高中物理 第一章 电场 第三节 电场强度课件 粤教版选修3-1_图文

第一章

电场

第三节 电场强度











1.知道电荷间的相互 作用是通过电场发生 的. 2.理解电场强度、知 道电场强度是矢量及 方向的规定. 3.了解常见的电场. 4.知道电场线及特点.

重点

点 难 点 1.电场强度的理解. 2.电场线及其特点. 1.电场强度定义式 及决定式的区分 与应用. 2.几种常见电场的 电场线特点.

难点

知识点一 电场及电场的描述 提炼知识 1.电场:电荷之间的相互作用是通过特殊形式的物
电场 发生的,电荷的周围都存在______ 电场 . 质——______

电荷 有力的作用. 2. 电场的基本性质: 对放入其中的_____ 电场性质的电荷称为 3.试探电荷:放入电场中探测_________ 足够小,将它放进电场 试探电荷.试探电荷的电荷量应_______

原有电场 的分布. 后不会影响__________

4.电场强度. (1) 定 义 : 放 入 电 场 中 某 一 点 的 试 探 电 荷 所 受 的
电场力的大小与它的电荷量 的大小的比值. ____________________________

F E= q (2)定义式:______.
N/C . (3)单位:牛每库,符号______ 矢量 ,规定某点电场强度的 (4)方向:电场强度是______ 相同 . 方向跟正电荷在该点所受电场力的方向______ 负电荷在

电场中某点所受的电场力的方向跟该点电场强度的方向 ______ 相反 .
大小 和______ 方向 都 5.匀强电场:电场中各点的场强______

相同.

判断正误 (1)电场看不见摸不着,所以它是不存在的,是人 们假想出来的.(×) (2)电场是一种特殊物质,是客观存在的.(√) (3)电场强度反映了电场力的性质.(√)

小试身手 1.下面关于电场的叙述不正确的是( )

A.两个未接触的电荷发生了相互作用,一定是电场 引起的 B.只有电荷发生相互作用时才产生电场 C.只要有电荷存在,其周围就存在电场 D.A 电荷受到 B 电荷的作用,是 B 电荷的电场对 A 电荷的作用

解析:带电体周围都会存在电场,只要有电荷存在, 其周围就存在电场;电荷间的相互作用是通过电场发生 的,故不正确的是 B. 答案:B

知识点二 点电荷的电场及 电场的叠加原理 提炼知识 1.真空中点电荷的场强.
Q E=k 2 r . (1)大小:________

(2)方向:若 Q 为正电荷,在电场中的 P 点,场强方
Q指向P ; P指向Q . 向由_________ 若 Q 为负电荷, 场强方向由__________

2.电场强度的叠加:如果场源电荷是多个点电荷, 则电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生
矢量和 . 的电场强度的__________

判断正误 (1)以点电荷为球心的球面上各点电场强度处处相 同.(×) Q (2)E=k 2适用于真空中的点电荷.(√) r F Q (3)公式 E= q 与公式 E=k 2中 q 与 Q 含义不同.(√) r

小试身手 2.关于电场强度 E,下列说法不正确的是( )

F A.根据公式 E= q ,E 跟检验电荷的电荷量 q 成反 比 Q B.根据公式 E=k 2,E 跟场源电荷的电荷量 Q 成正 r 比

F C.根据公式 E= ,F 跟检验电荷的电荷量 q 成正 q 比 q1q2 q1 D.根据公式 F=k 2 ,k 2 就是 q1 在 q2 处的场强 r r

解析: 电场强度的大小和方向与放入该点电荷 q 的正 负、电荷多少和有无等因素都无关,由场源电荷和位置决 定, 电场强度的大小等于试探电荷所受电场力和它的电荷 量的比值,所以 A 错误、C 正确;

Q 点电荷的场强 E=k 2是场源电荷 Q 在 r 处的场强, r 场强与场源电荷的电荷量 Q 成正比,B、D 正确. 答案:A

知识点三 电场线 提炼知识 1.电场线定义:在电场中画出一些曲线,使曲线上
切线方向都跟该点的电场方向一致,这样的曲 每一点的_____

线就叫做电场线.

