作用都离不开物质，脚踢球，脚对球的力直接作用在球上；狗拉雪橇，狗对雪橇的拉力是通过绳子作用的；地球对地表附近物质的作用力是通过重力场——物质，作用的；地球与月亮间有万有引力作用力也是因有万有引力场——物质；两电荷间相互作用时不直接接触，它们之间的相互作用也是通过别的物质作用的，这就是电场。

3．教学过程设计（1）电场a．电荷周围存在一种特殊物质提问：既然场是物质，为什么我们看不到呢？为转移的客观存在。

例如可见光波长由7000～4000，但还有很多波长的光线我们看不到，但不等于它们不存在。

不能以人类感官为标准判定存在与否。

场客观存在的证明是它有力、能的特性。

例如重力场对有质量的物体有力的作用，且可对物体做功，说明其能量。

电场对放入其中的电荷Q也有力的作用，可对Q做功，说明其有能量。

b．电场的基本性质：电场对放入其中的电荷有力的作用，此力称电场力。

c．静电场：静止电荷的电场。

场有能和力的特性，我们先看电场中力的性质，它是本章的重要内容，先以点电荷为例。

如图1所示，在+Q电场中A点分别放入电荷q1、q2、q3则它们分别受电场力为：看看上式，我们可发现场电荷Q对不同的检验电荷q有不同的电场力，但只要A点位置不变，F与q的比值就不变。

从上面分析看出：Q固定则电场的空间分布固定，对于场中某固定反映的是电场的强弱，称场强。

（2）电场强度a．定义：放入电场中某一点的电荷受到的电场力跟它的电量的比值叫该点的电场强度，简称场强。

第3节电场电场强度教学设计【播放视频】①范德格拉夫起电机：跳跃的蛋挞壳。

②范德格拉夫起电机：怒发冲冠。

【提问】①相隔一定距离的电荷间可以发生力的作用。

电荷间的相互作用是通过什么发生的？②通过起电机使人体带电，蛋挞壳为什么飞？人的头发会竖起并散开。

为什么会出现这种现象？【提问】如图，带正电的带电体C置于铁架台旁，把系在丝线上带正电的小球先后挂在P1、P2、P3等位置。

带电体C与小球间的作用力会随距离的不同怎样改变呢？（1）在同一位置增大或减小小球所带的电荷量，作用力又会怎样变化？（2）电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？【讲述】19世纪30年代，英国科学家法拉第提出：在电荷的周围存在着由它产生的电场（electric field)。

→处在电场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场给予的。

【讲述】电场对场中的其它电荷产生力的作用。

【讲述】电场的定义：电场存在于电荷周围，是能传递电荷间相互作用力的一种特殊物质。

电场的基本性质：对放入其中的电荷有力的作用，即电场力。

静电场：静止电荷产生的电场。

说明：（1）只要是带电体，周围都能产生电场。

电场对于电荷的作用实际是电场与电场的相互作用。

（2）电场以及磁场已被证明是一种客观存在。

场具有能量，也是物质存在的一种形式。

【提问】电场对电荷有力的作用，怎样描述这种作用呢？【提问】研究某一个力时，涉及的物体有施力物体和受力物体。

对某一个电场而言，其中的电荷是否也有类似的区分呢？【讲述】试探电荷：用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的电荷，叫试探电荷。

试探电荷的特点：体积足够小；电荷量足够小。

试探电荷的引入不改变源电荷的电场。

场源电荷：激发电场的带电体所带的电荷叫场源电荷，或源电荷。

【提问】如图，连接小球的细绳与竖直方向的夹角不同，离电荷Q越远，夹角越小，这说明了什么问题？电场的强弱与哪些因素有关呢？【提问】类似的，我们已经知道，在电场中的同一位置，由于小球所带电荷量不同，所受的电场力不同。

