物理人教版（2019）必修第三册9.3电场 电场强度（共58张ppt）

(共58张PPT)
电场强度(1)
电场强度
人教版高中物理必修第三册第九章第3节
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 。
当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以至带电体的形状、大小 、电荷分布对它们之间的作用力可以忽略不计
2 .电荷之间的相互作用有什么规律？　
1.什么是点电荷？
表达式：
Ａ
Ｂ
+
+
库仑力与平时遇到的弹力、
摩擦力有没有区别？与我们
学过的哪些力有点类似？
重力、磁极间的相互作用力
非接触力
问题：像这样的力是怎么产生的呢？
超距作用
以太
力线（场）
1837年英国物理学家法拉第提出电荷周围存在由它产生的电场
电场的基本性质：它对放入的电荷产生力的作用
Ｂ
Ａ
　电荷A对电荷B的作用，实际上是电荷A的电场对电荷B的作用
+
+
+
F
G
T
Ａ
Ｂ
电场
B电荷
A电荷
+
+
+
+
1.概念：
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.电荷间的相互作用力通过电场发生.
电荷A
电场
电荷B
电场是电荷周围存在的一种特殊物质
一、电场
静止电荷所产生的电场- - - - 静电场
例1 下列关于电场的叙述不正确的是(　　)
A．两个未接触的电荷发生了相互作用，一定是电场引起的
B．只有电荷发生相互作用时才产生电场
C．只要有电荷存在，其周围就存在电场
D．A电荷受到B电荷的作用，是B电荷的电场对A电荷的作用
B
电场看不见、摸不着，
我们如何描述电场的强弱？
A
B
将电荷放入电场，比较其受到的电场力
场源电荷：产生电场的电荷
试探电荷
（检验电荷）
要求：
1.体积充分小
2.电量足够小
将检验电荷q分别放置在A、B点
+
Q
A
+q
B
+q
rA
rB
FA
FB
FA
FB
同一电荷在电场的不同位置，所受电场力（大小、方向）一般不同。
结论：
在电场的不同位置
场的强弱一般不同
我们要定义一个物理量来描述某一位置电场的强弱，必须满足：
1.与检验电荷所带电荷量无关
2.与电场的位置有关
能不能用电场力来描述电场的强弱？
FA
不能！电场的中同一位置，电荷所受的电场力（大小、方向）与电荷量有关。
r
r
r
r
+
Q
+q
+
Q
+2q
+
Q
+nq
+
Q
-q
F
2F
nF
F
不同电荷在电场的同一位置，所受电场力（大小、方向）不同
结论：
F / q
nq
2q
q
电场力 F
检验电荷
电荷量q
k
Q q
r
2
k
Q
r
2
2k
Q q
r
2
k
Q
r
2
nk
Q q
r
2
k
Q
r
2
1.定义：
放入电场中某点的电荷所受的电场力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度
2.定义式：
3.单位：
牛/库(N/C)
4.方向：
E为矢量
5.物理意义：
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 。
规定:其方向为正电荷在该点的受力方向
+q
E
F
二、电场强度
+Q
+q
A
FA
EA
+Q
-q
A
FA
EA
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。
物理学中规定：电场中某点的场强方向跟正电荷在该点所受的电场力方向相同。
电场强度既有大小又有方向
例2 电场中有一点P，下列说法中正确的有( 　　)
A．若放在P点的电荷的电量减半，则P点的场强减半
B．若P点没有检验电荷，则P点场强为零
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点的场强方向为放在该点的电荷的受力方向
C
+Q
+q
F
A
r
1. 一点正点电荷的电荷量为Q，在距此点电荷r处的A点的电场强度是多少？方向如何？
