人教版（2019）必修 第三册9.3电场电场强度 课件（37张PPT）

(共36张PPT)
电场　电场强度
目录
知识讲解
小结
练习
上节回溯
库仑定律
静电力：电荷间的相互作用力，又叫库仑力
库仑定律的适用条件：真空两个静止的点电荷间的相互作用力
上节回溯
大小：与它们的电荷量的乘积成正比；与它们距离的平方成反比
方向：在它们的连线上，同性相斥，异性相吸
点电荷：带电体之间的距离远大于它们自身的大小
　　　　带电体的大小、形状及电荷分布状况对它们的影响可　　
　　　　以忽略
静电力的计算
公式： k＝9.0×109 N·m2/C2 这个比例系数叫作静电力常量
适用条件：真空两个静止的点电荷
上节回溯
方向：在它们的连线上，同性相斥，异性相吸
两个点电荷间的作用力不会因为第三个点电荷的存在而改变
两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力等于各个点电荷单独对这个点电荷的作用力的矢量和
一、电场
问题引入
　　通过起电机使人体带电，人的头发会竖起散开。
　　为什么会出现这样的现象？
　　头发因为电荷间的相互作用而竖立起来。
思考：弹力、摩擦力都是因为物体相互接触而产生的，那么电荷间没有接触，它们的相互作用力是因为什么而产生的？
一、电场
电场
　　与电荷间的相互作用相似的，还有磁体间的相互作用，初中时学过磁体间的相互作用是因为磁体周围有磁场的存在，那么类比磁场的概念，电荷的周围是否存在一个电场呢？
　　19 世纪 30 年代，英国科学家法拉第提出一种观点，认为在电荷周围存在着由它产生的电场。电场是看不见、摸不着，但人们可以根据它所表现出来的性质来认识它，研究它。
法拉第（1791—1867）
一、电场
电场
1．电荷周围客观存在的一种特殊物质
2．基本特性：对放入其中的电荷有力的作用
电场
电荷
A
电荷
B
　　物理学的理论和实验证实了电场和磁场是一种客观的存在。
　　场像分子、原子等实物粒子一样具有能量，因而场也是物质存在的一种形式。
　　本章只考虑静止电荷产生的电场，叫作静电场。
二、电场强度
问题引入
　　怎么才能感知到电场的存在呢？如何才能去研究电场呢？
　　电场对放入其中的电荷有力的作用，因此要研究电场，应该将电荷放入电场中，从电荷所受的力入手。
二、电场强度
试探电荷：
1．感知电场的电荷
2．电荷量小，放入电场后不影响原本要研究的电场
3．体积很小，能看做点电荷，便于研究电场各点的性质
场源电荷：激发电场的带电体所带的电荷，又叫作源电荷
二、电场强度
　　实验表明：对于同一个试探电荷 Q，当它在电场的位置不同时，所受的电场力也不同，距离场源电荷的距离不同时，距离远的电场力小。这说明在电场不同的位置，电场的强弱不同，我们需要找一个合适的物理量来描述电场的强弱。
FA
·
A
+q
+Q
B
+q
·
FB
二、电场强度
　　根据库仑定律，静电力的大小也与试探电荷本身的电荷量有关，不同的试探电荷，放置于电场的同一位置，静电力也不相同。所以我们并不能用静电力来表示电场的强弱。那么，用什么物理量能描述电场的强弱呢？
　　库仑定律的公式：
如果是电荷量为q1的试探电荷在源电荷 Q 的电场中：F1（1）；
如果是电荷量为q2的试探电荷在源电荷 Q 的电场中的同一位置上：
F2（2）
二、电场强度
　　通过比较（1）（2）可以看出：
　　放在 P 点的试探电荷受到的静电力与它的电荷量之比，跟该点的试探电荷的电荷量无关，与产生电场的场源电荷的电荷量 Q 及 P 点与场源电荷的距离 r有关。
　　这个比值能反映电场在各点的性质，叫作电场强度。
二、电场强度
电场强度
1．定义：放入电场中某一点的试探电荷受到的静电力跟它的电荷量的比值，叫作该点的电场强度。
2．公式：E＝
3．单位：牛每库，符号 N/C
　　电场强度是通过比值定义法来定义的，比值定义法就是用已知的物理量之比来定义一个新的物理量，这样同时还能确定新的物理量与原有物理量的关系。
　　比值定义包含着“比较”的思想。
二、电场强度
电场强度的方向
