高二物理电场2

第11单元：电场我们根据教学基础和教材特点，把本章内容划分为两个部分：第一部分为“电场的基础知识”，涉及的教材主要是——电场强度、电势差和电势、电容器的电容。

这部分知识在高二物理的必修教材中已大部分学习过，在高三选修教材中主要是对学过的知识进行加深、补充和提高。

这是我们本章第一单元所要讨论的内容。

第二部分为“力——电综合能力的培养”，涉及的教材主要——带电粒子在匀强电场中的运动。

这是高二必修教材中没有讲过的内容。

通过这部分的理论联系实际的练习，将会提高学生的分析综合能力。

这是我们在本章第二单元将要讨论的内容。

第一单元 电场强度、电势、电容一、教法建议抛砖引玉由于本单元的主要知识在高二物理中已经学过，所以我们建议按下列两个步骤进行教学。

第一步：通过对比阅读，指导学生找出本单元的基本知识和补充提高的内容，并重点讲授。

教师在本单元授课之前，预先通知学生上课时不但要带来高三物理课本，也是把过去学过的高二物理课本同时带来。

上课时，教师指导学生对比阅读高二物理第一章和高三物理第六章，并要求学生找出——这两章共有的基础知识和规律；高三物理补充增加的新知识。

（注：教师若感觉授课时间紧张，也可以把课堂阅读改为课前的预习作业。

）在学生对比阅读以后，教师以“提问→总结→板书”的过程，完成本单元的知识教学。

附：需要总结出的内容（限于篇幅，我们在此只列出条目，不重述课本中已阐明的知识了。

）高二和高三的“电场”一章中共有的内容——电荷间的相互作用、库化定律：电场强度、电力线；电势差；电场力做功、电势能；电容器、电容。

高三物理在“电场”一章中增补的新知识——电荷守恒定律；电场的叠加；电场中的导体；电势、等势面；匀强电场中电势差跟电场度的关系；电容器的连接。

此外还有：带电粒子在匀强电场中的运动、示波管（这部分内容属于第二单元讨论）。

（为课本中选学符号） 第二步：通过解题，加深知识的理解、提高应用的能力。

通过前一步骤的学习，已使学生了解到：高三再次讲述“电场”知识，并不是简单地重复，而是系统地补充和提高。

补充和提高，不能仅限于多学到一些知识更重要的是提高分析、解决问题的能力。

因此，在掌握了知识以后，还要作一些例题和习题，除了课本已有的，我们还在“学海导航”和“智能显示”中提供一些，请教师参考、供学生练习。

指点迷津1．“基本电荷”与“点电荷”有什么区别这是两个完全不同的概念，不能混淆，现分别说明如下：“基本电荷”有确切的数值，其绝对值为×10-19库（这是取两位有效数字时的数值，在中学解题时常用）。

