第七单元电场

1/7第七单元电场本单元是高中物理电磁运动的第一单元，是学习其他电学知识的重要基础，本单元以基本电现象、电荷在电场中受力的基本性质和静电的利用与防范为主要内容。本单元最重要的核心概念是描述电场力性质的电场强度，本单元最重要的核心规律是电荷间的相互作用力与电荷间的距离、电荷电量之间的定性关系，本单元的概念建立以生活为基础，由具体到抽象。在描述电场时，先由实验出发，研究电场力，再逐步抽象，引入电场强度概念。本单元内容的知识综合性比较强，许多地方要与力学知识相联系，因此学习中应注意复习必要的力学知识，提高综合运用力学知识和电学知识的能力，本单元的另一特点是，所涉及的静电知识在生活和生产中有广泛的应用，复习时要特别注意重视概念和规律的实际应用，以贯彻“STS”精神，本单元涉及建模、实验、理想化、比值定义等方法，可以感受这些基本的物理方法。例如本单元的一个核心概念电场强度，就是用两个物理量的比值来定义的，只有明确了这个比值是反映了电场的什么性质，才能很好地理解它的物理意义，同时本单元可以通过静电的利用和防范的具体应用，感悟科学的价值，提高热爱科学的情感。学习要求内容1．电荷量。基元电衙。2．电荷间的相互作用。3．电场。4．电场强度，电场线。5．静电的利用与防范。要求1．知道电荷量，知道基元电荷知道电荷量的概念，知道基元电荷是最小电荷量，e＝1.6×10-19C，知道电荷总量是守恒的。2．理解电荷间的相互作用知道两种电荷，理解电荷间的相互作用力与电荷间的距离、电荷电量之间的定性关系，知道点电荷的概念，通过对点电荷的学习感受建立理想模型的科学方法，3．知道电场知道电荷间的相互作用是通过电场发生的。知道电场是电荷周围空间存在的一种物质，知道电场的基本性质就是对放入其中的电荷有力的作用。4．理解电场强度，知道电场线知道用电场线可以形象地表示电场的方向和强弱，从而感悟建立物理模型的研究方法。认识用比值定义物理量的方法，知道电场强度是描述电场的力的性质的物理量。5．知道静电的利用与防范通过具体事例的学习，增强崇尚科学，造福人类的信念。说明：2/7（1）本单元不涉及电场力做功和电场的能量；（2）在讨论电场力时不要求学习库仑定律；（3）在计算电场强度和电场力时，不要求运用点电荷的电场强度公式，也不要求运用电场的叠加性质。学习指引知识梳理实验指要本单元没有规定必做的学生实验，但教材中的“自主活动”栏目编排了一些要求动手、观察、探究的小实验，学习时要加以关注。应用示例例题1有一固定的点电荷Q，在Q左方30cm处为A点，在Q的右方60cm处为B点，若A点有一个电量q＝1.0×10-9C的负电荷，测出它受到的电场力F为2.0×3/710-5N，方向水平向右，B点则没有电荷，如图7－1所示。（1）求A点的电场强度大小和方向；（2）求电荷Q的符号和所受电场力的大小和方向；（3）如把A点电荷的电量q增大为5q，其他条件不变，求A点的电场强度和该5q电荷受到的电场力；（4）当A点不放电荷时，点电荷Q所在处的电场强度是多少？B点电场强度的方向如何？其大小比A点电场强度大还是小？分析：本题涉及电场强度的概念及用定义式计算点电荷电场强度。解答：（1）已知放入电场中A点的电荷所受的电场力和该电荷所带电量q，由电场强度的定义式可得E＝Fq＝2.0×10-51.0×10-9N/C＝2.0×104N/C，代入电量时可取绝对值，电场强度的方向另行判断，由于负电荷所受电场力的方向跟该点的电场强度方向相反，可知A点的电场强度方向水平向左。（2）由于A点的电场强度方向是水平向左的，因此Q是正电荷。Q受到的电场力与q受到的电场力是一对作用力与反作用力，所以Q受到的电场力的大小也为2.0×10-5N，方向水平向左。（3）由于电场强度的大小只与电场本身性质有关，也就是只与产生该电场的电荷有关，而与放人电场的电荷无关。因此A点的电荷量增大，A点的电场强度不变，仍为2.0×104N/C，方向水平向左。而放入A点的电荷所受电场力除了与A点的电场强度有关外，还与电荷的电量成正比，所以这时5q受到的电场力大小为F'＝5F＝5×2×10-5N＝10-4N。（4）如果A、B两点都不放电荷，电荷Q所受电场力为零，所以电荷Q处的电场强度为零；因为Q是正电荷，所以它在B点产生的电场强度方向水平向右；B点离电荷Q的距离比A点离电荷Q的距离远，所以B点场强比A点电场强度小。例题2关于两点电荷之间相互作用力的大小，正确的说法是（）（A）两点电荷的电量越小，相互作用力越大。（B）两点电荷间距离越大，相互作用力越小。（C）当两点电荷间的距离不变时，点电荷的电量越大，相互作用力越小。（D）当两点电荷的电量不变时，点电荷间的距离越小，相互作用力越大。分析：A选项没有说明对距离的控制。B选项没有说明对电量的控制，都不能得出确定的结论，所以是错误的。C选项控制了变量，但其结论与实验事实相反，也是错误的。D选项既控制了变量，结论也与实验相符，是正确的。解答：D启示：由实验可知，两点电荷之间相互作用力的大小，既与每个点电荷的电量有关，也与两点电荷间的距离有关。我们在讨论与多个交量有关的物理量的大小变化时，必须运用控制变量法，本题不控制变量就判定大小是没有意义的。4/7学习训练第一部分（一）填空题1．