设想在A点放一个电荷量为+q的试探电荷，则它所受到的电场力为
F=k
Q
r
2
q
E=
F
q
=k
Q
r
2
q
q
1
E=k
Q
r
2
则该点的场强为
Q是场源电荷的电量，
r是场中某点到场源电荷的距离
E
真空中点电荷的场强是由产生电场的场源电荷和该点距场源电荷的距离决定的，与检验电荷无关．
问题 真空中点电荷的电场强度如何？
（1）决定式：
Q：场源电荷
r：电场中的点到Q的距离
只适用于真空中点电荷
（3）方向：
正电荷
背离源电荷
负电荷
指向源电荷
+
-
（2）适用条件：
三、点电荷的电场
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
Q是场源电荷，E与Q成正比
（4）
和
的区别：
例3 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
问题：如果真空中场源电荷不止一个点电荷，如何求电场中某点的合场强？
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
等量同种、异种电荷在连线的中垂线上某点的场强方向有何特点？
+Q
+Q
E1
E2
E
+Q
-Q
E1
E2
E
A
A
遵守的规律：平行四边形定则
例4 如图所示，真空中有两个点电Q1=+3.0×10-8C和Q2 =-3.0×10-8C，它们相距0.1m， A点与两个点电荷的距离r相等，r=0.1m 求：
（1）电场中A点的场强。
（2）在A点放入电量q=-1× 10-6C
求它受的电场力。
Q1
Q2
A
E合
E2
E1
Q1
Q2
A
例5 为了确定电场中P点的电场强度大小，用细丝线悬挂一个带负电荷的小球去探测。当球在P点静止后，测出悬线与竖直方向夹角为37°。已知P点场强方向在水平方向上，小球重力为4.0×10-3N。所带电量为0.01C，取Sin37°= 0.6，求P点的电场强度的大小和方向？
37 0
P
—
F电
mg
F拉
E
可以证明：一个半径为R的均匀带电球体（或球壳） 在球的外部产生的电场，与一个位于球心、电荷量相等的点电荷在同一点产生的电场相同
在一个比较大的带电体不能看作点电荷的情况下，当计算它的电场时，可以把它分成若干小块，只要每个小块足够小，就可以看成点电荷，然后用点电荷电场强度叠加的方法计算整个带电体的电场。

式中的r是球心到该点的距离（r > R） ，Q为整个球体所带的电荷量
小 结
①矢量性：电场强度E是表示电场力的性质的一个物理量。规定正电荷受力方向为该点场强的方向。
③叠加性：在同一空间，如果有几个静止电荷在空间同时产生电场，那么空间某点的场强是各场源电荷单独存在时在该点所产生的场强的矢量和。
二、电场强度三性
②唯一性：电场中某一点处的电场强度E是唯一的，它的大小和方向决定于形成电场的电荷及空间位置，与放入电荷无关。
一、电场强度的计算:
1、任意电场:
2、点电荷的电场:
3
电场强度(2)
问题：电场是看不见、摸不着的，有没有形象描述电场的方法呢
类比磁感线是如何表示磁场的呢
　　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。曲线的疏密程度表示场的强弱。
四、电场线
（一）点电荷的电场线分布
（二）等量点电荷的电场线分布
１．电场线起于正电荷（或无限远处），止于负电荷（或无限远处），电场线不闭合．
3．电场线不能相交，也不能相切。
不能相交：在电场中的任一点处只有一个电场强度，方向唯一，如相交则该处出现两个场强方向，所以不能相交
不能相切：电场线疏密表示强弱，如相切则在切点电场线密度无穷大，这种情况不可能，所以不会相切
2．在同一幅图中，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向。曲线的疏密程度表示场的强弱。
电场线的特点：
点电荷
(1)点电荷形成的电场中，不存在场强相同的点．
