9.3 电场电场强度 课件(共45张PPT)

(共45张PPT)
§3 电场 电场强度
人教版(2019)必修 第三册
第九章 静电场及其应用
贰
电场
叁
电场强度
肆
点电荷的电场 电场强度的叠加
目
录
壹
新课引入
必修三
伍
电场线
陆
课堂练习
新课引入
壹
思考与讨论：
通过起电机人体带电后，人的头发会竖起散开。
为什么会出现这样的现象？你会解释产生这一现象的原因吗？
电场
贰
法拉第
19 世纪 30 年代，英国科学家法拉第提出一种观点，认为在电荷的周围存在着由它产生的电场。电荷之间通过电场相互作用。
1.电场
在电荷的周围存在着一种特殊物质，这种物质看不见、摸不着，我们把这种物质叫作电场。
注意：电场以及磁场已被证明是一种客观存在的物质，场像分子、原子等实物粒子一样具有能量，因而场也是物质存在的一种形式。不过只有在研究运动的电荷，特别是运动状态迅速变化的电荷时，上述场的物质性才突显出来。本章只讨论静止电荷产生的电场。
电荷之间通过电场相互作用
电荷
电场
电荷
A
B
2.电场的基本性质
电场对放入其中的电荷有力的作用，电荷之间的相互作用就是通过电场来实现的。
3.电场力
电场对电荷有力的作用叫电场力。
电场的检验
思考1：在空间中放一个点电荷+Q，它周围有电场吗？
+Q
+
q是用来检验电场的电荷——检验电荷或试探电荷
对检验电荷的要求：
电量足够小：对场源电荷的分布不产生明显影响，不改变原电场
体积足够小：可以精确检测电场各位置
Q是被检验的电荷——场源电荷或源电荷
+
q
电场看不见摸不着，你怎样检验电场是否存在？
+Q
+
+
+
+
思考2：把同一试探电荷放在不同的位置，悬线的倾角不同，说明什么？
说明：试探电荷受到的静电力的大小、方向跟位置有关。
同一试探电荷，受力大的位置电场强，受力小的位置电场弱。故电场的强弱跟位置有关。
电场的检验
思考3：电场有强弱，电场的强弱能否用静电力来表示？
+Q
A
+q
+2q
+nq
F
2F
nF
不能，原因：同一位置，电场的强弱应该是不变的，而F随试探电荷的改变而改变,所以静电力不能表示电场的强弱。
观察一下，下图中什么量不随试探电荷的改变而改变？
不随试探电荷的改变而改变。
数值上等于单位电荷量受到的库仑力
能表示电场的强弱
电场强度
叁
1.定义：
2.定义式：
3.单位：
4.标矢性：
（适用于任何电场，运算时q不带正负号）
放入电场中某点的试探电荷所受的静电力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度，简称场强。
牛/ 库；即 N/C
规定电场强度的方向：跟正电荷在该点所受静电力的方向相同；
与负电荷的受力方向相反。
电场强度是矢量
——比值定义法
点电荷的电场 电场强度的叠加
肆
一个带正电的点电荷的电荷量为Q，在距此点电荷r处的A点的电场强度是多少？方向如何？
+Q
+
A
设想在A点放一个电荷量为+q的试探电荷，
方向：沿二者连线向外
则它所受到的电场力为：
+Q在该点产生的场强为：
方向：沿二者连线向外
（1）Q是场源电荷的电量，r是到场源电荷的距离
+
-
Q
Q
思考4：若以Q为中心作球面，则球面上各点的电场强度的大小方向有什么特点？
（2）适用条件： 真空中静止的点电荷
（3）E的决定因素：跟场源电荷和位置有关，与试探电荷无关
+Q
-Q
E1
E2
E
思考5：空间中存在多个场源电荷，如图，如何求电场中某点(如A点)的电场强度？
O
A
结论：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。
思考6：若带电体比较大，不能看作点电荷？我们如何求带电体的电场？
可以证明：半径为R的均匀带电球体（或球壳）在球外产生的电场，与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相等。
两个电场强度公式的比较
适用范围 式中电荷的意义
特别提醒 可以由 及 来推导，而E仅由电场本身因素决定，与F、q无关。
定义式，适用于一切电场
仅适用于点电荷在真空中的电场
q是试探电荷的电荷量，但E与q无关
Q是场源电荷的电荷量，E与Q成正比
电场线
伍
1.定义：为了形象描述电场强度的大小和方向，在电场中画一系列有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向，曲线的疏密表示电场的强弱。这一系列曲线称为电场线。
EA
EB
EC
电场线模拟
点电荷的电场线模拟
-
2.几种常见电场中电场线的分布
(1)正负电荷的电场线
正电荷的电场线
负电荷的电场线
+
异种电荷的电场线模拟
（2）等量异种点电荷的电场线
等量异种点电荷的电场线
①两电荷的连线上:各点电场强度的方向由正电荷沿两电荷的连线指向负电荷，O点的电场强度最小，从O点沿两电荷的连线向两边逐渐增大；两电荷的连线上，任一点c与它关于O点对称的点d的电场强度相同。
O
.
.
c
d
O
a
b
.
.
②两电荷连线的中垂线上:各点的电场强度方向为由正电荷的一边指向负电荷的一边，且与中垂线垂直，O点的电场强度最大，从O点沿中垂线向两边逐渐减小，直至无穷远时为零；中垂线上任意一点a与该点关于O点的对称点b的电场强度大小相等方向相同。
等量异种点电荷的电场线
同种电荷的电场线模拟
等量同种点电荷的电场线
（2）等量同种点电荷的电场线
①两电荷的连线上：每点电场强度的方向由该点指向O点，大小由电场强度为零的O点开始向两端逐渐变大；任意一点c与该点关于O点的对称点d的电场强度大小相等、方向相反。
O
c
d
.
