人教版选修31 电场强度 课件 (共55张).ppt

磁铁能吸引铁钉 地球表面存在磁场 导入新课 两个带电体之间存在相互作用力 它们之间是否存在某种特殊物质呢 对于带电体之间是否存在某种物质 当时物理界存在两种观点 谁正确呢 vs 1 3电场强度 第一章静电场 教学目标 1 知识与能力 知道自然界存在两种物质 场与实物 知道电荷之间的相互作用是通过电场存在的 电场强度的符号 单位 会利用电场强度公式进行相关的计算 2 过程与方法 通过实验进行分析推导出得到电场强度公式 通过分析描绘出点电荷以及其他电荷的电场线 3 情感态度与价值观 在电场强度公式的推导过程中 要学会通过改变单一变量来合理地推到结论的方法 会通过描绘电场线分析题目 教学重难点 教学重点 教学难点 电场强度公式的推导过程电场强度的叠加电场线的画法 电场叠加的计算复杂电荷的电场线 一 电场 二 电场强度 内容解析 四 电场线 五 匀强电场 一 电场 超距作用观点 不需要介质 不经历时间 空间 牛顿反对超距作用观点 但无法论证自己的观点 1 电场理论的发展 19世纪30年代 法拉第提出电荷周围存在电场的观点 近代物理学理论提出电磁场存在并相互联系的观点 法拉第认为电荷的周围为存在电场 处在电场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场给与的 电荷a对b的作用力就是电荷a的电场对电荷b的作用 电荷b对a的作用就是电荷b的电场对电荷a的作用 2 电场对电荷的作用 3 电磁场理论 静电场 静止的电荷产生的电场电磁场 运动的电荷在运动状态迅速变化时才凸现电磁场的实在性 超距作用观点 无媒介 不经历时间空间近代物理观点 光速 空间 场和实物一样具有能量 质量 动量 场与实物是物质存在的两种不同形式 悬挂起来的小球带电受到带电金属球a的静电力 这表明带电金属球的周围存在着电场 小球受到的静电力大小和方向与小球的位置有关 这表明电场的强弱是与位置有关的 让我们回顾一下1 2中的实验 二 电场强度 下面介绍电场学中的几个基本概念 试探电荷 用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的电荷 实验中的带电小球 场源电荷 源电荷 能激发出电场的电荷 带电金属球o 试探电荷的电荷量和尺寸必须足够小 对场源电荷的分布不产生明显的影响 从而原来的电场不因试探电荷的出现而有明显变化 电场强度的推导过程 在上一节中我们已经推导出电荷之间的作用力公式 源电荷的大小 试探电荷的大小 静电力常量 两电荷之间的距离 同一个场源电荷 q1恒定试探电荷在同一位置 r恒定只改变试探电荷的大小 在计算受力大小时只有k是常量 其余都是变量 因此对于不同的试探电荷在电场中的位置不同受到的力也不一样 为了简化推导过程我们可以将一些变量转化为恒量 可以推断出 在同一电荷形成的电场中的同一位置处 试探电荷的电荷量不同 受到的力也不同 f与q的成正比 由此引入电场强度的概念 f eq 试探电荷在电场中的某个位置所受到力与试探电荷的电荷量成正比 反映该点性质的物理量叫做电场强度 公式 注意 适用于一切电场 电场中某点的场强e的大小及方向取决于电场本身 即源电荷的大小及位置 于试探电荷的正负 电荷量q 和受到的力以及有无试探电荷存在均无关 q可视为测量工具 在电荷量为q的点电荷形成的电场中 与之相距为r的试探电荷电荷量为q 根据库仑定律 试探电荷的受力为 1 点电荷的电场 根据电场强度的定义 两个公式联立可计算出该点电场强度的大小为 正点电荷的电场 负点电荷的电场 如果以q为中心作一个球面 球面上个点的电场强度大小相等 当q为正电荷时 e的方向沿半径方向向外 当q为正电荷时 e的方向沿半径方向向里 如图 点电荷q1在p点的电场强度为e1 点电荷q2在p点的电场强度为e2 则p点的合场强为e1e2的矢量和 q1q2为同种电荷 q1q2为异种电荷 2 电场强度的叠加 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 一个比较大的带电体不能看做点电荷 在计算它的电场时 可以把它分成若干小块 只要每块做够小 就可以把每小块所带的电荷看做点电荷 然后用点电荷电场强度叠加的方法计算整个带电体的电场 注意 为了形象化的地描绘电场 人为地的在电场中画出的一系列从正电荷出发到负电荷终止的曲线 使曲线上每一点的切线方向跟该点场强方向一致 这些曲线叫做电场线 四 电场线 从正电荷出发终止于负电荷 包括从正电荷出发终止于无穷远或来自无穷远终止于负电荷 电场线某点的受力方向表示该点的场强方向 电场线在某处的疏密表示该处场强的强弱 电场线不相交也不闭合 电场线的特点 电场线不是电荷的运动轨迹 也不是客观存在的线 正点电荷的电场线 负点电荷的电场线 等量同种电荷的电场线 等量异种电荷的电场线 五 匀强电场 电场中各点的电场强度相等 方向相同 这样的电场叫做匀强电场 