高二物理-1.3-电场强度-3课件-新人教版选修3-1.ppt

第三节电场强度,学习目标：,1.知道电荷间的相互作用是通过电场实现的，场与实物是物质存在的两种不同形式.,2体会用比值定义物理量的方法，理解电场强度的定义、公式、单位、方向.,3能推导点电荷场强公式，知道叠加原理，并进行简单计算.,4知道电场线的定义和特点，会用电场线描述电场强度的大小、方向.,课标定位,重点难点：,电场强度矢量性的理解和应用.,易错问题：,把电场线当成带电粒子的运动轨迹.,一、电场,1电荷的周围存在,.带电体间的相互作用是通过周围的,发生的.,电场,电场,2场和分子、原子组成的实物一样具有能量、质量和动量.场与实物是物质存在的两种不同形式.静电场是,的电荷产生的电场.,3电场的基本性质是对放入其中的电荷有,的作用.,静止,力,二、电场强度,1定义：放入电场中某一点的检验电荷受到的静电力跟它的电荷量的,，叫做该点的电场强度.,2公式：.,3单位：牛/库，符号,.,4方向：电场强度是矢量，规定某点电场强度的方向跟,在该点所受的静电力的方向相同.负电荷在电场中某点所受的静电力的方向跟该点电场强度的方向,.,比值,N/C,正电荷,相反,三、点电荷的电场电场强度的叠加,1点电荷周围某点电场强度大小计算式为,.,2以,Q,为中心，,r,为半径作一球面，则球面上各点电场强度大小,，当,Q,为正电荷时，,E,的方向,，当,Q,为负电荷时，,E,的方向,.,同一球面上的场强只是大小相等，方向并不相同.,相等,背离球心向外,指向球心,1.,Q,是检验电荷还是场源电荷？,思考,3如果场源电荷不只是一个点电荷，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,.,【思考提示】,1.,Q,是场源电荷.,矢量和,四、电场线,1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,表示该点的电场强度方向，电场线不是实际存在的线，而是为了形象描述电场而假想的线.,切线方向,2.电场线为什么不能相交？电场线是电荷运动的轨迹吗？,思考,2电场线的特点：,(1)电场线从,或,出发终止于,或,；,(2)电场线在电场中不,；,(3)在同一电场里，电场线,的地方场强大.,正电荷,无穷远,无穷远,负电荷,相交,密集,【思考提示】,2.某点的电场方向是唯一的，所以电场线不能相交，电场线不是电荷的运动轨迹.,五、匀强电场,1如果电场中各点电场强度的大小相等、方向相同，这个电场就叫做,.,2由于方向相同，匀强电场中的电场线应该是,；又由于电场强度大小相等，电场线的密度应该是,.所以匀强电场的电场线是间隔相等的平行线.,匀强电场,平行的,均匀的,1,对电场强度的理解,(1)电场强度是用比值法定义的物理量，它仅由电场本身决定，与定义它的检验电荷的电荷量,q,及所受的静电力,F,无关.,(2)只要场源电荷确定下来，场源电荷周围形成的电场也就确定下来，电场中某点的场强,E,与该点放不放检验电荷无关.,(3)电场强度定义式,E,是从电场力的性质的角度量度电场强弱的.,2,两个场强公式的比较,公式,比较内容,E,F,/,q,E,kQ,/,r,2,本质区别,定义式,决定式,意义及用途,给出了一种量度电场强弱的方法,指明了点电荷场强大小的决定因素,适用范围,一切电场,真空中点电荷的电场,Q,或,q,意义,q,表示检验(或试探)电荷的电荷量,Q,表示场源电荷的电荷量,公式,比较内容,E,F,/,q,E,kQ,/,r,2,E,与其他量关系,E,的大小与,F,、,q,的大小无关,E,Q,，,E,二、电场线,1电场线的几个特点,(1)用电场线可以表示电场的方向与强弱，电场线上每一点的切线方向表示该点的电场强度方向，在同一幅图中，可用电场线的疏密表示电场强度的相对大小，疏弱密强.,(2)电场线不是闭合线，从正电荷(或无限远)出发，终止于无限远(或负电荷).,(3)在同一电场中电场线不相交表示了电场强度方向的唯一性.,2,电场线认识的两个误区,(1)认为电场线客观存在.