1.3 电场 电场强度 课件(共68张PPT)

(共68张PPT)
第一章 静电场的描述
粤教版 必修三
第三节 电场 电场强度
F
接触力
弹力
摩擦力
非接触力
静电力……
电荷之间是如何发生作用的呢？
新课导入
法拉第
思考：相隔一定距离的电荷间的相互作用是怎样发生的？
以“场”为媒介
“超距作用”
磁场
电场
Part 01
电场
一、电场
英国物理学家、化学家迈克尔·法拉第
(1791.9.22～1867.8.25）
19世纪30年代法拉第提出了电场的观点，电荷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这个电场给予的。
电荷之间的相互作用是通过电场发生的
一、电场
电荷周围存在着由它产生的电场
静止场源电荷 静电场
产生
电场是怎么产生的呢？
B
A
F
一、电场
B
A
F
F
电场对场中的其它电荷产生力的作用
产生
施力于
电场B
施力于
产生
电场A
电荷A
电荷B
一、电场
1.定义:电场存在于电荷周围,是能传递电荷间相互作用力的一种特殊物质。
2.电场的基本性质:对放入其中的电荷有力的作用，即电场力。
B电荷
A电荷
电场
3.静电场:静止电荷产生的电场。
一、电场
（2）电场以及磁场已被证明是一种客观存在。场具有能量，也是物质存在的一种形式。
4.说明：
（1）只要是带电体，周围都能产生电场。电场对于电荷的作用实际是电场与电场的相互作用。
如何研究电场？
场源电荷
试探电荷
电场
场源电荷
试探电荷
F
新知探究
方便研究电场中
各点的情况
体积小
用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的电荷，叫试探电荷。
放入电场后不明显影响原有电场分布
电量小
观察与思考
观察下图，连接小球的细绳与竖直方向的夹角不同，离电荷Q 越远，夹角越小，这说明了什么问题？电场的强弱与哪些因素有关呢？
P1
P2
P3
A
B
C
q
q
q
电 场 中
+
同一试探电荷在电场中不同位置受力不同
电场对电荷的作用力与电荷的位置有关
观察与思考
电场中的不同位置，电场的强弱程度不同
能否直接用试探电荷所受到的静电力来表示电场的强弱
需要一个合适的物理量来描述电场的强弱程度
观察与思考
+
q2
q1
P1
在电场中的同一位置，由于小球所带电荷量不同，所受的电场力不同。
说明不能用电场力来反映电场的性质。
不同试探电荷受到的电场力与试探电荷的电量有关
观察与思考
电场中的不同位置，电场的强弱程度不同
能否直接用试探电荷所受到的静电力来表示电场的强弱
不能，描述电场强弱的物理量必须与试探电荷无关！
需要一个合适的物理量来描述电场的强弱程度
大量实验表明：在电场的同一点，电场力的大小Ｆ与试探电荷的电量ｑ之比是恒定的，与试探电荷的电量无关，它只与场源电荷以及试探电荷在电场中的具体位置有关，也就是说Ｆ与ｑ的比值反映了电场自身的某种性质．
寻找一个不变的量
Part 02
电场强度
二、电场强度
3.单位：牛每库，符号N/C
4.物理意义：反映电场强弱的物理量，某点的电场强度数值上等于单位正电荷在该点所受的电场力。
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。
E与F成正比，与q成反比？
2.定义式：
(比值定义法)
思考：把同一试探电荷放在点电荷电场中的不同位置，试探电荷受到的静电力的方向是否相同？
方向不同说明了什么？
电场强度是矢量
思考：怎样定义电场强度的方向？
二、电场强度
5.电场强度的方向
+Q
+q
F
E
+Q
-q
F
E
物理学中规定：电场强度的方向跟正电荷在该点所受的电场力的方向相同，负电荷在该点受到的电场力的方向与该点场强的方向相反
二、电场强度
6.电场强度的两个性质
1.唯一性：
2.矢量性：
电场中某点的电场强度E是唯一的，是由电场本身的特性决定。
电场强度也描述电场的方向，是矢量，其方向与在该点的正电荷所受电场力的方向相同，与在该点的负电荷所受电场力的方向相反。
（2022·黑龙江·肇东市第四中学校高二期末）有关电场的理解，下述正确的是（　　）
A．由 可知，电场强度E跟放入的电荷q所受的电场力成正比
B．只有当电场中存在试探电荷时，电荷周围才出现电场这种特殊的物质，才存在电场强度
C．电场强度是反映电场本身特性的物理量，与是否存在试探电荷无关
D．由公式E= 可知，在离带电体很近时，r接近于零，电场强度达无穷大
【正确答案】C
课堂练习
Part 03
点电荷的电场
三、点电荷的电场
+Q
A
r
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？
E=k
Q
r
2
Q是场源电荷的电量，r是场中某点到场源电荷Q的距离
E
+q
如果以Q为中心作一个球面，则球面上各点的电场强度大小相等。
+
-
正点电荷光芒四射
三、点电荷的电场
E=k
Q
r
2
负点电荷万箭穿心
