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(共32张PPT)
第一章 静电场
3.静电场 电场强度和电场线
教学目标
1.知道电荷相互作用是通过静电场发生的
2.理解电场强度的概念和定义
3.能推导点电荷场强的计算公式
4.知道电场叠加求合场强时用平行四边形定则
5.会用电场线描述常见的电场
讨论交流：用手推桌子，手和桌子直接接触；马拉车，套在马身上的绳子和车直接接触。在这些例子中，力都是存在于直接接触的物体之间，这种力叫作接触力。
新课引入
电荷之间的相互作用却可以发生在不接触的带电体之间，那么这个力是怎么产生的呢？
Ａ
Ｂ
+
+
19世纪30年代，法拉第提出：在电荷的周围存在着由它产生的电场，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。
电荷
电荷
电场
电场以及磁场已被证明是客观存在的，场像分子、原子等实物粒子一样具有能量，因而场也是物质存在的一种形式。本章只讨论静止电荷产生的电场，称为静电场。
一、静电场
检验电荷：
用来检验电场是否存在及其研究电场各点的性质的电荷。
场源电荷（源电荷）：
激发电场的带电体所带的电荷。
检验电荷的电荷量和尺寸必须足够小，对场源电荷的分布不产生明显的影响，从而原来的电场不因试探电荷的出现而有明显变化。
电场是在与电荷的相互作用中表现出自己的特性的。在研究电场的性质时，应该将电荷放入电场中，从电荷所受的静电力入手。
二、电场强度
不同电荷量的检验电荷，即使在电场中的同一点，受到的静电力也不相同。
我们推测检验电荷在电场中某点受到的力F很可能与试探电荷的电荷量q成正比。或者说，检验电荷在电场中某点受到的静电力F与它的电荷量q之比是一个常量。
如图所示，在场电荷Q 形成的电场中A 点和B点分别放一检验电荷+q、+2q 、 +3q ，分别计算检验电荷所受的电场力大小和F / q 的比值。
3q
2q
q
F / q
A点电场力 F
检验电荷的电荷量q
Q
q
A
+
F
r
k
Q q
r
2
k
Q
r
2
2k
Q q
r
2
k
Q
r
2
3k
Q q
r
2
k
Q
r
2
3q
2q
q
F / q
B点电场力 F
检验电荷的电荷量q
q
B
F
k
Q q
r
2
1
2k
Q q
r
2
1
3k
Q q
r
2
1
k
Q
r
2
1
k
Q
r
2
1
k
Q
r
2
1
可以看出：放在P点的试探电荷受到的静电力F与它的电荷量q之比，跟该点的试探电荷的电荷量无关，而与产生电场的场源电荷的电荷量Q及P点与场源电荷之间的距离r有关。
Q
q
A
+
F
r
q
B
F
实验表明，无论是点电荷的电场还是其他电场，在电场的不同位置，试探电荷受到的静电力F与它的电荷量q之比一般说来是不一样的。它反映了电场在各点的性质，叫作电场强度。
如图所示，在场电荷Q 形成的电场中A 点和B点分别放一检验电荷+q、+2q 、 +3q ，分别计算检验电荷所受的电场力大小和F / q 的比值。
1.定义：放入电场中某点的电荷所受的静电力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：
3.单位：牛/ 库；即 N/C
4.方向：规定电场中某点的电场强度的方向跟正电荷在该点所受静电力的方向相同。（与负电荷的受力方向相反）
5.电场强度是矢量
6.物理意义：描述电场力的性质的物理量，在静电场中不随时间而变化。
（适用于任何电场）
电场强度
例1：电场中有一点P，下列说法中正确的有（ ）
A.若放在P点的电荷的电量减半，则P点的场强减半
B.若P点没有检验电荷，则P点场强为零
C.P点的场强越大，则同一电荷在P点受到的电场力越大
D.P点的场强方向为放在该点的电荷的受力方向
C
场强由电场本身决定，与检验电荷大小、正负、有无都无关系，场强的方向与正的检验电荷的受力方向一致。
典例分析
例2：如图所示，真空中有一个电荷量为+Q的点电荷位于图中的O点，P点与它的距离为r，请根据库仑定律及场强定义推导出P点场强大小的表达式，并确定P点的场强方向。
根据库仑定律：
典例分析
q
P
+
F
r
+Q
方向为带正电的检验电荷受到的电场力方向，即OP方向
＋
－
2.场强方向：以点电荷Q为球心，当Q为正电荷时电场方向沿半径向外；
当Q为负电荷时电场方向沿半径向内
Q—真空中点电荷的电量
r—某点到点电荷的距离
1.公式：
小结：点电荷场强公式
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。
我们可以用什么方法来形象地描述电场呢？
三、电场线
+
各类典型的电场线分布
匀强电场
电场中各点电场强度的大小相等、方向相同，这种电场叫做匀强电场。
1.电场线总是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.在同一幅图中，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，可以用电场线的疏密程度来表示电场强度的相对大小。
电场线的特点
规律总结
模拟电场线
演示
例3 、 为了确定电场中P点的电场强度大小，用细丝线悬挂一个带负电荷的小球去探测。当球在P点静止后，测出悬线与竖直方向夹角为37°。已知P点场强方向在水平方向上，小球重力为4.0×10-3N。所带电量为0.01C，取sin37°= 0.6，求P点的电场强度的大小和方向？
37 °
P
—
F
mg
F拉
E
解：对小球受力分析
由场强定义式得
方向水平向右
电场强度的叠加：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。
P点的电场强度，等于+Q1在该点产生的电场强度E1与-Q2在该点产生的电场强度E2的矢量和。
如果场源电荷不只是一个点电荷，那么电场强度又是多少呢？
拓展：电场强度的叠加
一个半径为R的均匀带电球体（或球壳）在外部产生的电场，与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相同，球外各点的电场强度：
r>R，Q是整个球体所带的电荷量
拓展：均匀带电球体的电场
例4. 如图所示，在真空中有两个点电荷Q1＝3.0×10－8C和Q2＝－3.0×10－8C，它们相距0.1m。A点与两个点电荷的距离r相等，r＝0.1m。
求电场中A点的场强大小？
解：E＝E1cos 60°＋E2cos 60°
＝2 E1cos 60°
＝
＝2.7×104 N／C
Q1
Q2
A
E1
E2
E
典例分析
例5.一负电荷从电场中A点由静止释放，只受电场力作用，沿电场线运动到B点，它运动的速度—时间图象如图所示．则A、B两点所在区域的电场线分布情况可能是下图中的(　　)
电荷的速度、加速度越来越大，故电荷一定向电场线密集的地方移动，所以A、B错误.