电场强度【要点梳理】要点一、电场、电场强度 要点诠释： 1、电场（1）产生：电场是在电荷周围存在着的由自由电荷产生的一种传递电荷间相互作用的特殊物质. （2）基本性质：对放入其中的电荷（不管是静止的还是运动的）有力的作用，这种力叫电场力.电场具有能量.2、试探电荷与场源电荷（1）试探电荷：用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的电荷，也叫检验电荷.这种电荷必须电量很小、体积很小.（2）场源电荷：被检验的电场是由电荷Q 激发的，则电荷Q 被称为场源电荷或源电荷. 3、电场强度 （1）物理意义电场强度是描述电场强弱及方向的物理量，反映了电场力的特性. （2）定义在电场中放一个检验电荷，它所受到的电场力跟它所带电量的比值叫做这个位置上的电场强度，简称场强.定义式： qFE =单位：牛／库（N / C ） （3）电场强度的理解①矢量性：场强是矢量，其大小按定义式FE q=计算即可，其方向规定为正电荷在该点的受力方向.负电荷受电场力方向与该点场强方向相反.②唯一性：电场中某一点处的电场强度E 的大小和方向是唯一的，其大小和方向取决于场源电荷及空间位置.是客观存在的，与放不放检验电荷以及放入检验电荷的正、负电量的多少均无关，既不能认为与成正比，也不能认为与成反比.（4）电场强度和电场力的比较 ①由电场强度的定义式FE q=，可导出电场力F=qE. ②电场力是由电荷和场强共同决定的，而场强是由电场本身决定的. 要点二、点电荷的电场 要点诠释：1、点电荷Q 在真空中形成的电场 （1）大小：E ＝k2r Q ，Q 为场源点电荷，r 为考察点与场源电荷的距离.（2）方向：正电荷受电场力的方向为该点场强方向, 负电荷受电场力的方向与该点场强方向相反. 可见，在点电荷形成的电场中，在以点电荷为球心的球面上的各点电场强度大小相等，但方向不同.F E q=是电场强度大小的定义式 由比值法引入，E 与F 、q 无关，反映某点电场的性质适用于一切电场电场强度由场本身决定，与试探电荷无关，不能理解为E 与F 成正比，与q 成反比2Q E k r=是真空中点电荷场强的决定式 由F E q=和库仑定律导出真空中的点电荷2kQ E r=告诉人们场强大小的决定因素是Q 和r ，而FE q=中E 与F 、q 无关. 要点诠释：（1）定义：电场中各点场强的大小相等、方向相同的电场就叫匀强电场. （2）特点：电场线是间隔相等的平行直线.（3）常见的匀强电场：两等大、正对且带等量异种电荷的平行金属板间的电场中，除边缘附近外，就是匀强电场. 【典型例题】类型一、对电场强度的理解例1、在真空中O 点放一个试探电荷Q=+1.0×10-9C ，直线MN 通过O 点，OM 的距离r=30cm ，M 点放一个试探电荷q=-1.0×10-10C,如图所示.求： （1）q 在M 点受到的作用力； （2）M 点的场强；（3）拿走q 后M 点的场强； (4)M 、N 两点的场强哪点大？（5）如果把Q 换成电荷量为-1.0×10-9C 的点电荷，情况又如何？【解析】本题分层次逐步递进地考查了电场和电场强度的理解，求解释时要注意区分场源电荷和试探电荷.本题中Q 是场源电荷，q 是试探电荷.（1）电荷q 在电场中M 点所受到的作用力是Q 通过它的电场对q 的作用力，根据库仑定律91098221.010 1.0109.010 1.0100.3Qq F k N N r ---⨯⨯⨯==⨯⨯=⨯因为Q 为正电荷，q 为负电荷，库仑力是引力，所以力的方向沿MO 指向Q.（2）M 点的场强891.010/100/1.010F E N C N C q --⨯===⨯ （3）在M 点拿走检验电荷q ，M 点的场强是不变的.其原因在于场强是反映电场的力的性质的物理量，它是由形成电场的场源电荷Q 决定的，与检验电荷q 是否存在无关.（4）根据公式2QE k r=知道，M 电场强较大.（5）如果把Q 由正电荷换成负电荷，其电荷量不变，除去q 所受的库仑力的方向和场强的方向变为原来的反方向外，其他情况不变.【变式1】 关于电场，下列说法正确的是（ ）A 、由FE q=知，若q 减小，则该处电场强度为原来的2倍 B 、由2QE kr =知，E 与Q 成正比，而与r 2成反比 C 、由2QE k r=知，在以Q 为球心，以r 为半径的球面上，各处电场强度均相同D 、电场中某点电场强度方向就是该点所放电荷受到的电场力的方向 【答案】B【变式2】在电场中某点放一检验电荷，其电量为q ，受到的力为F ，则该点电场强度为FE q=，那么（ ）A 、若移去检验电荷，该点电场强度变为零；B 、若该点放一电量为2q 的检验电荷，则该点电场强度变为E/2；C 、该点放一电量为2q 的检验电荷，该点电场强度仍为E ；D 、该点放一电量为2q 的检验电荷，该点电场强度为2E. 【答案】C要点四、电场的叠加如果空间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，这时某点的场强等于各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和，这叫作电场的叠加原理.电场叠加时某点场强的合成遵守矢量运算的平行四边形定则. 类型二、电场强度的叠加例2、（2015 山东高考）直角坐标系xOy 中，M 、N 两点位于x 轴上，G 、H 两点坐标如图，M 、N 两点各固定一负点电荷，一电量为Q 的正点电荷置于O 点时，G 点处的电场强度恰好为零。

