高中物理电场强度新人教版选修3-1PPT课件

第一章 静电场 第三节 电场强度 教学目标 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 情感态度与价值观培养学生学会分析和处理电场问题的一般方法 重点 电场强度的概念及其定义式难点 对电场概念的理解 应用电场的叠加原理进行简单的计算 例如 接触力 弹力和摩擦力等非接触力 万有引力 重力 磁力 库仑力等 物体之间的相互作用 有的需要通过接触挤压 有的则不需要 磁力的传递是通过磁场 万有引力的传递是通过万有引力场 引入 一 电场 1 定义 存在于带电体周围的特殊物质 电场是物质存在的一种特殊的形式 与原子分子组成的物质一样 但有区别 2 基本性质 对放入其中的电荷有力的作用 这种力叫电场力 那么那么两个电荷之间的相互作用靠什么传递呢 电场本节课我们来学习电场 电场看不见也摸不着 我们怎样来认识它呢 产生 对A有力的作用 产生 对B有力的作用 这是一对作用力与反作用力 电场对电荷有力的作用 怎样描述这种作用呢 q FA q FB 场源电荷 产生电场的电荷 试探电荷 或称为检验电荷 Q 不同的电荷在电场中同一点所受的电场力不同 但电场中同一点的电场是一定的 因此不能用电场力的大小来表示电场的强弱 猜想 能否用电场力的大小表示电场的强弱 A B 电荷q在距Q较近的A点 受到的电场力大 电荷q在距Q较远的B点 受到的电场力小 同一试探电荷q在电场中的不同点受到的电场力的大小是否相同 结论 F q能反映电场中某点电场力的性质 电场的强弱 2 电场中不同的点 同一电荷所受力也不同 比值F q一般是不同的 1 电场中的同一点 不同电荷所受力不同 比值F q是一定的 实验发现 2 电场强度 1 定义 放入电场中某点的电荷受到的电场力与它所带电荷量的比值 叫做这一点的电场强度 简称场强 2 定义式 比值定义式适用于任意电场 3 单位 N C V m 1N C 1V m 4 性质 矢量 方向 跟正电荷在该点所受电场力F的方向相同 如果Q是正电荷 E的方向就是沿着PQ的连线并背离Q 如果Q是负电荷 E的方向就是沿着PQ的连线并指向Q 离 Q而去 向 Q而来 5 电场强度的物理意义 电场强度是描述电场本身的力的性质的物理量 反映电场中某一点的电场性质 其大小表示电场的强弱 由产生电场的场源电荷和点的位置决定 与检验电荷无关 数值上等于单位电荷在该点所受的电场力 三 电场力1 由电场强度的定义式E 可导出电场力F qE 2 电场力是性质力 与重力 G 弹力 F弹 摩擦力 f 一样 遵循力学的一切规律 3 电场力是由电荷和场强共同决定的 而场强是由电场本身决定的 4 对公式E 的理解 1 此公式是电场强度的定义式 适用于一切电场 F q F q 2 电场中某点的电场强度与试探电荷的电荷量 电性 所受静电力F的大小及是否存在无关 所以不能说E F或F 3 由此公式可求出电场强度的大小 其方向需另行判定 4 如果已知电场中某点的电场强度E 由F qE便可计算在电场中该点任何带电体 所带电荷量已知 所受的静电力的大小 q 1 例 由电场强度的定义E F q可知 A E和F成正比 F越大E越大B E和q成反比 q越大E越小C E的方向与F的方向相同D E的大小可由F q确定 D 例 A为已知电场中的一个固定点 在A点放一电量为q的电荷 所受电场力为F A点的电场强度为E 则 A 若在A点换上 q A点的电场强度将发生变化B 若在A点换上电量为2q的电荷 A点的电场强度将变为2EC 若A点移去电荷q A点的电场强度变为零D A点电场强度的大小 方向与q的大小 正负 有无均无关 D 仅指电荷在电场中的受力 是反映电场本身的力的性质的物理量 其大小表示电场的强弱 定义式 计算式 E的大小只决定于电场本身 与电荷q无关 F的大小由放在电场中某点的电荷q和该点的场强E共同决定 E是矢量 其方向与正电荷 q 在该点受到的电场力的方向相同 F是矢量 其方向对于正电荷 q F与E同向 对于负电荷 q F与E反向 E的单位 F的单位 E F q F qE 牛 库 N C 牛 N 提示 利用场强的定义式和库仑定律推导 r Q 该点的场强为 真空中点电荷电场强度 E F q 定义式 