讨论与交流
公式 和 都可以用来计算场强，它们有什么区别呢？
公式
本质区别 定义式 决定式
意义及用途 给出了一种量度 电场强弱的方法 指明了点电荷场强大小
的决定因素
适用范围 一切电场 真空中点电荷的电场
Q或q的意义 q表示放入电场的试探 (或检验)电荷的电荷量 Q表示产生电场的
点电荷的电荷量
关系理解 E用F与q的比值来表示，但E的大小与F、q的大小无关 E不仅能用Q、r来表示，
且E∝Q，E∝
两个场强公式对比
公式
本质区别 定义式 决定式
意义及用途 给出了一种量度 电场强弱的方法 指明了点电荷场强大小
的决定因素
适用范围 一切电场 真空中点电荷的电场
Q或q的意义 q表示放入电场的试探 (或检验)电荷的电荷量 Q表示产生电场的
点电荷的电荷量
关系理解 E用F与q的比值来表示，但E的大小与F、q的大小无关 E不仅能用Q、r来表示，
且E∝Q，E∝
两个场强公式对比
如果在空间中同时存在多个点电荷，这时在空间某一点的场强等于各点电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。
两个点电荷场强的叠加
如果场源电荷不只是一个点电荷，那么电场强度又是多少呢？
独立性：同一空间内各个场强对电荷的作用互不影响。
+
1
Q
2
Q
P
1
E
2
E
1
E
2
E
+
1
Q
2
Q
P
E
E
场强的叠加的规律
电场强度的运算遵循平行四边形定则
+Q
-Q
E1
E2
E
+Q
+Q
E1
E1
E2
E2
E
带点球体的场强
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。
Q
r
P
r
Q
P
Part 04
电场的描述
四、电场的描述
电场看不见,摸不着,除了用公式描述电场以外，我们还可以用什么方法形象地了解和描述电场中各点电场强度的大小和方向呢？
法拉第采用了一个简洁的方法来描述电场，那就是电场线。
法拉第
电场线的模拟 :
把奎宁的针状结晶或头发屑悬浮在蓖麻油里，再放入电场中，这时可以发现碎屑按场强的方向排列起来。
四、电场的描述
四、电场的描述
点电荷的电场
等量电荷电场
四、电场的描述
几种常见的电场线
(1)不闭合：电场线起始于正电荷(或无限远处)，终止于无限远处(或负电荷)。
(2)不相交：在电场中任意两条电场线不相交。
(3)疏密程度反映了场强的相对大小：场强越大的地方，电场线越密；场强越小的地方，电场线越疏。
(4)电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向。
(5)电场线不是实际存在的线，是为了形象地描述电场而假想的线。
电场线的特点
四、电场的描述
等量异种电荷电场线的特点
2.中垂线（中垂面）：场强方向均相同，且总与中垂面(线)垂直。在中垂线上到O点等距离处各点的场强相等，中点场强最大。
O
1.两点电荷连线上各点，电场线方向从正电荷指向负电荷。连线上，
中点场强最小；
3.在中垂面(线)上移动电荷时电场力不做功。
四、电场的描述
等量同种电荷电场线的特点
2.中点O附近的电场线非常稀疏，但场强并不为零。
O
4.中垂面(线)：上从O点到无穷远，电场线先变密后变疏，即场强
先变大后变小．
3.连线上（从左往右）：
1.两点电荷连线中点O处场强为零，此处无电场线。
四、电场的描述
1、(多选)如图所示为真空中两点电荷A、B形成的电场中的部分电场线，已知该电场线关于图中虚线对称，O点为A、B两点电荷连线的中点，a、b为A、B两点电荷连线的中垂线上关于O点对称的两点，则下列说法中正确的是（　）
A．A、B可能为等量同种正点电荷
B．A、B可能为电荷量不相等的正电荷
C．a、b两点处无电场线，故其电场强度可能为零
D．同一试探电荷在a、b两点处所受的电场力大小相等，
方向相反
【正确答案】AD
课堂练习
2、(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点场强最弱
【正确答案】ACD
课堂练习
不等量电荷
点电荷与导体
还有没有其它电场呢？它的分布又会有何特点？
四、电场的描述
其它电场线
Part 05
匀强电场
1.定义：各点电场强度的大小相等、方向相同的电场。
2.匀强电场的电场线：间隔相等的平行直线。
实例：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。
五、匀强电场
五、匀强电场
Part 06
考点突破
一、电场线与运动轨迹问题
考点突破
二、电场力作用下的动力学问题
三、特殊电场的场强
一、电场线与运动轨迹问题
分析方法：
(1)根据轨迹弯曲方向，判断粒子电场力方向
(2)将电性与电场线方向、电场力方向相联系
(3)把电场线疏密和电场力大小、加速度大小相联系进行分析
(4)把电场力做功与能量的变化相联系进行分析
典例讲解
1、某电场的电场线分布如图所示，虚线为某带电粒子只在电场力作用下的运动轨迹，a、b、c是轨迹上的三个点，则（ ）
