【正文】 學(xué)案 1 探究電場(chǎng)的力的性質(zhì) [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 ] ，并會(huì)進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算 .場(chǎng)，并熟記幾種常見電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布特征 .． 一、電場(chǎng) 19 世紀(jì) 30 年代，法拉第在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上認(rèn)為電荷周圍存在著由它產(chǎn)生的電場(chǎng)，其基本性質(zhì)是能夠?qū)Ψ湃肫渲械碾姾捎辛Φ淖饔?，這個(gè)力叫做電場(chǎng)力． 二、怎樣描述電場(chǎng) 1．電場(chǎng)中某點(diǎn)的電荷所受到的電場(chǎng)力 F 跟它的電荷量 q的比值叫做電場(chǎng)在該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱 場(chǎng)強(qiáng)，用 E 表示，即 E＝ Fq. 2．真空中點(diǎn)電荷周圍形成的電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度公式為： E＝ kQr2，其中 k 是靜電力常量， Q 是場(chǎng)源電荷的電荷量， r 是場(chǎng)點(diǎn)離開場(chǎng)源電荷 Q 的距離． 3．電場(chǎng)線是在電場(chǎng)中畫出的一些有方向的曲線，曲線上每一點(diǎn)的切線方向都表示該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向，電場(chǎng)線的疏密程度表示空間各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的大小．應(yīng)該注意，電場(chǎng)線不是 (填 “是 ”或 “不是 ”)實(shí)際存在的線，而是形象地描述電場(chǎng)的假想的線． 4．電場(chǎng)的疊加原理：許多點(diǎn)電荷在某點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)，等于各點(diǎn)電荷的電場(chǎng)在該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的矢量和． 一、電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度 [問題設(shè)計(jì) ] 1．在空間中有一電場(chǎng)，把一帶電荷量為 q的試探電荷放在電場(chǎng)中的 A點(diǎn)，該電荷受到的靜電力為 2q 的點(diǎn)電荷放在 A點(diǎn)，則它受到的靜電力為多少？若把帶電荷量為 nq 的點(diǎn)電荷放在該點(diǎn)，它受到的靜電力為多少？ 答案 2F nF 2．結(jié)合問題設(shè)計(jì) 1思考電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)受到的靜電力 F與電荷所帶電荷量 q 有何關(guān)系？ 答案 F 與 q 成正比，即 F 與 q 的比值為定值． [要點(diǎn)提煉 ] 電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式是 E＝ F/q，它是表示電場(chǎng)的強(qiáng) 弱和方向的物理量． 1．電場(chǎng)強(qiáng)度的唯一性：決定于電場(chǎng)本身，與是否放入試探電荷、放入電荷的電性、電荷量的多少均無關(guān) (填 “有關(guān) ”或 “無關(guān) ”)． 2．電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量性：電場(chǎng)強(qiáng)度的方向與在該點(diǎn)的正電荷所受靜電力的方向相同，與負(fù)電荷的受力方向相反．所以比較電場(chǎng)強(qiáng)度是否相同時(shí)，一定要考慮大小和方向兩個(gè)因素． [延伸思考 ] 電場(chǎng)強(qiáng)度是比值法定義的物理量．比值法定義的特點(diǎn)是什么？請(qǐng)結(jié)合密度 ρ＝mV、電阻 R＝UI的公式加以說明． 答案 比值法定義的特點(diǎn)是被定義的物理量與作比值的兩個(gè)量無 關(guān)，只取決于物質(zhì)、電阻、電場(chǎng)本身的性質(zhì)． 二、點(diǎn)電荷的電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加 [問題設(shè)計(jì) ] 1所示，在正點(diǎn)電荷 Q 的電場(chǎng)中有一試探電荷 q，已知 q 到 Q 的距離為 r， Q 對(duì) q 的作用力是多大？ Q 在 q 所在位置產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度是多大？方向如何？ 圖 1 答案 根據(jù)庫(kù)侖定律有 F＝ kQqr2 ，所以 Q 在 q 所在位置產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為 E＝ Fq＝ kQr2，方向沿 Qq 的連線由 Q 指向 q. 2．如果再有一正點(diǎn)電荷 Q′＝ Q，放在如圖 2 所示的位置， q 所在位置的電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度多大？ 圖 2 答案 如圖所示， Q、 Q′分別對(duì) q有力的作用， q 所受的靜電力為兩個(gè)力的合力 F＝ F21＋ F2＝ 2kQqr2 . 所以 q 所在位置的電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為 E＝ Fq＝ 2kQr2. [要點(diǎn)提煉 ] 1．點(diǎn)電荷電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)： (1)公式 E＝ kQr2，適用條件：真空中的點(diǎn)電荷． (2)方向：沿某點(diǎn)和 Q的連線， Q 為正電荷時(shí)，沿連線向外， Q 為負(fù)電荷時(shí)，沿連線向里．如果以 Q為中心， r 為半徑作一球面，則球面上各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等．當(dāng) Q 為正電荷時(shí)， E 的方向沿半徑向外；當(dāng) Q 為負(fù)電荷時(shí)， E 的方向沿半徑向里． 2．場(chǎng)強(qiáng)是矢量，當(dāng)空間存在多個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)時(shí)，電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和． 三、電場(chǎng)線 勻強(qiáng)電場(chǎng) [問題設(shè)計(jì) ] 1．電場(chǎng)線是如何表示電場(chǎng)方向和強(qiáng)弱的？ 答案 在電場(chǎng)中，某點(diǎn)電場(chǎng)線的切線方向表示該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向；電場(chǎng)線的疏密表 示電場(chǎng)強(qiáng)度的相對(duì)大小，電場(chǎng)強(qiáng)度較大的地方電場(chǎng)線較密，反之較疏． 2．電場(chǎng)線是真實(shí)存在的嗎？能不能相交？ 答案 不是．如果相交，則在同一點(diǎn)的切線方向有兩個(gè)，電場(chǎng)強(qiáng)度的方向也有兩個(gè)，這與電場(chǎng)強(qiáng)度的方向只有一個(gè)相矛盾，所以不可能． [要點(diǎn)提煉 ] 1．電場(chǎng)線的特點(diǎn)有： (1)起始于無限遠(yuǎn)或正電荷，終止于負(fù)電荷或無限遠(yuǎn)． (2)任意兩條電場(chǎng)線不相交． (3)在同一幅圖中，電場(chǎng)線的疏密表示場(chǎng)強(qiáng)