(2)若以点电荷为球心作一个球面，电场线处处与球面垂直．在此球面上场强大小处处相等，方向各不相同．
发散型
会聚型
同条线上：同向，不等大
同球面上：等大，不同向
（一）点电荷的电场线分布
几种特殊电场的电场线分布特点：
立体图！！！
EA
_
+
EB
E1
A
B
EA
E2
EB
r1
r
Q
Q
EB
EA
E3
EA
EB
E4
a、沿点电荷的连线,场强先变小后变大，中点场强最小
（二）等量异种点电荷
EA
_
+
EB
E1
A
B
EA
E2
EB
Q
Q
EA
EB
E3
E∞=0
a、沿点电荷的连线,场强先变小后变大，中点场强最小
b、两点电荷连线中垂面上，场强方向沿水平方向，即总与中垂面垂直，由中间向两边场强逐渐减小
（二）等量异种点电荷
(1)两点电荷连线上：各点场强方向从正电荷指向负电荷，沿电场线方向场强先变小再变大，中点处场强最小．
(2)连线的中垂线上：电场线的方向均相同，即电场强度方向都相同，总与中垂线垂直且指向负点电荷一侧．沿中垂线从中点到无限远处，场强大小一直减小，中点处场强最大．
向吸型
O
连线上最疏，中垂线上最密
（二）等量异号点电荷的电场线分布：
立体图！！！
EA
+
+
EB
E1
A
B
EA
E2=0
EB
Q
Q
EB
EA
E4
EA
EB
E5
EA
EB
E3
（三）等量同种点电荷
a、两点电荷连线电场强度逐渐减小，中点O处场强最小为0
EA
+
+
EB
E1
A
B
EA
EB
Q
Q
EB
EA
E3
EA
EB
E4
E2
EA
EB
E3
E0=0
O
E∞=0
（三）等量同种点电荷
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、两点电荷连线的中垂线上电场强度先增大后减小
a、两点电荷连线电场强度逐渐减小，中点O处场强最小为0
排斥型
(1)两点电荷连线上：中点O处场强为零，向两侧场强逐渐增大，方向指向中点．
(2)连线的中垂线上：中点O沿中垂面(中垂线)到无限远，电场线先变密后变疏，即场强先变大后变小，方向背离中点．
O
E1
E2
E1=E2，反向
（三）等量同号点电荷的电场线分布：（以等量正点电荷为例）
立体图！！！
极限思想
（1）定义：电场中各点电场强度的大小相等，方向相同，这个电场叫做匀强电场．
（2）电场线特点：匀强电场的电场线是间隔相等的平行线．
模型：相距很近带有等量异种电荷的一对平行金属板间的电场(忽略边缘)可以看做匀强电场．
（四）匀强电场：
电场力是恒力！
1．电场线不是电场中实际存在的曲线，是为了形象地描述电场性质人为引入的假想的线．
2．我们画的是几种典型电场的电场线平面分布图，实际上是空间立体分布的．
说明：
电场强度——定量描述场强的大小和方向
电 场 线——定性描述场强的大小和方向
电场力的大小和方向！
3．几种典型电场的电场线平面分布图都是确定的，要能识别并熟悉其特点
例1 (多选)以下关于电场和电场线的说法中正确的是(　　)
A．电场、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场强为零
C．同一试探电荷在电场线密集的地方所受电场力大
D．电场线是人们假想的，用以表示电场的强弱和方向，客观上并不存在
CD
例2 如图所示，是一静电场的一部分电场线的分布，下列说法中正确的是（　　）
A．这个电场可能是-个负点电荷产生的电场
B．这个电场可能是匀强电场
C．检验电荷q在A点受到的电场力比在B点受到的电场力大
D．负电荷在B点所受电场力的方向沿B点的切线方向
C
例3 如图所示，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，则 (　　)
A．A、B两处的场强方向相同
B．因为A、B在一条电场线上，且电场线是直线，所以EA＝EB
C．电场线从A指向B，所以EA＞EB
D．不知A、B附近电场线的分布情况，EA、EB的大小不能确定
AD
P
Q
P
Q
P
Q
例4 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
