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物理:1.3《电场强度》课件2(新人教版选修3-1)_图文

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
?

一.电场:
1、定义: 存在于带电体周围的特殊物质。 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。

3、用场的观点分析电荷A和B间的相互作用:

A

B

电荷

电场

电荷

二.电场强度:
用什么可以检验空间存在看不见又摸
不着的电场?

1、电场的检验
1)、检验方法:
把一个带电体放入其中,看是否受到 力的作用。

2)、检验电荷:
用来检验电场的电量很小(不影响原 电场);体积很小(可以当作质点)的 电荷,也称点电荷。
能否就用检验电荷所受的电场力来描 述某点电场的强弱?

如图,电荷Q周围存在电场,把试探电荷q放 入电场中A、B两点,电荷q要受到电场力FA、FB1 的作用,反映了电场具有力的性质。电荷q在A、 B两点受到的作用力FA、FB1大小是否相等? 在B点 换上+2q的电荷,所受的作用力FB2大小是否相等?
FA

[解析] 根据库仑定律
F=k
Q1Q2

r2

可知,
+Q

A · +q B · +q FB

∵ rA < rB
∴ FA > F B

实验表明,在电场中的同一点,比值F/q是恒定 的;在电场中的不同点,比值F/q一般是不同的。 F/q这个比值由电荷q在电场中的位置所决定, 跟电荷q无关,是反映电场性质的物理量。

在物理学中,就用比值F/q来表示电场的强弱。

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)、 公式:

F E? q

3)、 单位:牛顿/库仑(N/C)
4)、 方向: 矢量
跟正电荷在该点所受电场力 F 的方向 相同

E P P E +Q

-Q

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”)

例.在电场中A处放点电荷+q,其受电场

力为F,方向向左,则A处场强大小 F 为 q ,方向为 向左 ;若将A处放点
电荷为-2q,则该处电场强度大小 为

F q

,方向为 向左



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。

3、电场强度和电场力的对比分析 电场强度E 1 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

电场力F
仅指电荷在电场中的受力
计算式:F=qE

2 定义式: E=F/q
E的大小只决定于电场本身, 3 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
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 F的单位:牛 (N)

E是矢量,其方向与正电荷 4 (+q)在该点受到的电场力的方 向相同

5 E的单位: 牛/库 (N/C)

三、点电荷的电场 电场强度的叠 加
1、点电荷的电场
Q 大小: E?k 2 r
点电荷Q在真空中形成的电场中,不同点的场强是 不同的,那么场强的大小由什么因素决定? [解析]在点电荷Q形成的电场中,在距离Q为r的P 点放一试探电荷q

根据库仑定律,q受到的库仑力的大小: F = k

Qq

r2

又由电场强度的定义可得出P点的场强E的大小: F E = q =k
Q

r2

F E ? 2、 q



Q E ?k 2 r

的区别:
电荷的意义 q是检验电 荷,E与q 无关 Q是场源电 荷,E与Q 成正比

适用范围

F E? q
Q E?k 2 r

定义式,适 用于一切电 场

仅对点电荷 的电场适用

F Q 例、关于 E ? ……①和 E ? k 2 ……②,下列说 r q
法中正确的是( C ) (1)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)①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)②式中,q是放入电场中的电荷的电量 (4)②式中,Q是产生电场的电荷的电量 A、(1)(3) C、(1)(4) B、(2)(3) D、(2)(4)

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。

1) 如图,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。

P

E1 E

.

E2

+Q1

-Q2

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

Q

r

P

点电荷产生
的电场相同

Q E?k 2 r
Q

r

P

如图,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r相等,r=0.1m。 E1 解:点电荷Q1和Q2的电场在A点的场 A 强分别为E1和E2, E 它们大小相等,方向如图中所示。合 E2 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。 合场强E的大小为 E= E1cos60°+ E2cos60° Q1 Q2 2kQ1 = = 2E1cos60° r2 cos60° 代入数值得:E=2.7×104 N/C

练习. 如图,在x轴上的x = -1和x =1两点分 别固定电荷量为- 4Q 和+9Q 的点电荷。求:x 轴上合场强为零的点的坐标。并求在x = -3点 处的合场强方向。

答案:x=-5,向右

- 4Q +9Q

-5 -3 -1

1

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. F1 B. F2 C. F3 D. F4

D

a
F1
F2

b
F4

c

F3

?

