9.3 电场　电场强度(一)--高中物理人教版必修三同步课件(共42张PPT)

(共42张PPT)
第九章　静电场及其应用
电场　电场强度(一)
知道电场的概念及电场的基本性质。
理解电场强度及其定义式，并能用该公式进行有关计算。
掌握点电荷的电场和电场强度的叠加。
重点
难点
电场　电场强度
相隔一定距离的电荷间可以发生力的作用。电荷间的相互作用是通过什么发生的？
通过起电机使人体带电，人的头发会竖起并散开。为什么会出现这种现象？
电荷间没有直接接触，相互作用力如何产生？
类似：磁力、万有引力（重力）
观点：超距（不需媒介、不需时间、超越空间）
没有其他东西做媒介，一个物体可以超越距离通过真空对另一个物体作用……在我看来，这种思想荒唐之极。
—— 牛顿
超距作用
—— 与人类的理智与科学追求不符！
法拉第 Faraday
（1791－1867）
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给予的。
电场
1.电场
2.基本性质：对放入电场的电荷有力的作用.
电荷
电场
电荷
A
B
场是物质存在的一种形式
3.静电场：静止电荷产生的电场叫作静电场.
怎样描述电场的强弱？
侦察兵
试探电荷
+q
F
激发电场的电荷
+Q
A
+2q
2F
+3q
3F
+q
F
+q
F1
+q
F2
+q
F
用来检验电场是否存在和电场各点的性质的电荷
场源电荷
点电荷Q周围A点和D点处放入不同的试探电荷，请根据已学知识以及对电场强弱的猜想补充完成下表：
位置 试探电荷电量 试探电荷受力 电场强弱猜想
A
…… …… ……
位置 试探电荷电量 试探电荷受力 电场强弱猜想
D
…… …… ……
Q
2r
r
A
D
q
q
0
0
0
0
实验发现：
1.电场中的同一点，不同电荷所受力不同，比值 是一定的。
2.电场中的不同点，同一电荷所受力一般不同，比值 一般不同。
结论：
能反映电场在各点的性质——电场强度。
电场强度
1.定义：放入电场中某点的试探电荷q,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。简称场强。
2.定义式： (适用于一切电场)
3.单位：牛每库(N/C) 或 伏/米(V/m).
4.物理意义：描述电场强弱和方向的物理量。某点的电场强度数值上等于单位正电荷所受的电场力。
+Q
+q
F
5.电场强度的矢量性
规定：跟正电荷在该点所受的静电力的方向相同；
+Q
+q
-Q
+q
F
+Q
-q
F
E
E
-Q
-q
F
E
E
拓展：跟负电荷在该点所受的静电力的方向相反.
F
电场强度
6.注意
(1)区分：试探电荷(检验电荷)与场源电荷(源电荷)。
试探电荷要求：电荷量和尺寸必须充分小，可以看成点电荷。
(2)场强相同的条件：大小相等，方向相同。
(3)由电场强度 ，可得电场力 F=qE。
电场强度
1. 中的q是场源电荷还是试探电荷？
2.由公式 得“E与F成正比，与q成反比”正确吗？
q是试探电荷。
不正确， 是比值定义法，E的大小与F、q无关。
思考
(1)E＝ 中的q是场源电荷。(　　)
(2)若在电场中某点放置负试探电荷，则该点的电场强度方向与放置正试探电荷时相反。(　　)
(3)若在电场中的某点不放试探电荷，则该点的电场强度为0。(　　)
(4)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。(　　)
×
×
×
×
1.在一带负电荷的导体A附近有一点B，如在B处放置一个q1＝－2.0×10－8 C的电荷，测出其受到的静电力F1大小为4.0×10－6 N，方向如图，则：
(1)B处电场强度多大？方向如何？
答案　200 N/C　方向与F1方向相反
因为B处是负电荷，所以B处电场强度方向与F1方向相反。
(2)如果换成一个q2＝＋4.0×10－7 C的电荷放在B点，其受力多大？此时B处电场强度多大？
答案　8.0×10－5 N　200 N/C
q2在B点所受静电力大小
F2＝q2EB＝4.0×10－7×200 N＝8.0×10－5 N，
方向与电场强度方向相同，也就是与F1方向相反。
此时B处电场强度大小仍为200 N/C，方向与F1方向相反。
(3)如果将B处电荷拿走，B处的电场强度是多大？
答案　200 N/C
某点电场强度大小与有无试探电荷无关，故将B处电荷拿走，B处电场强度大小仍为200 N/C。
点电荷的电场
场源电荷
Q
q
试探电荷
P
r
在P点放一个试探电荷q ，它在电场中受到的静电力是F，根据库仑定律：
点电荷是最简单的场源电荷，它激发的电场有什么特点呢？
故电场强度:
1.表达式：
2.适用条件：
真空、静止、点电荷
3.注意：
