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(共56张PPT)
3　电场　电场强度
素养 目标定位
目标素养
1.知道电荷间的相互作用是通过电场发生的,知道电场是客观存在的一种特殊的物质形态
2.理解电场强度的概念及其定义式,并会进行有关计算;知道电场强度是矢量,知道其方向是如何规定的
3.能根据库仑定律和电场强度的定义式推导点电荷电场强度的计算式,并会进行相关计算
4.知道电场叠加的原理,并会进行相应的计算
5.理解电场线的特点,能根据电场线的疏密程度判断电场强度的大小
6.知道匀强电场的特点
知识概览
课前 基础认知
一、电场
1.电场的产生:英国科学家法拉第认为,在电荷的周围存在着由它产生的电场。
2.基本性质:电场对放入其中的电荷产生力的作用。
3.电荷间的相互作用:
电荷之间通过电场相互作用。
4.电场和磁场是一种客观存在的特殊物质,也有能量。场与实物是物质存在的两种不同形式。
5.静电场:静止电荷产生的电场。
微思考1(1)用带电的梳子靠近从水龙头流出的细水流,水流的方向为什么会发生改变
(2)两个电荷通过什么发生相互作用
提示:(1)带电体吸引轻小物体。(2)电场。
二、电场强度
1.试探电荷:放入电场中探测电场性质的电荷 。
特点:(1)电荷量和体积都很小;(2)可以看作点电荷。
2.场源电荷:激发电场的带电体所带的电荷,叫作场源电荷,或源电荷。
3.电场强度。
(1)定义:放入电场中的试探电荷所受的静电力跟它的电荷量之比,它反映了电场在各点的性质,叫作电场强度。
(2)公式: 。
(3)单位:牛每库,符号为N/C。
(4)电场强度是矢量。物理学中规定,电场中某点的电场强度的方向与正电荷在该点所受的静电力的方向相同。
(5)物理意义:描述电场强弱和方向。
(6)大小决定因素:某点的电场强度的大小及方向取决于电场本身(即场源电荷与位置),与试探电荷的正负、电荷量的大小、有无及受到的静电力均无关。
微判断1 (1)放在电场中P点的试探电荷的电荷量减半,则P点的电场强度减半。(　　)
(2)在电场中P点没有试探电荷,则P点的电场强度为零。(　　)
(3)由电场强度的公式 可知,E与F成正比,与q成反比。
(　　)
(4)电场中P点的电场强度方向为试探电荷在该点的受力方向。
(　　)
×
×
×
×
三、点电荷的电场　电场强度的叠加
1.点电荷的电场。
(1)点电荷电场强度的公式:
(2)方向:如果以Q为中心作一个球面,若Q为正电荷时,电场强度E的方向沿半径向外;若Q为负电荷时,电场强度E的方向沿半径向内。
2.电场强度的叠加。
(1)电场强度的叠加:电场中某点的电场强度等于各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。这叫作电场强度的叠加。
(2)带电球体或带电球壳:一个半径为R的均匀带电球体(或球壳)在球的外部产生的电场,与一个位于球心、
电荷量相等的点电荷在同一点产生的电场
相同,即 ,式中的r是球心到该点的
距离(r>R),Q为整个球体的电荷量。
(3)在一个以点电荷Q为中心、r为半径的球面上,各处的电场强度都相同。(　　)
(4)试探电荷不产生电场。(　　)
√
×
×
×
四、电场线
1.定义: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。
2.特点:
(1)静电场中电场线从正电荷或无限远出发,终止于无限远或
负电荷,是不闭合曲线。
(2)电场线在电场中不相交,因为电场中任意一点的电场强度方向具有唯一性。
(3)在同一幅图中,电场线越密的地方电场强度越大。
(4)电场线不是实际存在的线,而是为了形象地描述电场而假想的线。
微思考2 下图为一条水平向右的电场线,由此能确定a、b、c三点的电场强度方向吗 能否判断三点的电场强度的大小 为什么
提示:能确定a、b、c三点的电场强度的方向,均为水平向右。不能判断a、b、c三点电场强度的大小,由于该条电场线附近的电场线分布情况未知,可有多种情况,例如:
五、匀强电场
1.定义:电场强度的大小相等、方向相同的电场。
2.电场线特点:匀强电场的电场线是间隔相等的平行线。
3.实例:两块等大、靠得很近、正对的平行金属板,带等量异种电荷时,它们之间的电场除边缘外可以看作匀强电场。
微判断3 在下列各静电场的电场线分布图中,有的可能存在,
有的不可能存在,请在可能存在的下面括弧中打“√”,在不可能存在的下面括弧中打“×”。
√
√
√
×
课堂 重难突破
一 对电场强度的理解
问题探究
