人教版（2019）高二物理必修三第九章　9.3.电场　电场强度 第一课时　电场　电场强度课件（共38张PPT）

3.电场　电场强度
第一课时　电场　电场强度
必备知识
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一、电场
1.电场:19世纪30年代,英国物理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,处在电场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场给予的。
2.电荷之间的作用力是通过电场发生的。
3.场和实物是物质存在的两种不同形式。
二、电场强度
1.试探电荷
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。
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3.电场强度
(1)物理意义:电场强度是反映电场强弱和方向的物理量。
(2)定义:放入电场中某点的试探电荷受到的静电力跟它的电荷量的比值。
(4)单位:牛每库,符号N/C。
(5)方向:电场强度是矢量,规定某点电场强度的方向跟正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的静电力的方向跟该点电场强度的方向相反。
(6)决定因素:电场本身,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。
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三、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
(2)方向:Q为正电荷时,电场强度E的方向沿半径向外;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
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矢量和。
3.图中已经标出+Q1和-Q2在P点产生的电场强度分别为E1和E2,请在图上画出P点的电场强度E。
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答案:
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1.正误判断。
(1)电荷与电荷间的相互作用力是通过电场发生的。 (　　)
解析:电荷甲受到电荷乙的作用力是电荷乙的电场给电荷甲的作用力,同样,电荷乙受到电荷甲的作用力是电荷甲的电场给电荷乙的作用力。
答案:√
(2)只有电荷发生相互作用时才产生电场。 (　　)
解析:只要有电荷存在,其周围空间一定存在电场。
答案:×
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解析:电场强度是电场自身的性质,与试探电荷的电荷量和受力均无关。
答案:×
(4)电场强度的方向就是电荷受力的方向。 (　　)
解析:正电荷受力的方向规定为电场强度的方向。
答案:×
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解析:Q是电场E的场源电荷,电场强度E与场源电荷的电荷量和到场源电荷的距离有关。
答案:√
(6)以点电荷为球心的球面上各点电场强度处处相同。 (　　)
解析:以点电荷为球心的球面上各点电场强度处处大小相等,方向不同。
答案:×
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答案:B
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3.在真空中有一点电荷形成的电场,离该点电荷距离为r0的一点,引入一电荷量为q的试探电荷,所受静电力为F,则离该点电荷为r处的电场强度大小为(　　)
答案:B
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4.一试探电荷q=+4×10-9 C,在电场中P点受到的静电力F=6×10-7 N。则:
(1)P点的电场强度大小为　　　　　　　　;?
(2)将试探电荷移走后,P点的电场强度大小为　　　　　　;?
(3)放一电荷量为q'=1.2×10-6 C的电荷在P点,受到的静电力F'的大小为　　　　　　。?
(2)电场强度是描述电场的物理量,跟试探电荷无关,所以将试探电荷移走后,电场强度仍是1.5×102 N/C。
(3)F'=q'E=1.2×10-6×1.5×102 N
=1.8×10-4 N。
答案:(1)1.5×102 N/C　(2)1.5×102 N/C
(3)1.8×10-4 N
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5.N(N≥2,N是整数)个电荷量均为q(q>0)的小球,均匀分布在半径为R的圆周上,如图所示。向右移去位于圆周上P点的一个小球,则圆心O点处的电场强度大小为　　　　　　,方向　　　　　　。(已知静电力常量为k)?
探究一
探究二
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对电场强度的理解
情景导引
(1)电场的基本性质是什么?如何去探究电场的这种性质?
(2)在空间中有一电场,把一电荷量为q的试探电荷放在电场中的A点,该电荷受到的静电力为F。①若把电荷量为2q的点电荷放在A点,则它受到的静电力为多少?②若把电荷量为nq的点电荷放在该点,它受到的静电力为多少?③能否用电荷受到的静电力来描述电场的强弱?④电荷受到的静电力F与电荷量q有何关系?
要点提示:(1)电场对放入其中的电荷有力的作用。可在电场中放一试探电荷,通过分析试探电荷的受力研究电场性质。
(2)①2F　②nF　③不能。不同电荷在电场中的同一点受的静电力不同。　④F与q成正比,即F与q的比值为定值。
探究一
探究二
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知识归纳
1.关于电场的三点说明
(1)电场是一种看不见、摸不着,但是客观存在的特殊物质。
(2)电荷周围一定存在电场,静止的电荷周围存在静电场。
(3)电场是电荷间相互作用的桥梁,电荷不直接接触就可以发生相互作用。
画龙点睛 上述三点可概括总结为特殊物质性,客观存在性,桥梁纽带作用。
探究一
探究二
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2.关于电场强度的几点说明
(1)物理意义:电场强度是描述电场强弱和方向的物理量。
(2)电场强度E= 是用比值定义的物理量,它的大小和方向取决于电场本身,与试探电荷的电荷量q及所受的静电力F无关。
(3)只要场源电荷确定下来,场源电荷周围形成的电场就确定下来,电场中某点的电场强度E也就确定下来,与该点放不放试探电荷无关。
(4)电场强度定义式E= 为我们提供了一种计算静电力的方法,即F=qE。
(5)电场强度是矢量,电场强度的方向与放入该点的正试探电荷受的静电力方向相同,与放在该点的负试探电荷受的静电力方向相反。
画龙点睛 电场强度取决于产生它的电荷而不是取决于试探它的电荷。
探究一
探究二
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实例引导
例1场源电荷Q=2×10-4 C,是正点电荷;试探电荷q=-2×10-5 C,是负点电荷,它们相距r=2 m而静止,且处在真空中,如图所示。求:
(1)q受的静电力。
(2)q所在的B点的电场强度EB。
(3)拿走q后B点的电场强度。
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解析:(1)q受的静电力由库仑定律得
(3)电场强度是反映电场的力的性质的物理量,它是由形成电场的电荷Q及场中位置决定的,与试探电荷q是否存在无关。故B点的电场强度仍为4.5×105 N/C,方向由A指向B。