电场中实际并不存在电场线，电场线是形象描述电场的有效工具，用虚拟的图线描述抽象的物理概念的做法是科学研究中一种重要的思想方法.,(2)认为电场线就是电荷的运动轨迹.,电场线与带电粒子在电场中的运动轨迹的比较,两线,内容,电场线,运动轨迹,客观性,电场中并不存在，是为研究电场方便而人为引入的,粒子在电场中的运动轨迹是客观存在的,两线,内容,电场线,运动轨迹,切线意义,曲线上各点的切线方向即为该点的场强方向，同时也是正电荷在该点的受力方向，即正电荷在该点产生加速度的方向,轨迹上每一点的切线方向即为粒子在该点的速度方向，但加速度的方向与速度的方向不一定相同,电场线与带电粒子运动轨迹重合必备的条件,a电场线是直线；,b带电粒子只受电场力作用，或受其他力，但方向沿电场线所在直线；,c带电粒子初速度为零或初速度方向沿电场线所在的直线.,3,常见电场的电场线,电场,电场线图样,简要描述,正点电荷,发散状,负点电荷,会聚状,电场,电场线图样,简要描述,等量同号电荷,相斥状,等量异号电荷,相吸状,匀强电场,平行的、等间距的、同向的直线,三、等量同号电荷与等量异号电荷的电场,1等量同号电荷,(1)电荷连线上，中点处场强为零，从左到右场强先减小后增大.,(2)在两电荷连线的中垂线上，中点处场强为零，无穷远处场强为零，从中点起向两边延伸，场强先增大后减小.,2,等量异号电荷,(1)电荷连线上，中点处场强最小，从左到右场强先减小后增大.,(2)在两电荷连线的中垂线上，中点场强最大，从中点起向两边延伸，场强逐渐减小，方向不变.,关于电场强度和静电力，以下说法正确的是(),A电荷所受静电力很大，该点电场强度一定很大,B以点电荷为圆心，,r,为半径的球面上各点的场强相同,例1,类型一,电场强度的概念,C如空间某点的场强为零，则试探电荷在该点受到的静电力也为零,D在电场中某点放入试探电荷,q,，该点的场强为,E,F,/,q,；取走,q,后，该点场强仍然为,E,F,/,q,【答案】CD,【思维总结】,电场强度和静电力是两个不同的概念，它们的决定因素、大小关系以及方向判定等均有各自的规律.要注意它们的区别.,1电场中有一点,P,，下列哪种说法是正确的(),A若放在,P,点电荷的电荷量减半，则,P,点的场强减半,B若,P,点没有试探电荷，则,P,点场强为零,C,P,点场强越大，则同一电荷在,P,点所受静电力越大,D,P,点的场强方向为试探电荷在该点的受力方向,答案：,C,变式拓展,如图131所示是静电场的一部分电场线分布，下列说法中正确的是(),例2,类型二,对电场线的理解和应用,图131,A这个电场可能是负点电荷的电场,B点电荷,q,在,A,点处受到的静电力比在,B,点处受到的静电力大,C点电荷,q,在,A,点处的瞬时加速度比在,B,点处的瞬时加速度小(不计重力),D负电荷在,B,点处受到的静电力的方向沿,B,点切线方向,【思路点拨】,解答本题首先要了解各种常见电场的电场线分布情况，知道利用电场线的疏密可比较电场强度的大小，根据电场线的切线方向确定出电场强度的方向及电荷所受静电力的方向.,【解析】,因为(孤立)负点电荷的电场线是自四周无穷远处从不同方向指向负电荷的球对称分布，而图中的电场线分布不具备这种特点，所以它不可能是负点电荷的电场，选项A错误.,因电场线越密处场强越大，故由图知场强,E,A,E,B,.又因点电荷,q,在电场中所受静电力,F,qE,E,，故静电力,F,A,F,B,，选项B正确.,由牛顿第二定律知，加速度,a,F,/,m,F,，而,F,A,F,B,，故,a,A,a,B,.