由于方向相同 匀强电场的电场线是平行的 由于电场强度大小相等 电场线的密度应该是均匀的 所以匀强电场的电场线是间隔相等的平行线 带有等量异号电荷的金属板 如果两板相距很近 它们之间的电场 除边缘部分外 可以看做匀强电场 在两板的外面几乎没有电荷 课堂小结 一 电场 带电体周围存在的特殊媒介物质 对于放入其中的电荷有力的作用 e的大小 e的方向 电场中某点的场强方向为该点正电荷所受电场力方向 二 电场强度 注意 电场中某点的场强e的大小及方向取决于电场本身 即场源电荷的大小与这点的位置 与试探电荷和的正负 电荷量q和受到的力f及有无试探电荷无关 根据点电荷电场强度计算公式 可以推测出 如果以q为中心作一个球面 球面上个点的电场强度大小相等 当q为正电荷时 e的方向沿半径方向向外 当q为正电荷时 e的方向沿半径方向向里 电场强度的叠加原理 几个点电荷同时在某点形成场强时 这点的场强等于各个点电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和 四 电场线 为了形象化的地描绘电场 人为地的在电场 中画出的一系列从正电荷出发到负电荷终止的曲线 使曲线上每一点的切线方向跟该点场强方向一致 这些曲线叫做电场线 从正电荷出发终止于负电荷 的切线方向为场强方向 疏密表示场强强弱 不相交也不闭合 假想的曲线客观不存在 电场线的特点 要求 正负点电荷的电场线等量同种 异种 电荷的电场线点电荷与平板带电体的电场线带等量异种电荷的平行金属板间的电场线 课堂练习 1 如图 一电子沿等量异号电荷的中垂线由a o b匀速飞过 电子重力不计 则电子所受另一个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 先变小后边大 方向水平向左 d 先变小后变大 方向水平向右 b 解 设所在处的电场强度为e 3 如图所示 两个带同种电荷的小球 可以看做点电荷 电荷量分别为q1q2 质量分别为m1和m2 当两球处于同一水平面时 的可能原因是 a m1 m2b m1q2d q1 q2 b a a球先落地 b 落地时动能相等 c 落地时a球飞行的距离比b球的小 d 在飞行过程中 a球受到的冲量比b球受到的冲量大 c 5 如图所示 两个带同种电荷的小球 他们的质量分别为m1 m2 带电量分别为q1 q2 用绝缘细绳悬挂后 因静电力使细绳分开 若q1 q2 l1 l2 平衡时两球达到o点的距离相等 则m1 m2 填 大于 小于 等于 归纳 这与前两道题有什么相同和不同呢 大于 不变 提示 用力的三角形和几何三角形相似解题 7 如图所示 三个可视为指点的金属小球 a b c 质量分别为m 2m和3m b球带负电 电荷量为q a c不带电 不可伸长的绝缘细线将三球连接 将它们悬挂在o点 三球均处于竖直方向的匀强电场中 场强度为e 静止时 ab球间细线的拉力为多大 将oa线剪断后的瞬间 ab球间细线的拉力的大小为多少 高考链接 1 2006年全国 ab是长为l的均匀带电细杆 p1p2是位于ab所在直线上的两点 位置如图所示 ab上电荷产生的静电场在p1处的场强大小为e1 在p2处的场强大小为e2 则以下说法正确的是 d a 两处的电场方向相同 e1 e2 b 两处的电场方向相反 e1 e2 c 两处的电场方向相同 e1 e2 d 两处的电场方向相反 e1 e2 点拨 解析 设均匀带电细杆带正电荷 对p1 均匀带电细杆左边和右边的电荷在p1点的场强叠加为零 细杆右边距p1到处的电荷 对p1点叠加后的场强为e1方向水平向左 对于p2 均匀带电细杆整个杆的电荷对p2均有场强 叠加后为e2 方向水平向右 对p1产生场强的电荷小于对p2产生场强的 所以 两处的场强方向相反 e1 e2 若均匀带电细杆带负电荷 同理可得 所以d选项正确 2 2005江苏 关于电场下列说法正确的是 a 电场是假想的 并不是客观存在的物质 b 描述电场的电场线是客观存在的物质 c 电场对放入其中的电荷有力的作用 d 电场对放入其中的电荷没有力的作用 c 点拨 电场虽然看不见但真实存在 电场对放入其中的电荷有力的作用 为了形象的描述电场引入了电场线这一概念 e1b e2c e3d e4 b 点拨 教材习题答案 2 答 电子所在处的电场强度为 4 这种说法是错误的 例如 如图1 9所示 有一带电粒子以平行于金属板的初速度射入电场 它沿电场线方向做匀加速运动 而沿初速度方向做匀速运动 它的运动轨迹是曲线 也就是说 它的运动轨迹与电场线不重合 5 答 因为电场线的疏密程度反映电场强度的强弱 所以 b点的电场最强 c点的电场最弱 a b c三点的电场强度的方向如图1 10所示 负电荷在a b c三点的电场强度方向如图1 10所示 图1 9 图1 10 6 答 小球受到重力 电场力f 轻绳拉力ft的作用而处于平衡状态 它的受力情况如图1 11所示 由图可知 绳拉力方向与竖直方向夹角为30 求电场强度 7 答 因为 q1 q2