Q ：场源电荷;
r ：电场中的点到场源电荷Q的距离。
点电荷的电场强度
Q
qA
FA
r
E＝
4.场强方向：以点电荷Q为球心，当Q为正电荷时电场方向沿半径向外；
当Q为负电荷时电场方向沿半径向内。
与点电荷相距r的球面上各点的电场强度大小相等，但方向不同。
-Q
-
光芒万丈
万箭穿心
点电荷的电场强度
(1)根据公式E＝ 可知，电场中某点的电场强度与场源电荷所带的电荷量Q成正比，与r2成反比。(　　)
(2)由E＝ 可知，在离点电荷非常近的地方(r→0)，电场强度E可达无穷大。(　　)
×
√
2.在真空中O点放一个电荷量为Q＝＋1.0×10－9 C的点电荷，直线MN通过O点，O、M间的距离r＝30 cm，M点放一个电荷量为q＝－1.0×10－10 C的点电荷，如图所示。已知静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2，求：
(1)q在M点受到的静电力；
答案　见解析
因为Q为正电荷，q为负电荷，所以力的方向沿MO连线指向O。
(2)M点的电场强度；
答案　见解析
(3)拿走q后M点的电场强度；
答案　见解析
拿走电荷q，M点的电场强度仍为100 N/C，方向沿OM连线背离O。
(4)M、N两点的电场强度哪点大。
答案　见解析
项目 E＝ (定义式) E＝ (决定式)
意义及用途
适用范围
E与各量关系
Q或q的意义
给出了一种量度电场强弱的方法
指明了点电荷电场强度大小的决定因素
一切电场
真空中点电荷的电场
E的大小与F、q的大小无关
E∝Q，E∝
q是试探电荷的电荷量，Q是场源电荷的电荷量
电场强度的叠加
+
Q1
Q2
P
E1
因为电场强度是矢量，若几个点电荷同时存在，这时某点的电场强度，等于各个点电荷在该点单独产生的电场强度的矢量和(遵循平行四边形定则)。
E1
E2
+
Q1
Q2
P
E
+Q1
+Q2
A
E1
E2
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？
E
E2
E
电场强度的叠加
1.电场强度叠加原理
在几个点电荷共同形成的电场中，电场中任意一点的总电场强度等于各个点电荷在该点各自产生的电场强度的矢量和.
2.注意
(1)独立性——各个场源电荷产生的电场互不干扰.
(2)叠加原理——只有同时作用在同一区域内的电场才可以进行叠加.电场强度叠加遵循平行四边形定则.
3.一个半径为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.
r>R，Q是整个球体所带的电荷量
电场强度的叠加
Q
Q
r
r
一个体积较大不能看作点电荷的带电体，如何计算它产生的电场强度？
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强度。
3.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，静电力常量为k，求：
(1)两点电荷连线的中点O处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两点都为r的O′点的电场强度大小和方向。
由矢量图结合几何关系可知，
方向平行于AB向右。
4.(2023·山西忻州高二开学考试)如图所示，边长为2a的正方形ABCD的中心在直角坐标系xOy的原点O，AD平行于x轴，电荷量均为＋Q的两点电荷分别固定在G点(－2a,0)和C点(a，－a)。已知静电力常量为k，则A点的电场强度大小为
√
5.如图所示，真空中有两个点电荷，Q1＝4.0×10－8 C，Q2＝－1.0×10－8 C，分别固定在x轴的坐标为0和6 cm的位置上。
(1)x轴上哪个位置的电场强度为0
答案　12 cm
解得L＝6 cm，所以x轴上x＝12 cm处的电场强度为0，只有一处。
(2)x轴上哪些位置的电场强度的方向是沿x轴的正方向的？
答案　(0,6 cm)和(12 cm，＋∞)
根据点电荷的电场强度公式和电场强度的叠加原理可知x＞12 cm的区域电场强度沿x轴正方向。
在Q1Q2之间，正电荷Q1和负电荷Q2在该处产生的电场强度方向均沿x轴正方向，所以合电场强度也是沿x轴正方向，所以x轴上电场强度方向沿x轴正方向的区域是(0,6 cm)和(12 cm，＋∞)。
电场强度场强叠加
电场
电场强度
点电荷的电场强度
电场：电荷的周围存在着一种特殊物质
电场的基本性质：电场对放入其中的电荷有力的作用
定义式： E＝ (适用于一切电场)
负点电荷的电场强度 E 的方向沿半径向内。
单位： N/C 或 V/m
正点电荷的电场强度 E 的方向沿半径向外。
遵循平行四边形定则
场强叠加
决定式： (适用于真空中点电荷的电场)