高中物理人教版（2019）必修第三册 第九章静电场及其应用第3节电场 电场强度课件(共37张PPT)

(共37张PPT)
第
节
3
电场 电场强度
高中物理 必修第三册
第九章
1.通过类比与实验模拟的方法建立电场概念，知道电荷间的相互作用是通过电场实现的，知道场是物质存在的形式之一。
2.通过电场强度概念的建立过程，进一步体会用物理量之比定义新物理量的方法。理解电场强度的定义式、单位和方向。
3.知道点电荷形成的电场的电场强度的表达式。会计算多个点电荷形成的电场的电场强度.
4.会用电场线描述电场。了解几种典型场的电场线，体会用虚拟的图线描述抽象物理概念的思想方法.
学习目标
复习提问:
在真空中两静止点电荷的作用力跟它们的电量乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上 。
带电体间距离远大于物体本身线度电荷均匀分布的球体。
2 .电荷之间的相互作用有什么规律？　
1.什么是点电荷？
弹力和摩擦力都是在两个物体相互接触的情况下发生的。而两个电荷没有接触，就可以发生静电力的作用。那么，电荷间的相互作用是通过什么发生的？
问题的提出
Ａ
Ｂ
+
+
1837年英国物理学家法拉第提出电荷周围存在电场，电场的基本性质是：它对放入的电荷产生力的作用。
A
A的电场
B
B的电场
B受到的力是A产生的电场对B的作用力
A受到的力是B产生的电场对A的作用力
静止电荷所产生的电场- - - - 静电场
一、电场
1.定义：
2 .基本性质：
电荷周围存在的能对其它电荷产生力作用的一种物质
对放入其中的电荷有力的作用，这种力叫电场力。
电场看不见，又摸不着，我们怎样去描述其是否存在及其强弱呢？
试探电荷：放入电场中探测电场性质的电荷
试探电荷必须具备条件：
（1）电量足够小，不影响场源电荷的电量分布；（2）点电荷。
场源电荷：产生电场的电荷。
1、场源电荷与试探电荷
场源电荷
试探电荷
猜想： 能否用电场力的大小表示电场的强弱？
二、电场强度
+Q
p
F1
F2
F3
F4
q1
q2
q3
q4
电荷量: q1 > q2 > q3 > q4
2.如何描述场源电荷产生的电场的强弱程度？
实验发现：在电场中的同一点，检验电荷的电量q发生变化，它所受的电场力的大小F也随之变化（成正比的变化）而电场力的大小F与检验电荷电量q的比值不变，即
这个比值不随检验电荷电量变化，说明它与检验电荷无关，它只与电场中这点（P）的位置有关。
A
+q
F
1
+q
F
2
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.
+Q
+q
+q
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），定义为电场强度。
(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。
3.实验结论：
4.电场强度
(1)定义：
(2)公式：
(4)物理意义：描述该点电场强弱和方向，场强反映电场的力的性质，由电场本身决定，与放入的试探电荷无关 。
放入电场中某一点的电荷受到的电场力跟它的电量的比值叫该点的电场强度，简称场强。
(3) 国际单位：牛/库（N/C）
+Q
+q
F
E
+Q
-q
F
E
根据规定：负电荷在电场中某点受到的电场力的方向跟该点的场强方向相反。
-Q
+q
F
E
-Q
-q
E
F
物理学中规定，电场中某点的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．
5.场强的矢量性：电场强度是矢量
电场强度的方向由电场本身决定，与试探电荷的正负无关！
例 关于电场强度，下列说法正确的是（　　）
A.由E= 可知，某电场的电场强度E与q成反比，与F成正比
B.正、负试探电荷在电场中同一点受到的静电力方向相反，所以某点电场强度的方向与放入该点试探电荷的正负有关
C.电场中某点的电场强度与放入该点的试探电荷的正负无关
D.电场中某点不放试探电荷时，该点电场强度等于0
C
解析: A错，C对：电场强度是一个用比值定义的物理量，与放入的试探电荷受到的静电力大小F及带电荷量q无关，仅由电场本身决定。
B错：规定电场强度的方向与正电荷受力的方向相同，负电荷受力的方向与电场强度方向相反，电场强度的方向与试探电荷的正负无关。
D错：电场强度与是否有试探电荷存在无关。
q
F1
A
+Q
+Q
问题思考：
如图所示,在场源电荷Q形成电场的A点放一个电荷量为q的检验电荷,位置A到点电荷的的距离为r。
1、求检验电荷受到的电场力为多少？
2、能否根据电场强度的定义式求出点电荷Q在A点的电场强度？
3、点电荷Q在A点电场强度的方向如何规定？
三、点电荷的场强
＋
－
1、大小
2.场强方向：正点电荷电场方向背离电荷, 负点电荷电场方向指向电荷
3.适用条件：
只适用于真空中点电荷
适用范围 电荷的意义
定义式，适用于一切电场
仅对点电荷的电场适用
q是检验电荷，E与q无关
由场源电荷Q及该点到Q的距离r决定
和
的区别：
例 在真空中的O点放一个电荷量Q＝＋1.0×10－9 C的点电荷，直线MN通过O点，O、M的距离r＝30 cm，M点放一个电荷量q＝－1.0×10－10 C的试探电荷，如图所示．(静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2)
(1)求试探电荷在M点受到的作用力；
(2)求M点的场强；
(3)求拿走试探电荷后M点的场强；
(4)拿走试探电荷后，M、N两点的场强哪个大？
思路点拨：(1)电场强度由电场本身决定，而电场力由电场和电荷共同决定．
(2)试探电荷对场源电荷周围的电场分布没有影响．
将试探电荷放入两个点电荷产生的场中
结论：真空中多个点电荷在某点产生的合场强等于各个点电荷在该点各自产生的场强的矢量和。这就是场强叠加原理。
+Q1
- Q2
A
E1
E2
E
1：如果真空中场源电荷不止一个点电荷，如何求电场中任一点的合场强？
四.电场的叠加
Q
r
P
r
Q
P
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
1
2
3
4
5
3、电场强度和电场力的对比分析
电场强度E
电场力F
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)
乙
例 如图所示,真空中电荷量分别为+Q和-Q的点电荷A、B相距r,求:
(1)两点电荷连线的中点O的电场强度大小和方向.
