教科版高中物理必修第三册第一章静电场3静电场电场强度和电场线课件（76页PPT）

(共76张PPT)
第一章　静电场
3.静电场　电场强度和电场线
核心素养：1.知道静电场的概念及基本性质。2.理解电场强度及其定义式，并能用该 公式进行有关计算。3.掌握点电荷的电场强度公式及电场强度的叠加。4.掌握电场线 的定义和特点，会用电场线表示电场。
第*页
研习任务一　静电场、电场力及电场强度
合作　讨论
把同一试探电荷放在电场中的不同位置，由图可知，该试探电荷在不同点所受的 静电力的大小和方向不相同，这说明各点的电场的强弱和方向不相同。
（1）用什么物理量表征电场的强弱？如何定义这个物理量？
提示：电场强度，可以通过试探电荷受力来定义。
（2）同一位置，放不同试探电荷，试探电荷受力越大，则该位置场强越强吗？
提示：E与F无关，E与试探电荷q无关。
教材　认知
一、电场
1. 法拉第的观点：在电荷的周围存在着由它产生的 。
2. 电荷间的相互作用
说明：电荷之间通过 相互作用。
电场　
电场　
3. 静电场： 电荷周围产生的电场。
4. 电场力：电场对电荷的作用力。
[思考]　凡是有电荷的地方，周围就存在着电场，这种观点正确吗？
提示：正确。
静止　
二、电场强度
1. 检验电荷：为研究源电荷电场的性质而引入的电荷量和 都很小的点 电荷。
2. 场源电荷： 的带电体所带的电荷，或称为源电荷。
3. 电场强度
体积　
激发电场　
（1）定义：放入电场中某一位置的检验电荷所受的 与它的电荷量之比。
（2）定义式：E＝ 。
（3）单位：牛每库，符号为 。
（4）方向：电场强度是 （填“矢量”或“标量”）。物理学中规定，电场 中某点的电场强度的方向与正电荷在该点所受的电场力的方向相同。
电场力　

N/C　
矢量　
[思考]　负电荷所受电场力与电场强度的方向相同吗？
提示：负电荷所受电场力与电场强度的方向相反。
4. 点电荷的电场
（1）公式：E＝ 。
（2）方向：如图所示，若Q为正电荷，电场强度的方向沿半径 ；若Q为负电 荷，电场强度的方向沿半径 。
向外　
向内　
核心　归纳
1. 电场的性质
（1）唯一性：电场中某点的电场强度E的大小和方向都是由电场本身决定的，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：电场强度是矢量，其方向与在该点的正电荷所受静电力的方向相同， 与在该点的负电荷所受静电力的方向相反。
项目
物理含义 是电场强度大小的定义式 是真空中点电荷电场强度的决定式
Q或q的意义 q表示引入电场的试探电荷的电荷量 Q表示产生电场的点电荷（场源电 荷）的电荷量
关系理解 F∝q，但E与F、q无关，E反映某点处电场的性质
适用范围 适用于一切电场 在真空中，场源电荷Q是点电荷
表达式意义 定义式 决定式
研习　经典
[典例1]　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；
（1） 1.0×10－8 N，沿MO指向Q
（3）拿走q后M点的电场强度。
（3） 100 N/C，沿OM连线背离Q
[解析]:（3）电场强度是反映电场力的性质的物理量，它是由形成电场的场源电荷Q 决定的，与检验电荷q是否存在无关。从M点拿走检验电荷q，该处电场强度大小为 100 N/C，方向沿OM连线背离Q。
（2）M点的电场强度；
（2） 100 N/C，沿OM连线背离Q
对电场的基本认识
1. 电场强度是描述电场性质的物理量，由电场本身决定，与放入的试探电荷无关。
2. 电场的基本性质是对放入电场中的电荷有力的作用，力的大小F＝E·q，力的方向 与电荷正、负有关。
3. 电场是客观存在的物质。
[训练1]　如图甲所示，在O点放置一个带电荷量为＋Q的点电荷，以O为原点，沿Ox 方向建立坐标轴，A、B为坐标轴上两点，其中A点的坐标为0.90 m。测得放在A、B两 点的试探电荷受到的电场力大小F与其电荷量q的关系如图乙中a、b所示。已知静电力 常量k＝9.0×109 N·m2/C2，求：
甲
乙
（1）A点的电场强度大小与点电荷的电荷量Q；
（1） 4×104 N/C　3.6×10－6 C
（2）B点的坐标值。
（2） 3.60 m
第*页
研习任务二　电场场强叠加
合作　讨论
如图所示，一半径为R的绝缘圆环上，均匀地分布着电荷量为Q的电荷，在垂直 于圆环平面的对称轴上有一点P，它与环心O的距离OP＝L. 静电力常量为k。请你根 据所学的物理知识，写出关于P点的场强E的表达式。
教材　认知
1. 场强叠加原理：如果有多个点电荷同时存在，电场中任一点的电场强度等于这些 点电荷各自在该点产生电场强度的矢量和。