3电场强度一、电场与电场强度1.电场及其性质电荷的周围存在着由它产生的电场，电荷之间的作用是通过电场发生的.电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用.2.场源电荷和试探电荷场源电荷是激发或产生我们正在研究的电场的电荷.试探电荷是用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的电荷.3.电场强度(1)定义及公式：试探电荷在电场中某个位置所受的力与它的电荷量的比值叫电场强度.公式E＝Fq，单位牛每库，符号为N/C.(2)物理意义：表示电场的强弱和方向.(3)方向：与正电荷在该点正电荷所受的静电力的方向相同，与负电荷在该点所受的静电力方向相反.二、点电荷的电场1.真空中点电荷的电场(1)场强公式：E＝k Qr2，其中k是静电力常量，Q是场源电荷的电荷量.(2)方向：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.2.电场强度的叠加场强是矢量，如果场源是多个点电荷时，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.电场强度是矢量，合成时遵循矢量运算法则(平行四边形定则或三角形定则)，常用的方法有图解法、解析法、正交分解法等；对于同一直线上电场强度的合成，可先规定正方向，进而把矢量运算转化成代数运算.3.E＝F与E＝kQ2的比较：本质区别定义式决定式适用范围一切电场真空中点电荷的电场Q与q的意义q为检验(试探)电荷的电荷量Q为场源电荷的电荷量关系理解E的大小与F、q的大小无关E的大小与Q成正比三、电场线与匀强电场1.电场线(1)电场线：电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向，电场线不是实际存在的线，而是为了形象描述电场而假想的线.(2)几种特殊的电场线分布，如图所示.(3)电场线的特点①电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷.②电场线在电场中不相交.③在同一电场中，电场强度较大的地方电场线较密，电场强度较小的地方电场线较疏.2.匀强电场(1)定义：如果电场中各点电场强度大小相等、方向相同，这个电场就叫做匀强电场.(2)特点：①电场方向处处相同，电场线是平行直线.②场强大小处处相等，电场线间隔相等.1(多选)在电场中某点放入正点电荷q，它受到的电场力F方向向右.当放入负点电荷q时，它受到的电场力F方向向左.下列说法正确的是()A.该点放入正电荷时，电场强度方向向右；放入负电荷时，电场强度方向向左B.该点电场强度大小为E＝F qC.该点放入2q的正点电荷时，电场强度变为原来的2倍D.该点电场强度的方向向右2真空中O点放一个点电荷Q＝＋1.0×10－9 C，直线MN通过O点，OM的距离r ＝30 cm，M点放一个点电荷q＝－1.0×10－10 C，如图所示.求：(1)q在M点受到的作用力；(2)M点的场强；(3)拿走q后M点的场强；(4)M、N两点的场强哪点大？3某电场的电场线分布如图所示，下列说法正确的是()A.c点的电场强度大于b点的电场强度B.若将一试探电荷＋q由a点静止释放，它将沿电场线运动到b点C.b点的电场强度大于d点的电场强度D.a点和b点的电场强度的方向相同4一个试探电荷在电场中某点受到的电场力为F，这一点的电场强度为E，在下图中能正确反映q、E、F三者关系的是()5A、B是一条电场线上的两个点，一带负电的微粒仅在静电力作用下以一定的初速度从A点沿电场线运动到B点，其v－t图象如图所示.则此电场的电场线分布可能是()6如图所示，真空中O点有一点电荷，在它产生的电场中有a、b两点，a点的场强大小为E a，方向与ab连线成60°角，b点的场强大小为E b，方向与ab连线成30°角.关于a、b两点场强大小E a、E b的关系，以下结论正确的是()A.E a＝33E b B.E a＝13E b C.E a＝3E b D.E a＝3E b7下列选项中的各14圆环大小相同，所带电荷量已在图中标出，且电荷均匀分布，各14圆环间彼此绝缘.