思考：电场强度是由试探电荷受到的静电力跟它的电荷量的比值来定义的，那么静电力是矢量，电场强度是否也有方向呢？
类比加速度和速度变化量的关系，加速度方向与速度变化量的方向一致。电场强度是有方向的，方向与静电力有关。
　　对于同一个电场的同一个点，正电荷和负电荷的方向是不同的，物理学上规定电场中某点的电场强度的方向与正电荷在该点所受的静电力方向相同。
电场强度是有大小、有方向的矢量
二、电场强度
例1　关于电场强度公式 E＝ ， 下列说法正确的是 （ ）
由公式可知，电场强度与试探电荷所带的电荷量成反比
此公式只适用于真空中的点电荷产生的电场
此公式为电场强度的定义式，可以适用于各种电场
由公式可知，电场强度与场源电荷的电荷量无关
C
二、电场强度
例2　一个电荷量为 q 的试探电荷在电场中某一点受到的静电力为 F，这一点的电场强度为 E，在下图中能反映 q 、E 、F 三者关系的是 （ ）
A．　　　　　　 B．　　　　　　　C．　　　　　　　D．
D
O
E
F
O
E
q
O
F
q
O
F
q
三、电场强度的叠加
点电荷的电场强度
1．根据库仑定律，F ，根据电场强度定义式，E＝＝
2．方向：以点电荷为球心，正电荷沿半径向外，负电荷沿半径向内。
＋
Q
－
Q
三、电场强度的叠加
点电荷的电场强度
E＝ 和 E＝ 的区别
E＝ ：电场强度的定义式，适用于所有的电场。q 是试探电荷，E 与 q 无关
E＝ ：仅能表示点电荷的电场强度。Q 是场源电荷，E 与 Q 成正比
三、电场强度的叠加
电场强度的叠加
　　两个或两个以上点电荷对某一点电荷的静电力，等于该点电荷所受各个点电荷单独对它的静电力的矢量和。由此我们可以推理，如果场源是多个点电荷时，电场中某一点的电场强度等于各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。
＋
－
Q1
Q2
q
F2
F1
F
＋
－
Q1
Q2
q
E2
E1
E
E＝
三、电场强度的叠加
均匀球体的电场强度
＋
Q
Q
r
r
E＝
　　当一个比较大的带电体无法被看作质点的情况下，可以把它分成若干个能看成点电荷的小块，然后在叠加计算它的电场强度。
　　一个均匀带电的球体，叠加计算后其电场强度与一个位于球心，电荷量相等的点电荷产生的电场相同。
四、电场线
　　除了用数学公式描述电场外，法拉第采用了一种简单的方法来描述电场，那就是电场线。
　　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方向。
电场线的特点：
（1）不闭合，电场线起始于正电荷或无穷远处，终止于无穷远处或是负电荷。
（2）不相交，在同一个电场中两条电场线不相交，这是因为在电场中任意一点的电场强度不可能有两个方向
（3）同一电场线越密集，电场强度越大
四、电场线
常见的电场线的分布及特点
点电荷：
（1）离点电荷越近，电场线越密集，电场强度越大
（2）以点电荷为球心作个球面，球面上各个点的电场强度大小相等，方向不同，电场线处处与球面垂直。
四、电场线
常见的电场线的分布及特点
等量异种电荷：
（1）沿着两个点电荷的连线，电场强度先变大，后变小
（2）从两点电荷连线中点 O 沿中垂线到无穷远处，电场强度逐渐减弱。
（3）连线或中垂线上关于 O 点对称的两点电场强度相同（等大、同向）
四、电场线
常见的电场线的分布及特点
等量同种电荷：
（1）两点电荷连线上各点的电场强度先变小后变大，中点 O 电场强度为零。
（2）从两点电荷连线中点 O 沿中垂线到无穷远处，电场强度先变大后变小。
（3）连线或中垂线上关于 O 点对称的两点电场强度等大、反向。
四、电场线
例1　如图所示为某一点电荷产生的电场线，电场中 A、B、C 三点的电场强度大小分别为 2E、E、E，则 （ ）
B、C 两点场强相同
该点电荷为正电荷
该点电荷在 A 点左侧
放置在 A 点的负试探电荷受到的静电力方向与该点的场强方向相同
C
A
B
C
四、电场线
匀强电场
（1）匀强电场是电场中各点电场强度大小、方向都相同的电场，电场线是平行等距同向的直线。
