高中物理粵教版（2019）必修第三册1.3 电场 电场强度 课件（共40张PPT）

(共40张PPT)
第三节　电场　电场强度
核心素养点击
物理观念 知道电场是客观存在的一种特殊物质；掌握电场强度的概念、公式、矢量性及方向的规定；知道电场线，熟记几种常见电场的电场线
科学思维 领悟比值定义法定义物理量的特点；能根据库仑定律和电场强度的定义式推导点电荷电场强度的计算式，并能进行有关的计算；在进行电场强度叠加等计算时培养综合分析能力和知识的迁移能力
科学探究 通过“探究描述电场强弱的物理量”的过程，获得探究活动的体验
一、电场　电场强度
1．填一填
(1)电场：电荷周围存在_____，电荷之间的相互作用力是通过_____发生的，静止场源电荷在其周围产生的电场，即________。
(2)基本性质：对放入其中的______有作用力。
(3)试探电荷：电量和_____足够小的电荷，放入电场后不影响原电场的分布。
(4)电场强度。
①定义：放入电场中某点处的试探电荷受到的_________与它的_______之比，简称场强，用字母E表示。
电场
电场
静电场
电荷
体积
电场力F
电量q
正电荷
负电荷
大小和方向
×
×
√
3．选一选
(2021·广州检测)在电场中某点，当放入正电荷时正电荷受到的电场力方向向右；当放入负电荷时负电荷受到的电场力方向向左，则下列说法中正确的是 (　　)
A．当放入正电荷时，该点场强方向向右；当放入负电荷时，该点场强方向向左
B．该点场强方向一定向右
C．该点场强方向一定向左
D．该点场强方向可能向右，也可能向左
解析：电场中某一点的场强方向取决于电场本身，其方向与放在该点的正电荷的受力方向一致，与负电荷的受力方向相反，故B正确。
答案：B　
矢量和
√
√
×
3．选一选
在点电荷形成的电场中，其电场强度 (　　)
A．电场中各点处处相等
B．与场源电荷等距的各点的电场强度都相等
C．与场源电荷等距的各点的电场强度的大小都相等，但方向不同
D．场中各点的电场强度与该点至场源电荷的距离r成反比
答案：C
三、电场线
1．填一填
(1)电场线：用来形象直观地描述电场的曲线，曲线上每一点的_____方向都和该处的场强方向一致。
(2)特点。
①电场线是为了形象描述电场而______的线，实际并不存在。
②任意两条电场线不相交。
③电场线的疏密程度反映了场强的__________。
④电场线从________或________出发，终止于无限远或_______。
⑤匀强电场的电场线是间隔距离相等的_________。
切线
假想
相对大小
正电荷
无限远
负电荷
平行直线
2．判一判
(1)电场线、电场都是真实存在的。 ( )
(2)电场线的疏密表示场强的大小，没画电场线的地方，场强为零。 ( )
(3)电荷在电场中运动，其运动轨迹不一定与电场线重合。 ( )
×
×
√
3．选一选
取一个铜质小球置于圆形玻璃器皿中心，将蓖麻油和头发碎屑置于
玻璃器皿内拌匀。用起电机使铜球带电时，铜球周围的头发碎屑会
呈现如图所示的发散状图样。下列说法正确的是 (　　)
A．电场线是真实存在的
B．发散状的黑线是电场线
C．带电铜球周围存在着电场
D．只在发散状的黑线处存在着电场
解析：电场线是人们为了形象地描述电场而引入的线，不是真实存在的，故A、B错误；带电铜球周围都存在电场，故C正确，D错误。
答案：C　
探究(一)　　对电场强度的理解和应用
[问题驱动]
一个带正电的物体，与系在丝线上的带电小球之间会产生电场力。试结合情景，讨论下列问题：
(1)如图所示，电荷A、B间的相互作用是如何产生的？
提示：电荷A对电荷B的作用力，就是电荷A产生的电场对电荷B的作用力；反之，电荷B对电荷A的作用力，就是电荷B产生的电场对电荷A的作用力。
(2)电场的基本性质是什么？
提示：电场的基本性质就是对处在其中的其他电荷会产生力的作用。
在真空中O点放一个点电荷Q＝＋1.0×10－9 C，直线MN通过O
点，OM的距离r＝30 cm，M点放一个试探电荷q＝－1.0×10－10 C，如图所示。求：
(1)q在M点受到的作用力；
(2)M点的电场强度；
(3)拿走q后M点的电场强度；
(4)M、N两点的电场强度哪点大？
