人教版高中物理必修第三册 第九章 静电场及其应用 3 电场电场强度 课件

(共58张PPT)
第九章　静电场及其应用
3.电场　电场强度
核心素养 素养目标
物理观念 1.知道电场的概念以及电场的基本性质.
2.知道电场强度的定义、定义式和电场强度的矢量性.
科学思维 能应用电场强度的叠加原理计算两个及两个以上电荷产生的电场在空间某点的电场强度.
科学态度
与责任 体会电场的客观性与电场线的模拟性，激发学习物理的求知欲.
一、电场　电场强度
教材认知
引入　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？
（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：（1）电场强度，可以通过试探电荷受力来定义.
（2）E与F无关，与试探电荷q无关.
【知识梳理】
1. 电场
物质　
力　
静止　
场源　
试探　
强弱　
（2）电场强度
定义 放入电场中某一点的试探电荷受到的静电力跟它的电荷量的比值，叫作该点的电场强度
公式
单位 牛每库，符号是 　N/C　
标矢性 　矢量　，有大小、方向
方向 物理学中规定，电场中某点的电场强度的方向与 　正电荷　在该点所受的静电力的方向相同
意义 电场强度是反映电场本身的力的性质的物理量，与试探电荷的电荷量及其受到的静电力大小 　无关　

N/C　
矢量　
正电荷　
无关　
×
×
×
典题讲练
[典例1]　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？
答案：（1）200 N/C　方向与F1方向相反
（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？
答案：（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？
答案：（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.
名师点评
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，其大小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.
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
C. 若将试探电荷的电荷量变为－q，该点的电场强度的方向反向
D. 若将试探电荷移走，该点的电场强度变为0
A
二、点电荷电场及场强叠加
场源电荷　
点电荷　
矢量和　
平行四边形定则　
√
×
典题讲练
[典例2]　（2023·全国乙卷）如图，等边三角形ABC位于竖直平面内，AB边水平，顶点C在AB边上方，3个点电荷分别固定在三角形的三个顶点上.已知AB边中点M处的电场强度方向竖直向下，BC边中点N处的电场强度方向竖直向上，A点处点电荷的电荷量的绝对值为q，求：
（1）B点处点电荷的电荷量的绝对值并判断3个点电荷的正负；
答案：（1）q　3个点电荷均带正电
解析：（1）由M点的电场强度方向竖直向下可知，A、B处点电荷在M处的合场强为零，C处点电荷在M处的场强竖直向下，故可判断C点处的点电荷带正电，且A、B处点电荷所带电荷量大小相等，即｜qA｜＝｜qB｜＝q，
由N处的场强竖直向上可知，B、C在N处的合场强由B指向C，则B处点电荷带正电，
A在N处的场强由A指向N，则A处点电荷也带正电，
由上述分析可知，A、B、C三处的点电荷均带正电.
（2）C点处点电荷的电荷量.
名师点评
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.
C. B点电场强度方向向右 D. C点电场强度方向向左
AC
A
三、对电场线的理解及应用
教材认知
引入　（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.
方向　
切线　
正电荷　
不相交　
场强大　
场强方向　
理想化　
3. 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
3. 常见电场的电场线
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）
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.
名师点评
（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点对称.
A B C D
C
A. 两点电荷的电性相反
B. 两点电荷所带的电荷量相等
C. A点的电场强度比B点的电场强度大
D. A点的电场强度比B点的电场强度小
AC
解析：根据题图和点电荷的电场分布可知，右侧点电荷带正电，左侧点电荷带负电，即两点电荷的电性相反，A正确；若两点电荷所带的电荷量相等，则左右电场线的分布关于点电荷连线的中垂线对称，根据题图可知，右侧点电荷周围的电场线分布比左侧点电荷周围电场线分布密集一些，则右侧点电荷的电荷量大于左侧点电荷的电荷量，即两点电荷所带的电荷量不相等，B错误；电场线分布的疏密程度能够表示电场的强弱，根据题图可知，A点的电场线分布比B点的电场线分布密集，则A点的电场强度比B点的电场强度大，C正确，D错误.