2. 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（如图）。
核心　归纳
1. 电场强度的叠加
（2）电场强度是矢量，故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，即该处的电场强度可以用平行四边形定则求得。
2. 分析电场叠加问题的一般步骤
（1）确定分析计算的空间位置。
（2）分析该处有几个分电场，计算出各个分电场在该点的电场强度的大小和方向。
（3）利用平行四边形定则求出矢量和。
研习　经典
D
[解析]　若三个点电荷都带正电或负电，则三个点电荷在P点产生的场强叠加后一定
4E3，Q1和Q3在P点产生的电场强度叠加后为E13，如图2所示，与Q2在P点产生的电场
强度不可能在一条直线上，即P点处的电场强度不可能叠加为零，C错；若4Q1＝Q3＝
示，与Q2在P点产生的电场强度等大反向，叠加为零，D对。
图1 图2　 图3
电场强度叠加的技巧
（1）电场强度是矢量，在求多个点电荷在空间某点产生的电场强度时，应该根据平 行四边形定则求出其大小和方向。
（2）当两矢量满足大小相等、方向相反，作用在同一直线上时，两矢量合成叠加， 合矢量为零，这样的矢量称为“对称矢量”，在电场的叠加中，注意图形的对称性， 发现对称矢量可简化计算。
A
第*页
研习任务三　电场线
合作　讨论
（1）电荷周围存在着电场，法拉第采用什么简洁方法来描述电场？
提示：（1）法拉第采用了画电场线的方法描述电场。
　　（2）在实验室，可以用实验模拟电场线：把头发碎屑悬浮在蓖麻油里，加上电 场，头发碎屑的排列显示了电场线的形状，这能否说明电场线是实际存在的线？
提示：（2）不能，电场线实际不存在，但可以用实验模拟。
教材　认知
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 表示该点的电场强度方向。
2. 在同一幅图中电场线的 反映了电场强度的大小。
3. 特点：
（1）电场线从 或 出发，终止于 或 ；
（2）任意两条电场线不能 ，因为电场中同一位置电场强度的方向只能 有一个。
切线方向　
疏密　
正电荷　
无限远　
无限远　
负电荷　
相交　
4. 匀强电场
（1）定义：电场中各点的电场强度的大小 ，方向 的电场。
（2）电场线的特点：相互平行且 分布。
[思考]　电场线能相切吗？电场线实际存在吗？
提示：不能，不存在。
相等　
相同　
均匀　
核心　归纳
　常见电场的电场线
电场 电场线图样 简要描述
正点电荷 “光芒四射”，发散状
负点电荷 “众矢之的”，会聚状
等量正点电荷 “势不两立”，相斥状
电场 电场线图样 简要描述
等量异种
点电荷 “手牵手，心连心”，相吸状
带电平行
金属板 等间距、平行状
（两板之间，除边缘外）
研习　经典
　 甲　　　　 　乙　
AC
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，选项A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，选项B错误；E、O、F三点中O点场强最强，选项C 正确；B、O、C三点比较，O点场强最小，选项D错误。
（1）等量异种点电荷中垂线上各点电场强度方向相同，且均与中垂线垂直。
　　（2）等量同种点电荷中垂线上电场强度有两个极值点，且关于两电荷连线中心 对称。
A B
C D
C
第*页
研习任务四　匀强电场
教材　认知
1. 定义：其内部的电场强度的大小处处 ，方向处处 的电场。
2. 电场线特点：匀强电场的电场线可以用间隔 的平行线来表示。
3. 实例：两块等大、靠近、正对的平行金属板，带等量异种电荷时，它们之间的电 场除边缘附近外就是匀强电场。
相等　
相同　
相等　
[思考]　带有等量异种电荷的两金属板之间的电场分布如图所示，这个电场具有什么 特点？
提示：各处电场强度大小相等，方向相同。
核心　归纳
1. 匀强电场的特点
（1）匀强电场的电场线是疏密程度相同的平行线，相互之间距离相等，如图所示。
（2）在匀强电场中，同一带电体所受电场力处处相同，加速度不变。
2. 获得匀强电场的方法
两块相同、正对放置的平行金属板，若板间距离很小，当它们分别带有等量异种电荷 时，板间的电场（除边缘附近）可看成匀强电场，如图所示。
研习　经典
[典例4]　如图所示，一个质量为m＝0.03 kg，带电荷量为1.0×10－8 C的带电小球， 用绝缘细线悬挂在某水平方向的匀强电场中，图中实线为电场线。当小球静止时，测 得悬线与竖直方向成30°角（g＝9.8 m/s2）。
（1）判断小球的电性；
[答案]　见解析
