高中物理 第3节 电场强度精品课件 新人教版选修31.ppt

打开自来水龙头 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 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 电场强度是用来描述电场的物理量 它是矢量 方向与在该点受的静电力的方向相同 2 如图所示的是几条电场线 a b c d点的场强ea eb ec ed的方向在 电场强度 正电荷 各点所在处电场线的切线方向上 强弱 3 若场源电荷不唯一 空间某点的电场强度我们可以这样处理 各点电荷在该点产生的电场强度的和 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 方向相同 这个电场就叫 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 则p点的电场强度为 若把此电荷q移开 则p点的电场强度为 单独 矢量 匀强电场 f q f q 1 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 电场的基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 1 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 3 单位 牛 库 符号n 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 适用于一切电场 电场中某点的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e f 特别提醒 由变形为f qe表明 如果已知电场中某点的场强e 便可计算在电场中该点放任何电荷量的带电体所受的静电力的大小 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 1 公式 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 若q为正电荷 场强方向沿q和该点的连线指向该点 若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 特别提醒 可以由e f q及f 来推导 而e仅由电场本身因素决定 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含义 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o所激发的 所以金属球o所带的电荷称为场源电荷或源电荷 1 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则 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一 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 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 等量异号点电荷如图所示 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 方向相同 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 o点的场强最小 从o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o点的对称点d的场强大小相等 方向相同 2 等量同号点电荷如图所示 两电荷连线的中垂线上 o点和无穷远处的场强均为零 所以在中垂线上 由o点的场强为零开始 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点的场强为零开始向两端逐渐变大 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 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 3 几种常见电场的电场线如图所示 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 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 如图所示 正电荷在a点的受力方向沿着该点的电场线的切线方向 v0沿图示方向 则图中虚线反映了粒子的运动轨迹 并不和电场线重合 在a点 即使v0 0 电荷也不会沿电场线运动 在下列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 1 各点场强大小和方向都一样的电场 叫做匀强电场 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 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 关于电场 下列叙述正确的是 a 以点电荷为圆心 r为半径的球面上 各点的场强都相同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d 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相同 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 试探电荷是用来体现这一性质的 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一式中 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 2009 福建仙游现代中学高二检测 下列说法中正确的是 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答案 c 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 2008 东莞高二检测 如图所示 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 若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 如图所示 一电子沿等量异种电荷的中垂线由a o b移动 则电子所受的电场力的大小和方向变化情况是 a 先变大后变小 方向水平向左b 先变大后变小 方向水平向右c 先变小后变大 方向水平向左d 先变小后变大 方向水平向右 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 但各点的方向是相同的 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 先由平行四边形定则对特殊点合成情况入手 进而弄清整个线上的情况 2009 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q1 一个带负电 q2 且q1 2q2 用e1和e2分别表示两个电荷所产生的场强的大小 则在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2e2 c 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 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 角时小球恰好平衡 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 解析 1 由于小球处于平衡状态 对小球受力分析如下图所示 tsin qe tcos mg 2 由第 1 问中的方程 知t 而剪断丝线后小球所受电场力和重力的合力与未剪断丝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 小球的加速度a g cos 小球由静止开始沿着丝线拉 力的反方向做匀加速直线运动 当碰到金属板上时 它走的位移为答案 q 点评 解答本题的方法和解力学题的方法完全一样 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 如图所示 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 给物块一个水平向左的初速度v0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 1 此过程中物块所走的总路程x有多大 2 若那么物块第一次到达b点时的速度vb是多大 3 若那么物块所带的电荷量q是多大 答案 解析 1 对全程应用动能定理有 mgx得x 2 对ab段应用动能定理有 3 对a c过程应用动能定理有 如图所示 带正电小球质量为m 1 10 2kg 带电量为q 1 10 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 该小球从静止开始始终