高中物理 第三节 电场 电场强度 新人教版选修3

用心 爱心 专心1 第三节第三节 电场电场 电场强度 电场强度 2 2 课时 课时 教学目标教学目标 一 知识与技能 一 知识与技能 1 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 2 理解电场强度的概念及其定义式 会根据电场强度的定义式进行有关的计算 知道电场强度是 矢量 知道电场强度的方向是怎样规定的 3 能根据库仑定律和电场强度的定义式推导点电荷场强的计算式 并能用此公式进行有关的计 算 4 知道电场的叠加原理 并应用这个原理进行简单的计算 二 过程与方法 二 过程与方法 通过分析在电场中的不同点 电场力 F 与电荷电量 q 的比例关系 使学生理解比值 F q 反映的是 电场的强弱 即电场强度的概念 知道电场叠加的一般方法 三 情感态度与价值观 三 情感态度与价值观 使学生学会由个别事物的个性来认识一般事物的共性的认识事物的一种重要的科学方法 培养学生学会分析和处理电场问题的一般方法 重点 重点 电场强度的概念及其定义式 难点 难点 对电场概念的理解 应用电场的叠加原理进行简单的计算 教学过程教学过程 一 引入新课 问题引入 电荷间的相互作用力是怎样产生的 二 新课教学 第三节第三节 电场电场 电场强度电场强度 一 电场 启发学生从哲学角度认识电场 理解电场的客观存在性 不以人的意识为转移 但能为人的 意识所认识的物质属性 利用课本图 1 3 1 说明 电 荷 A 和 B 是怎样通过电场与其他电荷发生作用 电荷 A 对电荷 B 的作用 实际上是电荷 A 的电场对电荷 B 的作用 电荷 B 对电荷 A 的作用 实际上是电荷 B 的电场对电荷 A 的作用 1 电荷之间的相互作用是通过特殊形式的物质 电场发生的 电荷的周围都存在电场 特殊性 不同于生活中常见的物质 看不见 摸不着 无法称量 可以叠加 物质性 是客观存在的 具有物质的基本属性 质量和能量 2 电场的基本性质 主要表现在以下几方面 引入电场中的任何带电体都将受到电场力的作用 且同一点电荷在电场中不同点处受到的电场 力的大小或方向都可能不一样 电场能使引入其中的导体产生静电感应现象 当带电体在电场中移动时 电场力将对带电体做功 这表示电场具有能量 可见 电场具有力和能的特征 提出问题 同一电荷 q 在电场中不同点受到的电场力的方向和大小一般不同 这是什么因素造成 的 引入电场强度的概念 因为电场具有方向性以及各点强弱不同 所以造成同一电荷 q 在电场 中不同点受到的电场力的方向和大小不同 我们用电场强度来表示电场的强弱和方向 二 电场强度 E 电荷 电场电荷 A B 图1 3 1电荷之间通过电场相互作用 用心 爱心 专心2 由图 1 2 1 可知带电金属球周围存在电场 且从小球受力情况可知 电场的强弱与小球带电和位置 有关 引出试探电荷和场源电荷 1 关于试探电荷 检验电荷 和场源电荷 注意 检验电荷是一种理想化模型 它是电量很小的 点电荷 将其放入电场后对原电场强度无影响 指出 虽然可用同一电荷 q 在电场中各点所受电场力 F 的大小来比较各点的电场强弱 但是电场力 F 的大 小还和电荷 q 的电量有关 所以不能直接用电场力的 大小表示电场的强弱 实验表明 在电场中的同一点 电场力 F 与电荷电量 q 成正比 比值 F q 由电荷 q 在电场中的位置所决定 跟电荷电量无关 是 反映电场性质的物理量 所以我们用这个比值 F q 来表示电场的强弱 2 电场强度 定义 电场中某一点的电荷受到的电场力 F 跟它的电荷量 q 的比值 叫做该点的电场强度 简 称场强 用 E 表示 公式 大小 适用于所有电场 q F E 单位 牛顿 库仑 N C 如果 1C 的电荷在电场中某点受到的静电力是 1N 这点的电场强度就是 1N C 提出问题 电场强度是矢量 怎样表示电场的方向呢 方向 物理学中规定 电场中某点的场强方向跟正电荷在该点所受的电场力的方向相同 注意 负电荷在电场中某点所受的电场力的方向跟该点的场强方向相反 研究方法 将检验电荷放入点电荷周围的电场中某点 判断其所受的电场力的大小和方向 从 而得出该点场强 唯一性和固定性 电场中某一点处的电场强度 E 是唯一的 它的大小和方向与放入该点电荷 q 的大小 正负及有无 均无关 它决定于电场的源电荷及空间位置 电场中每一点对应着的电场强度与是否放入电荷无 关 带领学生总结出真空中点电荷周围电场的大小和方向 三 真空中 点电荷周围的电场 电场强度的叠加 1 点电荷周围的电场 大小 只适用于点电荷的电场 2 r Q kE 公式 E kQ r2中的 Q 是场源电荷的电量 r 是场中某点到场源电荷的距离 从而使学生理解 空间某点的场强是由产生电场的场源电荷 