教科版选修31 第1章 第3节　电场　电场强度和电场线 课件（45张）.ppt

第3节电场电场强度和电场线 课堂探究 自主学习 达标测评 自主学习课前预习 感悟新知 目标导航 教师参考 重点 电场强度的概念 电场线的意义及常见电场的电场线分布难点 对电场强度的理解 电场强度的叠加 对电场线的理解与应用 教材梳理 一 电场电荷周围都存在电场 电荷与电荷之间的相互作用力就是通过它们的而发生的 电场对电荷的作用力称为 电场 电场力 二 电场强度1 定义 任何带电体所形成的电场都能用检验电荷所受与的比值表征其电场的力的性质 我们把这个比值称为该处的电场强度 简称场强 电场力 电荷量 2 公式 e 单位 n c 3 矢量性 电场中某一点场强的方向就是位于该点的电荷受力的方向 正 4 电场力的计算 f qe 5 电场叠加原理 当空间存在多个电荷时 它们在某一点形成的场强等于各个电荷单独存在时在该点的场强的矢量和 想一想在空间中有一电场 把一带电荷量为q的检验电荷放在电场中的a点 该电荷受到的电场力为f 若把带电荷量为2q的点电荷放在a点 则它受到的电场力为多少 若把带电荷量为nq的点电荷放在该点 它受到的电场力为多少 答案 2fnf 三 点电荷电场的场强1 公式 e 2 方向 以q为中心 r为半径作一球面 则球面上各点的电场强度大小都相等 当q为正电荷时 场强的方向 当q为负电荷时 场强的方向 四 电场线1 意义 电场线上每一点的方向都和该处的场强方向一致 某一区域电场线的反映了这一区域电场强度的大小 2 特点 1 在静电场中 电场线起始于 终止于或无穷远处 或者起始于无穷远处 终止于负电荷 电场线 2 任何两条电场线都不会 3 电场强度较大的地方电场线较 电场强度较小的地方电场线较 沿半径向外 沿半径向内 切线 疏密 正电荷 负电荷 不闭合 相交 密 疏 3 匀强电场 1 定义 各点场强的和都相同的电场 2 电场线的分布 电场线相互平行而且分布均匀 想一想在实验室 可以用实验模拟电场线 头发屑在蓖麻油中的排列显示了电场线的形状 这能否说明电场线是实际存在的线 答案 电场线实际不存在 但可以用实验模拟 大小 方向 1 电场看不见 摸不着 因此电场不是物质 2 等量异种电荷的连线上 中点的场强最大 3 电场强度的方向就是放入电场中的电荷受到的电场力的方向 4 电场线不是实际存在的线 而是为了形象地描述电场而假想的线 5 电场线就是电荷的运动轨迹 思考判断 答案 1 2 3 4 5 要点一对电场强度的理解 课堂探究核心导学 要点探究 问题导学 能否说电场强度跟电荷所受的电场力f成正比 跟电荷量q成反比 答案 电场中某点的电场强度仅与场源电荷及在电场中的位置有关 与检验电荷的电荷量 电性及所受电场力f的大小无关 所以不能说e f e 要点归纳 1 电场强度反映了电场的力的性质 2 唯一性 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也就确定下来 与该点放不放检验电荷无关 3 矢量性 电场强度是矢量 其方向与在该点的正 负 电荷所受电场力的方向相同 反 例1 点电荷q产生的电场中有一a点 现在在a点放上一电荷量为q 2 10 8c的检验电荷 它受到的电场力为7 2 10 5n 方向水平向左 则 1 点电荷q在a点产生的电场强度大小为e1 方向 2 若在a点换上另一电荷量为q 4 10 8c的检验电荷 此时点电荷q在a点产生的电场强度大小为e2 该检验电荷受到的电场力大小为 方向 3 若将a点的检验电荷移走 此时点电荷q在a点产生的电场强度大小e3 方向为 核心点拨 1 规定正电荷在该点所受电场力的方向为该点场强方向 2 电场中某点的电场强度大小和方向与检验电荷没有关系 它是由场源电荷决定的 2 a点的电场是由点电荷q产生的 因此此电场的分布由电荷q来决定 只要q不发生变化 a点的电场强度就不发生变化 与有无检验电荷以及检验电荷的电性无关 所以e2 e1 3 6 103n c 由e 得f2 3 6 103 4 10 8n 1 44 10 4n 方向水平向右 3 若移走检验电荷 点电荷q在a点产生的电场强度不变 即e3 e1 3 6 103n c 方向水平向左 答案 1 3 6 103n c水平向左 2 3 6 103n c1 44 10 4n水平向右 3 3 6 103n c水平向左 误区警示对电场强度的理解电场中某点的电场强度由场源电荷q决定 与检验电荷q所受电场力及其所带电荷量无关 即无论有无检验电荷 该点的电场强度固定不变 教师备用 例1 1 一带负电的试探电荷的电荷量为10 