由实验可知，当两个点电荷的电量保持不变，而它们的距离变大时，点电荷间的相互作用力将_________（选填“变大”、“变小”或“不变”）；当两个点电荷的距离保持不变，一个点电荷的电量保持不变，而他们的作用力变大时，另一个点电荷的电量将________（选填“变大”、“变小”或“不变”）；当两个点电荷间的距离变小，两个点电荷的电量都变大时，点电荷间的相互作用力将_________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。2．如图所示，a点固定一个带正电的点电荷，在其右侧b点放一带正电、电量q为2.0×10-8C的检验电荷，则检验电荷受到电场力的方向为________（选填“向右”或“向左”）；若检验电荷所受电场力的大小为2.0×10-6N，则b点处场强的大小为_______N/C。3．在___________________________________情况下，带电体可以看成点电荷。4．如图所示是真空中两点电荷P、Q及其周围的电场线，其中Q带正电。（1）根据电场线分布情况，可判断P带_______（选填“正”或“负”）电。（2）A、B是电场中的两点，请在图中画出A点和B点的电场方向。5．如图所示为电场中的三条直电场线，一个点电荷放在A点由静止释放，除电场力外其他力不计，则该电荷一定做_______________运动。（二）单选题6．如图所示为一正点电荷周围的电场线，电场中有A、B、C三点，其中A、B两点距点电荷的距离相等，A、C两点在同一条电场线上，下列说法中正确的是（）（A）A、B两点的电场强度大小相等5/7（B）A、B两点的电场强度方向相同（C）C点的电场强度方向水平向左（D）C点的电场强度比A点的电场强度小7．关于两个点电荷间相互作用的电场力，下列说法中正确的是（）（A）它们是一对作用力与反作用力（B）电量大的点电荷受力大，电量小的点电荷受力小（C）当两个点电荷间距离增大而电量保持不变时，这两个电场力的大小可能不变（D）当第三个点电荷移近它们时，原来两个电荷间相互作用的电场力的大小和方向会发生变化8．A为带电量为＋Q的点电荷，a、b、c、d为位于同一直线的两根电场线上的四点，且Ac＞Ab，Aa＞Ad，如图所示，关于a、b、c、d四点电场强度的大小，正确的说法是（）（A）Ed＞EaEc＞Eb（B）Ea＞EdEb＞Ec（C）Ec＞EaEb＞Ed（D）Eb＞EcEd＞Ea9．在下列单位中，电量的单位是（）（A）μg（B）μC（C）μm（D）μs（三）计算题10．两个质量均为m的小球用不可伸长的、长为l的细线连结，置于某电场中，该电场的电场线分布如图所示，且该区域的电场强度大小均为E。小球1带正电，电量为q1；小球2带负电，电量为－q2（q1＞q2）。将细线拉直并使之与电场方向平行。若将两小球同时从静止状态释放，不计重力及两小球间的静电力，问：（1）释放后两球的加速度是多少？（2）球2到达球1出发时的位置所需时间是多少？第二部分（一）填空题11．利用静电的实例有_____________________________________________；防范静电的方法有_________________________________________________。12．产生静电的设备有_______________________________等；这些设备产生的静电有一个共同的特点，就是________________________________。6/713．在没有其他电荷的空间A、B两点分别放置点电荷Q1与Q2，如图所示，且|Q1|＞|Q2|。若它们所受的电场力大小为F1与F2，A、B两点的场强大小分别为E1与E2，则F1______F2，E1______E2（选填“＞”、“＝”或“＜”）。14．在点电荷Q产生的电场中，距Q为r处的A点有一电量q＝2×10-5C的点电荷，它受到的电场力为1.6×10-3N，则A点电场强度的大小为______N/C。若把q移到离Q的距离为r2的B点，则它在B点受到的电场力的大小_______（选填“大于”、“等于”或“小于”）它在A点受到的电场力的大小。（二）单选题15．在图中实线是一组未标明方向的点电荷电场的电场线，虚线是某一带电粒子通过该区域时的运动轨迹，a、b是轨迹上的两点，若带电粒子在运动中只受电场力的作用，根据此图不能正确判断出（）（A）带电粒子所带电荷的正、负（B）带电粒子在a、b两点的受力方向（C）带电粒子在a、b两点所受电场力哪点较大（D）带电粒子在a、b两点的加速度哪点较大16．如图所示，小球P、Q质量相等，带有同种电荷，电量分别为q1、q2，且q1＞q2。它们分别悬挂在两根同样长的绝缘细线上，两悬点在同一水平面内，两细线与竖直方向的夹角分别为θ1、θ2，则下列结论中正确的是（）（A）θ1＜θ2（B）θ1＝θ2（C）θ1＞θ2（D）以上三种情况均有可能17．某静电场的电场线分布如图所示，图中P、Q两点的电场强度的大小分别用EP和EQ表示，一个重力不计的带电微粒先后放在P、Q两点，获得的加速度分别用aP和aQ表示，则（）（A）EP＞EQ，aP＞aQ（B）EP＜EQ，aP＞aQ（C）EP＜EQ，aP＜aQ（D）EP＞EQ，aP＜aQ（三）计算题7/718．如图所示，一个质量为6.4×10-4kg的带电微粒静止在某电场中，该电场中的电场强度大小均为2×104N/C，电场强度的方向始终竖直向下。问：（1）带电微粒带何种电荷？（2）微粒的带电量多大？相当于多少个电子的电量？（3）若微粒失去1.0×1012个电子，它将以多大加速度运动？运动了0.1m后微粒速度多大？