(共63张PPT)
第1课时 电场 电场强度
探究点一 电场强度的理解
1．电场
是物质存在的一种形式
____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_____给予的．
2．电场的基本性质
电场对放入其中的电荷有力的作用．
3．静电场
____电荷产生的电场．
电荷
电场
静止
4．电场强度
(1)试探电荷 一定为点电荷
用来研究电场各点的性质的电荷．
(2)场源电荷或源电荷
激发电场的带电体所带的电荷．
静电力
电荷量
④单位为______，符号为____．
⑤方向：电场强度是矢量，规定电场中某点的电场强度的方向与___电荷在该点所受的静电力的方向相同．负电荷在电场中某点所受静电力的方向与该点电场强度的方向_____．
牛每库
N/C
正
相反
【情境思考】
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？
(2)同一位置，放不同试探电荷，试探电荷受力越大，则该位置电场强度越大吗？
提示：(1)电场强度．(2)E与F无关，E与试探电荷q无关．
【教材拓展】 阅读教材第16页“科学方法”栏目，在物理学中，常常用物理量之比定义一个新物理量，表示研究对象的某种性质．试列举1～2例，并说明新物理量与原有物理量之间的关系．
答案：C
答案：D
练1 把一个电荷量q＝－10－6 C的试探电荷，依次放在正点电荷Q周围的A、B两处，如图所示，受到的电场力大小分别是FA＝5×10－3 N，FB＝3×10－3 N.
(1)画出试探电荷在A、B两处的受力方向；
(2)求出A、B两处的电场强度大小；
(3)若在A、B两处分别放上另一个电荷量为q′＝＋10－5 C的电荷，该电荷受到的电场力为多大？
解析：(1)试探电荷在A、B两处的受力方向沿试探电荷与点电荷Q的连线指向Q，如图中FA、FB所示．
(3)当在A、B两处放上电荷q′时，它受到的电场力分别为F′A＝EAq′＝5×103×10-5 N＝5×10-2 N，
F′B＝EBq′＝3×103×10-5 N＝3×10-2 N，方向与电场强度的方向相同．
答案：(1)图见解析 (2)5×103 N/C 3×103 N/C (3)3×10-2 N
探究点二 点电荷的电场 电场强度的叠加
1．真空中点电荷的电场强度
(1)大小：E＝____．
(2)方向：如果以电荷量为Q的点电荷为中心作一个球面，Q为正电荷时，电场强度E的方向沿半径_____；Q为负电荷时，电场强度E的方向沿半径向内．
向外
2．电场强度的叠加
如果场源是多个电荷，则电场中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________．
3．均匀带电球体或球壳的半径为R，电荷量为＋Q，在距离球心为r(r>R)处，电场强度的大小和方向分别为E＝___，________．
矢量和
沿半径向外
【情境思考】(1)如图所示，在正点电荷Q的电场中有一试探电荷q，已知q到Q的距离为r，Q 对q的作用力是多大？Q在q所在位置产生的电场的电场强度是多大？方向如何？
(2)如果再有一正点电荷Q′＝Q，放在如图所示的位置，q所在位置的电场的电场强度是多大？
特别提醒 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．
2．电场强度是矢量，合成时遵循矢量运算法则(平行四边形定则或三角形定则)；对于同一直线上电场强度的合成，可先规定正方向，进而把矢量运算转化成代数运算．
答案：A
答案：A
题后反思
处理电场强度叠加问题的方法
答案：B
练3 (2024·北京丰台期末)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x1＝0和x2＝6 cm的位置上．对于x轴上的电场强度，下列说法正确的是( )
A．x＝4 cm处的电场强度为零
B．x＝12 cm处的电场强度为零
C．x<0范围内的电场强度方向可能沿x轴正方向
D．x>6 cm范围内的电场强度的方向一定沿x轴负方向
答案：B
1．在电场中的某点放入电荷量为－q的试探电荷时，测得该点的电场强度为E；若在该点放入电荷量为＋3q的试探电荷，此时测得该点的场强( )
A．大小为3E，方向和E相反
B．大小为E，方向和E相同
C．大小为3E，方向和E相同
D．大小为E，方向和E相反
答案：B
解析：电场强度是描述电场强弱和方向的物理量，是试探电荷所受的电场力F与试探电荷所带的电荷量q的比值，由电场本身决定，故与试探电荷的有无、电性、电荷量的大小无关；故在该点放入电荷量为－q的试探电荷时电场强度为E，改放电荷量为＋3q的试探电荷时电场强度大小仍为E，方向和E相同，故B正确，A、C、D错误．
2．(2024·高二下广东学业考试)如图所示，M、N和P三点共线且MN＝NP，N点处固定有一个点电荷，带电量为＋q.若想让P点处电场强度E为0，可在M点处固定一个点电荷，其带电量为( )
A.＋2q B．－2q C．＋4q D．－4q
答案：D
3.(2024·山西学业考试)如图所示，空间A点固定一个正点电荷，B点固定一个负点电荷，则空间P点的电场强度可能是图中的( )
A.E1 B．E2 C．E3 D．E4
答案：C
解析：A点正点电荷在P点产生的场强沿AP方向，B点电荷在P点产生的场强沿PB方向，如图：根据矢量的合成法则，可知合场强可能是E3.
