物理人教版（2019）必修第三册9.3电场 电场强度（共57张ppt）

(共57张PPT)
第九章 静电场及其应用
第三节 电场 电场强度
电场
01
电场强度
02
点电荷的电场
03
电场强度的叠加
04
电场线
05
匀强电场
06
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，蛋挞壳为什么飞？人的头发会竖起并散开。为什么会出现这种现象？
新课导入
电 场
PART 01
如图，带正电的带电体C置于铁架台旁，把系在丝线上带正电的小球先后挂在P1、 P2、P3等位置。带电体C与小球间的作用力会随距离的不同怎样改变呢？
（2）电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？
（1）在同一位置增大或减小小球所带的电荷量，作用力又会怎样变化？
问题提出
19世纪30年代，英国科学家法拉第提出：在电荷的周围存在着由它产生的电场（electric field)。
法拉第
B
A
F
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
B
A
F
F
产生
施力于
电场B
施力于
产生
电场A
电荷A
电荷B
电场对场中的其它电荷产生力的作用
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。
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。
电场对电荷有力的作用，怎样描述这种作用呢？
电场
电场强度
PART 02
+
Q
场源电荷
(源电荷)
试探电荷(检验电荷)
q
1.试探电荷
(1)定义: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。
(2)特点:体积足够小;电荷量足够小。
试探电荷的引入不改变源电荷的电场。
2.场源电荷:激发电场的带电体所带的电荷叫场源电荷，或源电荷。
电场强度
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
电场强度
+
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
电场强度
寻找一个不变的量
进一步研究表明：
对于电场中的同一点，试探电荷受到的电场力与其电荷量的比值是一定的。
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)
电场强度
5.电场强度的方向
+Q
+q
F
E
+Q
-q
F
E
按照这个规定：负电荷在电场中某点受到的电场力的方向跟该点的电场强度方向相反。
物理学中规定，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。
电场强度
电场强度的两个性质
1.唯一性：电场中某点的电场强度E是唯一的，是由电场本身的特性(形成电场的电荷及空间位置)决定的，与是否放入试探电荷、放入电荷的电性、电荷量的多少均无关。电场中不同的地方，电场强度一般是不同的。
2.矢量性：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。
电场强度
点电荷是最简单的场源电荷，它激发的电场有什么特点呢？
点电荷的电场
PART 03
点电荷激发的电场
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。
+
-
Q ：场源电荷
r ：电场中点到Q的距离
点电荷的电场
两个场强公式对比
电场强度的叠加
PART 04
电场强度的叠加：
电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。
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？
+
1
Q
2
Q
P
1
E
2
E
1
E
2
E
+
1
Q
2
Q
P
E
E
独立性：同一空间内各个场强对电荷的作用互不影响。
两个点电荷场强的叠加
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
场强的叠加的规律
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
带电球体的场强
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
电场的描述
电场线
PART 05
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。
电场线
点电荷的电场
等量电荷电场
几种常见的电场线
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。
电场线的模拟
1.同一幅图中可以用电场线的疏密表示电场强度的大小。
2.在静电场中，电场线从正电荷或无限远出发，终止于负电荷或无限远，是不闭合的曲线。
3.同一电场的电场线在电场中不相交。
4.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：
电场线的特点
2.两点电荷连线的中垂面(中垂线)上，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)上的电荷受到的电场力的方向总与中垂面(线)垂直，因此，在中垂面(线)上移动电荷时电场力不做功。
等量异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
1.两点电荷连线中点O处场强为零，此处无电场线。
4.在中垂面(线)上从O点到无穷远，电场线先变密后变疏，即场强
先变强后变弱．
3.两点电荷连线中垂面(中垂线上)，场强方向总沿面(线)远离O(等量正电荷)
等量同种电荷电场线的特点
不等量电荷
点电荷与导体
其它电场线
还有没有其它电场呢？它的分布又会有何特点？
匀强电场
PART 06
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。
匀强电场
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。
【练习1】（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
【练习2】（2022·全国·高二课时练习）(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
【练习3】（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
【练习4】（2022·全国·高二课时练习）(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
【练习5】（2023·全国·高三专题练习）(多选)在一个点电荷Q的电场中，让x轴与电场中的一条电场线重合，坐标轴上A、B两点的坐标分别为0.3m和0.6m（如图甲所示），在A、B两点分别放置带正电的试探电荷，其受到的静电力跟试探电荷的电荷量的关系分别如图乙中直线a、b所示。已知静电力常量 ，下列说法正确的是（　　）
A．A点的电场强度是40N/C，方向沿x轴负方向
B．B点的电场强度是2.5N/C，方向沿x轴正方向
C．点电荷Q带正电，所在位置为坐标原点
D．点电荷Q的带电荷量约为
【正确答案】D
课堂练习
【练习6】（2022·山东·高考真题）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DL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
单击此处编辑母版标题样式
单击以编辑母版副标题样式
二、匀强电场
电场强度大小和方向都相同的电场
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
知识回顾
万有引力
既不需要媒介，也不需要时间
超越空间与时间直接发生的作用力
超距作用
牛顿——没有其它东西做媒介，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，这种思想荒唐之极。
超距作用
静电力像万有引力一样，也是一种超距力。
与人类的理智和科学追求不符
法拉第（1971-1867）
英国物理学家、化学家
一、电场
法拉第——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。
电荷A
电场
电荷B
产生
作用于
产生
作用于
1、产生：
电荷周围存在着的一种传递电荷间相互作用的特殊物质。
2、静电场：
静止的电荷周围产生的电场称为静电场。
3、基本性质：
对处在其中的电荷有力的作用。
4、电磁场：
电场和磁场已被证明是一种客观存在的特殊物质，并且相互联系。
+Q
+Q
四、电场线
1、定义：
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。
2、特点：
（1）电场线总是从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷。
（2）电场线在电场中不相交。
（3）电场线的疏密程度来表示电场强度的相对大小。
（4）电场线是假想的、虚构的实际并不存在。
3、几种常见的电场的电场线分布特点：
（1）孤立的正点电荷电场线
（2）孤立的负点电荷电场线
（3）等量同种点电荷
（4）等量异种点电荷
五、电场线
在电场中画一些曲线，使曲线上每一点的切线方向与该点的场强方向一致。
2.几种常见电场中电场线的分布及特点
观察教材上各种电场线的分布图像，从电场的大小、方向，电场线的起始、终了来分析每幅图的特点。
（1）正点电荷的电场中电场线的分布特点
“光芒四射”，发射状
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。
（2）负点电荷的电场中电场线的分布特点
“众矢之的”，汇聚状
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。
（3）等量异种点电荷形成的电场中的电场线分布
“手牵手、心连心”，相互吸引状
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。
等量异种电荷
（4）等量同种点电荷形成的电场中电场线分布
“势不两立”，相斥状
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。
等量同种电荷
（5）点电荷与带电平板的电场中电场线的分布
异种电荷的一半
a. 以点电荷向平板作垂线为轴电场线左右对称；
b. 电场线的分布情况类似于等量异种电荷的电场线分布，而带电平板恰为两电荷连线的垂直平分线；
c. 在带电平板表面场强与平板垂直。
等量同种电荷
“等间距”，平行状
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。
（6）匀强电场的电场线分布