2.电场线的特点.
假想的线,实际并 (1)电场线是为了形象描述电场而_____

不存在.
切线 方向就是该点电 (2)切线方向:电场线上每点的_____

场强度的方向.
大小. (3) 疏密程度:电场线的疏密反映电场强度的_____ 正电荷 或_______ 无穷远,止 (4)起点和终点:电场线始于 _______ 负电荷或_______ 无穷远,即电场线不是闭合的曲线. 于_______

(5)不中断、不相交:在没有电荷的空间,电场线不
相交 . 能中断,两条电场线也不能______

3.匀强电场.
大小和_____ 方向 都相同的电场叫做 (1)电场中各点场强_____

匀强电场.
均匀 分布的平行直线. (2)匀强电场的电场线是疏密_____

判断正误 (1)没有电场线的地方电场强度为零.(×) (2) 正 电 荷 在 静 电 场 中 运 动 轨 迹 一 定 与 电 场 线 重 合.(×) (3)电场中并不存在电场线,是为了研究电场方便而 人为引入的.(√)

小试身手 3.关于电场线,下述说法中正确的是( A.电场线是客观存在的 B.电场线与电荷运动的轨迹是一致的 C.电场线上某点的切线方向与电荷在该点受力方向 可以不同 D.沿电场线方向,场强一定越来越大 )

解析:电场线不是客观存在的,是为了形象描述电场 的假想线,A 错;从静止开始运动的电荷所受电场力的方 向应是该点切线方向,下一时刻可能在电场线上,也可能 不在电场线上,轨迹可能与电场线不一致,何况电荷可以 有初速度,运动轨迹与初速度大小方向有关,B 错.

正电荷所受电场力方向与该点切线方向相同, 而负电 荷所受电场力方向与该点切线方向相反,C 正确;场强大 小与场强的方向无关,与电场线方向无关,D 错. 答案:C

拓展一 电场及电场强度的进一步理解

打开水龙头,然后将水流变细,再用带电的气球去靠 近水流.发现水流偏向带电气球的一侧,如图所示,请你 分析:为什么带电气球与水流没有接触,水流的方向却发 生了弯曲?

提示:带电气球与水流通过电场发生相互作用,吸引 水流.

1.对电场的理解. (1)电场是一种特殊物质,场和实物是物质存在的两 种不同形式. (2)电荷之间的相互作用是通过电场发生的. (3)电场看不见也摸不着,但可以通过一些实验表现 其存在,如在电场中放入电荷,电场对电荷就有力的作 用,这表明电场是真实存在的一种物质.

2.对电场强度的理解. F (1)公式 E= q 是电场强度的定义式,适用于一切电 场. (2)电场中某一点处的电场强度 E 是唯一的,它的大 小和方向与放入该点电荷(试探电场)q 无关. (3)电场强度反应电场强弱和方向的物理量.

(4)方向:规定电场中某点的场强方向与正电荷在该 点所受的电场力的方向相同,与负电荷在该点所受的电 场力的方向相反,电场强度是矢量. F (5)场强的定义式 E= q 为我们提供一种计算电场力 的方法 F=Eq.

3.对匀强电场的认识. (1)特点:①电场强度的大小处处相等;②方向处处 相同. (2)同一电荷在同一匀强电场中各处受到的电场力大 小、方向都相同.

4.电场强度的叠加. 如果场源电荷是多个点电荷,则电场中某点的电场 强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量 和.

5.真空中点电荷的场强的推导及公式的对比. Q (1)推导:真空中点电荷的场强 E=k 2. r 如图所示:场源电荷 Q 与试探电荷 q 相距 r,则它们 Qq F Q 的库仑力 F=k 2 ,所以电荷 q 处的电场强度 E= q =k 2. r r

(2)含义:点电荷 Q 的电场中任意一点的电场强度的 大小与该点电荷的电量成正比, 与该点到点电荷距离的平 方成反比. F Q (3)公式 E= 和 E=k 2的对比理解. q r

公式

物理意义
是电场强度 大小的定义 式

F E= q

Q 2 r E=k

是真空中点 电荷电场强 度的决定式

引入过程 适用范围 F与q成正 比,E与F、 适用于一切 q无关,反 电场,q为试 映某点电 探电荷的电 荷量 场力的性 质 F 有E= 和 q 真空中Q为场 源电荷的电 库仑定律 荷量 导出

【典例 1】 某电场中有一检验电荷 q=10-4 C,受 电场力 F=8×10-2 N,求: (1)该点的场强. (2)若将检验电荷改换为 q=-2×10-4 C,该点场强 又如何?电场力呢?

