高中物理 第3节 电场强度 课件.pdf

TJMB探究目标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物质形态.理解电场强度的概念及其定义，会根据电场强度的 定义进行有关的计算.知道电场强度是矢量，知道 电场强度的方向是怎样规定的.知道电场的叠加原理，并应用这个原理进行简单的 计算.能识别常见电场的电场线特征，理解匀强电场的定 义及电场线分布特征QJQR情景切入翻开自来水龙头，然后将水流变细.再用带电的气球 去靠近水流.发现水流偏向气球一侧（如以以下图所示）.为 什么气球与水流没有接触，水流的方向却发生了弯曲？,自主研习1.放入电场中某点的检验电荷所受的静电力F跟它的 电荷量q的比值，叫做该点的电场强度，电场强度是用来 描述电场强弱的物理量.它是矢量，方向与正电荷 在该 点受的静电力的方向一样.2.如以下图的是几条电场线，A、B、C、D点的场强 EA、EB、EC、ED的方向在各点所在处电场线的切线方向上3.假设场源电荷不唯一，空间某点的电场强度我们可 以这样处理，各点电辟独在该点产生的电场强度的矢量和，这种关系叫做电场强度的叠加.4.如果电场中各点电场强度的大小相等，方向一样，这个电场就叫匀强电场.5.在电场中的某点P放一带电荷量为q的电荷，所受电 场力为F,那么P点的电场强度为冷,假设把此电荷q移开，那么P点的电场强度的.II 1 电场(i)电荷的周围存在着电场，带电体间的相互作用是 通过周围的电场发生的.(2)性质：电场的根本性质是对放入其中的电荷有力 的作用.这也是检验空间是否存在电场的依据之一(3)电场是客观存在的一种特殊物质，与客观上的物 质不同.特别提醒：电场虽然看不见、摸不着，但是电场也跟由原子、分 子组成的物质一样确实存在，而且具有能量等物质属性，故 电场也是一种物质，只不过是一种特殊的物质.,*爱乡电场强度)定义：放入电场中某一点的电荷受到的电场力跟它 的电荷量的比值叫做该点的电场强度.(2)公式：L3)单位:jN/C.(4)方向：规定为正电荷在该点受的电场力的方向，所 以电场强度是矢量.(5)某点的场强为1N/C,它表示1C的点电荷在此处会受 到1N的电场力作用.(6)物理意义：电场强度是反映电场本身的力的性质的 物理量，其大小表示电场的强弱.注意：公式=，是电场强度的比值定义式，适用于-切电场，电场中某点l电场强度仅与电场及具体位置有关,与试探电荷的电荷量、电性及所受电场力F大小无关.所以 不能说E0cl.特别提醒：q 由后二r变形为F=qE说明：如果电场中某点的场强E,便可计算仕这场中该点放任何电荷量的带电体所受的静电力 的大小.如才论以上定义电场强度的方法叫比值定义法，想一想：你 还学过哪些用比值定义的物理量？它们都有什么共同点？答案：如加速度=电1;电阻R=U/I等.用比值定义的新物理量可反映物质本身的某种属性，与用来定义 的另外两个物理量并无直接关系.点电荷的场强 _ _(1)公式：E也，Q为真空中点电荷的带电量，r为该点到点电荷Q的距离.(2)方向：假设Q为正电荷，场强方向沿Q和该点的连线 指向该点；假设Q为负电荷，场强方向沿Q和该点的连线指向 Q.(3)适用条件：真空中点电荷.笈=却：号可以由E=F/q&F=来推导，而E仅由电警身因素决定，与F、q无关，又可以以点电荷 的电场为例用公式F=来说明电场本身因素的令?/即时讨论为了研究电场对电荷的作用力的性质，需要在电场中 引入一个电荷，结合教材图1.2 1的实验，说一说：什么是 试探电荷？什么是场源电荷？答案：图1.2 1实验中的带电小球是用来检验电场是否 存在及其强弱分布情况的称为试探电荷或检验电荷；被检验 的电场是带电金属球。所激发的，所以金属球。所带的电荷 称为场源电荷或源电荷.H _ _4电场强度的叠加(1)如果场源电荷不只是一个点电荷，那么电场中某点 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.这种关系叫做电场强度的叠加.