10c 放在电场中的p点 所受电场力大小为10 6n 方向向东 则p点的场强为 a 104n c 方向向西b 104n c 方向向东c 10 4n c 方向向西d 10 4n c 方向向东 a 针对训练1 1 2017 济南一中期中 关于电场强度的概念 下列说法正确的是 a 由e 可知 某电场的场强e与q成反比 与f成正比b 正 负试探电荷在电场中同一点受到的静电力方向相反 所以某一点场强方向与放入试探电荷的正负有关c 电场中某一点的场强与放入该点的试探电荷的正负无关d 电场中某一点不放试探电荷时 该点场强等于零 c 解析 e 是一个比值定义式 电场强度的大小与试探电荷所带电荷量以及电荷所受静电力的大小无关 是由电场本身的性质决定的 a错误 c正确 电场强度的方向规定是正电荷受力的方向 与负电荷受力的方向相反 因此放入负电荷受力的反方向才是电场强度的方向 b错误 若电场中某点电场强度已测出 将试探电荷拿走 电场强度仍不变 d错误 要点二电场强度的叠加 问题导学 电场叠加时 如何求电场中某点的场强 答案 场强的叠加遵守矢量合成的平行四边形定则 当两场强方向在同一直线上时 选定正方向后可作代数运算合成 当两场强不在同一条直线上时 可应用平行四边形定则进行矢量合成 要点归纳 1 等量同种点电荷的电场叠加后的场强变化规律 如图 甲 所示 1 两点电荷连线中点o处的场强为零 此处无电场线 2 两点电荷连线中点o附近电场线非常稀疏 但场强不为零 3 从两点电荷连线中点o沿中垂面 线 到无限远 电场线先变密后变疏 即场强先变大后变小 4 两点电荷连线中垂线上各点的场强方向和该直线平行 5 关于o点对称的两点a与a b与b 场强等大 反向 2 等量异种点电荷的电场叠加后的场强变化规律 如图 乙 所示 1 两点电荷连线上各点的场强方向从正电荷指向负电荷 沿电场线方向场强先变小再变大 2 两点电荷连线的中垂面 线 上 电场线的方向均相同 即场强方向相同 且与中垂面 线 垂直 3 关于o点对称的两点a与a b与b 场强等大 同向 例2 2015 山东卷 18 直角坐标系xoy中 m n两点位于x轴上 g h两点坐标如图 m n两点各固定一负点电荷 一电量为q的正点电荷置于o点时 g点处的电场强度恰好为零 静电力常量用k表示 若将该正点电荷移到g点 则h点处场强的大小和方向分别为 b 规律方法计算电场强度的几种方法 1 用定义式e 求解 常用于涉及试探电荷或带电体的受力情况 2 用e k求解 仅适用于真空中的点电荷产生的电场 3 利用叠加原理求解 常用于涉及空间中存在几部分电荷的情景 4 根据对称性原理 灵活利用假设法 分割法求解 教师备用 例2 1 如图 真空中xoy平面直角坐标系上的a b c三点构成等边三角形 边长l 2 0m 若将电荷量均为q 2 0 10 6c的两点电荷分别固定在a b点 已知静电力常量k 9 0 109n m2 c2 求 1 两点电荷间的库仑力大小 解析 1 根据库仑定律 a b两点电荷间的库仑力大小为f k 代入数据得f 9 0 10 3n 答案 1 9 0 10 3n 2 c点的电场强度的大小和方向 解析 2 a b点电荷在c点产生的场强大小相等 均为e1 k a b两点电荷形成的电场在c点的合场强大小为e 2e1cos30 代入数据得e 7 8 103n c 场强e的方向沿y轴正向 答案 2 7 8 103n c沿y轴正方向 针对训练2 1 2017 荆州中学月考 如图 一半径为r的圆盘上均匀分布着电荷量为q的电荷 在垂直于圆盘且过圆心c的轴线上有a b d三个点 a和b b和c c和d间的距离均为r 在a点处固定一电荷量为q q 0 的点电荷 一同学将一检测电荷沿直线在ac间移动时发现只在b点不需加力 不计重力 已知静电力常量为k 求d点处场强的大小 要点三电场线 问题导学 如图为将头发屑放在一对等量异种电荷产生的电场中的头发屑的排列情况 形成一些曲线 可以用来模拟电场线 电场线是真实存在的吗 能否通过 模拟电场线 判断电场的强弱情况 答案 电场线并不存在 它是为了形象地描述电场引入的 电场线不存在但可以模拟 电场线比较密的地方电场较强 反之较弱 要点归纳 1 几种常见电场的电场线 2 电场线与电荷的运动轨迹 思维导图 例3 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a b两个带电粒子 a b的运动轨迹如图中的虚线所示 a b只受电场力作用 则 d 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 