F 解析:(1)电场强度的定义式为 E= ,可用它来计算 q F 电场强度的大小:E= =8×102 N/C.我们规定某点的电 q 场强度的方向, 与该点带正电的检验电荷所受电场力方向 相同,与该点带负电的检验电荷所受电场力方向相反,所 以该点场强方向与检验电荷受到的电场力方向相同.

(2)某点电场强度的大小、方向,与该点是否存在检 验电荷无关.所以场强不变.电场力的方向除与场强方向 有关外,还与检验电荷的电性有关,电场力的方向与场强 的方向并不总是相同,F=Eq=8×102×2×10-4 N=0.16 N,与该点场强方向相反.

答案:8×102 N/C 方向与检验电荷受到的电场力方 向相同 (2)场强不变 0.16 N 方向与该点场强方向相反

题后反思 电场中某一点处的电场强度 E 是唯一的,它的大小 和方向与放入的点电荷(试探电荷)q 的正负、电荷多少和 有无等因素都无关,它取决于电场的源电荷及空间位置.

F 1.关于电场强度的定义式 E= q ,下列说法中正确 的是( )

A.它适用于任何电场 B.它只适用于点电荷产生的电场 C.E 的方向一定与放在该点的电荷的受力方向相同 D.移去电荷 q,E 的大小变为零

F 解析:电场强度的定义式 E= ,适用于任何电场, q 故 A 正确,B 错误;E 的方向一定与放在该点的正电荷的 受力方向相同,与放在该点的负电荷的受力方向相反;故 C 错误.E 由电场本身决定,与试探电荷无关,移去电荷 q,E 的大小不变,故 D 错误.故选 A. 答案:A

2.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

解析:电场中某一点的电场强度 E 是唯一的,它的 大小和方向与放入点电荷 q 的正负、 电荷多少和有无等因 素都无关.A、B 错;电场中某点的场强方向与正电荷在 该点所受的电场力的方向相同, 与负电荷在该点的所受的 电场力的方向相反,D 错.根据电场强度公式有 F=Eq 知 C 对.
答案:C

3.在真空中有两个点电荷 Q1=+3.0×10
-8

-8

C 和 Q2

=-3.0×10 C,它们相距 0.1 m,求电场中 A 点的场强 (A 点与两个点电荷的距离相等,r=0.1 m).

解析:点电荷 Q1 和 Q2 的电场在 A 点的场强分别为 E1 和 E2,它们大小相等,方向如图所示,合场强 E 在 E1 和 E2 的夹角的平分线上,此平分线跟 Q1 和 Q2 的连线平 行.

Q1 E=E1=E2=k 2 , r 代入数值得:E=2.7×104 N/C. 答案:2.7×104 N/C 方向向右

拓展二 对电场线的进一步理解

我们知道, 电场是看不见摸不着的客观存在特殊物 质,那么如何形象地描述电场呢? 提示:用电场线可形象地描述电场.

1.电场线定义. 在电场中画出一些曲线,使曲线上每一点的切线方 向都跟该点的电场方向一致,这样的曲线就叫做电场线. 2.几中常见电场线.

3.电场线的特点. (1)电场线是为了形象描述电场而假想的线,实际并 不存在. (2)切线方向:电场线上每点的切线方向就是该点电 场强度的方向.

(3)疏密程度:电场线的疏密反映电场强度的大小(疏 小密大). (4)起点和终点:电场线始于正电荷或无穷远,止于 负电荷或无穷远,即电场线不是闭合的曲线. (5)不中断、不相交:在没有电荷的空间,电场线不 能中断,两条电场线也不能相交.

