物理人教版（2019）必修第三册9.3.1电场电场强度(共30张ppt）

(共30张PPT)
§9.3.1电场 电场强度
脚踢球，脚对球的力直接作用在球上。
脚与球之间必需接触才能产生作用。
而电荷之间却不必接触也能产生作用。
它们之间的相互作用是通过什么作用的呢？
+
+
+
+
+
+
A
B
θ
+
+
+
+
+
+
新课导入
法拉第 Faraday
电场
电场
电场
电场
FB
＋
电荷A
电荷B
-
19世纪30年代，法拉第提出：在电荷的周围存在着由它产生的电场，处在电场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场施加的。
A电荷
B电荷
A电场
A电荷和B电荷之间的相互作用力如何产生？
B电场
电场以及磁场已被证明是客观存在,且相互联系，统称为电磁场
本章只讨论静止电荷产生的电场，称为静电场。
（1）电磁场和由分子、原子组成的实物一样具有能量、质量和动量，
（2）因而场与实物是物质存在的两种不同形式。
说明：电荷运动状态迅速变化时，电荷形成的场具有才具有明显
的物质性（能量、质量和动量）
电磁场
2.电场基本性质：电场对放入其中的电荷有力的作用----电场力。
1、定义： 带电体周围存在着看不见摸不着，但客观存在的特殊物质。
3.场源电荷Q(也叫源电荷)：产生电场的电荷
4.试探电荷q（也叫检验电荷）：检验某位置是否存在电场的电荷
检验电荷：是一个电荷量很小的点电荷
电量很小（不影响源电荷的电场）；
体积小，（可以精确检验具体位置的电场）
一.电场及相关概念
电场？
电场？
电场？
电场？
＋
Q
+q
q不受力——无电场
q受力——有电场
电场有大小强弱之分吗？
检验空间是否存在电场
电场看不见摸不着，如何确认有无？
可以用放入其中的电荷受到静电力大小来描述电场强弱？
用什么来直接描述电场强弱？
场源电荷
试探电荷
检验和表示电场强弱
结论：电场有强弱之分，
位置相同，强弱相同；位置不同，强弱不同
同一电荷在电场中不同位置
不同电荷在电场中同一位置
结论：位置相同电场强弱相同
那么电场强弱该如何描述？
相同带电量在电场中相同位置
P1
结论：电场强弱不能用静电力来描述。
电场强弱是否可以用试探电荷受到的电场力的大小来描述？
电场强弱描述方法的探究：在场源电荷Q产生的电场中两位置A、B分别放上不同电量的试探电荷，并记录下对应试探电荷受到的力。
A位置试探电荷电量q/c 试探电荷受力F/N
B
B位置试探电荷电量q/c 试探电荷受力F/N
结论：可以用试探电荷受到的静电力F和试探电荷电量q的比值表示电场中某位置的电场强弱。
分析表格1可知：相同位置不同电荷受力不同，但F和q的比值相同
对比表格1、2可知：相同电荷，不同位置F和q的比值不相同
分析表格2可知：相同位置不同电荷受力不同，但F和q的比值相同
q
F
2q
2F
6q
6F
q
2F
2q
4F
6q
12F
3. 单位：
牛每库（N/C）
4. 物理意义：
1、定义：放入电场中某点的试探电荷所受的电场力F与它的电荷 量q的比值(简称场强)
2、大小：
E与F成正比，与q成反比？
比值定义式
形容电场强弱和方向的物理量。其大小为单位电荷受到的力
(1)F为试探电荷受到的静电力,F=Eq（F正比于q和E)
(2)q为试探电荷电量，不是场源电荷电量
(3)适用范围：适用于一切电场