选项a错误 根据a b的运动轨迹 a受向左的电场力 b受向右的电场力 所以电场力对a b均做正功 两带电粒子动能均增大 则速度均增大 选项b c均错误 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 选项d正确 规律方法电场线与运动轨迹问题的分析方法 1 由轨迹的弯曲方向判断静电力的方向 轨迹弯向所受合力方向的一侧 2 由电场线的疏密判断加速度的大小 3 由静电力做功的情况判断速度的变化情况 4 只有当电场线是直线 且带电粒子只受静电力作用 或受其他力 但方向沿电场线所在直线 同时带电粒子的初速度为零或初速度方向沿电场线所在直线时 运动轨迹才和电场线重合 教师备用 例3 1 已知表面电荷均匀分布的带电球壳 其内部电场强度处处为零 现有表面电荷均匀分布的带电半球壳 如图所示 cd为通过半球顶点c与球心o的轴线 p q为cd轴上关于o点对称的两点 则 a p点的电场强度与q点的电场强度大小相等 方向相同b p点的电场强度与q点的电场强度大小相等 方向相反c p点的电场强度比q点的电场强度强d p点的电场强度比q点的电场强度弱 a 解析 设想有一个与题述相同的右半球壳 对于相互独立的左 右两个半球壳 p点与q 点场强大小相等 方向相反 则大小为e1 q与p 点场强大小相等 方向相反 则大小为e2 若左 右球壳合为一个带电球壳 由于其内部电场强度处处为零 则e1 e2 由此可知选项a正确 针对训练3 1 某电场的电场线分布如图所示 下列说法正确的是 a c点的电场强度大于b点的电场强度b 若将一试探电荷 q由a点释放 它将沿电场线运动到b点c b点的电场强度大于d点的电场强度d a点和b点的电场强度的方向相同 解析 据电场线的分布可知 c点的电场线比b点的电场线稀疏 即c点的电场强度小于b点的电场强度 b点的电场线比d点的电场线密 即b点的电场强度大于d点的电场强度 a点和b点的切线方向不同 即两点的电场强度的方向不同 故选项a d错误 c正确 将一试探电荷 q由a点释放 在a点受力方向沿电场线切线方向 加速度方向为切线方向 因此 电荷不可能沿电场线运动到b点 故选项b错误 c 要点四电场力与力学规律的综合应用 问题导学 涉及电场力综合问题的解题思路同解力学问题的方法有什么不同 答案 完全一样 只不过受力分析时多了一个电场力 可以用牛顿第二定律求解加速度 用动能定理求解速度 用运动学公式求位移 时间等 例4 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 此时小球与极板间的距离为b 如图所示 重力加速度为g 问 1 小球带电荷量是多少 核心点拨 1 未剪断丝线前 小球受三个力恰平衡 则三个力的合力为零 2 若剪断丝线 小球碰到金属板需多长时间 核心点拨 2 剪断丝线后 小球受恒定的重力 电场力 小球应沿合力的方向 丝线拉力的反方向 做匀加速直线运动 如图所示 方法总结对处于平衡状态的带电体先进行受力分析 画出受力图 然后用力的合成或分解的方法处理这些力 若是三力平衡 宜用合成方法 若是三力以上的平衡宜用正交分解 第三步是写平衡方程求解 静电力作用下的非平衡问题 方法与力学中相同 首先分析带电体的受力 再依据牛顿第二定律f合 ma进行求解 针对训练4 1 如图所示 光滑斜面倾角为37 一带正电的小物块质量为m 电荷量为q 置于斜面上 当沿水平方向加如图所示的匀强电场时 带电小物块恰好静止在斜面上 从某时刻开始 电场强度变化为原来的 sin37 0 6 cos37 0 8 g 10m s2 求 1 原来的电场强度大小 2 小物块运动的加速度 答案 2 3m s2方向沿斜面向下 达标测评随堂演练 检测效果 1 a为已知电场中的一固定点 在a点放一电荷量为q的检验电荷 所受电场力为f a点的场强为e 则 a 若在a点换上电荷量为 q的检验电荷 a点场强方向发生变化b 若在a点换上电荷量为2q的检验电荷 a点的场强将变为2ec 若在a点移去检验电荷 a点的场强变为零d a点场强的大小 方向与q的大小 正负 有无均无关 d 解析 电场强度e 是通过比值定义法得出的 其大小及方向与检验电荷无关 故放入任何电荷时电场强度的方向 大小均不变 故a b c均错误 d正确 解析 电场线上每一点的切线方向都跟正电荷在该点的受力方向相同 a错误 沿电场线方向 其疏密变化情况未知 所以电场强度大小不能判定 电荷的受力情况也不能判定 所以b d错误 电场线密的地方场强大 电荷所受电场力越大 c正确