Q 和该点距场源电荷的距离 r 决定的 与检验电荷无关 方向 如果 Q 是正电荷 E 的方向就是沿着半径向外 如果 Q 是负电荷 E 的方向就是沿着半径向内 如图 1 3 2 示 公式 E F q 和 E kQ r2的区别及联系 公式 E F q 适用于所有电场 公式 E kQ r2只适用于点电荷的电场 提出问题 如果空间中有几个点电荷同时存在 此时各点的场强是怎 样的呢 带领学生由检验电荷所受电场力具有的叠加性 分析出电场的叠加原理 图1 2 1 探究影响电荷间相互作用力的因素 A P1P2P3 F 图1 3 2 点电荷的电场 用心 爱心 专心3 2 电场强度的叠加原理 电场中某点的电场强度为各个点电荷单独存在时在该点产生的电场强度的 矢量和 例如 课本图 1 3 3 中 P 点的场强 等于 Q1在该点产生的场强 E1 和 Q2在该点产生的场强 E2的矢量和 从而使学生进一步理解到 任 何带电体都可以看做是有许多点电荷组成的 利用点电荷场强的计算 公式及叠加原理就可以计算出其周围各点场强 例题例题 1 在真空中有两个点电荷 Q1 3 0 10 8C 和 Q2 3 0 10 8C 它们相距 0 1m 求电场中 A 点的场强 A 点与两个点电荷的距离相等 r 0 1m 分析 分析 点电荷 Q1和 Q2的电场在 A 点的场强分别为 E1和 E2 它们大小 相等 方向如图 1 所示 合场强 E 在 E1和 E2的夹角的平分线上 此平 分线跟 Q1和 Q2的连线平行 解 E E1cos60 E2cos60 2 E1cos60 2k Q1cos60 r2 代入数值得 E 2 7 104N C 3 可以证明 一个半径为 R 的均匀带电球体 或球壳 在外部产生的电 场 与一个位于球心的 电荷量相等的点电荷产生的电场相同 即球外 距离球心 r 处电场强度为 E kQ r2 4 电场力与电场强度的区别与联系 电场力电场强度 物理意义电荷在电场中所受力反映电场的力的属性 决定因素由电场和电荷共同决定仅由电场自身决定 大小F qEE F q 方向正电荷受力与 E 同向 负电荷受力与 E 反向 规定 E 的方向为正电荷在该点的 受力方向 区 别 单位NN C 或 V m 联 系F qE 普遍适用 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 曲线上每点的切线方向表示该点的电场强 度的方向 2 电场线的基本性质 电场线上每点的切线方向就是该点电场强度的方向 电场线的密疏反映电场强度的大小 疏弱密强 静电场中电场线始于正电荷或无穷远 止于负电荷或无穷远 它不封闭 也不在无电荷处中断 任意两条电场线不会在无电荷处相交 包括相切 3 常见电场的电场线 演示 模拟电场线 电场正点电荷负点电荷等量同号电荷等量异号电荷匀强电场 P Q1 Q2 E1 E2 E 图1 3 3 A Q1 Q2 E1 E2 E 图1 用心 爱心 专心4 电场线图样 简要描述发散状会聚状相斥状相吸状 平行的 等间 距的 同向的 直线 强调指出 电场线是为了形象描述电场而引入的 电场线不是实际存在的线 五 匀强电场 1 定义 电场中各点场强的大小相等 方向相同的电场就叫匀强电场 2 匀强电场的电场线 是一组疏密程度相同 等间距 的平行直线 例如 两等大 正对且带等量异种电荷的平行金属板间的电场中 除边缘附近外 就是匀强 电场 如图 1 3 10 小结 对本节内容做简要的小结 巩固练习巩固练习 1 下列说法中正确的是 B C A 电场强度反映了电场的力的性质 因此场中某点的场强与检验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 但与检验电荷的受力大小及带电量无关 C 电场中某点的场强方向即检验电荷在该点的受力方向 D 公式 E F q 和 E kQ r2对于任何静电场都是适用的 2 在真空中负点电荷 Q 形成的电场中的 P 点 放一个 q1 10 9C 的点电荷 测得所受电场力大 1 q 小为 10 6N 则 l 若移走 q1 而在 P 点放置一个 q2 2 10 8C 的点电荷 则 q2所受电场力大 小为 N 此时 Q 在 P 点产生的电场的场强大小为 N C 方向与将放 1 q 在 P 点时的场强方向 2 若在 P 点不放任何检验电荷 则 Q 在 P 点产生的场强 大小为 N C 方向与将放在 P 点时的场强方向 1 q 答 l 2 10 5 1 103 相同 2 1 103 相同 3 下列说法中正确的是 ACD A 场强的定义式 E F q 中 F 是放入电场中的电荷所受的力 q 是放入电场中的电荷的电量 B 场强的定义式 E F q 中 F 是放入电场中的电荷所受的力 q 