随堂检测
A. 以点电荷Q为中心、r为半径的球面上，各处的场强相同
B. 当r→0时，E→∞；当r→∞时，E→0
C. 在点电荷Q产生的电场中，各点的场强方向一定是背离点电荷Q
D. 在点电荷Q产生的电场中，某点的场强大小与Q的大小成正比，与r2成反比
D
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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
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A. 0 B. E D. 2E
C
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A. 这个电场可能是由负点电荷产生的
B. 点电荷仅在电场力的作用下，在A点的加速度比在B点的加速度小
C. 点电荷在A点受到的电场力比在B点受到的电场力大
D. 负电荷在B点受到的电场力的方向沿电场线上该点的切线方向
C
解析：负点电荷电场中电场线是从无穷远发出，到负电荷终止，电场线是直线，故A错误；电场线密的地方电场强度大，电场线疏的地方电场强度小，由题图可知，A点比B点场强大，点电荷在A点受到的电场力比在B点受到的电场力大，由牛顿第二定律可知，点电荷仅在电场力的作用下，在A点的加速度比在B点的加速度大，故C正确，B错误；电场线的切线方向为该点场强的方向，负电荷在B点处受到的电场力的方向与场强的方向相反，D错误.
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BD
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课时作业（三）
[基础训练]
A. 电场线是为了表示电场的强弱和方向而人为引入的假想曲线
B. 电场线越密的地方，同一电荷所受电场力越大
C. 正电荷只在电场力作用下一定沿电场线运动
D. 静电场的电场线是不闭合的
解析：电场线是为了表示电场的强弱和方向而人为引入的假想曲线，A正确；电场线越密的地方场强越大，同一电荷所受电场力越大，B正确；正电荷只在电场力作用下，当电场线是直线且正电荷从静止开始运动或初速度沿电场线时才会沿电场线运动，C错误；静电场的电场线是不闭合的，D正确.故选C.
C
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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
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A. 悬挂电极应接电源正极
B. 图中所示的A、B两点场强相同
C. 钾、钙离子向根部聚集过程中电场力减小
D. 空气中带负电的尘埃微粒在B点所受电场力的方向沿B点切线方向
AC
解析：植物体内带正电的钾、钙离子等向根部聚集，可知钾、钙离子等受到的电场力向下，故悬挂电极应接电源正极，A正确；根据对称性可知，A、B两点的场强大小相等，但是方向不同，B错误；钾、钙离子向根部聚集过程中，电场线变稀疏，受到的电场力减小，C正确；空气中带负电的尘埃微粒在B点所受电场力的方向沿B点切线的反方向，D错误.故选AC.
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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点处密集，A点处稀疏，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
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A. 1∶2 B. 2∶1
B
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A. 场源电荷是正电荷，位置在A侧
B. 场源电荷是正电荷，位置在B侧
C. 场源电荷是负电荷，位置在A侧
D. 场源电荷是负电荷，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，因此场源电荷为负电荷，故D正确.
D
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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
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8. 如图所示，真空中，电荷量分别为＋Q和－Q的点电荷A、B相距r，静电力常量为k，求：
（1）两点电荷连线的中点O处的电场强度大小和方向；
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（2）在两点电荷连线的中垂线上，距A、B两点电荷都为r的O'点的电场强度大小和方向.
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[能力提升]
A. E、F两点电场强度相同
B. A、D两点电场强度大小相等
C. B、O、C三点中，O点电场强度最小
D. 从E向O运动的电子受到的静电力逐渐减小
BC
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解析：等量正点电荷中垂线上电场方向从连线中点垂直于连线指向无穷远处，E、F两点电场强度方向相反，A错误；根据电场线的对称性和方向特点，A、D两点电场强度大小相等，B正确；B、O、C三点中，根据电场强度的叠加知O点电场强度为零，而B、C两点合电场强度不为零，所以O点电场强度最小，C正确；从O沿OE向无穷远，存在一电场强度最大处，可能在O、E之间，则从E向O运动的电子受到的静电力可能先增大后减小，D错误.
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A. 在x＝12 cm的位置电场强度为0
B. 在x＝4 cm的位置电场强度为0
C. 若在x＝8 cm的位置放一正电荷，所受电场力方向沿x轴负方向
D. 若在x＝14 cm的位置放一负电荷，所受电场力方向沿x轴负方向
ACD
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11. （2025·三明高二期末）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；
答案：（1）3×105 N/C
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（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；
答案：（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.
答案：（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.
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