坐标原点O处电场强度最大的是()8如图所示，M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三点，O点为半圆弧的圆心，∠MOP＝60°.电荷量相等、符号相反的两个点电荷分别置于M、N两点，这时O点电场强度的大小为E1；若将N点处的点电荷移至P点，则O点的电场强度大小变为E2.那么，E1与E2之比为()A.1∶2B.2∶1C.2∶ 3D.4∶ 39如图所示，实线表示匀强电场中的一组电场线，一带电粒子(不计重力)经过电场区域后的轨迹如图中虚线所示，a、b是轨迹上的两点，关于粒子的运动情况，下列说法中可能的是()A.该粒子带正电荷，运动方向为由a至bB.该粒子带负电荷，运动方向为由a至bC.该粒子带正电荷，运动方向为由b至aD.该粒子带负电荷，运动方向为由b至a3 电场强度 1 答案 BD解析 放入正电荷和负电荷时，该点的场强均向右，故A 错误，D 正确；根据电场强度的定义可知B 正确.该点放入2q 的正点电荷时，电场力变为原来的2倍，电场强度不变，故C 错误. 2 答案 (1)1.0×10－8 N ，方向沿MO 指向Q(2)100 N/C ，方向沿OM 连线背离Q(3)100 N/C ，方向沿OM 连线背离Q(4)M 点场强大解析 (1)根据库仑定律，得F M ＝k Qq r 2＝9.0×109×1.0×10－9×1.0×10－100.32 N＝1.0×10－8 N.因为Q 为正电，q 为负电，库仑力是吸引力，所以力的方向沿MO 指向Q .(2)M 点的场强E M ＝F M q ＝1.0×10－81.0×10－10N/C ＝100 N/C ，其方向沿OM 连线背离Q ，因为它的方向跟正电荷所受电场力的方向相同.(3)场强是反映电场的力的性质的物理量，它是由形成电场的电荷Q 及场中位置决定的，与试探电荷q 是否存在无关.故M 点的场强仍为100 N/C ，方向沿OM 连线背离Q .(4)由E ∝1r 2得M 点场强大.3 答案 C解析 电场线的疏密表征了电场强度的大小，由题图可知E a ＜E b ，E d ＞E c ，E b ＞E d ，E a ＞E c ，故选项C 正确，选项A 错误；由于电场线是曲线，由a 点静止释放的正电荷不可能沿电场线运动，故选项B 错误；电场线的切线方向为该点电场强度的方向，a 点和b 点的切线不在同一条直线上，故选项D 错误.4 答案 D解析 电场中某点的电场强度由电场本身的性质决定，与放入该点的试探电荷及其所受电场力无关，A 、B 错误；试探电荷在该点受到的电场力F ＝Eq ，F 正比于q ，C 错误，D 正确.故选D. 5 答案 A解析 负点电荷在电场力的作用下由A 运动到B ，并由v －t 图象知：负点电荷做加速度逐渐增大的减速运动.由F ＝ma 得电场力越来越大，即A →B 电场强度越来越大，电场线分布越来越密.又由于负电荷所受电场力方向与速度方向相反，由B 到A ，故场强方向为由A 到B ，故A 选项正确. 6 答案 D解析 由题图可知，r b ＝3r a ，再由E ＝kQ r 2可知，E a E b ＝r 2b r 2a＝31，故D 正确. 7 答案 B解析 根据对称性和矢量叠加，D 项O 点的场强为零，C 项等效为第二象限内电荷在O 点产生的电场，大小与A 项的相等，B 项正、负电荷在O 点产生的场强大小相等，方向互相垂直，合场强是其中一个的2倍，也是A 、C 项场强的2倍，因此B 项正确.8 答案 B解析 依题意，因为M 、N 两点都在圆周上，距O 点的距离相等，合电场强度为E 1，则每个点电荷在O 点产生的电场强度为E 12，当N 点处的点电荷移至P 点时，O 点的电场强度如图所示，合电场强度大小为E 2＝E 12，则E 1E 2＝21，选项B 正确.9 答案 BD解析 带电粒子只受电场力，又做曲线运动，合外力应指向曲线弯曲的内侧，即电场力向左，所以粒子带负电，其运动方向既可能是由a 到b ，也可能是由b 到a ，故B 、D 正确.。