如图所示,把同一试探电荷放在电场中的不同位置,细绳的偏移方向不同,细绳与竖直方向的夹角也不同,离场源电荷越远,夹角越小。
探究1:上述现象说明什么
探究2:用什么物理量表征电场的强弱
探究3:同一位置,放入不同的试探电荷,试探电荷受力越大,则该位置电场强度越强吗
提示:探究1:该试探电荷在不同位置所受的静电力的大小和方向不相同,这说明各点的电场的强弱和方向不相同。
探究2:电场强度。
探究3:不是,E与F无关,E与试探电荷q无关。
归纳总结
1.电场强度的性质。
矢量性 电场强度E是表示静电力的性质的一个物理量,规定正电荷受力方向为该点电场强度的方向
唯一性 电场中某一点的电场强度E是唯一的,它的大小和方向与放入该点的电荷q无关,它决定于形成电场的电荷
(场源电荷)及空间位置
叠加性 如果有几个静止电荷在空间同时产生电场,那么空间某点的电场强度是各场源电荷单独存在时在该点所产生的电场强度的矢量和
2.静电力与电场强度的区别与联系。
物理量 静电力 电场强度
区别 物理意义 电荷在电场中所受的力 描述电场的性质
决定因素 由电场和电荷共同决定 由电场本身决定
大小 F=Eq
方向 正电荷受静电力方向与E同向,负电荷受静电力方向与E反向 由电场本身决定,且与正电荷所受静电力方向相同
单位 N N/C(或V/m)
联系 F=qE(普遍适用)
【例2】 如图所示,在一带负电的导体A附近有一点B,如在B处放置一个电荷量为-2.0×10-8 C的点电荷q1,测出其受到的静电力F1大小为4.0×10-6 N,方向如图所示。
(1)B处电场强度是多大 方向是怎样的
(2)拿走q1后,B处的电场强度是多大
(3)如果换用一个电荷量为4.0×10-7 C的点电荷q2放在B点,此时B处的电场强度是多大 方向是怎样的 电荷q2受力如何
二 点电荷的电场　电场强度的叠加
问题探究
如图甲所示,在正点电荷Q的电场中有一试探电荷q放于P点,已知P点到Q的距离为r。
探究1:Q对q的作用力是多大
探究2:Q在P点产生的电场的电场强度是多大
方向如何
探究3:如果再有一正点电荷Q'=Q,放在如图
乙所示的位置,P点的电场强度多大
甲
乙
提示:探究1:根据库仑定律有
探究2:Q在q所在位置产生的电场的电场强度为 ,方向沿Q与q的连线由Q指向q。
探究3:如图所示,P点的电场强度为Q、Q'单独在P点产生的电场强度的矢量和。
归纳总结
公式
本质区别 定义式 决定式
适用范围 一切电场 真空中静止点电荷的电场
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 E的大小与F、q的大小无关 E的大小与Q成正比
2.电场强度的叠加。
(1)电场强度是矢量,当空间的电场由多个电荷共同产生时,计算空间某点的电场强度时,应先分析每个电荷单独在该点所产生的电场强度的大小和方向,再根据平行四边形定则求合电场强度的大小和方向。
(2)比较大的带电体产生的电场,可以把带电体分解为若干小块,每一个小块看作一个点电荷,用电场叠加的方法计算。
典型例题
【例3】 如图所示,a、b、c、d分别是一个菱形(竖直放置)的四个顶点,∠abc=120°。O点为菱形对角线的交点,现将三个电荷量均为+Q的点电荷分别固定在a、b、c三个顶点上,下列说法正确的是(　　)
A.d点的电场强度大于O点的电场强度
B.d点的电场强度等于O点的电场强度
C.d点电场强度的方向由O指向d
D.O点电场强度的方向由d指向O
答案:C
三 电场线的理解及应用
问题探究
电场线的形状可以用实验来模拟。针状结晶或头发碎屑悬浮在蓖麻油里,加上电场,碎屑就按电场强度的方向排列起来,显示出电场线的分布情况。如图所示,演示了点电荷与平行金属板间电场线的分布。
探究1:这个实验是否说明电场线是实际存在的
探究2:能否根据电场线判断某点电场强度的强弱与方向
探究3:能否根据电场线判断电荷在电场中某点受到的静电力的大小与方向
提示:探究1:不是。只是形象演示了电场线。
探究2:能。电场线密的地方电场强度强,疏的地方电场强度弱。电场线的切线方向表示该点电场强度的方向。
探究3:能。根据电场线判断出该点电场强度的强弱和方向,再由电荷量和电性判断所受静电力大小和方向。
归纳总结
1.常见的几种电场线。
(1)孤立的正、负点电荷的电场线。
比较项 正点电荷 负点电荷
电场线
形状

电场特点 ①离点电荷越近,电场线越密集,电场强度越强
②以点电荷为中心的球面上各点,电场线处处与球面垂直;电场强度大小处处相等,方向各不相同
电场方向 由正点电荷指向无穷远 由无穷远指向负点电荷
(2)两点电荷的电场线。
比较项 等量同种点电荷 等量异种点电荷