4.等量同种和异种点电荷的电场对比. 等量同种和异种点电荷的电场,两点电荷连线的中 垂线上的电场分布及特点的比较:
比较项目 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 中垂线上最大, 为零 场强 连线上最小 由O沿中垂线向 先增大后减 逐渐减小 外场强的变化 小 关于O点对称的 两点A与A′、B与 等大、反向 等大、同向 B′场强大小

【典例 2】如图所示,一个质量为 30 g、带电荷量为 -1.7×10-8 C 的半径极小的小球,用丝线悬挂在某匀强 电场中,电场线与水平面平行.当小球静止时,测得悬 线与竖直方向夹角为 30°,由此可知匀强电场场强方向 为______,电场强度大小为________N/C(g 取 10 m/s2).

解析:对小球受力分析,重力 mg 竖直向下,丝线拉 力 T 沿丝线方向向上, 因为小球处于平衡状态, 还应受水 平向左的电场力 F,小球带负电,所受电场力方向与场强 方向相反,所以场强方向水平向右.

小球在三个力作用下处于平衡状态. F=Tsin30°,mg=Tcos30°,又 F=Eq,

mgtan30° 所以 E= q =1.0×107 N/C. 答案:水平向右 1.0×107

题后反思 电场力是电荷在电场中受到的力, 它与我们在必修课 中所学到的力一样,可以改变物体的运动状态,产生加速 度,在处理时,除了考虑电场自身的特点以外,在物体运 动状态处理上仍依据力学规律.

1.(多选)如图,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 两处的场强大小,则( )

A.a、b 两点场强方向相同 B.电场线从 a 指向 b,所以 Ea>Eb C.电场线是直线,所以 Ea=Eb D.不知 a、b 附近的电场线分布,Ea,Eb 的大小都 不能确定

解析:由于不知电场线的分布情况,故无法确定 a、 b 所在处的电场线分布的疏密,则无法确定两点的电场强 弱. 答案:AD

2.如图所示,正电荷 q 在电场力作用下由 P 向 Q 做 加速运动,而且加速度越来越大,那么可以断定,它所 在电场是图中( )

解析:正电荷 q 在电场力作用下由 P 向 Q 做加速运 动,其电场力方向与加速度方向相同,所以电场力由 P 指向 Q,场强与正电荷受力方向相同,所以场强方向也由 F P 指向 Q; 加速度越来越大, 则受力越来越大, 由 E= 可 q 知场强越来越大,则电场线由 P 到 Q 越来越密.所以 C 对.
答案:C

3.如图所示是电场中某区域的电场线分布图,A、B 是电场中的两点, 可以判断______(填“A”或“B”)点场强较 大;一正点电荷在 B 点受到电场力的方向是________(填 “向左”或“向右”).

解析:B 点电场线密,场强大,A 点电场线疏,场强 小.正电荷受力方向与场强方向相同,则在 B 点正电荷 受力方向向左. 答案:B 向左

4.如图所示,A、B 为体积可忽略的带电小球,QA =2×10 C,QB=-2×10 C,A、B 相距 3 cm.在水平 方向外电场作用下, A、 B 保持静止, 悬线都沿竖直方向. 试 求:外电场的场强大小和方向.
-8 -8

解析:以 A 为研究对象,A 受到 B 对其向右的库仑 力,由平衡可判断电场力向左且与库仑力相等,即由 kQAQB 5 = EQ 解得: E = 2 × 10 N/C. 2 A r 答案:2×105 N/C 水平向左

? ? ? ? ? ? ? 电场? ? ? ? ? ? ? ?

产生:带电体周围存在的特殊物质 特性:对放入其中的带电体有力的作用

? ?定义式:E=F q ? ? ?电场强度? Q 决定式: E = k 2 ? r ? ? ?匀强电场 ? ?大小:F=Eq 描述? 电场力? ?方向:与正电荷受到的电场力方向一致 ? ? ?疏密表示强弱 ?不相交、不相切 ? ? 电场线?始于正电荷(或无穷远)止于负电荷 ? ? ? ?(或无穷远)


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