选项C错误.,因,“,B,点切线方向,”,即,B,点场强方向，而负电荷所受静电力的方向与场强方向相反，故选项D错误.,【答案】B,【题后反思】,由电场线的方向判断电荷所受力的方向要注意电荷有正、负两种，两种电荷受静电力方向正好相反.,2,(2010年泰安宁阳一中模拟),一负电荷从电场中,A,点由静止释放，只受静电力作用，沿电场运动到,B,点时，它运动的,v,t,图象如图132所示，则,A,、,B,两点所在区域的电场分布情况可能是图133中的(),图132,变式拓展,图133,解析：,选C.由负电荷的,v,t,图象可知：负电荷做加速度增大的加速运动，则说明负电荷从,A,向,B,运动时受到与运动方向相同且不断增大的静电力的作用，故一定有,E,A,E,B,，又因负电荷受力方向与电场线方向相反，故只有C符合要求.,如图134所示，真空中，带电荷量分别为,Q,和,Q,的点电荷,A,、,B,相距,r,，则：,(1)两点电荷连线的中点,O,的场强如何？,(2)在两点电荷连线的中垂线上，距,A,、,B,两点都为,r,的,O,点的场强如何？,图134,例3,类型三,电场强度的计算与叠加问题,【思路点拨】,分别求出,Q,和,Q,在某点的场强大小和方向，然后根据电场强度的叠加原理，求出合场强.,图135,(2)如图136所示，,E,A,E,B,，由矢量图所形成的等边三角形可知，,O,点的合场强,E,O,E,A,E,B,，方向与,A,、,B,的中垂线垂直，指向,Q,.,图136,【答案】(1)，方向由,O,B,(2)，方向水平向右,【思维总结】,电场强度是矢量，如果空间中同时存在几个场源，则空间中某点的电场强度就是这几个场源单独存在时产生电场强度的矢量和.场强的合成也像力、速度等矢量一样，用平行四边形定则，而当几个矢量均在同一直线上时，可简化为代数加减法.,3,(2010年吉林省高考复习质量检查),图137中,a,、,b,是两个点电荷，它们的电量分别为,Q,1,、,Q,2,，,MN,是,a,、,b,连线的中垂线，,P,是中垂线上的一点，下列哪种情况能使,P,点场强方向指向,MN,的左侧(),图137,变式拓展,A,Q,1,、,Q,2,都是正电荷，且,Q,1,|,Q,2,|,C,Q,1,是负电荷，,Q,2,是正电荷，且|,Q,1,|,Q,2,|,解析：,选ACD.,MN,是,ab,的中垂线，则,MN,上,P,点至,a,、,b,距离相等，设为,r,.由点电荷电场强度公式知,E,1,.,E,2,，若,Q,1,、,Q,2,都是正电荷，其在,P,点场强如图所示.若,Q,1,Q,2,，则,E,1,E,2,，其合场强必指向,MN,左侧，A项对；若,Q,1,是正电荷，,Q,2,是负电荷，则,E,2,方向反向，不论,E,1,、,E,2,多大，其合场强必指向,MN,右侧，B项错.同理可判断C、D正确.,如图138所示，用30 cm的细线将质量为4,10,3,kg的带电小球,P,悬挂在,O,点下，当空中有方向为水平向右，大小为1,10,4,N/C的匀强电场时，小球偏转37后处在静止状态.(,g,取10 N/kg),例4,类型四,静电场与力学的综合,图138,(1)分析小球的带电性质；,(2)求小球的带电荷量；,(3)分析若把细绳剪断，小球做什么性质的运动.,【解析】,(1)对小球受力分析如图139.所受静电力,F,与电场强度方向相同，所以小球带正电.,(2)由平衡条件知,Eq,mg,tan 37，,q,3,10,6,C.,图139,(3)由受力分析可知静电力恒定、重力恒定，故其合力亦恒定，,F,合,mg,/cos 37 ，剪断细绳后，小球将做初速度为零的匀加速直线运动，加速度为,【答案】(1)带正电(2)3,10,6,C(3)见解析,【思维总结】,处理静电力与动力学综合问题仍是应用处理力学问题的方法，先分析受力及运动，然后列出牛顿第二定律方程求解.,4在匀强电场中，将质量为,m,，带电荷量为,q,的小球由静止释放，带电小球的运动轨迹为一直线，该直线与竖直方向的夹角为,，如图1310所示，则电场强度的大小为(),A有唯一值,mg,tan,/,q,B最小值为,mg,sin,/,q,C最大值为,mg,tan,/,q,D,mg,/,q,图1310,变式拓展,解析：,选B.