(4)E由电场本身的性质决定，与试探电荷的有无、正负、大小及受到的电场力都无关。
二、 电场强度
1.一个试探电荷在电场中某点受到的静电力为F，这点的电 场强度为E，在下列图中能正确反映q、E、F三者关系的是（ ）
D
练一练
物理学中规定，某位置电场强度的方向跟正电荷在该点所受的静电力的方向相同．
+Q
+q
F
E
+Q
-q
F
E
5.电场强度方向：场强为矢量，有方向
场强方向跟负电荷在该点所受静电力的方向相反。
场强方向如何？
同一位置放入一负电荷，静电力方向如何？场强方向变化吗？
场强方向与负电荷受力方向关系如何？
重力也是场力，重力场方向竖直向下，重力和重力场方向相同,一定竖直向下
静电力方向，和电场方向可能相同可能相反，取决于场的方向和电荷性质
（4）P点的场强方向为正电荷在该点的受力方向。场强方向与检验
电荷的正负有关。（ ）
判断正误：
（1） 若放在P点的检验电荷的电量减半，则P点的场强减半（ ）。
（2） 若P点没有检验电荷，则P点的场强为零。（ ）
（3） P点的场强越大，则同一电荷在P点受到的电场力越大。（ ）
√
×
×
×
点电荷+Q为场源电荷，求离场源电荷r处A点的场强大小和方向
+
方向沿源电荷和A点连线背离场源电荷。
三、点电荷的电场
点电荷场强的推导
A
1、点电荷的场强
＋
－
（1）大小
（2）决定因素：
①场源电荷电量Q
②到场源电荷的距离r
关系：r一定，E∝Q; Q一定，E∝1/r2
（3）场强方向：
①正点电荷电场方向：沿连线背离场源电荷
②负点电荷电场方向：沿连线指向场源电荷
点电荷场强决定式
画出A、B处点电荷的受到的静电力的方向
并画出A、B处的电场强度方向
Q
qA
-qB
FA
FB
EB
EA
带电正负、电场力方向、场强方向，知二求三
本质区别
意义及用途
Q或q的意义
E与其它量的关系
和
的区别
定义式，适用于一切电场
点电荷电场决定式
仅对点电荷的电场适用
描述电场强弱方法
点电荷场强大小决定因素
q表示试探电荷的电量
Q为产生电场的场源电荷电量
E用F与q的比值来表示，但E的大小与二者无关。
E不仅用Q、r来表示，且大小与二者有关。
+
1
Q
2
Q
P
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，如何求某点的电场强度呢？
E1
E2
多个场强在某位置叠加时，该位置的电场强度，等于各场强在该处单独产生的电场强度的矢量和。
E
四、点电荷电场的叠加
场强为矢量，运算时应遵守什么法则？
请作出图中两个等量电荷连线的中垂线A、B、C、O位置的场强方向
并大致描述连线和中垂线上的场强方向。
1
E
E2
+
Q
Q
A
E
+Q
+Q
B
E1
E2
E
O
O
O
E2
E1
E
【例题1】如图所示，a、b、c、d四个点在一条直线上，ab=bc=cd=L. 在a点处固定有一电荷量为Q的正点电荷，在d点处固定有另一个电荷量未知的点电荷，除此之外无其他电荷，静电力常量为k.已知b点处的电场强度为零，则c点处的电场强度大小为( )
A
（1）利用已知场强求未知点电荷电量
（2）求未知点电荷和已知点电荷在任意位置的叠加场强
【例题2】真空中两个正点电荷A、B所带电电荷量分别为Q1=4×10-8C，Q2=-1×10-8C，分别固定在x轴上坐标为0和6cm的位置。它们在X轴上产生的场强大小分别为E1和E2.