决定式 任何电场 真空中点电荷电场 大小与q 试探电荷 的正负 大小以及有无均无关 由场源电荷Q及该点到Q的距离r决定 对比学习 例 关于 和 下列说法中正确的是 1 式中 F是放入电场中的电荷所受的力 q是放入电场中电荷的电量 2 式中 F是放入电场中的电荷所受的力 q是产生电场电荷的电量 3 式中 是放入电场中的电荷的电量 4 式中 Q是产生电场的电荷的电量A 1 3 B 2 3 C 1 4 D 2 4 C 关于电场强度 下列说法正确的是 A E F q 若q减半 则该处的场强变为原来的2倍B E kQ r2中 E与Q成正比 而与r平方成反比C 在以一个点电荷为球心 r为半径的球面上 各点的场强均相同D 电场中某点的场强方向就是该点所放电荷受到的电场力的方向 B 电场中有一点P 下列哪些说法正确的是 A若放在P点的试探电荷的电量减半 则P点的场强减半 B若P点没有试探电荷 则P点的场强为零 CP点的场强越大 则同一电荷在P点受到的电场力越大 DP点的场强方向为试探电荷在该点的受力方向 C 如果有几个点电荷同时存在 在几个点电荷共同形成的电场中 如何求某点的场强 3 电场的叠加 在几个点电荷共同形成的电场中 某点的场强等于各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和 这叫做电场的叠加原理 2E1cos60 代入数值得 E 2 7 104N C 合场强E的大小为E E1cos60 E2cos60 解 点电荷Q1和Q2的电场在A点的场强分别为E1和E2 2 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 在原点0和x轴上的P点 分别固定同种电荷Q1和Q2已知Q10B02L 题中轴上一点的合场强为零 因两电荷为同种电荷 故只有在OP之间某处的合场强才能大小相等 方向相反 矢量和为零设在x a处 E 0 则有 所以可知a L 即在0 x L区间内E 0 故选B B ACD 例 如图所示 三个完全相同的的金属小球a b c位于等边三角形的三个顶点上 a和c带正电 a所带电量的大小比b小 已知c受到a和b的静电力的合力可用图中四条有向线段的一条来表示 它应是 A F1B F2C F3D F4 D 首先由ac间为斥力可排除A B在由ac间作用力大于bc间作用力排除C 如图所示 半经为r的硬橡胶圆环上带有均匀分布的正电荷 其单位长度上的带电量为q 现截去环上一小段AB AB l 且 l r 则剩余部分在圆心O处产生的场强多大 方向如何 可以把均匀带电圆环视为由很多点电荷组成 若将缺口补上 再根据电荷分布的对称性可得 圆心O处的合场强为零 由于有缺口的存在 圆心O处的电场即为缺口相对圆心O的对称点产生的电场 其电场强度为该处电荷 可视为点电荷 在O点的电场强度 包括大小和方向 其电场强度的大小为方向由圆心O指向缺口 如图所示 有一带电荷量为 q的点电荷与均匀带电圆形薄板相距为2d 此点电荷到带电薄板的垂线通过板的圆心 若图中a点处的电场强度为零 则图中b点处的电场强度大小是 C 0 A 解析 选A 由a点处的电场强度为零 知薄板带正电荷 在a处产生的电场强度大小为方向向右 根据对称性 在b处产生的电场强度大小为方向向左 故b点处的电场强度知A项正确 2 几种常见电场中电场线的分布及特点1 正 负点电荷的电场中电场线的分布 特点 a 沿点电荷的连线 场强先变小后变大 b 两点电荷连线中垂面 中垂线 上 场强方向均相同 且总与中垂面 中垂线 垂直 在中垂面移动电荷电场力不做功 2 等量异种点电荷形成的电场中的电场线分布 c 在中垂面 中垂线 上 与两点电荷连线的中点0等距离各点场强相等 3 等量同种点电荷形成的电场中电场线分布情况 特点 a 两点电荷连线中点O处场强为0b 两点电荷连线中点附近的电场线非常稀疏 但场强并不为0c 两点电荷连线的中垂面 中垂线 上 场强方向总沿中垂面 线 远离O 等量正电荷时 或指向O 等量负电荷时 d 在中垂面 线 上从O点到无穷远处 电场线先变密后变疏 即场强先变强后变弱 3 电场线的特征1 电场线是假想的 实际电场中并不存在2 电场线总是从正电荷出发到负电荷终止 或由正电荷出发终止于无穷远 