.
②两电荷连线的中垂线上:O点和无穷远处的电场强度均为零，所以在中垂线上，由O点开始，沿中垂线向两边电场强度先变大，后逐渐减小，到无穷远时减小为零；中垂线上任一点a与该点关于O点的对称点b的电场强度大小相等、方向相反。
O
.
.
a
b
等量同种点电荷的电场线
匀强电场:电场中各点电场强度大小、电场强度的方向都相同的电场。
2.各类典型电场线的分布
（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）在同一幅图中，电场强度较大的地方电场线较密，电场强度较小的地方电场 线较疏，可以用电场线的疏密程度来表示电场强度的相对大小。
（4）电场线并不是真实存在的，只是为了描述电场方便而假想的线
3.电场线的特点
电场线空间分布模拟
课堂练习
陆
1．将电荷量为的正试探电荷放入电场强度为E的点A处，其所受电场力为F，下列说法正确的是（　　）
A．若将试探电荷移去，A点的电场强度大小变为零
B．若试探电荷变为负试探电荷，A点的场强方向发生变化
C．若试探电荷的电荷量变为2q，A点的电场强度将变为2E
D．电场中A点的电场强度与试探电荷的带电量、电性均无关
D
【答案】D
【详解】电场强度是通过比值定义法得出的，其大小及方向与试探电荷无关，故放入任何电荷时电场强度的方向、大小均不变，故选D。
2．关于电场强度，下列说法正确的是（ ）
A．电场中某点先后放入正、负试探电荷，受到的电场力反向，所以两种情况下电场强度方向相反
B．电场强度公式表明，当r减半时，电场强度变为原来的4倍
C．电场强度公式表明，q减半，则该处的电场强度变为原来的2倍
D．匀强电场中电场强度处处相同，所以任何电荷在其中受力都相同
B
【答案】B
【详解】A．电场强度由电场本身决定，与放不放试探电荷，放何种电荷均无关，则电场中某点先后放入正、负试探电荷，受到的电场力反向，但两种情况下电场强度方向相同，故A错误；
B．公式是真空中点电荷电场强度的决定式，则点电荷周围某点电场强度的大小，与该点到场源电荷距离的二次方成反比，故在减半的位置上，电场强度变为原来的4倍，故B正确；
C．公式是电场强度的定义式，电场强度由电场本身决定，电场中某点的电场强度的大小与试探电荷所带的电荷量大小无关，故C错误；
D．根据电荷在电场中所受电场力公式可知，电荷在电场中所受电场力与电场强度、电荷量有关，而匀强电场中电场强度处处相同，电荷的电荷量不同，则电荷在其中受力不同，故D错误。故选B。
3．如图所示为点电荷a、b所形成电场的电场线分布图，在M点放置一个电荷量大小为q的负试探电荷，受到的静电力大小为F，以下说法中正确的是（　　）
A．如果M点处试探电荷的电荷量变为2q，该处电场强度变为
B．M点处的电场强度方向与负试探电荷所受静电力的方向相同
C．由电场线分布图可知M点处的电场强度比N点处的电场强度大
D．a、b为异种电荷
D
【答案】D
【详解】A．电场强度与试探电荷无关，可知，如果M点处试探电荷的电荷量变为2q，该处电场强度仍然为故A错误；
B．电场强度的反向与正电荷所受电场力的方向相同，可知，M点处的电场强度方向与负试探电荷所受静电力的方向相反，故B错误；
C．电场线分布的疏密程度表示电场的强弱，根据图像可知，M点位置电场线分布比N点电场线分布稀疏一些，则M点处的电场强度比N点处的电场强度小，故C错误；
D．图中电场线起源于右侧点电荷，终止于左侧的点电荷，可知，图中右侧为正点电荷，左侧为负点电荷，即a、b为异种电荷，故D正确。故选D。
4．两个等量同种点电荷的电场线如图所示，图中电场线上下左右均对称，点P、Q，点M、N，点R、S关于两点电荷连线的中点O对称，则（ ）
A．P、Q两点电场强度相同
B．M、N两点电场强度相同
C．在两点电荷连线的中垂线上O点电场强度最小
D．在R点放一个带负电小球，小球会向O点做匀加速直线运动
C
【答案】C
【详解】A．根据电场的矢量叠加可知，P、Q两点电场强度大小相等，方向相反，故A错误；
B．根据电场的矢量叠加可知，M、N两点电场强度大小相等，方向相反，故B错误；
C．两正点电荷在O点的电场强度大小相等，方向相反，根据电场的矢量叠加可知，O点合电场强度为零，在两正点电荷连线的中垂线上除O点外，电场强度均大于零，故在两点电荷连线的中垂线上O点电场强度最小，故C正确；
D．在R点放一个带负电小球，小球受到向下的电场力，小球会向O点运动，由于两正点电荷连线的中垂线上不是匀强电场，小球做的是变加速直线运动，故D错误。故选C。
5．如图，电荷量均为点电荷固定在等边三角形两个顶点上，A是三角形的另一个顶点，此时三角形中点O的电场强度大小是E，若在A点再放一个电荷量为的点电荷，则O点的电场强度大小是（ ）
A．E B． C． D．
A
【答案】A
【详解】设点到三角形的顶点的长为，则两个正电荷在O点的合场强为方向指向A点，A点的+2q的点电荷在O点的场强为与E的方向相反，则O点的电场强度大小是方向沿着AO方向向外。故选A。
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