高中物理选修3-1人教版1.3电场强度（41张ppt）

(共41张PPT)
脚踢球，脚对球的力直接作用在球上
任何力的作用都离不开物体
在19世纪30年代以前，人们认
为万有引力和静电力是一种既不需
要媒介，也不需经历时间，而是超
越空间和时间直接发生的作用了并
称为超巨作用。尽管牛顿本人不赞
成这种说法，并指出：“没有其他东
西做媒介，一个物体可以超越距离
通过真空对另一个物体作用……在
我看来，这种思想荒唐之极”。然而
他未能解决这个问题，直到19世纪
30年代英国物理学家法拉第解决了
这一问题，提出电场的观点。
请学生用场的观点分析电荷A和B间的相互作用
电荷A受电场力的作用，是因为它处在电荷B激发的电场中。而同时，由于电荷A自身带电，它必然也激发了电场——电荷B受电场力的缘故是因为它处在电荷A所激发的电场中的缘故。
一.电场：
1．定义：电荷周围存在的一种特殊物质。它传递电荷间的相互作用。
理解：
（1）
电场不是由分子、原子组成，是一种特殊的媒介物，客观存在。
（2）
电场和分子、原子构成的实物一样具有能量和动量。场与实物
是物质存在的两种不同形式
（3）
实物所占据的空间不能再被另一实物占据，但几个场可以同时
占据一个空间
2．电磁场：电场和磁场统称为电磁场。
3．静电场：静止电荷产生的电场称为静电场。
4．电场的基本性质：
（1）力的性质：
对放入其中的电荷有力的作用，这种力叫电场力。
（2）能的性质：
在电场中移动电荷，电场力对电荷做功。
二、试探电荷和场源电荷
1．试探电荷
（1）定义：用来检验电场是否存在及其强弱分布情况，而引入的一个特别电荷称为试探电荷，或叫检验电荷。
（2）试探电荷的特点：
①电荷量小：试探电荷产生的电场不影响原电场的分布情况。
②体积小：便于研究各点的电场性质。
③电性任意：试探电荷可以是正电荷，也可以是负电荷。
2．场源电荷：被检验的电场是由电荷Q所激发的，则电荷Q称为场源电荷，或叫源电荷。
2q、3q的试探电荷依次放在A、B两点，请分别确定试探电荷所受电场力的大小．（静电力常量k为已知）
如图，真空中的点电荷电量是Q，A、B是其电场中两点，AQ的距离为r，BQ的距离为2r．现将电量为q、
在B点受力
在A点受力
3q
2q
q
电荷电量
对表中的数据分别进行横向和纵向的对比分析．并据此说明能否用力和电量的比值表示电场的强弱？
检
验
A
B
Q
r
2r
三.电场强度：
F/q这个比值由电荷q在电场中的位置所决定，跟电荷q无关，是反映电场性质的物理量。
实验表明，在电场中的同一点，比值F/q是恒定的；在电场中的不同点，比值F/q一般是不同的。
在物理学中，就用比值F/q来表示电场的强弱。
三.电场强度：
1.
定义：放入电场中某点的试探电荷所受的电场力
F跟试探电荷的电荷量q的比值叫做该点的电场强度，简称场强。用符号E表示。
2．定义式：
国际单位：单位牛每库，符号N/C
。
3．物理意义：表示电场的强弱和方向。与试探电荷及试探电荷所受电场力均无关。
4．矢量性：电场强度是矢量，其运算法则遵循平行四边形定则。
+Q
+q
A
FA
EA
+Q
-q
A
FA
EA
根据规定：负电荷在电场中某点受到的静电力的方向跟该点的场强方向相反。
物理学中规定：电场中某点电场强度方向跟正电荷在该点所受的静电力方向相同。
5.
电场强度的方向：
1
2
3
4
5
电场强度和电场力的对比分析
电场强度E
电场力F
仅指电荷在电场中的受力
是反映电场本身的力的性质的物
理量，其大小表示电场的强弱
定义式：
计算式：
E的大小只决定于电场本身，与电荷q无关
F的大小由放在电场中某点的电荷q和该点的场强E共同决定
E是矢量，其方向与正电荷
(+q)在该点受到的电场力的方向相同
F是矢量，其方向对于正电荷(+q),F与E同向；对于负电荷(-q),F与E反向?