答案：C
5．如图所示的实验装置是演示两个点电荷之间的库仑力与它们带电量、距离关系的示意图．若将电荷量为q＝－2.5×10－6 C、质量为10 g的可视为质点的带负电小球B用绝缘细绳悬挂，放置在带电小球A右侧附近某位置平衡时，两球心在同一高度处且细绳与竖直方向的夹角为α＝37°.已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g＝10 m/s2，求：
(1)此时B球所受的库仑力的大小；
(2)B球所在位置处的场强大小和方向．
答案：C
2．电场中有一点P，下列说法中正确的是( )
A．若放在P点的电荷量减半，则P点的场强减半
B．若P点没有放电荷，则P点场强为零
C．P点场强越大，则同一电荷在P点受到的电场力越大
D．P点的场强方向与放在该点的电荷的受力方向相同
答案：C
解析：场强反映电场本身的性质，只由电场本身决定，与试探电荷无关，则若放在P点的电荷的电荷量减半，P点的场强不变，P点没有放电荷，P点的场强也不变，故A、B错误；根据F＝Eq知，P点的场强越大，则同一电荷在P点所受的电场力越大，故C正确；根据场强方向的规定，正电荷所受电场力的方向与场强方向相同，负电荷所受电场力的方向与场强的方向相反，故D错误．
答案：AD
4．(2024·河北张家口开学考试)如图所示，真空中有两个点电荷Q1＝＋4×10－3 C和Q2＝＋1.0×10－3 C，都固定在x坐标轴上，其中Q1位于x＝0处，Q2位于x＝6 cm处，在x轴上电场强度为零的位置坐标为x＝( )
A．3 cm B．4 cm C．9 cm D．10 cm
答案：B
5．如图所示，直角三角形ABC中∠A＝37°，∠C＝90°.两负点电荷固定在A、B两点，一试探电荷在C点受到的静电力方向与AB垂直，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，则A、B两点处的负点电荷在C点的电场强度大小之比为( )
A．3∶5 B．5∶3 C．4∶3 D．3∶4
答案：D
答案：B
答案：B
答案：B
答案：A
答案：C
答案：D
12．(10分)如图所示，真空中有A、B、C三个点组成的一个等边三角形，边长d＝0.30 m．在C点固定一电量q1＝＋3.0×10－6 C的点电荷，在B点固定一个q2＝－3.0×10－6 C的点电荷，静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2，求：
(1)求A点的合场强大小及方向；
(2)若在A点放置一个电量q3＝＋5.0×10－7 C的点电荷，则它受到的电场力是多大？
3．电场 电场强度
第1课时 电场 电场强度
探究点一 电场强度的理解
1．电场
是物质存在的一种形式
________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________给予的．
2．电场的基本性质
电场对放入其中的电荷有力的作用．
3．静电场
________电荷产生的电场．
4．电场强度
(1)试探电荷一定为点电荷
用来研究电场各点的性质的电荷．
(2)场源电荷或源电荷
激发电场的带电体所带的电荷．
(3)电场强度
①物理意义：反映了电场在各点的性质．
②定义：放入电场中某点的试探电荷受到的________与它的________之比．
电场中某处电场强度的大小
③公式：E＝.
