高中物理 1.3 电场强度课件 新人教版选修31.ppt

3电场强度 温故知新 1 两个力合成时 以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形 这两个邻边之间的对角线就代表合力的 和 这个法则叫做平行四边形定则 答案 大小方向 精彩回眸 2 两个正电荷q1和q2 电量都是3c 静止于真空中的a b两点 相距r 2m 1 在它们的连线ab的中点o放入正电荷q 求q受的静电力 2 在它们连线上a点左侧p点 且ap 1m 放置负电荷q3 q3 1c 求q3所受静电力 解析 1 依据库仑定律知道q1 q2对q的库仑力大小相等 方向相反 故合力为零 答案 1 零 2 3 1010n 方向向右 一 电场1 电场 电场是在电荷周围存在的一种 是传递电荷间相互作用的 2 静电场 电荷周围的电场称为静电场 3 性质 电场的基本性质是对放入其中的有力的作用 无论电荷静止或运动 新知梳理 特殊物质 静止 电荷 特别提醒 1 电场是一种特殊物质 并非由分子 原子组成 但客观存在 二 电场强度1 试探电荷 检验电荷 用来检验电场是否存在及其分布情况的电荷 是研究电场的工具 2 场源电荷 源电荷 激发或产生我们正在研究的电场的电荷 3 电场强度 1 概念 放入电场中某点的点电荷所受 与它的的比值 简称场强 2 物理意义 表示电场的 强弱 静电力 电荷量 强弱 4 方向 电场强度的方向与所受电场力的方向相同 三 点电荷的电场 电场强度的叠加1 真空中点电荷周围的场强 n c 正电荷 2 方向 q为正电荷时 e的方向由q指向 q是负电荷时 e的方向由p指向 p q 2 电场强度的叠加 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 四 电场线1 电场线 电场线是画在电场中的一条条有方向的 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 是为了形象描述而假想的线 矢量和 曲线 切线方向 电场 2 几种特殊的电场线 熟记五种特殊电场电场线分布 如图1 3 1所示 3 电场线的特点 1 电场线从 或无穷远 出发 终止于 或负电荷 2 电场线在电场中不 3 在同一电场中 电场线越的地方场强越大 图1 3 1 正电荷 无穷远 相交 密 4 的电场线是均匀分布的平行直线 五 匀强电场1 定义 电场中各点电场强度的大小相等 方向相同的电场 2 特点 1 场强方向处处相同 电场线是平行直线 2 场强大小处处相等 要求电场线疏密程度相同 即电场线间隔相等 匀强电场 合作探究 你对公式e f q是如何理解的 1 如图1 3 2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q1 2 0 10 8c的电荷 测出其受到的电场力大小为4 0 10 6n 则b处场强是多少 如果换用一个q2 4 0 10 7c的电荷放在b点 其受力多大 此时b处场强多大 图1 3 2 答案 2 0 102n c 与f1方向相反8 0 10 5n2 0 102n c 与f1方向相反 2 有关对电场强度的理解 下述正确的是 b 当电场中存在试探电荷时 电荷周围才出现电场这种特殊的物质 才存在电场强度c 由e kq r2可知 在离点电荷很近时 r接近于零 电场强度达无穷大d 电场强度是反映电场本身特性的物理量 与是否存在试探电荷无关 解析 电场对处于其中的电荷施加电场力的作用 是电场的一个基本性质 为了描述电场的力的性质 引入了物理量电场强度e e反映了电荷周围存在的特殊物质即电场本身的特性 试探电荷的引入仅仅是用来检验这一特性 因此与试探电荷存在与否无关 物理学中的点电荷是一种理想化的模型 对实际的带电体在满足它本身的线度远小于问题中所涉及的空间距离时 都可看成是点电荷 但当r 0时 再也不能把电荷看成是点电荷了 即e kq r2 在r 0时已不适用 答案 d 按照电场线画法的规定 场强大处电场线画的密 场强小处电场线画的疏 因此 根据电场线的疏密可以比较场强的大小 例如 图1 3 3中由于a点处比b点处的电场线密 可知ea eb 但若只给一条直 图1 3 3 电场线 如图1 3 4 要比较a b两点的场强大小 则无法由电场线的疏密程度来确定 对此种情况可有多种推断 1 若是正点电荷电场中的一根电场线 由点电荷场强公式可知ea eb 图1 3 4 2 若是负点电荷电场中的一根电场线 则有eb ea 3 若是匀强电场中的一根电场线 则有ea eb 当然 对这种情况还有其他的推理判断方法 3 如下列图所示 正电荷q在电场中由p向q做加速运动 而且加速度越来越大 那么可以断定 它所在的电场是图中的 解析 正电荷受力的方向和电场强度方向相同 电场线越密的地方电荷受力越大 根据牛顿第二定律 