E的单位：
F的单位：
E=F/q
F=qE
牛/库
(N/C)
牛
(N)
点电荷Q在真空中形成的电场中，不同点的场强是不同的，那么场强的大小由什么因素决定？
[解析]在点电荷Q形成的电场中，在距离Q为r的P点放一试探电荷q
F
=
k
Qq
r2
根据库仑定律，q受到的库仑力的大小:
E
=
F
q
=
k
Q
r2
又由电场强度的定义可得出P点的场强E的大小：
1、点电荷的电场
四.点电荷的电场
Q
r
P
r
Q
P
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
E
E
+Q
P
-Q
P
如果Q是正电荷，E的方向就是沿着PQ的连线并背
离Q；如果Q是负电荷，E的方向就是沿着PQ的连线并
指向Q。（“离+Q而去，向-Q而来”）
2.
电场强度的方向：
3.
适用条件：
真空中的点电荷
适用范围
电荷的意义
定义式，适用于一切电场
仅对点电荷的电场适用
q是检验电荷，E与q无关
Q是场源电荷，E与Q成正比
+Q
-Q
E1
E2
E
+Q
+Q
E1
E1
E2
E2
E
四、电场强度的叠加原理
实验表明，电荷在某点产生电场强度的大小与是
否存在其他电荷无关，那么在几个点电荷共同形成的
电场中，某点的场强等于各个电荷单独存在时在该点
产生的场强的矢量和，这叫做电场的叠加原理。
典型例题分析
例题1.
点电荷Q产生的电场中有一A点，现在在A点放上一电荷量为q＝＋2×10－8C的试探电荷，它受到的静电力为7.2×10－5
N，方向水平向左，则：
(1)点电荷Q在A点产生的电场强度大小为E1＝___________，方向___________
。
[解析]　(1)根据电场强度的定义式E＝q(F)可得：
E1＝2×10－8(7.2×10－5)
N/C＝3.6×103
N/C，
电场强度的方向与正电荷在该处受力的方向一致，所以其方向为：水平向左
(2)若在A点换上另一电荷量为q′＝－4×10－8
C的试探电荷，此时点电荷Q在A点产生的电场强度大小为E2＝___________。该试探电荷受到的静电力大小为___________，方向___________
。
(3)若将A点的试探电荷移走，此时点电荷Q在A点产生的电场强度大小E3＝___________，方向______________。
典型例题分析
(3)若移走试探电荷，点电荷Q在A点产生的电场强度不变，即E3＝E1＝3.6×103
N/C，方向水平向左
例题2.
如图，在真空中有两个点电荷Q1=+3.0×10-8C
和Q2=-3.0×10-8C，它们相距0.1m。求电场中A点的场强。A点与两个点电荷的距离r相等，r=0.1m。
Q2
A
Q1
=
2E1cos60°
r2
2kQ1
cos60°
=
代入数值得：E=2.7×104
N/C
合场强E的大小为
E=
E1cos60°+
E2cos60°
解：点电荷Q1和Q2的电场在A点的场强分别为E1和E2，
它们大小相等，方向如图中所示。合场强E在E1和E2的夹角的平分线上，
此平分线跟Q1和Q2的连线平行。
E1
E2
E
典型例题分析
例题2.
如图所示，半经为r的硬橡胶圆环上带有均匀分布的正电荷，其单位长度上的带电量为q，现截去环上一小段AB，AB长为l(l<答案：AB
解析：A′B′部分所带的电荷量为Q=lq，根据计算点电荷场强的公式，
可得A′B′部分在圆心O产生的场强大小为
　　　　　　　　　　　　　　　
　　因A′B′部分产生的电场与整个缺口圆环产生的电场是等效的，故A项正确．
　　因硬橡胶缺口圆环带负电，故圆心O处场强方向竖直向下，B项正确，C项错误．
典型例题分析
五、电场线
1.