④单位为________，符号为________．
⑤方向：电场强度是矢量，规定电场中某点的电场强度的方向与________电荷在该点所受的静电力的方向相同．负电荷在电场中某点所受静电力的方向与该点电场强度的方向________．
【情境思考】
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？
(2)同一位置，放不同试探电荷，试探电荷受力越大，则该位置电场强度越大吗？
【教材拓展】 阅读教材第16页“科学方法”栏目，在物理学中，常常用物理量之比定义一个新物理量，表示研究对象的某种性质．试列举1～2例，并说明新物理量与原有物理量之间的关系．
【思维提升】
1．电场强度的大小和方向都是由电场本身所决定的，与试探电荷无关．
2．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．
3．公式E＝可变形为F＝qE，正电荷所受静电力方向与该点电场强度方向相同，负电荷所受静电力方向与该点电场强度方向相反．
例1 下列说法正确的是( )
A．电场和电场线一样，是人为设想出来的，其实并不存在
B．从公式E＝来看，场强大小E与F成正比，与q成反比
C．当两个带电体的大小及形状对它们之间的相互作用力的影响可以忽略时，这两个带电体可以看成点电荷
D．根据F＝，当两点电荷间的距离趋近于零时，电场力将趋向无穷大
[解题心得]
例2 在静电场中有a、b两点，试探电荷在两点的静电力F与电荷量q满足如图所示的关系，a、b两点的场强大小为( )
A．1∶1 B．2∶1
C．3∶1 D．4∶1
[解题心得]
练1 把一个电荷量q＝－10－6 C的试探电荷，依次放在正点电荷Q周围的A、B两处，如图所示，受到的电场力大小分别是FA＝5×10－3 N，FB＝3×10－3 N.
(1)画出试探电荷在A、B两处的受力方向；
(2)求出A、B两处的电场强度大小；
(3)若在A、B两处分别放上另一个电荷量为q′＝＋10－5 C的电荷，该电荷受到的电场力为多大？
探究点二 点电荷的电场 电场强度的叠加
1．真空中点电荷的电场强度
(1)大小：E＝________．
(2)方向：如果以电荷量为Q的点电荷为中心作一个球面，Q为正电荷时，电场强度E的方向沿半径________；Q为负电荷时，电场强度E的方向沿半径向内．
2．电场强度的叠加
如果场源是多个电荷，则电场中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________．
3．均匀带电球体或球壳的半径为R，电荷量为＋Q，在距离球心为r(r>R)处，电场强度的大小和方向分别为E＝________，________．
【情境思考】
(1)如图所示，在正点电荷Q的电场中有一试探电荷q，已知q到Q的距离为r，Q 对q的作用力是多大？Q在q所在位置产生的电场的电场强度是多大？方向如何？
(2)如果再有一正点电荷Q′＝Q，放在如图所示的位置，q所在位置的电场的电场强度是多大？
【思维提升】
1．E＝与E＝k的比较
特别提醒 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．
2．电场强度是矢量，合成时遵循矢量运算法则(平行四边形定则或三角形定则)；对于同一直线上电场强度的合成，可先规定正方向，进而把矢量运算转化成代数运算．
例3 下列关于电场强度的两个表达式E＝和E＝的叙述，错误的是( )
A．E＝是电场强度的定义式，F是放入电场中的电荷所受的力，q是产生电场的电荷的电荷量
B．E＝是电场强度的定义式，F是放入电场中的电荷所受的力，q是放入电场中电荷的电荷量
C．E＝是点电荷电场强度的计算式，Q是产生电场的电荷的电荷量
D．对于库仑定律表达式F＝k，式中是点电荷q2产生的电场在点电荷q1处的电场强度大小
[解题心得]
例4 (2024·江苏镇江联考)如图所示，在直角三角形ABC中，∠A＝37°，∠C＝90°，AB的长度为5L，在A点固定一带电荷量为16q的正点电荷，在B点固定一带电荷量为9q的正点电荷，静电力常量为k，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，则C点的电场强度大小为( )
A． B．
C． D．
[解题心得]