(2)电场强度是矢量，场强的叠加本质是矢量叠加，所 以应该用平行四边形定那么.(3)电场的叠加原理对任何电场都适用，注意只有同时 共同形成电场时才能叠加.特别提醒：电场的可叠加性也是电场与普通物质的重要区别之因为场强是矢量，所以求场强时应该既求出大小，也 求出方向.即时诃论请你利用电场强度的叠加定性分析：(1)等量异种点电荷的中垂线上，各点的场强分布有何 特点？两电荷的连线上呢？(2)等量同种点电荷的中垂线上，各点的场强分布有何 特点？两电荷的连线上呢？答案：（1）等量异号点电荷如以下图.两电荷连线的 中垂线上：各点的场强方向为由正电荷的一边指向负电荷的 一边，且与中垂线垂直，O点的场强最大，从O点沿中垂线 向两边逐渐减小，直到无穷远为零；中垂线上任意一点a与 该点关于O点的对称点b的场强大小相等，方向一样.两电荷的连线上：各点的场强方向由正电荷沿两电 荷的连线指向负电荷，0点的场强最小，从。点沿两电荷的连 线向两边逐渐增大；两电荷的连线上，任一点C与该点关于0 点的对称点d的场强大小相等，方向一样.(2)等量同号点电荷如以下图.两电荷连线的中垂线：O点和无穷远处的场强均为零，所以在中垂线上，由O 点的场强为零开场，场强先增大，后逐渐减小，到无穷远处 时减小为零；中垂线上任一点a与该点关于O点的对称点b的 场强大小相等，方向相反.两电荷的连线上：在两电荷的连线上，每点场强的 方向由该点指向O点，大小由O点的场强为零开场向两端逐 渐变大；任意一点c与该点关于O点的对称点d的场强大小相 等，方向相反.5电场线(1)意义：如果在电场中画出一些曲线，使曲线上每一 点的切线方向，都跟该点的场强方向一致，这样的曲线就叫 做电场线.(2)特点:电场线不是电场里实际存在的线，而是为形象地描 述电场而假想的线，因此电场线是一种理想化模型.电场线始于正电荷，止于负电荷，在正电荷形成的 电场中，电场线起于正电荷延伸到无穷远处；在负电荷形成 的电场中，电场线起于无穷远处，止于负电荷.电场线不闭合，不相交，也不是带电粒子的运动轨 迹.在同一电场里，电场线越密的地方，场强越大，电 场线越稀的地方，场强越小.几种常见电场的电场线如以下图.点电荷的电场线分布等量同种电荷的电场线等量异种电荷的电场线带电平行金属板M电场线是不是电荷的运动轨迹？在具备什么条件时,带电粒子的运动轨迹可以和电场线重合？答案：如以下图，正电荷在A点的受 力方向沿着该点的电场线的切线方向 vO沿图示方向，那么图中虚线反映了 子的运动轨迹，并不和电场线重合，0,电荷也不会沿电场线运动.在以下特殊条件同时满足时,带电粒子的运动轨迹可以与电场线重合：a.电场线是直 线.b.带电粒子的初速度为零或初速度方向与电场线方向在 同一直线上.c.带电粒子所受合力方向与运动方向在同一直 线上.6匀强电场(1)各点场强大小和方向都一样的电场，叫做匀强电场.一(2)匀强电场的电场线是疏密均匀的平行直线“特别提醒：相距很近带有等量异种电荷的一对平行金属板之间的 电场，可以看做匀强电场.I误区1：由公式E=F/q可知，电场中某确定点的电场强 度大小与放在该点的检验电荷的电量成反比.点拨：电场中某确定点的电场强度是客观存在的，它 是由场源电荷产生的.因此，其大小、方向一定与该点放 不放检验电荷无关，与所放检验电荷的正负无关，与所放检 验电荷电量的多少也无关.放在电场中某确定点的检验电荷 所受电场力的大小与该检验电荷电量的大小成正比，即检验 电荷的电量越大，它所受的电场力也越大，检验电荷所受电 场力与所带电量之比为一恒量，这个恒量就是电场强度.误区2：电场中某确定点电场强度的方向，就是置于该 点的电荷所受电场力的方向.点拨：因为电场中某确定点电场强度的方向只能有一 个，所以我们规定电场中该确定点电场强度的方向是正电荷 放在该点时所受电场力的方向.这样一来，电场中某点电场 强度的方向跟负电荷放在该点所受电场力的方向相反.误区3：电场线是电场中实际存在的线点拨：电场线是人们为了形象地描述电场而假想出来 的线.用电场线上各点的切线方向表示该点的电场方向亦即 场强方向，用电场线的疏与密表示电场的弱与强.