C
例5 两个带等量正电荷的点电荷，O点为两电荷连线的中点，a点在连线的中垂线上，若在a点由静止释放一个电子，如图所示，关于电子的运动，下列说法正确的是(　　)
A．电子在从a向O运动的过程中，加速度越来越大，速度越来越大
B．电子在从a向O运动的过程中，加速度越来越小，速度越来越大
C．电子运动到O时，加速度为零，速度最大
D．电子通过O后，速度越来越小，加速度越来越大，一直到速度为零
C
例6 如图甲所示，MN为很大的薄金属板（可理解为无限大），金属板原来不带电．在金属板的右侧，距金属板距离为d的位置上放入一个带正电、电荷量为q的点电荷，由于静电感应产生了如图甲所示的电场分布．P是点电荷右侧，与点电荷之间的距离也为d的一个点，几位同学想求出P点的电场强度大小，但发现问题很难．他们经过仔细研究，从图乙所示的电场得到了一些启示，经过查阅资料他们知道：图甲所示的电场分布与图乙中虚线右侧的电场分布是一样的．图乙中两异号点电荷量的大小均为q，它们之间的距离为2d，虚线是两点电荷连线的中垂线．由此他们分别求出了P点的电场强度大小，一共有以下四个不同的答案（k为静电力常量），其中正确的是




A
3
电场强度(习题课)
一、电场线与带电粒子运动轨迹的综合分析
电场线 运动轨迹
电场中并不存在，是为研究电场方便而人为引入的
粒子在电场中的运动轨迹是客观存在的
曲线上各点的切线方向即为该点的场强方向，同时也是正电荷在该点的受力方向
轨迹上每一点的切线方向即为粒子在该点的速度方向，合外力指向曲线凹侧
若带电粒子只受电场力做曲线运动时，电场力方向既要由电场线切线方向决定又要指向曲线的凹侧
例1 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(　 　)
F
v
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点的速度小于它在N点的速度
ACD
例2 如图所示，实线为不知方向的三条电场线，从电场中M点以相同速度飞出a、b两个带电粒子，运动轨迹如图中虚线所示（a,b只受静电力作用）则（ ）
A．a一定带正电，b一定带负电
B．a的速度将减小，b的速度将增加
C．a的加速度将减小，b的加速度将增加
D．静电力对a做正功，对b做负功
C
例3 A、B是一条电场线上的两个点，一带负电的微粒仅在静电力作用下以一定的初速度从A点沿电场线运动到B点，其v－t图象如图所示．则此电场的电场线分布可能是( )
v↓
F与v反向，F由B→A
负电
E：由A→B
斜率↑
a↑
E↑即变密
思考：电场线与带电粒子运动轨迹什么情况下是重合的？
运动轨迹和电场线重合条件：
只有当电场线是直线
②带电粒子只受静电力作用(或受其他力，但合力方向沿电场线所在直线)
③带电粒子的初速度为零或初速度方向沿电场线所在直线
二、等效法处理叠加场
各种性质的场（重力场、磁场、电场）与实物根本区别之一是场具有叠加性，即几个场可以同时占据同一空间，从而形成叠加场。对于叠加场的力学问题，可将叠加场等效为一个简单场，然后与单独在重力场中的力学问题进行类比，再利用力学的规律和方法进行分析与解答。
例4 如图所示，在水平向右的匀强电场中，有一质量为m、带正电的小球，用长为l的的绝缘细线悬挂于O点，当小球静止时细线与竖直方向夹角为θ。现给小球一个垂直于悬线的初速度，使小球恰能在竖直平面内做圆周运动。试问：
(1)小球在做圆周运动的过程中，在哪一位置速度最小？速度最小值多大？
(2)小球在B点的初速度多大？


思考：例4中如不给小球一个初速度，而是使细线的偏角由θ增大到α，然后将小球由静止释放，则α应为多大时才能使细线到竖直位置小球的速度刚好为零？
总结：当带电体在竖直面内做圆周运动时，一般采用等效法来解题较为简便。先将重力场和电场等效叠加为一个场，再与重力场中的力学问题进行类比，找出物理最高点与最低点，最后利用力学的规律和方法进行分析与解答。
如何确定物理最高点和最低点？