题后反思
处理电场强度叠加问题的方法
练2 (2024·湖南湘东九校期中联考)等腰梯形ABCD的顶点上固定了三个点电荷，电荷量及电性如图所示，梯形边长AB＝BC＝AD＝CD＝L，则CD的中点E处的场强大小为(静电力常量为k)( )
A．0 B．
C． D．
练3 (2024·北京丰台期末)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x1＝0和x2＝6 cm的位置上．对于x轴上的电场强度，下列说法正确的是( )
A．x＝4 cm处的电场强度为零
B．x＝12 cm处的电场强度为零
C．x<0范围内的电场强度方向可能沿x轴正方向
D．x>6 cm范围内的电场强度的方向一定沿x轴负方向
1．在电场中的某点放入电荷量为－q的试探电荷时，测得该点的电场强度为E；若在该点放入电荷量为＋3q的试探电荷，此时测得该点的场强( )
A．大小为3E，方向和E相反
B．大小为E，方向和E相同
C．大小为3E，方向和E相同
D．大小为E，方向和E相反
2．(2024·高二下广东学业考试)如图所示，M、N和P三点共线且MN＝NP，N点处固定有一个点电荷，带电量为＋q.若想让P点处电场强度E为0，可在M点处固定一个点电荷，其带电量为( )
A.＋2q B．－2q
C．＋4q D．－4q
3.(2024·山西学业考试)如图所示，空间A点固定一个正点电荷，B点固定一个负点电荷，则空间P点的电场强度可能是图中的( )
A.E1 B．E2 C．E3 D．E4
4．如图所示，四个点电荷所带电荷量的绝对值均为Q，分别固定在正方形的四个顶点上，正方形边长为a，则正方形两条对角线交点处的电场强度( )
A．大小为，方向竖直向上
B．大小为，方向竖直向上
C．大小为，方向竖直向下
D．大小为，方向竖直向下
5．如图所示的实验装置是演示两个点电荷之间的库仑力与它们带电量、距离关系的示意图．若将电荷量为q＝－2.5×10－6 C、质量为10 g的可视为质点的带负电小球B用绝缘细绳悬挂，放置在带电小球A右侧附近某位置平衡时，两球心在同一高度处且细绳与竖直方向的夹角为α＝37°.已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g＝10 m/s2，求：
(1)此时B球所受的库仑力的大小；
(2)B球所在位置处的场强大小和方向．
第1课时 电场 电场强度
导学 掌握必备知识 强化关键能力
探究点一
1．电荷 电场
3．静止
4．(3)②静电力 电荷量 ④牛每库 N/C ⑤正 相反
情境思考
提示：(1)电场强度．
(2)E与F无关，E与试探电荷q无关．
教材拓展
提示：加速度a＝，与速度变化和时间无关；电阻R＝，与电压和电流无关．
[例1] 解析：电场是客观存在的，电场线是人为设想出来的，其实并不存在，故A错误；E＝是电场强度的定义式，场强只由电场自身决定，与F、q均无关，故B错误；当两个带电体的大小及形状对它们之间的相互作用力的影响可以忽略时，这两个带电体可以看成点电荷，故C正确；当两点电荷间的距离趋近于零时，F＝不再成立，不能得到电场力将趋向无穷大的结论，故D错误．
答案：C
[例2] 解析：根据E＝，可知F q图像斜率表示电场强度，由图可知Ea＝ N/C＝4 N/C，Eb＝ N/C＝1 N/C，可得＝4∶1.
答案：D
练1 解析：(1)试探电荷在A、B两处的受力方向沿试探电荷与点电荷Q的连线指向Q，如图中FA、FB所示．
(2)A、B两处的电场强度的大小分别为EA＝ N/C＝5×103 N/C，
EB＝ N/C＝3×103 N/C，
电场强度的方向与负试探电荷的受力方向相反，因此A、B两处电场强度的方向分别沿两点与点电荷Q的连线背离Q，如图中EA、EB所示．
(3)当在A、B两处放上电荷q′时，它受到的电场力分别为F′A＝EAq′＝5×103×10-5 N＝5×10-2 N，
F′B＝EBq′＝3×103×10-5 N＝3×10-2 N，方向与电场强度的方向相同．
答案：(1)图见解析 (2)5×103 N/C 3×103 N/C (3)3×10-2 N
探究点二
1．(1)k (2)向外
2．矢量和
3． 沿半径向外
情境思考
提示：(1)根据库仑定律有F＝k，所以Q在q所在位置产生的电场的电场强度为E＝，方向沿Qq的连线由Q指向q.