它是电子或质子所带电量的绝对值（质子为正值，电子为负值）。

在过去的物理研究中，认为物体所带电荷的量值是不连续的，物体所带的电量总是“基本电荷”的整数倍。

但是在近代高能物理的研究中，一些物理家曾提出“层子”（夸克）所带的电量可能是基本电荷的3231或，不过这方面的理论尚未成熟。

目前只要求中学知道——电子或质子的电量等于“基本电荷”的绝对值。

“点电荷”是一种理想化的模型，它是模仿力学的“质点”概念而建立的。

严格理想化的点电荷应是一个带电的“几何点”，但这是不存在的。

所以通常是把——带电体间的距离比它们自身形体大得多，以致带电体的形状和大小相互作用力的影响可以忽略不计时，这样的带电体就可以看成是“点电荷”。

点电荷所带的电量既不是基本电荷，也不一定是电量很小，在2r kQE 中的场源点电荷Q 的电量也有可能是很大的。

2．处于电场中的导体都有哪些性质在课本中是比较分散地先后全面地讲述了处于电场中导体的各种性质的。

在讲过全章以后，教师指导学生总结归纳为简明的几条知识，对于理解和记忆都是有益的。

处于电场中的导体会发生静电感应现象——金属导体内部的自由电子受到电场力的作用而向电场反方向做定向移动，会使导体两端分别分布正、负电荷。

（注：金属导体正电荷是正离子，负电荷是自由电子。

）处于静电平衡状态的导体，内部的场强必定处处为零。

处于静止平衡状态下的带电导体，净电荷只分布在导体的外表面上，导体内部没有净电荷。

处于静电平衡状态的导体是个等势体，导体表面是个等势面。

处于静电平衡状态的导体表面上任何一点的场强都垂直于该点的表面。

（因为等势面与场强方向垂直）3．“电场力做功”与“电势能变化”有什么关系电场力对电荷做正功→电荷的电势能减少→电势能转化成其它形式的能。

电场力对电荷做负功→电荷的电势能增加→其它形式的能转化成电热能。

（注：电场力对电荷做负功也可称为电荷克服电场力做功）为了便于记住上述知识，可参阅下表：电势能的变化量（增加或减少）等于电场力所做的功（负功或正功），它们的数学表达形式为：Δε=W式中Δε表示电势能的变化量，W 表示电场力所作的功，若将W=qU 代入，则：Δε=qU最后提醒同学们注意——正功对应电势能减少；负功对应电势能增加。

（要从物理过程中理解，不要死记硬背。

）二、学海导航思维基础例题1：把一个架在绝缘支座上的导体放在负电荷形成的电场中，导体外于静电平衡时，导体表面上感应电荷的分布，如图6-1所示，这时导体（A ）A 端的电势比B 端的电势高。

（B ）A 端的电势比B 端的电势低。

（C ）A 端的电势可能比B 端的电势高，也可能比B 端的电势低。

（D ）A 端的电势与B 端的电势相等。

图 6-1答 [ ]思维基础：解答本题只要求学生在理解的基础上熟记“电场中的导体”的各项性质。

解题思路：处于静电平衡状态的导体是个等势体，导体表面是个等势面。

答：[D]例题2：如图6-2所示：Q 是带正电的点电荷，P 1和P 2为其电场中的两点。

若E 1、E 2为P 1、P 2两点的电场强度的大小，U 1、U 2为P 1、P 2两点的电势，则：（A ）E 1<E 2 ,U 1>U 2 （B ）E 1>E 2 ,U 1<U 2（C ）E 1>E 2 ,U 1>U 2 （D ）E 1<E 2 ,U 1<U 2答[ ] 思维基础：这是一个检查学生对电场知识理解和记忆情况的选择题。

要求掌握下列知识：1．带正电的点电荷的电场的电力线分布的状况——疏密和方向。

2．电力线的疏密与电场强度大小的关系——场强越大的地方电力线越密，场强越小的地方电力线越稀疏。

3．沿着电力线的方向电势越来越低，电力线的方向总是由电势高的等势面指向电势低的等势面。

解题思路：如图6-3所示的是正点电荷所形成的电场的电力线分布状况。

距正电荷越近的地方电力线越密，因此距正电荷越近的地方电场强度越大，对于本题则应是E 1>E 2。

正点电荷所形成的电场的电力线的方向是向外放射的，根据“沿着电力的方向电势越来越低”可知本题应为U 1>U 2。

同时满足这两个条件的选项就是正确的答案。

答案：[ C ]解题后的思考：本题虽然只画了一条虚线即不能反映电力线分布的疏密，也不能表现电力线的方向，但是我们在考虑问题时，应以带正电的点电荷Q 为中心画出其电力线（如果对此知识很熟，则不必真正画出，只要想到即可。

）于是就顺利地选出正确答案了。

同学们还可再想想：如果Q 是带负电的点电荷，那么哪个选项应是正确答案学法指要例题3：图6-4中A 、B 、C 、D 是匀强电场中一正方形的四个顶点。

已知A 、B 、C 三点的电热分别为U A =15V ，U B =3V ，U C =-3V 。

求：D 点的电势U D =启发性问题：1．什么是“等势面”2．在匀强电场中的等势面是什么形式分布的3．A 、C 两点电势差U AC =B 、C 两点电势差U BC =4．你能画出通过B 点的“等势线”吗你能画出通过D 点的“等势线”吗5．通过上列的四个启发性问题，你能想到解答本题的基本思路吗分析与说明：1．电场中电势相同的各点构成的面叫做“等势面”。