电场线图示

连线中点O处的电场强度 为零 中垂线上最大连线上最小
比较项 等量同种点电荷 等量异种点电荷
由O沿中垂线向外电场强度的变化 先增大后减小 逐渐减小
关于O点对称的两点A与A’、B与B’处电场强度的关系 等大、反向 等大、同向
注意: 不等量的电荷,靠近电荷量大的一侧电场线密度大,如图甲、乙所示(其中Q1>Q2)。
甲
乙
(3)点电荷与导体形成的电场中的电场线分布如图所示。它是一个关于垂直于导体且过点电荷的直线对称的立体图,其特点为导体表面的电场线一定垂直于导体表面,所以在导体表面移动点电荷时,静电力不做功。
(4)匀强电场。
2.带电粒子的运动轨迹与电场线重合的条件。
(1)电场线是直线。
(2)带电粒子只受静电力作用,若还受其他力,则其他力的合力为零或合力方向沿电场线所在直线。
(3)带电粒子初速度为零或初速度方向沿电场线所在的直线。
典型例题
【例4】 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
答案:C
解析:电场线的疏密表示电场强度的大小,由题图可知EB>ED>EC,故选项C正确,A错误。由于电场线是曲线,由A点静止释放的试探电荷+q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点的切线不平行,故选项D错误。
成果验收站
1.电场中有一点P,下列说法正确的是(　　)
A.若放在P点电荷的电荷量减半,则P点的电场强度减半
B.若P点没有试探电荷,则P点电场强度为零
C.P点电场强度越大,则同一电荷在P点所受静电力越大
D.P点的电场强度方向为该点的电荷的受力方向
答案:C
2.如图所示,真空中有三个点电荷固定在同一直线上,电荷量分别为Q1、Q2和Q3,P点和三个点电荷的连线与点电荷所在直线的夹角分别为90°、60°和30°。若P点处的电场强度为零,q>0,则三个点电荷的电荷量可能为(　　)
答案:D
解析:根据电场强度的矢量性可知,要使P点的电场强度为零,三个点电荷不可能是同种电性,选项A、B错误。根据矢量叠加特点知Q1与Q3在P点的合电场强度与Q2在P点的电场强度大小相等、方向相反,由几何关系知,Q2与P点连线平分Q1与P点连线和Q3与P点连线的夹角,故Q1、Q3在P点的电场强度应大小相等,选项C错误,D正确。
3.法拉第首先提出用电场线形象生动地描绘电场,右图为点电荷a、b所形成电场的电场线分布图,以下几种说法正确的是(　　)
A.a、b为异种电荷,a的电荷量小于b的电荷量
B.a、b为异种电荷,a的电荷量大于b的电荷量
C.a、b为同种电荷,a的电荷量大于b的电荷量
D.a、b为同种电荷,a的电荷量小于b的电荷量
答案:A
解析:电场线是从正电荷出发,负电荷终止,由电场线的分布图可知a、b为异种电荷;又由公式 ,可知场源电荷的电荷量越大,距离场源电荷相同距离的位置电场强度越大,电场线越密;由题图可知b处电场线密,a处电场线稀疏,故Qb>Qa,选项B、C、D错误,A正确。
4.(多选)在如图所示的四种电场中,分别标记有a、b两点。其中a、b两点电场强度方向相同的是(　　)
答案:BD
解析:A选项中,与点电荷等间距的a、b两点,电场强度大小相等,方向不同,选项A错误。B选项中,根据等量异种点电荷电场线的特点及对称性可判断,b点和a点电场强度大小相等、方向相同,选项B正确。C选项中,等量同种点电荷连线的中垂线上与连线等距的a、b两点,电场强度大小相等,方向相反,选项C错误。D选项中,根据电场线的疏密程度可判断,b点的电场强度大于a点的电场强度,方向相同,选项D正确。
5.(多选)用电场线能很直观、很方便地比较电场中各点电场强度的强弱,图甲是等量异种点电荷形成电场的电场线,图乙是场中的一些点:O是电荷连线的中点,E、F是连线的中垂线上关于O点对称的两点,B、C和A、D也关于O点对称,则(　　)
A.B、C两点电场强度大小相等,方向相同
B.A、D两点电场强度大小相等,方向相反
C.E、O、F三点比较,O点电场强度最强
D.B、O、C三点比较,O点电场强度最强
甲
乙
答案:AC
解析:根据等量异种点电荷电场的分布情况可知,B、C两点对称分布,电场强度大小相等,方向相同,选项A正确。根据对称性可知,A、D两处电场线疏密程度相同,A、D两点电场强度大小相等,方向相同,选项B错误。E、O、F三点中O点电场强度最强,选项C正确。B、O、C三点比较,O点电场强度最小,选项D错误。

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