答案:(1)9 N,方向沿BA指向Q
(2)4.5×105 N/C,方向由A指向B
(3)4.5×105 N/C,方向由A指向B
探究一
探究二
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规律方法 1.分清哪个是试探电荷,哪个是场源电荷,E= 中的q是试探电荷。
2.确定电场强度的方向一定要看清试探电荷是正电荷还是负电荷,再确定电场强度与力的方向相同还是相反。
探究一
探究二
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变式训练1电场中有一点P,下列说法正确的是 (　　)
A.若放在P点的电荷的电荷量减半,则P点电场强度减半
B.若P点没有试探电荷,则P点的电场强度为零
C.P点的电场强度越大,则同一电荷在P点所受的静电力越大
D.P点的电场强度方向为试探电荷在该点受的静电力方向
解析:电场强度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,选项A、B错。电荷量一定时,由F=Eq可知,电场强度越大,所受的静电力越大,C对。若试探电荷是正电荷,它受的静电力方向就是该点的电场强度方向,但试探电荷是负电荷时,它受的静电力方向的反方向是该点电场强度的方向,D选项错。
答案:C
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点电荷的电场　电场强度的叠加
情景导引
(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,放在如图所示的两个不同位置,q所在位置的电场的电场强度分别是多大?
探究一
探究二
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探究一
探究二
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知识归纳
1.点电荷的电场
(1)公式:E=k ,其中k是静电力常量,Q是场源电荷的电荷量。
(2)方向:当Q为正电荷时,E的方向沿半径向外;当Q为负电荷时,E的方向沿半径向内。
探究一
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3.多个点电荷电场的叠加原理
电场强度是矢量,当空间存在多个点电荷产生的电场时,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。
探究一
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实例引导
例2
如图所示,真空中,带电荷量分别为+Q和-Q的点电荷A,B相距r,
(1)求两点电荷连线的中点O的电场强度;
(2)在两点电荷连线的中垂线上,距A、B两点都为r的O'点的电场强度如何?
探究一
探究二
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解析:(1)如图甲所示,A、B两点电荷在O点产生的电场强度方向相同,由A指向B。A、B两点电荷在O点产生的电场强度
探究一
探究二
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规律方法 电场叠加问题的解题方法
1.根据点电荷电场强度公式,确定每个场源电荷产生的电场强度。
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),与力的合成一样,常用的方法有图解法、正交分解法等。
探究一
探究二
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变式训练2如图所示,在等边三角形ABC的三个顶点上,固定三个正点电荷,电荷量的大小q' A.平行于AC边
B.平行于AB边
C.垂直于AB边指向C
D.垂直于AB边指向AB
探究一
探究二
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解析:如图所示,
答案:C
探究一
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1.(多选)下列关于电场和电场强度的说法正确的是(　　)
A.电荷间的相互作用是通过电场产生的,电场最基本的特征是对处在它里面的电荷有力的作用
B.电场是人为设想出来的,其实并不存在
C.某点的电场强度越大,则同一电荷在该点所受到的静电力越大
D.某点的电场强度方向为试探电荷在该点受到的静电力的方向
解析:电场是电荷周围客观存在的一种特殊物质,电荷间的相互作用是通过电场产生的,不是假想的,故A正确,B错误;由E= 得,F=Eq,当q一定时,E越大,F越大,所以C正确;电场强度方向规定为正电荷在该点所受的静电力方向,与负电荷所受的静电力的方向相反,D错误。
答案:AC
探究一
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2.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,此时测得该点的电场强度为(　　)
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
解析:当在电场中某点放入电荷量为-q的试探电荷时,测得该点的电场强度为E,若在同一点放入电荷量为q'=3q的试探电荷时,电场强度的大小和方向都不变,即该点的电场强度大小仍为E,方向与E相同,选项B正确。
答案:B
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探究二
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3.如图,M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三点,O点为半圆弧的圆心,∠MOP=60°。电荷量相等、电性相反的两个点电荷分别置于M、N两点,这时O点电场强度的大小为E1;若将N点处的点电荷移至P点,则O点的电场强度大小变为E2。E1与E2之比为(　　)
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探究二
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解析:
答案:B
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探究二
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4.在光滑绝缘的水平地面上放置着四个相同的金属小球,小球A、B、C位于等边三角形的三个顶点上,小球D位于三角形的中心,如图所示,现让小球A、B、C带等量的正电荷Q,让小球D带负电荷q,使四个小球均处于静止状态,则Q与q的比值为(　　)
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探究二
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答案:D
探究一
探究二
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5.如图所示,以O为圆心的圆周上有六个等分点a、b、c、d、e、f。等量正、负点电荷分别放置在a、d两处时,在圆心O处产生的电场强度大小为E。现改变a处点电荷的位置,关于O点的电场强度变化,下列叙述正确的是(　　)
A.移至c处,O处的电场强度大小不变,方向沿Oe
B.移至b处,O处的电场强度大小减半,方向沿Od
C.移至e处,O处的电场强度大小减半,方向沿Oc
D.移至f处,O处的电场强度大小不变,方向沿Oe
探究一
探究二
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答案:C