高中物理 第1章 静电场 第3节 电场强度课件 新人教版选修31.ppt

第3节电场强度 教师参考 一 教学目标知识与技能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过程与方法通过分析在电场中的不同点 静电力f与电荷量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情感态度与价值观培养学生学会分析和处理电场问题的一般方法 二 教学重点难点教学重点电场强度的概念及其定义式教学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三 重难点突破方略电场强度概念建立的突破方略 教师演示1与设问 在大球o附近的不同位置处 同一小球的偏角不同 如图所示 并提问 同一试探电荷q在源电荷q附近的不同位置处 静止时受到的静电力大小不等 那么 电荷周围的不同位置 电场的强弱是否相同 答案 电场不同位置 强弱不同 教师演示2与设问 在大球o附近的同一位置处 放不同的小球 其偏角不同 并提问 1 不同试探电荷q在源电荷q附近的同一位置处 静止时受到的静电力大小相等吗 答案 不相等 2 那么是否可以用静电力来表示电场在该点的强弱呢 为什么 答案 不能用静电力表示电场强弱 同一位置不同试探电荷受力不相等 显然不能用试探电荷受的静电力的大小表示电场的强弱 3 是什么原因导致了不同试探电荷q受力不等 是电场本身变化的原因 还是试探电荷q变化的原因 答案 是试探电荷q变化的原因 自主学习 课堂探究 达标测评 自主学习课前预习 感悟新知 教师参考 情境链接一电捕鱼是毁灭性的 极具危险性的捕鱼方法 电捕鱼渔船把吸鱼机的吸鱼管道伸向鱼群 并以它作为阳极 在船的另一侧或船尾把阴极伸入水中 然后两极加一高电压 鱼群就会冲向阳极的吸鱼管口 被吸鱼机吸到船上 高电压会使阴极和阳极之间的水域形成电场吗 高电压对小鱼苗的生命有什么危害 信息1 在阴极和阳极之间的水域形成电场 2 淡水 海水及鱼体都能导电 高电压会将小鱼苗电晕或电死 情境链接二打开自来水龙头 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 如图所示 你能得到什么信息或结论 一定是接触的两物体间才有相互作用吗 气球上的电荷通过怎样的途径使水流的方向发生了弯曲 信息1 气球与水流没有接触 也有相互的作用力 2 气球上的电荷形成的电场使水流的方向发生了弯曲 教材梳理 一 电场阅读教材第10页 电场 部分 了解电场 静电场的概念 1 概念 电荷周围存在的一种特殊 带电体间的相互作用是通过周围的电场发生的 2 基本性质 对放入其中的电荷有的作用 3 静电场 的电荷产生的电场 物质 力 静止 想一想电场看不见 摸不着 那为什么说电场也是物质存在的一种形式呢 答案 电场虽然和分子 原子组成的实物不一样 但电场也具有能量和动量 因而电场也是物质存在的一种形式 二 电场强度阅读教材第10 11页 电场强度 部分 了解电场强度的概念 能说出其单位 知道是矢量 1 两种不同功能的电荷 1 试探电荷 检验电荷 用来检验电场及其强弱分布情况的电荷 2 场源电荷 激发或产生电场的电荷 2 电场强度 1 概念 放入电场中某点的点电荷受与它的的比值 2 物理意义 表示电场的强弱和方向 是否存在 4 方向 电场强度的方向与在该点所受的静电力的方向相同 静电力 电荷量 n c 正电荷 议一议电场中某点电场强度的方向与负电荷在该点所受静电力方向有什么关系 答案 电场强度方向与负电荷在该点所受静电力方向相反 2 方向 当q为正电荷时 e的方向沿q与该点的连线 当q为负电荷时 e的方向沿q与该点的连线 2 电场强度的叠加 如果场源是多个点电荷 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 议一议电场强度的叠加中要应用矢量运算的什么法则 答案 要运用矢量的合成 即平行四边形定则 向外 向内 矢量和 四 电场线匀强电场 1 阅读教材第12 13页 电场线 部分 结合教材图1 3 5 1 3 6 1 3 7和1 3 8 体会如何用电场线来形象描述电场 2 阅读教材第14页 匀强电场 部分 结合教材图1 3 10 了解匀强电场的 均匀 性 3 分析教材图1 3 6 1 3 7及1 3 8 识别几种典型电场的分布 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 表示该点的电场强度方向 电场线不是实际存在的线 而是为了形象地描述电场而的线 2 电场线的特点 1 电场线从或出发 终止于或 2 电场线在电场中 3 在同一电场里 电场线的地方场强大 3 匀强电场 1 定义 各点电场强度的大小 方向的电场 2 电场线 是的平行线 议一议在电场线是曲线的静电场中 带电粒子只在静电力作用下运动的轨迹会与电场线重合吗 