是产生电场的电荷的电量 C 在库仑定律的表达式中 是电荷 q2产生的电场在点电荷 q1处的场强大小 此 2 21 r qq kF 2 2 r q k 场对 q1作用的电场力 同样是电荷 q1产生的电场在点电荷 q2处的场强的大小 2 2 1 r q kqF 2 1 r q k 此场对 q2作用的电场力 2 2 2 r q kqF D 无论定义式 E F q 中的 q 值 不为零 如何变化 在电场中的同一点 F 与 q 的比值始终不变 作业 1 复习本节课文 图1 3 10 用心 爱心 专心5 2 思考课本 P14问题与练习第 1 2 5 6 7 题 3 将 2 6 题做在作业本上 参考题参考题 1 在电场中某一点 当放入正电荷时受到的电场力向右 当放入负电荷时受到电场力向 左 下列说法正确的是 C A 当放入正电荷时 该点的场强向右 当放入负电荷时 该点的场强向左 B 只有在该点放入电荷时 该点才有场强 C 该点的场强方向一定向右 D 以上说法均不正确 2 真空中 两个等量异种点电荷电量数值均为 q 相距 r 两点电荷连线中点处 的电场强度的大小为 D A 0 B 2kq r2 C 4 kq r2 D 8 kq r2 3 在 个等边三角形ABC的顶点B C处各放 个点电荷时 测得A 处的电场强度大小为E 方 向与BC边平行 且由B指向C 如图所示 拿走C处的点电荷后 A处的电场强度 B A 大小仍为E 方向从A指向B B 大小仍为E 方向沿BA延长线向外 C 大小变为E 2 方向未变 D 不能作出结论 说明说明 1 电场强度是表示电场强弱的物理量 因而在引入电场强度的概念时 应该使学生了解什么是电 场的强弱 同一个电荷在电场中的不同点受到的电场力的大小是不同的 所受电场力大的点 电 场强 2 应当使学生理解为什么可以用比值 F q 来表示电场强度 知道这个比值与电荷 q 无关 是反映 电场性质的物理量 用比值定义一个新的物理量是物理学中常用的方法 应结合学生前面学过的类似的定义方法 让 学生领会电场强度的定义 3 应当要求学生确切地理解 E F q 和 E kQ r2这两个公式的含义 以及它们的区别和联系 4 应用电场的叠加原理进行计算时不应过于复杂 一般只限于两个电场叠加的情形 通过这种计 算 使学生理解场强的矢量性 5 电场线是为了形象描述电场而引入的 电场线不是实际存在的线 A 组能力训练题组能力训练题 1 2005 江苏理综卷 21 关于电场 下列说法正确的是 C 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 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 答 C A B C E 用心 爱心 专心6 2 下列关于点电荷的场强公式的几种不同的理解 不正确的是 BCD 2 r Q kE A 在点电荷 Q 的电场中 某点的场强大小与 Q 成正比 与 r2成反比 B 当 r 0 时 E 当 r 时 E 0 C 点电荷 Q 产生的电场中 各点的场强方向一定是背向点电荷 Q D 以点电荷 Q 为中心 r 为半径的球面上各处的场强 相等 3 在电场中某点放入电荷量为 q 的正电荷时 测得该点的场强为 E 若在同一点放入电荷量 q 2q 的负电荷时 测得场强为 E 则有 D A E E 方向与 E 相反B E 2E 方向与 E 相同 C E E 2 方向与 E 相同D E E 方向与 E 相同 4 图 3 所示的各电场中 A B 两点场强相同的是 C 5 在同一直线上依次有 A B C 三点 且 BC 3AB 在 A 点固定一个带正电的小球 在 B 点引入 电量为 2 0 10 8C 的试探电荷 其所受电场力为 2 0 10 6N B 点的场强为 将该试探 电荷移去后 B 点的场强为 C 点的场强为 如果要使 B 点的场强为 零 可以在 C 点放一个电量是 A 点处带电小球的电量的 倍的 电荷 答 100N C 100N C 6 25N C 9 正 6 2007 年广东理科基础 12 如图 4 所示 实线是一簇未标明方向的由点电荷 Q 产生的电场线 若带电粒子 q Q q 由 a 运动到 b 电场力做正功 已知在 a b 两点粒子所受电场力分别为 Fa Fb 则下列判断正确的是 A A 若 Q 为正电荷 则 q 带正电 Fa Fb B 若 Q 为正电荷 则 q 带正电 FaFb D 若 Q 为负电荷 则 q 带正电 Fa Fb 解析 由 a 运动到 b 电场力做正功可知 两电荷电性相同 又由电场线的疏密知 Fa Fb 7 如图 5 所示 一电子沿等量异种电荷的中垂线由 A O B 匀速运 动 电子重力不计 则电子除受电场力外 所受的另一