电荷的加速度也就越大 所以根据题意 q点的电场线应比p点的电场线密 故选项a b错误 又由于电荷做加速运动 所以选项c错误 选项d正确 答案 d 等量同种点电荷与等量异种点电荷连线的中垂线上的电场分布及特点是怎样的 4 如图1 3 5所示 一电子沿等量异种电荷连线的中垂线由a o b匀速飞过 电子重力不计 若其只受两个力 则电子所受除了电场力以外的另一个力的大小 方向变化情况是 图1 3 5 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 等量异种电荷电场分布如图 a 所示 由图中电场线的分布可以看出 从a到o 电场线由疏到密 从o到b 电场线由密到疏 所以从a o b 电场强度先由小变大 再由大变小 而电场强度方向沿电场线切线方向 为水平向右 如图 b 所示 由于电子处于平衡状态 所受合外力必 为零 故另一个力应与电子所受电场力大小相等方向相反 电子受的电场力与场强方向相反 即水平向左 电子从a o b过程中 电场力由小变大 再由大变小 故另一个力方向应水平向右 其大小为先变大后变小 所以选项b正确 答案 b 典例精析 对电场强度的理解及应用 例1 在真空中o点放一个点电荷q 1 0 10 9c 直线mn通过o点 om的距离r 30cm m点放一个点电荷q 1 0 10 10c 如图1 3 6所示 求 1 q在m点受到的作用力 2 m点的场强 3 拿走q后m点的场强 4 m n两点的场强哪点大 图1 3 6 因为q为正电 q为负电 库仑力是吸引力 所以力的方向沿mo指向q 3 在m点拿走试探电荷q 有的同学说m点的场强em 0 这是错误的 其原因在于不懂得场强是反映电场的力的性质的物理量 它是由形成电场的电荷q及场中位置决定的 与试探电荷q是否存在无关 故m点的场强仍为100n c 方向沿om连线背离q 4 m点场强大 答案 1 大小为1 0 10 8n方向沿mo指向q 2 大小为100n c方向沿om连线背离q 3 大小为100n c方向沿om连线背离q 4 m点场强大 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 解析 电场强度是矢量 其性质由场源电荷决定 与试探电荷无关 而静电力则与场强和试探电荷都有关系 逐项分析如下 答案 cd 例2 如图1 3 7所示 在水平面上相距为2d的a和b两点上固定着等量异种的两个点电荷 电荷量分别为 q和 q 在ab连线的中垂线上取一点p 垂足为o pao 则p点的场强的大小和方向为 图1 3 7 答案 c 反思领悟 电场强度是矢量 合成时遵循矢量运算法则 平行四边形定则或三角形定则 常用的方法有图解法 解析法 正交分解法等 对于同一直线上电场强度的合成 可先规定正方向 进而把矢量运算转化成代数运算 如图1 3 8所示 m n和p是以mn为直径的半圆弧上的三点 o点为半圆弧的圆心 mop 60 电荷量相等 符号相反的两个点电荷分别置于m n两点 这时o点电场强度的大小为e1 若将n点处的点电荷移到p点 则o点的场强大小变为e2 e1与e2之比为 图1 3 8 答案 b 例3 某静电场中的电场线如图1 3 9所示 带电粒子在电场中仅受电场力作用 其运动轨迹如图中虚线所示 由m运动到n 以下说法正确的是 图1 3 9 a 粒子必定带正电荷b 粒子在m点的加速度大于它在n点的加速度c 粒子在m点的加速度小于它在n点的加速度d 粒子在m点的动能小于它在n点的动能思路点拨 解析 本题是由电场线和粒子运动轨迹判断粒子运动情况的题目 其关键是抓住粒子受电场力的方向指向粒子轨迹弯曲的一侧 即凹侧 并沿电场线的切线方向 根据电荷运动轨迹弯曲的情况 可以确定点电荷受电场力的方向沿电场线方向 故此点电荷带正电 a选项正确 由于电场线越密 场强越大 点电荷受电场力就越大 根据牛顿第二定律可知其加速度也越大 故此点电荷在n点加速度大 c选项正确 粒子从m点到n点 电场力做正功 根据动能定理得此点电荷在n点动能大 故d选项正确 答案 acd 反思领悟 这类问题首先要根据带电粒子轨迹弯曲方向 判断出受力情况 第二步把电场线方向 受力方向与电性相联系 第三步把电场线疏密和受力大小 加速度大小相联系 实线为三条未知方向的电场线 从电场中的m点以相同的速度飞出点电荷a b的运动轨迹如图1 3 10中的虚线所示 a b只受电场力作用 则 a a一定带正电 b一定带负电b 电场力对a做正功 对b做负功 图1 3 10 c a的速度将减小 b的速度将增大d a的加速度将减小 b的加速度将增大解析 由于电场线方向未知 故无法确定a b的电性 a错 电场力对a b均做正功 两带电粒子动能均增大 则速度均增大 b c均错 a向电场线稀疏处运动 电场强度减小 电场力减小 故加速度减小 b向电场线密集处运动 故加速度增大 d正确 答案 d