[解析]　对小球受力分析如图所示，小球受重力、拉力和水平向右的电 场力，若电场强度方向水平向右，即电场力方向与电场强度方向相 同，小球带正电荷；若电场强度方向水平向左，即电场力方向与电场 强度方向相反，则小球带负电荷。
（2）该电场的场强大小为多少？
1.7×107 N/C
A. M带正电荷，N带负电荷
B. M、N所带电荷量大小一定相等
C. 静止时M受到的合力比N的大
D. 将M、N分开一些，释放后M、N仍保持静止
B
解析：将M、N作为整体，由于M、N恰好静止，则电场对M、N的作用力等大、反 向，所以M、N一定带异种电荷，又根据M、N所受对方的库仑引力与各自在匀强电场 中所受电场力平衡，可判断M带负电荷，N带正电荷，故A错误；根据前面分析可 知，M、N所受匀强电场的电场力大小相等，所以M、N所带电荷量大小一定相等，故 B正确；静止时M、N受到的合力均为零，故C错误；将M、N分开一些，M、N之间的 库仑力大小变化，将不能与在匀强电场中所受电场力平衡，所以释放后M、N将不能 保持静止，故D错误。
第*页
课后提素养
基础　题组
1. 思维辨析
√
×
×
√
×
√
A. 若在A点换上电荷量为－q的电荷，A点场强方向发生变化
B. 若在A点换上电荷量为2q的电荷，A点的场强将变为2E
C. 若在A点移去电荷q，A点的场强变为零
D. A点场强的大小、方向与q的大小、正负、有无均无关
D
A. 该定义式只适用于点电荷产生的电场
B. F是试探电荷所受到的力，q是产生电场的电荷的电荷量
C. 场强的方向与F的方向相同
D. 由该定义式可知，场中某点电荷所受的静电力大小与该点场强的大小成正比
D
中档　题组
A. 电场线是电场中实际存在的曲线
B. 电场线实际就是带电粒子在电场中的运动轨迹
C. 电场线在电场中不能相交
D. 电场线越密的地方电场强度越大
解析：电场线是为了描述电场而引入的假想的曲线，实际上并不存在，因此A项错 误；电场线是假想的曲线，并不是带电粒子在电场中的运动轨迹，因此B项错误；电 场线在电场中不能相交，因为在电场中同一位置不可能存在两个场强方向，因此C项 正确；电场线的疏密表示电场强度的大小，电场线越密集，电场强度越大，电场线越 稀疏，电场强度越小，因此D项正确。
CD
A. 该点电荷带正电
B. 该点电荷带负电
C. a点和b点电场强度的方向相同
D. a点的电场强度Ea大于b点的电场强度Eb
解析：由题图可知，电场线指向该点电荷，故该点电荷是负点电荷，A错误，B正 确；因a、b两点的电场线的方向不同，故a点和b点电场强度的方向不同，C错误；a 点处的电场线比b点的密，故Ea＞Eb，D正确。
BD
A. 方向向左 B. 方向向右
C
A. P、Q两点的电场强度相同
B. M点的电场强度小于N点的电场强度
C. 把试探电荷放在N点受到的电场力小于放在Q点受到的电场力
D
C. B点的电场强度大于C点的电场强度
D. BC线段的中点电场强度为零
B
第*页
课时作业
[基础训练]
B. 如果在P点将＋q移走，则P点的电场强度变为零
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
B. 这是一个正点电荷产生的电场，Ea∶Eb＝3∶1
D. 这是一个负点电荷产生的电场，Ea∶Eb＝3∶1
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A. 这个电场可能是负点电荷的电场
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点处所受到的电场力的方向沿B点切线方向
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A. EA＝EB，电场方向相同 B. EA＜EB，电场方向相同
C. EA＞EB，电场方向不同 D. EA＜EB，电场方向不同
解析：电场线的疏密表示电场强弱，由题图可知，B点密集，A点稀疏，故EA＜ EB；又电场方向为电场线的切线方向，A、B两点的电场方向不同，故A、B、C 错误，D正确。
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A. 1∶2 B. 2∶1
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A. 场源可能是正电荷，位置在A侧
B. 场源可能是正电荷，位置在B侧
C. 场源可能是负电荷，位置在A侧
D. 场源可能是负电荷，位置在B侧
解析：F－q图像的斜率表示电场强度的大小，图线b的斜率大于a的斜率，说明b处场 强大于a处场强，若电场是由点电荷产生的，说明b离场源较近，又由于场强为正值， 即由A指向B，因此场源可能为负电荷，故D正确。
