教科版选修3-1第一章 静电场 _ 3. 电场 电场强度和电场线课件36张PPT

1.3电场、电场强度、电场线
选修3--1
3电场、电场强度、电场线
物质
一、电场、电场强度
1.电场
(1)概念：存在于电荷周围的一种特殊的 ，由电荷产生。 是物质存在的两种不同形式。
(2)基本性质：对放入其中的电荷有 。电荷之间通过 相互作用。
图1
(3)静电场： 电荷产生的电场。
场和实物
力的作用
电场
静止
场源
2.电场强度
(1)场源电荷和试探电荷
电荷是激发或产生我们正在研究的电场的电荷。 电荷是用来检验电场是否存在及其 分布情况的电荷。
(2)电场强度
①定义：放入电场中某点的点电荷所受 与它的 的比值叫做该点的电场强度，简称场强。
②物理意义：表示电场的 和 。
③定义式： ，单位为牛(顿)每库(仑)，符号为 。
④方向：电场强度的方向与 所受静电力的方向相同，与负电荷所受静电力的方向 。
试探
强弱
静电力
电荷量
强弱
方向
N/C
正电荷
相反
思维拓展
(2)这里定义电场强度的方法叫比值定义法，你还学过哪些用比值定义的物理量？它们都有什么共同点？
向外
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)计算公式：E＝ (Q为场源电荷)。
(2)方向：当Q为正电荷时，E的方向沿Q与该点的连线 ，背离Q，当Q为负电荷时，E的方向沿Q与该点的连线 ，指向Q。
2.电场强度的叠加：如果场源是多个点电荷，则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 。
向里
矢量和
切线
三、电场线和匀强电场
1.电场线：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 方向表示该点的电场强度方向。电场线不是实际存在的线，而是为了形象地描述电场而 。
2.电场线的特点
(1)电场线从 或 出发，终止于 或 。
(2)电场线在电场中 。
(3)在同一电场里，电场线较 的地方电场强度较大，电场线较 的地方电场强度较小。
假想的线
正电荷
无限远
无限远
负电荷
不相交
密
疏
相等
3.匀强电场
(1)定义：各点电场强度的大小 、方向 的电场。
(2)电场线是 的平行直线。
思考判断
1.电场线是电荷在电场中的运动轨迹( )
2.电场线的疏密表示电场的弱强( )
3.电场线可以相交，也可以相切( )
4.匀强电场的电场线可以是曲线( )
相同
间距相等
×
√
×
×
对电场强度的理解
[要点归纳]
电场强度的性质
矢量性
电场强度E是表示电场力的性质的一个物理量。规定正电荷受力方向为该点场强的方向
唯一性
电场中某一点的电场强度E是唯一的，它的大小和方向与放入该点的电荷q无关，它决定于形成电场的电荷(场源电荷)及空间位置
叠加性
如果有几个静止电荷在空间同时产生电场，那么空间某点的场强是各场源电荷单独存在时在该点所产生的场强的矢量和
[精典示例]
[例1] 电场中有一点P，下列说法正确的是(　　)
A.若放在P点的电荷量减半，则P点的场强减半
B.若P点没有检验电荷，则P点场强为零
C.P点的场强越大，则同一电荷在P点受到的电场力越大
D.P点的场强方向为放在该点的电荷的受力方向
解析　电场中某点的电场强度由电场自身因素决定，与放不放电荷、放什么样的电荷无关，故A、B错误；由F＝qE知电场力是由电场强度与电荷量共同决定的，当P点的场强越大，则同一电荷在P点受到的电场力一定越大，故C正确；P点的场强方向为放在该点的正电荷所受的电场力的方向，故D错误。
答案　C
[例2] 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点放一个点电荷q＝－1.0×10－10 C，如图2所示。求：
图2
(1)q在M点受到的作用力；
(2)M点的场强；
(3)拿走q后M点的场强；
(4)M、N两点的场强哪点大
答案　(1)1.0×10－8 N，方向沿MO指向Q
(2)100 N/C，方向沿OM连线背离Q
(3)100 N/C，方向沿OM连线背离Q
(4)M点场强大
点电荷的电场和电场强度的叠加
[要点归纳]
[精典示例]
[例3] 如图3所示，真空中，带电荷量分别为＋Q和－Q的点电荷A、B相距r，则：
图3
(1)点电荷A、B在中点O产生的场强分别为多大？方向如何？
(2)两点电荷连线的中点O的场强为多大？
(3)在两点电荷连线的中垂线上，距A、B两点都为r的O′点的场强如何？
解析　分别求＋Q和－Q在某点的场强大小和方向，然后根据电场强度的叠加原理，求出该点的合场强。
[针对训练1] 如图4所示，一半径为R的圆盘上均匀分布着电荷量为Q的电荷，在垂直于圆盘且过圆心c的轴线上有a、b、d三个点，a和b、b和c、c和d间的距离均为R，在a点处有一电荷量为q(q>0)的固定点电荷。已知b点处的场强为零，则d点处场强的大小为(k为静电力常量)(　　)
图4
答案　B
电场线的理解和应用
[要点归纳]
1.电场线的四个特点
(1)电场线不是电场中实际存在的线，而是为形象地描述电场而引入的假想的线，因此电场线是一种理想化模型。
(2)电场线始于正电荷或无限远，止于无限远或负电荷，在正电荷形成的电场中，电场线起于正电荷，延伸到无限远；在负电荷形成的电场中，电场线起于无限远，止于负电荷。
(3)电场线不闭合，不相交，也不是带电粒子的运动轨迹。
(4)同一电场里，电场线的疏密表示场强的大小。
2.几种常见电场线的画法
[精典示例]
[例4] 某电场的电场线分布如图5所示，下列说法正确的是(　　)

A.c点的电场强度大于b点的电场强度
B.若将一试探电荷＋q由a点静止释放，它将沿电场线运动到b点
C.b点的电场强度大于d点的电场强度
D.a点和b点的电场强度的方向相同
图5
解析　电场线的疏密表征了电场强度的大小，由题图可知EaEc，Eb>Ed，Ea>Ec，故选项C正确，选项A错误；由于电场线是曲线，由a点静止释放的正电荷不可能沿电场线运动，故选项B错误；电场线的切线方向为该点电场强度的方向，a点和b点的切线不在同一条直线上，故选项D错误。
答案　C
[针对训练2] 如图6所示是某静电场的一部分电场线分布情况，下列说法中正确的是(　　)
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.正电荷可以沿电场线由B点运动到C点
D.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)
图6
答案　B
答案　C
2.(点电荷的电场和电场强度的叠加)如图7所示，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、符号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点处的点电荷移到P点，则O点的场强大小变为E2，E1与E2之比为(　　)
图7
答案　B
3.(电场线的特点及应用)下列各电场中，A、B两点电场强度相同的是(　　)
解析　A图中，A、B两点场强大小相等，方向不同；B图中，A、B两点场强的方向相同，但大小不等；C图中是匀强电场，则A、B两点场强大小、方向均相同；D图中A、B两点场强大小、方向均不相同。故选C。
答案　C
4.(库仑力和电场强度的计算)如图8，真空中xOy平面直角坐标系上的ABC三点构成等边三角形，边长L＝2.0 m。若将电荷量均为q＝＋2.0×10－6 C的两点电荷分别固定在A、B点，已知静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2，求：
(1)两点电荷间的库仑力大小；
(2)C点的电场强度的大小和方向。
图8
答案　(1)9.0×10－3 N　(2)7.8×103 N/C　方向沿y轴正方向