解析：根据题意，Q是场源电荷，q为试探电荷，为了方便，只用电荷量的绝对值计算。静电力和电场强度的方向可通过电荷的正、负判断。
答案：(1)1.0×10－8 N，沿MO指向Q
(2)100 N/C，沿OM连线背离Q
(3)100 N/C，沿OM连线背离Q
(4)M点
计算电场强度的三种方法
[素养训练]
1．电场中有一点P，下列说法正确的是 (　　)
A．若放在P点的试探电荷的电荷量加倍，则P点的电场强度加倍
B．若P点没有试探电荷，则P点的电场强度为零
C．P点的电场强度越小，则同一电荷在P点受到的静电力越小
D．P点的电场强度方向就是试探电荷在该点的受力方向
解析：若放在P点的电荷的电荷量加倍，则P处电荷受到的静电力会加倍，而此处的电场强度却不变，即使不放电荷，电场强度仍保持不变，故A、B错误；静电力由电场强度与电荷量决定，P点的电场强度越小，则同一电荷在P点受到的静电力一定越小，故C正确；P点的电场强度方向为放在该点的正电荷所受静电力方向，故D错误。
答案：C　
答案：B　
[重难释解]
(1)电场强度是矢量，当空间的电场由多个电荷共同产生时，计算空间某点的电场强度时，应先分析每个电荷单独在该点所产生的场强的大小和方向，再根据平行四边形定则求合场强的大小和方向。
(2)比较大的带电体产生的电场，可以把带电体分解为若干小块，每一个小块看作一个点电荷，用电场叠加的方法计算。
[选自鲁科版新教材“例题”]如图所示，有两个相距l的等量异种点电荷－q和＋q。O点为两点电荷连线的中点，P为连线延长线上的一点，与O点相距r。试求P点的电场强度。
[解题指导]　根据场强叠加原理，P点处的电场强度等于两个点电荷在该处电场强度的矢量和。两个点电荷的电荷量大小相等，P点到＋q的距离小于到－q的距离，由点电荷的电场强度公式可知，＋q在P点的电场强度大于－q在P点的电场强度，合场强的方向与＋q在该点电场强度的方向相同。
[讨论]　若P点到中心O点的距离r远大于两点电荷间距l，则P点的电场强度多大？
运用场强叠加原理进行矢量运算，与力学中进行矢量运算的方法相同。一般是先确定相关物理量的大小和方向，再根据矢量运算法则进行计算。
[迁移·发散]
如果条件不变，请计算图中两个等量异种点电荷连线的中垂线上与O点距离为r的M点的电场强度。
电场强度的求法
(1)合成法：电场强度是矢量，合成时遵循矢量运算法则(平行四边形定则或三角形定则)；对于同一直线上电场强度的合成，可先规定正方向，进而把矢量运算转化成代数运算。
(2)对称法：对称法实际上就是根据某些物理现象、物理规律、物理过程或几何图形的对称性进行解题的一种方法，利用此方法分析和解决问题可以避免复杂的数学演算和推导，直接抓住问题的实质，有出奇制胜之效。
(3)微元法：微元法就是将研究对象分割成若干微小的单元，或从研究对象上选取某一“微元”加以分析，从而可以化曲为直，使变量、难以确定的量转化为常量、容易确定的量。
[素养训练]
1．(2021·广州调研测试)如图所示，在正方形四个顶点分别放置一个点电荷，所带电荷量已在图中标出，则下列四个选项中，正方形中心处电场强度最大的是 (　　)
答案：B　
答案：B　
探究(三)　　对电场线的理解和应用
[问题驱动]
(1)为了形象地描述电场，法拉第引入了电场线的概念。电场线是真实存在的吗？
提示：电场线实际上不存在。
(2)电场线是如何表示电场方向和强弱的？
提示：在电场中，电场线某点的切线方向表示该点电场强度的方向；电场线的疏密表示电场强度的相对大小，电场强度较大的地方电场线较密，反之较疏。
(3)点电荷、等量异种点电荷、等量同种点电荷及匀强电场的电场线是如何分布的？
提示：
[重难释解]
(1)电场线是为了形象地描述电场而假想的线，实际上是不存在的。
(2)电场线每点的切线方向与该点的电场强度方向相同。
(3)几种特殊的电场线分布，如图所示。
[多选]用电场线能很直观、很方便地比较电场中各点场强的强弱，如图甲是等量异种点电荷形成电场的电场线，图乙是电场中的一些点：O是电荷连线的中点，E、F是连线中垂线上相对O对称的两点，B、C和A、D也相对O对称。则(　　)
A．B、C两点场强大小相等，方向相同
B．A、D两点场强大小相等，方向相反
C．E、O、F三点比较，O点场强最强
D．B、O、C三点比较，O点场强最强