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A. a、b、c、d四点中c点场强最大
B. b、d两点的场强大小相等、方向相反
C. a、b、c、d四点中a点的场强最小
D. a、b、c、d四点的场强大小相等
解析：根据电场强度的对称性和叠加性原理可知，b、d两点场强大小相等，方向不 同，b点场强方向斜向右上方，d点的场强方向斜向右下方，a点的场强最小，c点的场 强最大，故选项A、C正确，B、D错误。
AC
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
8. 如图所示，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（B处所放电荷不 影响导体 A上的电荷分布），则：
（1）B处电场强度多大？方向如何？
（1） 200 N/C　方向与F1方向相反
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
（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？
（2） 8.0×10－5 N　200 N/C
解析：（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）如果将 B处电荷拿走，B 处的电场强度是多大？
（3） 200 N/C
解析：（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。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
[能力提升]
A. OM 中点的电场强度大于 ON 中点的电场强度
B. O点的电场强度大小与MN上各点相比是最小的
C. O点的电场强度大小与HG上各点相比是最小的
D. 将试探电荷沿 HG由 H 移送到G，试探电荷所受静电力先减小后增大
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
解析：等量异种点电荷电场线分布如图所示，电场线的疏密表示电场的强弱，由对称性可知OM中点的电场强度等于ON中点的电场强度，故A错误；O点的电场强度大小与MN上各点相比是最小的，故B正确；O点的电场强度大小与HG上各点相比是最大 的，故C错误；沿HG由H到G电场强度先变大再减小，由F＝qE可知，将试探电荷沿HG由H移送到G，试探电荷所受静电力先增大后减小，故D错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
解析：在AB的垂直平分线上，从无穷远处到O点电场强度先变大后变小，到O点变为 零，带负电的小球受力方向沿垂直平分线，如果P与O之间的距离足够远，由P点到O 点的过程中，小球的加速度先变大后变小，速度不断增大，在O点加速度变为零，速 度达到最大，v－t图线的斜率先变大后变小；由O点到N点过程中，速度变化情况与另 一侧速度的变化情况具有对称性，B正确。如果P、N与O之间的距离很近，带负电的 小球的加速度先减小为零再增大，速度先增大后减小，A、C、D错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
11. 如图所示，真空中有一等边三角形ABC，边长 d＝0.30 m。在A点固定一电荷量q1 ＝＋3.0×10－6 C的点电荷，静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2，求：
（1）点电荷q1在C处产生电场的电场强度E1的大小；
（1） 3×105 N/C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
（2）在B点固定另一个q2＝－3.0×10－6 C的点电荷，则C处合电场强度E的大 小及方向；
（2） 3×105 N/C　平行于 AB连线向左
解析：（2）点电荷q2在C处产生的电场强度大小E2＝E1，方向由C指向B，根据 平行四边形定则有E＝2E1cos 60°，代入数据得E＝3×105 N/C，方向平行于AB 连线向左。
（3）在（2）条件下，试探电荷q3＝＋5.0×10－7 C放在C处受到的静电力F大小。
（3） 0.15 N
解析：（3）电荷q3在C处受到的静电力大小F＝qE，代入数据得F＝0.15 N。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11