电荷为负电荷，受力应该逆着电场线，故C正确，D错误.
例6.AB和CD为圆上两条相互垂直的直径，圆心为O.将电量分别为＋q和－q的两点电荷放在圆周上，其位置关于AB对称且距离等于圆的半径，如图所示．要使圆心处的电场强度为零，可在圆周上再放一个适当的点电荷Q，则该点电荷(　　)
A．应放在A点，Q＝2q　　
B．应放在B点，Q＝－2q
C．应放在C点，Q＝－q
D．应放在D点，Q＝q
E1
E2
E0
+q
先将＋q、－q在O点产生的场强合成
因为＋q、－q与O点构成等边三角形，可求出合场强E0方向水平向右，大小E0＝E1＝E2，如图所示
要使O点合场强为零，放入的电荷Q在O点产生的场强必与E0等大反向
-q
CD
静电场
客观存在、特殊物质
电场强度
特例
电场的叠加
矢量运算
基本知识点
电场线
不是实际存在的线，只是用来形象地描述电场
匀强电场
电场强度的大小相等，方向相同
课堂小结
1.电场强度的定义式为E=F/q，则（ ）
A.它只适用于点电荷产生的电场
B.无论检验电荷的q值如何变化，F与q的比值对电场中同一点来讲是不变的
C.电场中某点的场强与放在该点的检验电荷所受的电场力成正比
D.场强方向与检验电荷的极性有关
B
适合任何形式的电场
与检验电荷无关，由场源电荷决定
跟踪练习
2.下列关于场强的说法中正确的是 ( )
A.公式E=F/q不只适用于真空中的电场
B.公式E=kQ/r2中的Q是放入电场中的试探电荷的电量
C.在一个以点电荷Q为中心，r为半径的球面上，各处的场强都相同
D.空间某点的电场强度E与放在该处的试探电荷所受的电场力F成正比，与试探电荷的电荷量q成反比
A
3.两个固定的异号点电荷，电量给定但大小不等，用E1和E2分别表示两个点电荷产生的电场强度的大小，则在通过两点电荷的直线上，E1=E2的点 ( )
A.有三个，其中两处合场强为零
B.有三个，其中一处合场强为零
C.只有两个，其中一处合场强为零
D.只有一个，该处合场强不为零
C
4.下列关于电场线的几种说法中，正确的是 ( )
A.沿电场线方向，场强必定越来越小
B.在复杂电场中的电场线是可能相交的
C.点电荷在电场中的运动轨迹一定跟电场线相重合
D.电场线越密的地方，同一检验电荷所受的电场力就越大
D
5.如图所示，带箭头的直线是某一电场中的一条电场线，在这条直线上有a、b两点，用Ea、Eb表示a、b两点电场强度的大小，则( )
A.a、b两点的场强的方向相同
B.电场线是直线，可知Ea=Eb
C.不知a、b附近的电场线分布，故Ea、Eb的大小不能确定
D.电场线从a指向b，所以Ea>Eb
AC
a
b
6.竖直放置的两块足够长的平行金属板间有匀强电场．其电场强度为E，在该匀强电场中，用丝线悬挂质量为m的带电小球，丝线跟竖直方向成θ角时小球恰好平衡，小球与负极板距离为b,如图所示，请问：
(1)小球带电荷量是多少？
(2)若剪断丝线，小球碰到金属板需多长时间？
mg
qE
T
6.竖直放置的两块足够长的平行金属板间有匀强电场．其电场强度为E，在该匀强电场中,用丝线悬挂质量为m的带电小球，丝线跟竖直方向成θ角时小球恰好平衡，小球与负极板距离为b,如图所示，请问：
(1)小球带电荷量是多少？
(2)若剪断丝线，小球碰到金属板需多长时间？
谢谢
大家

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