解析：根据等量异种点电荷电场的分布情况可知，B、C两点对称分布，场强大小相等，方向相同，A选项正确；根据对称性可知，A、D两处电场线疏密程度相同，A、D两点场强大小相同，方向相同，B选项错误；E、O、F三点中O点场强最强，C选项正确；B、O、C三点比较，O点场强最小，D选项错误。
答案：AC
[多选]某静电场中的电场线如图所示，带电粒子在电场中
仅受电场力作用，其运动轨迹如图中虚线所示，由M点运动到N点，
以下说法正确的是 (　　)
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点的动能小于它在N点的动能
[解题指导]　
(1)根据电场线的疏密判断加速度的大小关系。
(2)根据轨迹的弯曲方向判断电场力的方向。
解析：根据带电粒子运动轨迹弯曲的情况，可以确定带电粒子受电场力的方向沿电场线方向，故带电粒子带正电，A选项正确；由于电场线越密，场强越大，带电粒子受电场力就越大，根据牛顿第二定律可知其加速度也越大，故带电粒子在N点加速度大，B选项错误，C选项正确；粒子从M点到N点，所受电场力方向与其速度方向夹角小于90°，速度增加，故带电粒子在N点动能大，故D选项正确。
答案：ACD
确定带电粒子在电场中运动轨迹的思路
(1)确定电场方向：根据电场强度的方向或电场线的切线方向来确定。
(2)确定带电粒子受力方向：正电荷所受电场力方向与电场方向相同，负电荷所受电场力方向与电场方向相反。
(3)确定带电粒子运动轨迹：带电粒子的运动轨迹向受力方向偏转。
[素养训练]
1．如图所示是某静电场的一部分电场线分布情况，下列说法中正
确的是 (　　)
A．这个电场可能是负点电荷形成的电场
B．点电荷q在A点处受到的电场力比在B点处受到的电场力大
C．点电荷q在A点处的瞬时加速度比在B点处的瞬时加速度小(不计重力)
D．负电荷在B点处受到的电场力的方向沿B点切线方向
答案：B　
解析：根据带电粒子的运动轨迹可知，带电粒子所受电场力的方向跟电场线共线，指向曲线弯曲的内侧，由此可知，带电粒子与场源电荷电性相反，选项A错误；a点电场线比b点处密，所以a点电场强度较大，带电粒子在a点所受电场力较大，选项B正确；假设带电粒子由a点运动到b点，所受电场力方向与速度方向之间的夹角大于90°，电场力做负功，带电粒子的动能减少，速度减小，即Eka>Ekb，va>vb，同理可分析带电粒子由b点运动到a点时也有Eka>Ekb，va>vb，故选项C正确，D错误。
答案：BC　
一、培养创新意识和创新思维
1． [选自人教版新教材课后习题]某一区域的电场线分布如图所示。
A、B、C是电场中的三个点。
(1)哪一点的电场强度最强，哪一点的电场强度最弱？
(2)画出各点电场强度的方向。
(3)把负的点电荷分别放在这三个点，画出它所受静电力的方向。
2． [多选]如图所示，M、N是椭圆的左右顶点，E、F是上下顶点，O
点是中心，P、Q、R、S是椭圆上的四个点，且P与Q、R与S的连线
均过O，P、S关于MN对称。若在点M、N分别放一个等量异种点电荷，图中各点中电场强度大小相等方向相同的两点有 (　　)
A．E与F B．P与R
C．R与S D．R与Q
解析：由等量异种点电荷电场线分布可知，E与F两点电场强度大小相等，方向相同，故A正确；由等量异种点电荷电场线分布可知，P与R两点电场强度大小相等，方向不相同，故B错误；由等量异种点电荷电场线分布可知，R与S两点电场强度大小相等，方向相同，故C正确；由等量异种点电荷电场线分布可知，R与Q两点电场强度大小相等，方向不相同，故D错误。
答案：AC　
二、注重学以致用和思维建模
3．[多选](2021·广州调研)光滑绝缘的水平桌面上，固定着带电荷量为＋Q、－Q的小球P1、P2，带电荷量为＋q、－q的小球M、N用绝缘细杆相连，下列哪些图中的放置方法能使M、N静止(细杆中点均与P1P2连线中点重合) (　　)
解析：根据矢量合成可得在P1、P2连线的中垂线上的电场强度方向水平向右，故题图A、C放置是不可能平衡的，所以A、C错误；在P1、P2的连线上电场方向由正电荷指向负电荷，即水平向右，如图B、D放置，由对称性知，M、N所在位置的电场强度大小相等，方向相同，则M、N受电场力等大反向，所以B、D正确。
答案：BD