9.3 第一课时 电场强度　电场强度的叠加 课件 2024-2025学年高一物理人教版（2019）必修第三册(共37张PPT)

(共37张PPT)
第九章　静电场及其应用
电场　电场强度
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
1
2
3
一、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？
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。
英国物理学家 法拉第（1791-1867）
电场已被证明是一种客观存在，它和分子、原子组成的实物一样具有能量、质量和动量，场与实物是物质存在的两种形式。但电场看不见摸不着。
如何描述电场呢？
电荷
电荷
电场
产生
产生
作用于
作用于
电场的基本性质是对放入其中的电荷(不管是静止的还是运动的)___________ 。
有力的作用
类比
照片中
哪个有风，
哪个风大，
你是怎么判断的？
风向风速袋可以定性的反应风速和风向
风向风速袋
类比
怎样描述电场的强弱？
试探电荷(风速袋)
+q
F
A
+2q
2F
+3q
3F
+q
F1
+q
F2
+q
F
场源电荷
+Q
用来检验电场是否存在
和电场各点的性质的电荷
不可以，不同的电荷在电场中同一点所受的电场力不同，但电场中同一点的电场是一定的， 因此不能用电场力的大小来表示电场的强弱。
可以用电场力的大小来表示电场的强弱吗
可以用电场力与电荷量的比值来表示电场的强弱吗
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
+Q
+q
F
(1)定义：_____________________________________________________
________________________。
放入电场中某点的试探电荷，所受的静电力与它的电荷量之
比，叫作该点的电场强度
(2)标矢性：电场强度是 ，数值上等于带单位电荷量的点电荷在电场中 。
矢量
受到的静电力大小
电场强度的方向就是_______________________________________.
E
E
+Q
-q
F
-Q
-q
F
跟负电荷在该点所受的静电力的方向相反.
+Q
+q
-Q
+q
F
F
电场强度
位于该点的正电荷所受静电力的方向
E
E
(3)物理意义：电场强度是描述电场 的物理量。
电场强度
强弱和方向
(4)公式E＝ 是电场强度的定义式，适用于一切电场，因为E与F、q无关，所以不能认为E∝F，E∝ ，但定义式给出了一种测量电场强度大小的方法。
(5)电场中某一点的电场强度是唯一的，与试探电荷 ，它取决于形成电场的电荷(场源电荷)及空间位置。
无关
电场强度
(6)E＝ 变形可得F＝qE，该式表明，如果已知电场中某点的电场强度E，便可计算在电场中该点放任意电荷量的带电体所受的静电力大小，即电场强度E是反映电场的力的性质的物理量。
(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？
(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？
(3)如果将B处电荷拿走，B处的电场强度是多大？
答案 (1) 200 N/C　方向与F1方向相反　
(2) 8.0×10－5 N　200 N/C　
(3) 200 N/C
(1)由电场强度公式可得
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)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)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。
二、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:
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
(1)表达式： 。
(2)适用条件： 。
真空、静止、点电荷
当Q为正电荷时，电场强度E的方向沿半径 (如图甲);
当Q为负电荷时，电场强度E的方向沿半径 (如图乙)。
光芒万丈
-Q
-
万箭穿心
点电荷电场强度的方向
向外
向内
注意：如果以Q为圆心、r为半径作一个球面，则球面上各点的电场强度大小相等，但方向不同。
(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.(来自教材改编)在一个点电荷Q的电场中，让x轴与它的一条电场线重合，坐标轴上A、B两点的坐标分别为0.3 m和0.6 m(如图甲)。在A、B两点分别放置试探电荷，其受到的静电力跟试探电荷的电荷量的关系，如图乙中直线a、b所示，力的正方向与x轴正方向相同。
(1)求A点和B点的电场强度；
(2)点电荷Q所在位置的坐标是多少？
答案 (1)40 N/C，方向沿x轴正方向， 2.5 N/C，方向沿x轴正方向　
(2)x＝0.2 m
(1)根据电场强度的定义式有
方向沿x轴正方向，B点的电场强度为
方向沿x轴正方向。
解得x＝0.2 m。
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
三、电场强度的叠加
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？
+
Q1
Q2
P
E1
E1
E2
+
Q1
Q2
P
E
E2
E
1.若场源是多个点电荷，则某点的电场强度等于各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。如图所示，P点的电场强度E等于点电荷＋Q1和－Q2在该点产生的电场强度 。
E1、E2的矢量和
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.
2.对于较大的不能视为点电荷的带电体的电场强度，可把带电体分成很多小块，只要每块足够小，就可以看成点电荷，用点电荷电场强度叠加的方法计算。
r>R，Q是整个球体所带的电荷量
Q
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.
Q
r
r
3.(2024·天津市武清区高二期中)如图所示，相距为2d的A、B两点固定着等量异种点电荷，电荷量分别为＋Q和－Q。在AB连线的中垂线上取一点P，PO⊥AB，α＝60°。已知静电力常量为k。求：
(1)O点的电场强度大小和方向；
(2)P点的电场强度大小和方向。
E1
E2
E3
E4
(2)＋Q在P点的电场强度EP1方向沿AP连线向上，
－Q在P点的电场强度EP2方向沿PB连线向下。
则P点的电场强度大小为
P点的电场强度方向平行A、B连线向右。
答案　(1)12 cm　(2) (0,6 cm)和(12 cm，＋∞)
针对训练　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
(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？
(1)设电场强度为0的点到Q2的距离为L。因为Q1的电荷量比Q2的大，所以电场强度为0的位置只能在Q2右边，
解得L＝6 cm
所以x坐标轴上x＝12 cm处的电场强度为0，只有一处。
(2)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，所以实际电场也是沿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，＋∞)。
4.如图所示，等边三角形ABC的三个顶点分别固定三个点电荷＋q、－q、－q，已知三角形边长为 ，静电力常量为k，则该三角形中心O点处的电场强度大小、方向如何？
E1
E2
E3
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)