答案 不重合 假设轨迹与电场线重合 由曲线运动的条件可知静电力必定指向弯曲电场线的凹侧 但是静电力方向一定与电场线相切 这样就出现了矛盾 所以假设不成立 切线方向 假想 正电荷 无限远 无限远 负电荷 不相交 较密 相等 相同 间隔相等 自主检测 1 思考判断 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 4 电场线就是电荷的运动轨迹 答案 1 2 3 4 2 在点电荷q的电场中不存在e相同的两个点 r相等时 e的大小 但方向 两点在以q为中心的同一半径上时 e的方向 但大小 答案 相等不同相同不同 d 解析 电场中某点的场强与检验电荷无关 故选项d正确 4 如图所示各电场中 a b两点电场强度相同的是 解析 电场强度是矢量 只有大小相等 方向相同时 电场强度才相同 故选项c正确 c 5 如图所示 在正点电荷q的电场中有一试探电荷q 已知q到q的距离为r q对q的作用力是多大 q在q所在位置产生的电场的电场强度是多大 方向如何 课堂探究核心导学 要点探究 要点一 电场强度的理解 问题导引 在空间中有一电场 把一带电荷量为q的试探电荷放在电场中的a点 该电荷受到的静电力为f 若把带电荷量为nq的点电荷放在该点 它受到的静电力为多少 电荷受到的静电力与自身电荷量有何关系 若在电场中的另一点 情况又怎样 电场中的不同点一般有何不同 答案 电荷放在a点 电荷量为q时静电力为f 电荷量为nq时静电力为nf 静电力与电荷量成正比 电荷放在另一点时 静电力仍然与电荷量成正比 一般比例系数不同 教师备用 要点归纳 1 电场强度是描述电场的力的性质的物理量 电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用 2 电场强度是比值法定义的物理量 电场强度的大小和方向只由电场本身特性决定 与放入其中的试探电荷无关 不能认为e和f成正比 e和电量q成反比 这可以从两方面理解 1 电场强度的大小与该点放不放电荷 放入的电荷量的大小均无关 2 电场强度的方向与放入该点的正试探电荷的受力方向相同 是确定的 如果在该点放入负试探电荷 则场强方向与负试探电荷受力方向相反 思路探究 1 怎样求电场中某一点的电场强度大小 场强方向是如何规定的 答案 求出该点静电力与电荷量的比值 即为电场强度大小 规定正电荷的受力方向为场强方向 2 电场中某处的场强大小和方向与试探电荷有关系吗 它是由谁决定的 答案 没关系 电场强度是反映电场本身性质的物理量 与试探电荷无关 它是由场源电荷决定的 3 试探电荷在电场中某处所受的静电力与哪些因素有关 答案 静电力既与该处的电场有关 也与试探电荷本身有关 例1 电荷量为2 10 6c的正点电荷放入电场中a点 受到的静电力为4 10 4n 方向向右 则该点的场强为n c 方向 若把另一电荷放在该点受到的静电力为2 10 4n 方向向左 则这个电荷的电量大小为c 是 填 正 或 负 电荷 答案 200向右1 10 6负 误区警示电场强度的理解要点 1 电场中某点电场强度的方向是确定的 不随放入的检验电荷的受力方向而改变 教师备用 例1 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的试探电荷 它受到的静电力为7 2 10 5n 方向水平向左 则 1 点电荷q在a点产生的场强大小为e 方向 2 若在a点换上另一电荷量为q 4 10 8c的试探电荷 此时点电荷q在a点产生的场强大小为e 该试探电荷受到的静电力大小为 方向 2 试探电荷为q 4 10 8c时 场强不变 即e e 3 6 103n c 试探电荷q 受到的静电力f q e 1 44 10 4n 方向水平向右 答案 1 3 6 103n c水平向左 2 3 6 103n c1 44 10 4n水平向右 针对训练1 2016西安市一中期中 下列说法中 正确的是 a 在一个以点电荷为中心 r为半径的球面上各处的电场强度都相同b 电场中某一点的场强越大 则同一电荷在该点受到的静电力越大c 电场强度的方向就是放入电场中的电荷受到的静电力的方向d 若p点没有检验电荷 则p点场强为零 b 要点二 电场强度的叠加 问题导引 我们在分析 处理电场中的有关问题时 经常会遇到几个电场在空间某一点的合场强的问题 例如求两个场源电荷在过其连线上某点的场强连线外侧某点的场强 如何解决合场强问题 答案 场强是矢量 某点的合场强为各个电场强度的矢量和 若几个分场强在一条直线上时可规定正方向 求它们的代数和 若几个分场强不在一条直线上 利用平行四边形定则求其矢量和 要点归纳 1 某空间中有多个电荷时 该空间某点的电场强度等于所有电荷在该点产生的电场强度的矢量和 2 求合场强可以根据对称性特征 灵活利用假设法 分割法等特殊方法 例2 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 