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长为l(l<<r),则剩 余部分在圆心O处产生的场强多大?方向如何?

四、电场线
1、定义:电场线是用来形象地描 述电场强弱与方向特性的一簇曲线。 电场线上每一点的切线方向,都和该 点的场强方向一致。

2、电场线的特征
1)、电场线密的地方场强强,电场线疏的地方场强弱 2)、静电场的电场线起于正电荷止于负电荷,孤立的 正电荷(或负电荷)的电场线止于(或起于)无穷远处 点 3)、电场线不会相交,也不会相切 4)、电场线是假想的,实际电场中并不存在 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

3、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、离点电荷越近,电场线越密,场强越大 b、以点电荷为球心作个球面,电场线处处与球面垂直, 在此球面上场强大小处处相等,方向不同。

2)、等量异种点电荷形成的电场中的 电场线分布
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

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中 电场线分布情况

特点:
a、两点电荷连线中 点O处场强为0 b、两点电荷连线中点附近的电场线非常稀 疏,但场强并不为0 c、两点电荷连线的中点到无限远电场线先 变密后变疏

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:如图,是静电场的一部分电场线的分布, 下列说法正确的是:( B ) 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>FA C、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 B 线方向
A

课堂训练
电场中有一点P,下列哪些说法正确的是( ) C

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。
C P点的场强越大,则同一电荷在P点受到的 电场力越大。 D P点的场强方向为试探电荷在该点的受力方向

例:如图为一条电场线,下列说法正确的是: ( C ) A、EA一定大于EB B、因电场线是直线,所以是匀强电场,故 EA=EB C、A点电场方向一定由A指向B D、AB两点的场强方向不能确定
A B

课堂训练

真空中有一电场,在电场中的P点放一电 量为4×10-9C的试探电荷,它受到的电场 3 力2 ×10-5N,则P点的电场强度 5×10 N/C; 把试探电荷的电量减少为2 ×10-9C,则检 ×10 验电荷所受的电场力为 N. 1 如果把这 个试探电荷取走,则P点的电场强度为 N/C。 5×103
-5

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: ( C )
P Q P Q P Q P Q

A

B

C

D

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?

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:①电场线是直线;②电荷初速度为零 或初速度方向与电场线在同一直线上;③电 荷只受电场力作用。

课堂训练

B

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

例:如图a所示,A、B是一个点电荷产生的电场 的电场线,如图b则是方向在电场线上,a、b两 处的检验电荷的电荷量大小与所受电场力大小之 间的函数图线,则:( B ) A、点电荷是正电荷,位置在B侧 B、点电荷是正电荷,位置在A侧 C、点电荷是负电荷,位置在A侧 D、点电荷是负电荷,位置在B侧
F
a b a b

A

B

q

课堂训练

在真空中有两个点电荷q1和q2, 分别位于A和B,相距20 cm,q1 为4×10-8 C,q2为-8×10-8 C。 则在AB连线上A点的外侧离A 点 20 cm处的D点场强大小、方向 如何? 4.5×103 N/C,方向由D指向

是非题
?
? ? ? ? ?

(A)若将放在电场中某点的电荷q改为-q,则该点 的电场强度大小不变,方向与原来相反。 (B)若取走放在电场中某点的电荷,则该点的电 场强度变为零。 (C)沿电场线方向,场强一定越来越小。 (D)若电荷q在A处受到的电场力比B点时大,则 A点电场强度比B点的大。 (E)电场中某点电场线的方向,就是放在该点的 电荷所受电场力的方向。 (F)已知A、B为某一电场线(直线)上的两点由 此可知,A、B两点的电场强度方向相同,但EA和 EB的大小无法比较。

如图中带箭头的直线是某一电场中的一条电场 线,在这条线上有A、B两点,用EA、EB表示A、B两 处的场强大小,则正确的是( ) C (1)A、B两点的场强方向相同 (2)因为电场线从A指向B,所以EA>EB (3)A、B同在一条电场线上,且电场线是直线, 所以EA=EB (4)不知A、B附近的电场线分布状况,EA、EB的 大小不能确定 A、(1)(2) B、(1)(3) C、(1)(4)

作业:P15 (4)、(6)

平均线 http://www.zcaijing.com/junxian/

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