或由无穷远出发终止于负电荷 因此 电场线有起点和终点 不是封闭曲线 3 电场线密的地方场强强 电场线疏的地方场强弱4 电场线不会相交 也不会相切5 电场线不是闭合曲线 且与带电粒子在电场中的运动轨迹之间没有必然联系 4 匀强电场 特点 a 匀强电场是大小和方向都相同的电场 故匀强电场的电场线是平行等距同向的直线b 电场线的疏密反映场强大小 电场方向与电场线平行 例 多选 以下关于电场和电场线的说法中正确的是 A 电场和电场线都是客观存在的物质 因此电场线不仅能在空间相交 也能相切B 在电场中 凡是电场线通过的点场强不为零 不画电场线区域内的点的场强为零C 同一试探电荷在电场线密集的地方所受静电力大D 电场线是人们假设的 用以形象表示电场的强弱和方向 客观上并不存在 CD 世纪金榜P12的第一题 和第二题 触类旁通 C 下列所示的各电场中 A B两点场强相同的是 例 如图 是静电场的一部分电场线的分布 下列说法正确的是 A 这个电场只能是负电荷的电场B 点电荷q在A B两处受到的电场力FB FAC 点电荷q在A B两处的加速度大小 aA aB 不计重力 D 负电荷在B点处受到的电场力方向沿B点切线方向 A B B 例 如图为一条电场线 下列说法正确的是 A EA一定大于EBB 因电场线是直线 所以是匀强电场 故EA EBC A点电场方向一定由A指向BD AB两点的场强方向不能确定 A B C 例 正检验电荷q在电场中P点处开始向Q点作减速运动 且运动的加速度值越来越小 重力不计 则可以确定它所处的电场可能是 A B C D P Q P Q P Q P Q C 例电场线就是点电荷在电场中的运动轨迹 这个说法正确吗 答 这个说法是错误的 电场线不是电荷的运动轨迹 因为运动轨迹的切线方向是速度的方向 而电场线的切线方向是正电荷的受力方向和加速度方向 负电荷则相反 要使两条曲线能重合 要满足一些特殊条件 例如 电场线是直线 电荷初速度为零或初速度方向与电场线在同一直线上 电荷只受电场力作用 a b A B a B 如图所示 P Q是两个电荷量相等的正点电荷 它们连线的中点是O A B是PQ的中垂线上的两点 OA OB 用EA EB分别表示A B两点的场强 则 A EA一定大于EBB EA不一定大于EBC EA一定小于EBD EA一定等于EB 解析 从O点沿中垂线到无穷远处 场强先增大后减小 因无法确定场强最大值对应的具体位置 所以不能判断EA EB的大小关系 故B正确 B 变形1 如图 一电子沿等量异种电荷的中垂线匀速通过A 0 B 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 先变小后变大 方向水平向右 D 先变小后变大 方向水平向左 B 变形2 MN为等量同种电荷 在其连线的中垂线上P点放一静止的点电荷Q 负电荷 不计重力 下列说法中正确的是 A 点电荷从P 0过程中 加速度越来越大 速度也越来越大 B 点电荷从P 0过程中 加速度越来越小 速度也越来越大 C 点电荷运动到0点时 加速度为0 速度达到最大 D 点电荷运动到0点后 加速度不断增大 速度不断减小 直到变为0 C 例 多选 某静电场中的电场线如图所示 带电粒子在电场中仅受静电力作用 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 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点的速度大于它在N点的速度 AC 解析 电荷做曲线运动时受到的合力 电场力 必指向轨迹的凹侧 故得粒子带正电 A正确 因电场力的方向与粒子的速度方向的夹角为锐角 电场力做正功 故N点的动能增大 D错误 电场线的疏密程度能描述电场的强弱 由图可看出 N处电场线密 电场强度大 由a Eqm 可知 粒子在N处的加 速度大 C正确 B错误 触类旁通 如图所示 图中实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线 虚线是某带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹 a b是轨迹上的两点 若带电粒子在运动过程中只受到电