（2）电场线的疏密反映了电场强度的大小，电场强度方向与电场线平行。
四、电场线
模拟电场线
　　电场线的形状可以用实验来模拟。把头发碎屑悬浮在蓖麻油里，加上电场，碎屑就按电场强度方向排列起来，显示出电场线的分布情况。
　　电场线不是真实存在的线，而是为了形象地描述电场而假想的线。
1．电场：电荷周围客观存在的一种特殊物质，对放入其中的电荷有力的作用
2．静电场：静止电荷产生的电场
3．电场强度：
（1）放入电场中某一点的试探电荷受到的静电力跟它的电荷量的比值，叫作该点的电场强度；
（2）公式：E＝ ； 单位：牛每库，符号 N/C ；
（3）矢量，某点电场强度的方向与正电荷在该点所受的静电力方向相同
4．点电荷的电场：大小 E＝ ，只适用于真空中的点电荷
小结
5．场源是多个点电荷时，电场中某一点的电场强度等于各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和
6．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方向
电场线的特点：
（1）不闭合，电场线起始于正电荷或无穷远处，终止于无穷远处或是负电荷
（2）不相交，在同一个电场中两条电场线不相交
7．匀强电场是电场中各点电场强度大小、方向都相同的电场。电场线是均匀分布的平行直线
小结
1．关于电场强度，小明有以下认识，你认为下面的说法正确吗，说明理由：
若在电场中的 P 点不放试探电荷，则 P 点的电场为 0；
点电荷的电场强度公式 E＝ 表明，点电荷周围某点的电场强度的大小，与该点到场源电荷距离 r 的二次方成反比，在 r 减半的位置上，电场强度变为原来的 4 倍；
电场强度公式 E＝ 表明，电场强度的大小与试探电荷的电荷量 q 成反比，若 q 减半，则该处的电场强度变为原来的 2 倍
匀强电场中电场强度处处相同，所以任何电荷在其中受力都相同。
练习
练习
错误，电场强度是电场本身的性质，与试探电荷无关；
正确，该公式为点电荷的电场强度的决定式；
错误，电场强度与试探电荷的电荷量无关，试探电荷电荷量减半，它所受到的静电力也会减半；
错误，电荷在电场中所受静电力大小除了和该点的电场强度有关，还与该电荷的电荷量有关。
2．把试探电荷 q 放在电场中的 A 点，测得它所受的静电力为 F ；再把它放到B 点，测得它所受的静电力为 nF 。A 点和 B 点的电场强度之比是多少？再把另一个电荷量为 nq 的试探电荷放到另一点 C，测得它所受的静电力也是 F。 A点和 C 点的电场强度之比是多少？
练习
答：A、B 两点的电场强度之比为＝＝ ，A、C两点电场强度之比为：
＝＝n
3．场是物理学中的重要概念，除了电场和磁场，还有重力场。地球附近的物体就处在地球产生的重力场中。仿照电场强度的定义，你认为该怎么定义重力场强度的大小和方向。
练习
答：重力场中某一点的重力场强度就是重力场中的物体在这一点所受的重力与物体自身的质量之比，即＝g，单位是牛每千克（N/kg），与物体所受重力方向相同，竖直向下。
4．如图，A、B、C、D是正方形的四个顶点，在 A 点和 C 点放有电荷量都为 q的正电荷，在 B 点放了某个未知电荷 q′ 后，恰好 D 点的电场强度等于 0 。求放在 B 点的电荷电性和电荷量。
练习
＋
＋
B
A
D
C
q
q
q′
答：根据题目可知 B 点的电荷在 D 点产生的电场与 A、C 两点的电荷共同在 D 点产生的电场强度，大小相等，方向相反。设正方形边长 L，A、C 两点的电荷共同在 D 点产生的电场强度为 E＝2 k cos45°＝k ，q′ 在 D 点产生的电场强度E＝k ，k ＝k ，综上可得：
q′＝ q ，带负电
5．电场中某区域的电场线分布如图所示，A、B 是电场中的两点，则 （ ）
A点的电场强度比较大
因为 B 点没有电场线，所以电荷在 B 点不受静电力作用
同一点电荷放在 A 点受到的静电力比放在 B 点时受到的静电力小
正电荷在A点由静止释放，电场线就是它的运动轨迹
练习
A
B
A
谢谢