(2)在两点电荷连线的中垂线上,距A、B两点电荷都为r的O'点的电场强度大小和方向.
五、电场线
问题：我们可以用什么方法来形象地描述电场呢？
1、电场线定义：在电场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线
方向都跟该点的电场强度方向一致，这样的曲线就叫做电场线。
如右图
2、电场线的特征
1）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
2）电场线不相交，不相切，是闭合曲线
3）电场线密的地方场强强，电场线疏的地方场强弱
4）电场线是假想的，实际电场中并不存在
电场线上各点的切线方向与该点的电场强度方向一致
E1
E2
如果相交，交点就会有两个切线方向，而同一点的场强和方向是唯一的。
在A点由静止释放的正点电荷受到的静电力沿电场线方向,正点电荷会沿电场线运动,运动轨迹与电场线重合.在B点由静止释放的正点电荷受到的静电力沿该点的切线方向,正点电荷运动过程中所受静电力方向不断变化且不与正点电荷速度共线,正点电荷不会沿着电场线运动,运动轨迹与电场线不重合.
电场线不是带电粒子的运动轨迹，带电粒子的运动轨迹是否与电场线重合与粒子的初速度和电场线特点等都有关.
思考：某一电场的电场线如图所示.在A、B 两点分别无初速度地释放一带正电的点电荷,电荷的运动轨迹与电场线重合吗
电场线是带电粒子的运动轨迹吗
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。
几种特殊的电场电场线的分布
（一）点电荷的电场线分布
（二）等量异种电荷电场线分布
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.
（三）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.
（四）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 图中实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线，虚线是某一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。若带电粒子在运动中只受静电力作用，下列判断正确的是（　　）
A.带电粒子所带电荷为负电
B.带电粒子在a、b两点的受力方向相同
C.带电粒子所带电荷为正电
D.带电粒子在a点的动能较大
解析: A、C错：由题图知，带电粒子的运动轨迹向左弯曲，说明带电粒子在a、b
两点受到的静电力沿电场线向左，由于电场线方向不明，所以无法确定带电粒子的电性。
B错：由轨迹弯曲方向与带电粒子速度方向的关系分析可知，带电粒子在a、b两点的受力方向沿电场线大致向左，但是方向不同。
D对：若带电粒子从a向b运动，则静电力对带电粒子做负功，带电粒子的动能减小；相反，若带电粒子从b向a运动，则静电力对带电粒子做正功，带电粒子的动能增大，所以带电粒子在a点的动能较大。
D
本课小结
1、如图所示在一个电场中A、B、C、D四点分别引入试探电荷时，测得的试探电荷的电荷量跟它所受静电力的函数关系图像，那么下列叙述正确的是（　　）
A. A、B、C、D四点的电场强度的大小相等
B. A、B、C、D四点的电场强度的大小关系是ED>EA>EB>EC
C. A、B、C、D四点的电场强度的大小关系是EA>EB>ED>EC
D.无法确定这四个点的电场强度大小关系
B
当堂检测
2、点电荷电场的某条电场线如图所示，关于A、B、C各点的电场强度的关系，下列说法正确的是（　　）
A. A点的电场强度大于C点的电场强度
B. C点的电场强度大于B点的电场强度
C. A、B两点的电场强度相同
D.三点的电场强度大小都不相同
A
3、［多选］关于电场线的特征，下列说法中正确的是（　　）
A.如果某空间中的电场线是曲线，那么在同一条电场线上各处的电场强度不相同
B.如果某空间中的电场线是直线，那么在同一条电场线上各处的电场强度相同
C.如果空间中只存在一个孤立的点电荷，那么这个空间中的任意两条电场线都不相交；如果空间中存在两个以上的点电荷，那么这个空间中
有许多电场线相交
D.电场中任意两条电场线都不相交
解析: A对：电场线的切线方向即为电场强度的方向，如果某空间中的电场线是曲线，那么在同一条电场线上各处的电场强度方向不相同。
B错：如果某空间中的电场线是直线，那么在同一条电场线上各处的电场强度的方向相同，而大小不一定相等。
C错，D对：电场线的切线方向即为电场强度的方向，电场中任意两条电场线都不相交。
AD
D
5. 一负点电荷从电场中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v-t图像如图所示，则A、B两点所在区域的电场线分布图可能是图中的（　　）
C
谢谢！