带电小球在匀强电场中受到重力,mg,和电场力,qE,的作用.这两个力的合力在小球运动轨迹的直线上.从题目给的已知条件只能确定重力,mg,的大小、方向和合力的方向.而电场力的大小和方向均不能确定，这实际是一个不定解的问题，电场力不可能只有唯一的值.,由平行四边形定则可知，依据一个分力(,mg,)的大小、方向和合力的方向，可以作无数多个平行四边形，如上图所示.在这无数个平行四边形中，,mg,是一个固定的边，其另一个邻边,qE,只有与合力,F,垂直时才能取得最小值，此时,qE,mg,sin,，,E,.,1,(2010年广东实验中学模拟),关于静电力和电场强度，下列说法正确的是(),A电场强度的方向总是跟静电力的方向一致,B电场强度的大小总是跟静电力的大小成正比,C正电荷受到的静电力的方向跟电场强度的方向一致,D同一个点电荷在某点受到的静电力越大，该点的电场强度就越大,解析：,选CD.电场中某点电场强度的方向是一定的，而电荷在电场中所受的静电力的方向却与电荷的性质还有关系，只有正电荷受到的静电力的方向才与电场强度的方向相同，故A错，C对，电场强度的大小与电场中的位置有关，对不同的位置，只有在电荷量一定时电荷受到的静电力越大，才能说明该点的场强越大，故B错，D对.,2,(2010年杭州高二检测),真空中距点电荷(电量为,Q,)为,r,的,A,点处，放一个带电量为,q,(,q,Q,)的点电荷，,q,受到的电场力大小为,F,，则,A,点的场强为(),答案：,BD,3下列各电场中，,A,、,B,两点电场强度相同的是(),图1311,解析：,选C.A图中，,A,、,B,两点场强大小相等，方向不同，B图中,A,、,B,两点场强的方向相同，但大小不等，C图中是匀强电场，则,A,、,B,两点场强大小、方向相同；D图中,A,、,B,两点场强大小、方向均不相同.,4法拉第首先提出用电场线形象生动地描绘电场.图1312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(),图1312,A,a,、,b,为异种电荷，,a,的带电荷量大于,b,的带电荷量,B,a,、,b,为异种电荷，,a,的带电荷量小于,b,的带电荷量,C,a,、,b,为同种电荷，,a,的带电荷量大于,b,的带电荷量,D,a,、,b,为同种电荷，,a,的带电荷量小于,b,的带电荷量,解析：,选B.根据电场线的分布得知：只有异种点电荷才有此分布.又根据电场线左右不对称，故所带电荷不是等量的，再根据电场线的疏密可知B选项正确.,5如图1313所示，质量为,m,2.0,10,3,kg的小球用绝缘细线竖直挂于竖直方向的电场中，当小球的带电量为,q,1,1.0,10,4,C时，悬线中张力为,F,T,1,1.5,10,2,N，则小球所在处场强为多大？当小球的带电量,q,2,1.0,10,4,C时悬线中的张力,F,T,2,为多大？(,g,取10 N/kg),图1313,解析：,小球的重力,G,mg,2.0,10,2,N，由题意绳子拉力,F,T,1,1.5,10,2,N,G,，故电场力,F,方向向上，且有,F,F,T,1,mg,得,F,mg,F,T,1,5,10,3,N，小球所在处场强,E,50 N/C.当,q,2,1.0,10,4,C时，电场力,F,F,5,10,3,N.此时绳子中张力为,F,T,2,G,F,2.5,10,2,N.,答案：,50 N/C2.5,10,2,N,