实际上，电场线并不是真实存在的.I 题型设计11对电场强度概念的理解_苗的关于电场，以下表达正确的选项是（）A.以点电荷为圆心，r为半径的球面上，各点的场强 都一样B.正电荷周围的电场强度一定比负电荷周围的电场强 度大C.电场中某点放入试探电荷q,该点的场强E=:,取走q后，该点场强不变 qD.电荷所受电场力很大，该点电场强度一定很大解析：A：场强是矢量，不仅有大小，而且有方向，以 点电荷Q为圆心，半径为r的球面上，场强的大小E=kQ/r2,但方向不同，故A错误.B：在正电荷和负电荷周围确定场强的方法一样，用试 探电荷q放到被考察点，q所受的电场力为F,那么E=F/q.由 此可见，何处场强大，何处场强小，与电荷的正负并没有什 么关系，故B也错误.C：电场强度E是电场的性质，试探电荷是用来表达这 一性质的“工具，就像用温度计测量水的温度一样，温度 计插入水中，水的温度就由温度计显示出来，取走温度计，水的温度仍然如此，不会消失.故C正确.D:E=F/q 式中，E的大小并不是由F、q来决定 的.在电场中某一点放入一试探电荷q,那么q越大，F越大,而F/q这一比值将不变.故D错误.答案：C点评：通过本例的分析，可使学生全面地理解场强的 定义.场强是由电场本身决定的，与试探电荷q无关.变式 一 一(2021 福建仙游现代中学高二检测)以下说法中正确 的选项是()A.电场强度反映了电场力的性质，因此电场中某点的 场强与试探电荷在该点所受的电场力成正比B.电场中某点的场强等于F/q,与试探电荷的受力大 小及电荷量有关C.电场中某点的场强方向即带正电的试探电荷在该点 的受力方向 D.公式E=和E=对于任何静电场都是适用的卬/2对电场线的理解&小把质量为m的正点电荷q,在电场中从静止释放，在它 运动过程中如果不计重力，下述正确的选项是()A.点电荷运动轨迹必与电场线重合 B.点电荷的速度方向，必定和所在点的电场线的切线方向一致C.点电荷的加速度方向，必与所在点的电场线的切线方向一致D.点电荷的受力方向，必与所在点的电场线的切线方 向一致解析：虽正点电荷q由静止释放，在初始时刻沿受力方 向（即该点电场线的切线方向）运动，但下一时刻正电荷的速 度方向与此时所受电场力方向通常情况不一致（匀强电场中 除外），出现夹角，该粒子不再沿电场线方向运动.因此，其运动轨迹不再与电场线重合，其速度方向与电场力方向不 再一致（初始时刻除外），故A、B选项不正确；该点电荷的加 速度方向，也即电荷所受电场力方向必与该点场强方向一致,即与所在点的电场线的切线方向一致，故C、D选项正确.答案:CD点评：电场中某点的场强方向，规定为正电荷在该点 的受力方向.场强的情况用电场线形象描述时，方向是电场 线的切线方向.但一定要让学生明确：电场线不是电荷在电 场中的运动轨迹.变4（2021 东莞高二检测）如以下图，直线是一簇未标明 方向的由点电荷产生的电场线，曲线是某一带电粒子通过电 场区域时的运动轨迹，a、b是轨迹上两点.假设带电粒子运 动中只受电场力作用，根据此图可以做出的判断是A.带电粒子所带电荷的符号B.带电粒子在a、b两点的受力方向C.带电粒子在a、b两点的加速度何处大D.带电粒子在a、b两点的加速度方向答案：BCD解析：由带电粒子在电场中运动的轨迹可判定受力的 方向，由电场线的疏密程度可判定电场力的大小，根据牛顿 第二定律可判加速度的大小，所以BCD选项正确.3电场强度的叠加如以下图，一电子沿等量异种电荷的中垂线由AOfB移动，那么电子所受的电场力的大小和方向变化情况是iB A.B.C.D.先变大后变小,先变大后变小,先变小后变大,先变小后变大,方向水平向左 方向水平向右 方向水平向左 方向水平向右+Q.5解析：由电场的叠加原理，等量异种电荷在中垂线上 的电场强度在O点最大，离 O点越远场强越小，但各点 的方向是一样的，都水平向右（如右图）.电子在中垂线上移动时，受到的电场力与场强的方向 相反，即水平向左.故正确选项是A.答案：A点评：通过本例，引导学生学会正确解决电场叠加的 问题.