思维导图 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 规律方法计算电场强度的几种方法 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 a 例2 1 多选 ab和cd为圆上两条相互垂直的直径 圆心为o 将电荷量分别为 q和 q的两点电荷放在圆周上 其位置关于ab对称且距离等于圆的半径 如图所示 要使圆心处的电场强度为零 可在圆周上再放一个适当的点电荷q 则该点电荷 a 应放在a点 q 2qb 应放在b点 q 2qc 应放在c点 q qd 应放在d点 q q 解析 由于 q q与o点构成等边三角形 其合电场强度e0方向水平向右 大小e0 e1 e2 如图所示 欲使圆心o处的电场强度为零 所放置的点电荷q在o点产生的电场强度方向必须水平向左 且大小也为e0 若在a点和b点放置点电荷q 则它产生的电场强度只能沿竖直方向 若在c点放置点电荷q 则必为负电荷且q q 选项c正确 若在d点放置点电荷q 则必为正电荷 且q q 选项d正确 cd 例2 2 如图所示 已知a b两带电小球相距3cm qa 1 0 10 10c 均用细绝缘线悬挂 在水平方向的匀强电场中保持静止 悬线呈竖直方向 则匀强电场的电场强度大小为 方向 答案 1 0 103n c向左 d 要点三 电场线的理解 问题导引 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 教师备用 要点归纳 1 比较电场强度大小 场强大处电场线密 场强小处电场线疏 故根据电场线的疏密可以比较场强的大小 2 确定电场强度方向 电场线上每点的切线方向就是该点电场强度的方向 例3 2016济南一中期中 多选 用电场线能很直观 很方便地比较电场中各点场强的强弱 如图分别是等量异种点电荷形成电场的电场线和场中的一些点 o是电荷连线的中点 e f是连线中垂线上相对于o对称的两点 b c和a d也相对于o对称 则下列说法正确的是 a b c两点场强大小和方向都相同b a d两点场强大小相等 方向相反c e o f三点比较 o点场强最强d b o c三点比较 o点场强最强 思路探究 1 等量异种点电荷形成电场的电场线分布具有对称性 有哪几条对称轴 在这种对称性中关于对称轴的对称点的场强方向相同吗 答案 在平面图中有两条对称轴 一条是两点电荷的连线所在直线 另一条是两点电荷连线的中垂线 两对称点的场强方向不一定相同 2 如何在已知电场线分布的电场中比较两点场强的大小 答案 可根据电场线分布的疏密来判断 电场线密集的位置场强大 ac 解析 b c两点电场线的方向都是由b指向c 由对称性可知 b c两点电场强度的大小也相同 故选项a正确 同样由于对称性 a d两点电场强度大小相等 方向都向左 故选项b错误 电场线越密的地方 电场强度越大 从题图中可知e o f三点比较 o点场强最强 故选项c正确 b o c三点比较 o点场强最弱 故选项d错误 规律方法等量异种点电荷形成的电场线的分布特征 1 两点电荷连线上各点处 电场线方向从正电荷指向负电荷 中点场强最小 越靠近点电荷场强越强 2 两点电荷连线的中垂面 中垂线 上 电场线的方向均相同 即场强方向均相同 且总与中垂面 线 垂直 3 沿中垂线从o点到无穷远 场强逐渐减弱 教师备用 变式 2016济南一中期中 如图为真空中两点电荷a b形成的电场中的一簇电场线 已知该电场线关于虚线对称 o点为a b电荷连线的中点 a b为其连线的中垂线上对称的两点 则下列说法正确的是 a a b可能是带等量异号的正 负电荷b a b可能是带不等量的正电荷c a b两点处无电场线 故其电场强度可能为零d 同一试探电荷在a b两点处所受静电力大小相等 方向一定相反 d 解析 从电场线向外且对称可知 a b点电荷带等量正电荷 故选项a b错误 根据电场的叠加 a点处的电场强度方向向上 b点处的电场强度方向向下 且由于对称性可知 两点电场强度大小相等 因此将同一试探电荷放在a b两点处所受静电力大小相等 故选项c错误 d正确 例3 1 一负电荷从电场中a点由静止释放 只受静电力作用 沿电场线运动到b点 它运动的速度 时间图像如图 甲 所示 则a b两点所在区域的电场线分布情况可能是图 乙 中的 c 解析 由速度 时间图像可知 电荷的速度越来越大 且加速度也是越来越大 故电荷在运动过程中 应受到逐渐增大的静电力作用 所以电场线的方向应由b指向a 由于加速度越来越大 所以静电力越来越大 即b点的电场强度应大于a点的电场强度 即b点处电场线应比a点处密集 所以选项c正确 针对训练3 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 c 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