（1）X轴上哪些位置的有E1=E2？
（2）哪些位置电场强度为0？
（3）X轴上各区域的场强方向。
（4）如果Q2=1×10-8C，以上几问的结果如何？
A
B
O
X/cm
C
答案：
（1）X1=4cm，X2=12cm
（2）X2=12cm
（3）如图所示
两个不等量电荷在它们连线上叠加时，以电场强度为零的位置（近小远大）为合场强方向的临界点，无论电荷相同或相异，
（1）除离小电荷很近区域体现小电荷的场强方向，
（2）其它区域皆体现大电荷的场强方向。
Q1
Q2
均匀带电球体或球壳（不是圆环）在外部产生的电场，
大小
①Q为均匀带电球体电量
②r为该位置到球心的距离
处理方法:（等效替代法)均匀带电球体或球壳电荷分布中心在球心，在球外产生的场强等效于在球心处等量同种点电荷产生的场强。
点电荷场强推论1
推论2
均匀带电球体在球内球心处产生的电场为零E=0
+
+
+
+
+
+
+
+
均匀带电球壳(不是圆环）在球内产生的电场为零E=0
处理方式:近似法
处理方式:对称法
推论3
R
r
A
Q
答案: E=E核=
①Q为均匀带电球体电量
②r为该位置到球心的距离
③R为带电球体半径
【例题3】如图所示，一个半径为R带电量为Q的均匀带电球体,求球内离球心为r处的A点电场强度多大？
非点电荷电场叠加
1.题型特点：带电体本身不是点电荷，但均匀带电，且具有对称性，可通过各种方法将带电体转化为点电荷，从而进行点电荷电场叠加运算。
2.转化方法
（1）对称法：带电体形状和电荷分布对称，叠加后抵消,将复杂问题简单化。
（2）等效替代法：在合场强效果相同的前提下，用点电荷替代带电体，求出等效点电
荷的电性和电量，结合对称性求合场强。
（3）微元法：将带电体分成若干小微元，每个微元可看作点电荷，根据对称性和叠加
原理求合场强。
（4）补偿法：将存在缺口的不规则带电体补全为规则带电体，通过等效替代将带电体
转化为点电荷，或结合微元和对称叠加原理求解合场强
（5）极限法：当场强与某物理量存一定变化关系时，可将该物理量推向极端，
(极大和极小)结合单位制判断或求出合场强。
【例题1】对称法：图中1/4圆环大小相同，所带电荷量已在图中标出
，且电荷均匀分布，各1/4圆环间彼此绝缘.，则坐标原点O处电场强度最大的是（ ）
B
对称法在叠加场中的关键：抵消全部或抵消部分
+
+
+
+
+
+
+
+
【例题2】微元法：一半径为 R的圆环上均匀地带有电荷量为Q的正电荷，在垂直于圆环平面的对称轴上有一点P，它与环心O的距离OP=L设静电力常量为k，则P点的电场强度E为（ ）
O
P
●
L
R
D
微元法在叠加场中的关键和对称法一样：抵消全部或抵消部分
等效法：
（1）确认需求解场强位置，找出关于带电体对称点位置及场强大小
注意，只能找对称位置，距离或方向不同，等效电荷电量不同
（2）利用场强叠加原理和已知场强求带电体等效点电荷电量
（3）求等效点电荷和已知点电荷在另一位置场强。
总而言之，形状规则，均匀带电的带电体在其对称位置的场强大小相同
【例题3】等效法：xOy平面是导体（接地）的表面，将电荷量为+q的点电荷置于x轴上z=h处，由于静电感应在xOy平面上会产生感应电荷.已知静电平衡时+q和感应电荷在导体内部电场强度处处为零，静电力常量为k，求z轴上z=h/2处的电场强度大小.
O
x
y
z
+q
h
【例题4】补偿法：如图所示，一个半径为R带电量为Q的均匀带电球体在过球心位置被挖去一个半径为R/2的小球体后，则剩余部分空心球体在离球心为2R处的A点产生的电场强度多大？
A
补偿法的关键是点电荷等效替代带电体
【变式训练】补偿法：如图所示，在半球面 AB上均匀分布正电荷，总电荷量为q、球面半径为R，CD为通过半球面顶点与球心O 的轴线，在轴线上有M、N两点，OM=ON=2R.已知M点的电场强度大小为E，则N 点的电场强度大小为
【例题5】极限法：一个内外半径分别为R1和R2的均匀带电圆环平面，其单位面积带电量为σ，一环面中心O为原点，一垂直于环面的轴线为X轴。设轴上P点到O点的距离为x,静电力常量为k,则P点场强E大小可能为（ ）
B
极限法在叠加场中的关键是单位制排除：
谢谢 再见！