只要知道某一等势面上任一点的电势大小，也就知道了该等势面上其它各点的电势了。

（请你思考：什么是“等势线”）2．在匀强电场中各个等势面是彼此平行的平面，间距相等的等势面的电势差是相等的（这可以根据U=Ed 推论出）。

3．U AC =U A -U C =15V-（-3V ）=18V图 6-2图 6-3 图 6-4U BC =U B -U C =3V-（-3V ）=6V4．只要能找出与B 点电势相等的另一个点，我们将该点与B 点连接，这条线就是通过B 点的“等势线”，再过D 点做一个与这条直线平行的直线，就是通过D 点的等势线。

5．在解答本题时，先想办法画出通过D 点的等势线，然后再求出此线上某点的电势，也就知道D 点的电势了。

求解过程：如图6-5所示：在A 、C 连线上，我们取EC=AC 31。

由于在匀强电场中电势差是随距离均匀分布的，所以AC EC U U 31=。

在前面“分析与说明”中，我们已求出U AC =18V ，则：V V U U AC EC 6183131=⨯== ∵C E EC U U U -=∴C EC E U U U +=将已知的U EC =6V 和U C =-3V 代入上式：)33(6V V V U E =-+=∵V U U B E 3==∴BE （及其延长线）是“等势线”。

过D 点作与BE 的平行线DF （即DF ∥BE ），根据平面几何知识可以证明ADF ∆≌CBE ∆ 则对应边相等，即AF=EC ，又因AC EC 31=∴AC AF 31=则V V U U AC AF 6183131=⨯==∵F A AF U U U -=∴V V V U U U AF A F 9615=-=-=前面已证明BE 是“等势线”，而且DF ∥BE ，所以DF 也是“等势线”。

（在分析与说明中已经讲过）∵D 和F 是同一“等势线”上的点∴V U U F D 9==答：D 点的电势V U D 9=。

思维体操例题4：如图6-6所示的电路中，直流电源的电压U=18，电容器A 和B 的电容分别为C A =20微法和C B =10微法。

开始时，单刀双掷开关K 是断开的，A 和B 都不带电。

求：（1）把K 扳到位置1，A 的带电量C A =（2）然后把K 从位置1换接到位置2，则B 的带电量 C B =（3）再把K 扳到位置1，使A 充电，然后把K 换接到位置2，则B 的带电量变为Q?B =“准备活动”（解题所需的知识与技能）：1．本题虽然只涉及“电容”的知识，但因在往复扳动电键K 时的充电和放电，以及电路的变化，而成为一个灵活性较强的小难题。

图 6-5图 6-62．解答本题所用的基本关系式为UQ C = 3．需要掌握电容器并联的性质。

在本题中电键K 接到位置2时，其总电容C 并=C A +C B 其总电量先后为Q 并=C A ，Q?并=Q A +Q B“体操表演”（解题的过程）：（1） 把K 扳到位置1，是对电容器A 充电，根据电容器的电容公式UQ C =可以导出下式：Q A =C A U统一单位，将Q A =20微法=20×10-6法、U=18伏代入上式可得：Q A =×10-5×18=×10-4 (库)答：电容器A 的带电量Q A =×10-4（库）（2）把K 从位置1换接到位置2时，两电容器并联，其总电容C 并为：C 并=C A +C B =×10-5+1. 0×10-5=3. 0×10-5(法)因为电容器B 原来不带电，所以此时两电容器并联所带的总电量 应为：Q 并=Q A =×10-4库根据电容器的电容公式可以导出此状态时的电压 的计算式，并代值求解： )(12100.3106.354伏并并并=⨯⨯=--C Q U 再根据电容器的电容公式可以导出此状态时电容器B 所带电量 的计算式，并代值求解：)(02.112101045库并--⨯=⨯⨯==Q Q Q B B（注：电容器并联时的总电压等于每个电容器的电压，即B A U U U ==并）答：K 换接到位置2时，电容器B 的带电量Q B =×10-4库请你思考：此时电容器A 的带电量是多少（3）再把K 扳到位置1，使A 充电，则A 的电量仍可恢复到Q A =×10-4库。