(2)如图所示，Q、Q′分别对q有静电力的作用，q所受的静电力为两个力的合力，F′0＝，所以q所在位置的电场的电场强度为E′ 0＝.
[例3] 解析：电场强度的定义式为E＝，其中F是放入电场中的电荷所受的力，q是放入电场中电荷的电荷量，A说法错误，B说法正确；点电荷电场强度的计算式为E＝，其中Q是产生电场的电荷的电荷量，C说法正确；对于库仑定律表达式F＝k是点电荷q2产生的电场在点电荷q1处的电场强度大小，D说法正确．
答案：A
[例4] 解析：根据几何关系可得AC＝AB cos 37°＝4L，BC＝AB·sin 37°＝3L，A点的点电荷在C点产生的场强大小为EA＝，B点的点电荷在C点产生的场强大小为EB＝，方向如图所示，根据场强的叠加原理，可得C点的电场强度大小为EC＝.
答案：A
练2 解析：根据场强叠加原理可知，C、D两点的两个负点电荷在E点产生的场强等效于一个电荷量为－Q的点电荷放在C点时产生的场强，大小为EDC＝，方向由E指向C；B点的点电荷在E点产生的场强大小为EB＝，方向沿B、E连线斜向下，两场强方向夹角为120°，如图所示，
则E点的合场强大小为E合＝.
答案：B
练3 解析：要使电场强度为零，那么正电荷Q1和负电荷Q2在该点产生的电场强度要等大反向，所以场强为零的点不会在Q1左边(Q1产生的场强大于Q2产生的场强)，也不会在Q1、Q2之间(Q1、Q2电性相反，Q1、Q2在它们之间各点处产生的电场方向相同)，所以只能在Q2右边，设该位置距Q2的距离为L，则k，解得L＝6 cm，所以x坐标轴上x＝12 cm处的电场强度为零，A错误，B正确；在x<0范围内的电场强度方向一定沿x轴负方向，C错误；在6 cm12 cm的范围内电场强度的方向沿x轴正方向，D错误．
答案：B
导练 落实创新应用 提升学科素养
1．解析：电场强度是描述电场强弱和方向的物理量，是试探电荷所受的电场力F与试探电荷所带的电荷量q的比值，由电场本身决定，故与试探电荷的有无、电性、电荷量的大小无关；故在该点放入电荷量为－q的试探电荷时电场强度为E，改放电荷量为＋3q的试探电荷时电场强度大小仍为E，方向和E相同，故B正确，A、C、D错误．
答案：B
2．解析：根据题意可知，N点处固定的点电荷在P点的场强为E1＝，方向向右，设在M点处固定的点电荷的电荷量为Q，在P点的场强为E2＝，要使P点场强为0，则有E1和E2大小相等，方向相反，解得Q＝－4q.
答案：D
3．解析：A点正点电荷在P点产生的场强沿AP方向，B点电荷在P点产生的场强沿PB方向，如图：
根据矢量的合成法则，可知合场强可能是E3.
答案：C
4．解析：如图所示，根据对称性可知四个点电荷在正方形中心O处产生的电场强度大小均为E＝k，A、C两点电荷在O处产生的电场强度方向相同，则合场强为E1＝2E＝，B、D两点电荷在O处产生的电场强度方向相同，则合场强为E2＝2E＝，O处电场强度大小，即E1与E2的合场强大小为E0＝，方向竖直向下，故C正确．
答案：C
5．解析：(1)对B球受力分析，根据共点力平衡条件，结合几何关系得到F＝mg tan α，
代入数据解得F＝7.5×10-2 N，
(2)根据场强定义式，有E＝，代入数据解得E＝3×104 N/C，
场强方向与负试探电荷受力方向相反，故场强方向水平向左．
答案：(1)F＝7.5×10-2 N (2)E＝3×104 N/C，方向水平向左
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