A．粒子一定带负电
B．粒子一定是从a点运动到b点
C．粒子在c点的加速度一定大于在b点的加速度
D．粒子在电场中c点的速度一定大于在a点的速度
【正确答案】C
课堂练习
2、（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静电力作用，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点的加速度等于它在N点的加速度
课堂练习
【正确答案】AC
二、电场力作用下的动力学问题
如图所示,在水平向右的匀强电场中,有一质量m=0.2 kg、电荷量q=1×10－6 C的带正电小物块恰好静止在倾角θ=37°的光滑绝缘斜面上,取sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,重力加速度g=10 m/s2.从某时刻开始,电场强度变为原来的 ,求:
(1)原来的电场强度大小E0;
(2)小物块运动的加速度a的大小和方向;
(3)沿斜面下滑距离x=0.5m时小物块的速度大小v
分析方法：
(1)受力分析+牛顿第二定律
(2)运动学公式、运动的分成与分解等运动学知识
典例讲解
【练习】（2022·全国·高二单元测试）用轻质柔软绝缘细线，拴一质量为1.0×10－2kg、电荷量为2.0×10－8C的小球，细线的上端固定于O点。现加一水平向右的匀强电场，如图平衡时细线与铅垂线成37°
（g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8），则（　　）
A．小球带负电
B．匀强电场的场强为1.5×108N/C
C．平衡时细线的拉力为0.125N
D．平衡时细线的拉力为0.175N
【正确答案】C
课堂练习
三、特殊电场的场强
如果在空间中同时存在多个点电荷，这时在空间某一点的场强等于各点电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。
点电荷场强的叠加
独立性：同一空间内各个场强对电荷的作用互不影响。
+
1
Q
2
Q
P
1
E
2
E
1
E
2
E
+
1
Q
2
Q
P
E
E
1、等效法
(1)均匀带电球体（或球壳）
Q
r
P
r
Q
P
(2) 均匀带电的圆环在O点产生的场强，等效为弧BC产生的场强，弧BC产生的场强方向，又等效为弧的中点M在O点产生的场强方向。
1、等效法
(3)一个点电荷＋q与一个无限大薄金属板形成的电场，可等效为两个异种点电荷形成的电场。
如图甲、乙所示，两个带电荷量均为q的点电荷分别位于带电荷量线密度相同、半径相同的半圆环和 圆环的圆心，环的粗细可忽略不计。若图甲中环的圆心处电场强度大小为E，则图乙中环的圆心处场强大小为(　　)
A． E B． E
C． E D． E
课堂练习
【正确答案】C
2、补偿法
将有缺口的带电圆环补全为圆环，或将挖空的带电球体补全
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
1、(2022·山东）半径为R的绝缘细圆环固定在图示位置，圆心位于O点，环上均匀分布着电量为Q的正电荷。点A、B、C将圆环三等分，取走A、B处两段弧长均为ΔL的小圆弧上的电荷。将一点电荷q置于OC延长线上距O点为2R的D点，O点的电场强度刚好为零。圆环上剩余电荷分布不变，q为（　　）
A．正电荷，
B．正电荷，
C．负电荷，
D．负电荷，
【正确答案】C
课堂练习
2、已知均匀带电球体在球的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。如图所示，半径为R的球体上均匀分布着电荷量为Q的电荷，在过球心O的直线上有A、B两个点，O和B、B和A间的距离均为R。现以OB为直径在球内挖一球形空腔，若静电力常量为k，球的体积公式为V＝πr3，则A点处场强的大小为(　　)
课堂练习
A．　　　B．
C． D．
【正确答案】B
3、等效法
均匀带电球体（或球壳）
Q
r
P
r
Q
P
一个点电荷＋q与一个无限大薄金属板形成的电场，可等效为两个异种点电荷形成的电场。
4、微元法
将带电体分成许多可看成点电荷的微小带电体，先根据库仑定律求出每个微小带电体的场强，再结合对称性和场强叠加原理求出合场强。
P
+Q
如图所示，均匀带正电的圆环所带的电荷量为Q，半径为R，圆心为O，A、B、C为垂直于圆环平面且过圆环中心的轴上的三个点，已知BC＝2AO＝2OB＝2R，当在C处放置一点电荷时(不影响圆环的电荷分布情况，整个装置位于真空中)，B点的电场强度恰好为零，静电力常量为k，则由此可得A点的电场强度大小为(　　)
课堂练习
A． B．
C． D．
【正确答案】B
课堂总结
单位
矢量
叠加
电场
强度
定义
性质
电场
电荷周围存在的特殊物质。
特
点
电场线
为了描述电场而假想的线。