教师应让学生自己分析，先由平行四边形定那么对特 殊点合成情况入手，进而弄清整个线上的情况.X it(2021贵州兴义市清华实验中学高二检测)在x轴上有两 个点电荷，一个带正电QL 一个带负电一Q2,且Q1=2Q2.用El和E2分别表示两个电荷所产生的场强的大小，那么在x 轴上()A.E1=E2之点只有一处，该处合场强度为0B.E1=E2之点共有两处：一处合场强为0,另一处合 场强为2E2C.E1=E2之点共有三处：其中两处合场强为0,另一 处合场强为2E2D.E1=E2之点共有三处：其中一处合场强为0,另两 处合场强为2E2答案：B解析：由场强的叠加原理知B选项正确.4综合应用曲方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8角时小球恰好平衡，如以 下图请问：n 口(1)小球带电荷量是多少？米h(2)假设剪断丝线，小球碰到|金属板需多长时间？I+解析：(1)由于小球处于平衡状态，对小球受力分析如以以下图所示.Tsin0=qETeos。=mg 心存4 n谨耳 一，11。，由付tan篇故夕(2)由第(1)问中的方程知1=篝，而剪断丝线后小 球所受电场力和重力的合力与未剪疆线时丝线的拉力大小 相等，故剪断丝线后小球所受重力、电场力的合力等于器.Fa COS，小球的加速度a=二g/co0,小球由静止开场沿着丝线拉力的反方向做匀加速直线运动，当碰到金属板上时，它走的位移为 _b 1 7 i2s IlbcosO.s=呵上由二/二道=弋丽厂lib_八-二。的答案：q=哇瞋=逐皿点评：解答用知网力法柱扉刀子题的方法完全一样，只不过多了个电场力，同学们解答此题时注意分析清楚小球 的位移为“一 sin变天如以下图，在固定的水平绝缘平板上有A、B、C三点，B左侧的空间存在着场强大小为E,方向水平向右的匀强电场,在A点放置一个质量为m,带正电的小物块，物块与平板之间 的动摩擦因数为p,给物块一个水平向左的初速度vO之后，该物块能够到达C点并立即折回，最后又回到A点静止下来，求：;-%-;疗_.眼/P/A/此过程中物块所走的总路程X有多大?(2)假:18二小 那么物块第一次到达B点时的速度vB是多大？1(3)假赤那么物块所带的电荷量q是多大？答案：小说cm万工r 加仔广2“必(3.解析：(1)对全程应用动能定理有pmgx 得、=里(2)对AB段应用动能定理有finigli=；嘲-况 得人=1说-2gk(3)对AC过程应用动能定理有3 m 1）用 mv0+qEl2=2打也带，住 q=5开放探究如以下图，带正电小球质量为m=l义10 2kg,带电量为q=lX10 6C,置于光滑绝缘水平面上的A点.当空间存 在着斜向上的匀强电场时，该小球从静止开场始终沿水平面 做匀加速直线运动，当运动到B点时，测得其速度vB=1.5m/s,此时小球的位移为S=0.15m.求此匀强电场场强E的取值范围.(g=10m/s2)E/B/A某同学求解如下：设电场方向与水平面之间夹角为0,由动能定-e n|1 o z.zA mvB 75000BqEScosO-fnvg Q 得 E/TV/m.2 2 小 cos cost/由题意可知。0,所以当E7.5 X 104V/m时小球将始终 沿水平面做匀加速直线运动.经检查，计算无误.该同学所得结论是否有不完善之 处？假设有请予以补充.解析：该同学所得结论有不完善之处.为使小球始终沿水平面运动，电场力在竖直方向的分 力必须小于等于重力qEsin0mgtgOWmvi珑2X0.15X10115432S所以人温1X10 2x 10-rV/m=1.25X10W/I11一（41X10 6x-即 7.5 X 104V/mE2910X5XI03NJ 6.45X10指为F浮,G,所以气或星到I的电场弓盅重力方 向一样，大小为F电=F浮一G=0.45X10 2N.根据F电=Eq,所以 人电0.45义10一2 分受力的方向跟场E=-rN/C=50N/C.又J J 强方向一杆.出，八=2看！忆小以二,joN/c,方向竖直 向下.