定义：电场线是用来形象地描述电场强弱与方向特性的一簇曲线。电场线上每一点的切线方向，都和该点的场强方向一致。
2.特点
（1）在静电场中电场线总是从正电荷出发，终止于无限远，或从无限远出发，终止于负电荷；或从正电荷出发，终止于负电荷。因此，静电场中电场线有起始点和终止点，不是闭合曲线。
（2）电场中某点的切线方向表示该点的场强方向。
电场线模拟
2.特点
（3）电场中的电场线永远不会相交。
（4）电场线是人为画出的，是为了形象描述电场而假想的一些线，实际并不存在。
（5）电场线并不只存在于平面上，而是分布于整个立体空间。
（6）在同一幅图中，电场线的疏密反映电场的强弱。电场线较密的地方，电场强度较大；电场线较疏的地方电场强度较小。
3.
几种常见电荷形成电场的电场线及分布特点
3.
几种常见电荷形成电场的电场线及分布特点
（1）点电荷的电场线
①
离电荷越近，电场线越密集，场强越强。方向是正点电荷由点电荷指向无穷远，而负为电荷则由无穷远处指向点电荷。
②
在正(负)点电荷形成的电场中，不存在场强相同的点。
③
若以点电荷为球心作一个球面，电场线处处与球面相垂直，在此球面上场强大小处处相等，方向处处不相同。
3.
几种常见电荷形成电场的电场线及分布特点
（2）等量异种点电荷形成的电场中的电场线分布
①
等量异号点电荷形成的电场是一个空间的，以两点电荷连线为轴的立体图，此图只是一个截面图。
②
电场线是由正电荷发出，终止于负电荷。电场强度的方向沿电场线的切线方向，越靠近点电荷，电场线越密集，电场强度越大（或说电场越强）
③
两点电荷连线上各点，电场线方向从正电荷指向负电荷，场强大小可以计算。在两点电荷连线上，电场强度的大小是先减小后增大，0点的电场强度最小(O为两点电荷连线中点)。在两点电荷连线上，关于O点对称的两点，其电场强度相同。
④
两点电荷连线的中垂面(中垂线)上，电场线方向均相同，即场强方向均相同，且总与中垂面(线)垂直，指向负电荷的一侧。在中垂面(线)上到O点等距离处各点的场强相等(O为两点电荷连线中点)。
⑤
在中垂面(中垂线)上，O点的电场强度最大，从O点到无穷远处，电场强度一直减小。
⑥
在所形成的电场区域，凡是关于0点对称的两点，电场强度都相等。
⑦
在中垂面(中垂线)上移动电荷时，电场力不做功。
3.
几种常见电荷形成电场的电场线及分布特点
3.
几种常见电荷形成电场的电场线及分布特点
（3）两个带等量同号点电荷形成的电场分布
①
等量同号点电荷形成的电场是一个
空间的，以两点电荷连线为轴的立体图，
此图只是一个截面图。
②
电场线是由正电荷发出，终止于无限远。电场强度的方向沿电场线的切线方向，越靠近点电荷，电场线越密集，电场强度越大（或说电场越强）。
③
两点电荷连线中点O处场强为零，此处无电场线。向两侧场强逐渐增大，方向指向中点。在两点电荷连线上，关于O点对称的两点，其电场强度大小相等，方向相反。
3.
几种常见电荷形成电场的电场线及分布特点
④
在中垂面(线)上从O沿面(线)到无穷远，是电场线先变密后变疏，即场强先变强后变弱。
⑤
在中垂面(中垂线)上到O点等距离处各点的电场强度大小相等，方向相反。
⑥
两个带负电的点电荷形成的电场线与两个正电荷形成的电场线分布完全相同，只是电场线的方向相反。
3.
几种常见电荷形成电场的电场线及分布特点
（4）点电荷与带异号电荷平板的电场线分布
①
点电荷与带异号电荷平板的电场是一个关于垂直于平板且过点电荷的直线对称的立体图，此图只是一个截面图。
②
电场线是由正电荷出发，终止于平板负电荷，电场强度的方向是沿着电场线的切线方向；越靠近点电荷，电场线越密集，电场强度越大。
③
带电平板表面处的电场线于平板表面垂直，在其平板表面移动电荷时，电场力对电荷不做功。
六、匀强电场及其特点
1.
定义：如果电场中各点电场强度的大小相等、方向相同，这个电场就叫做匀强电场。
2.
特点
（1）电场强度方向处处相同，所以电场线是平行直线。
（2）电场强度大小处处相等，所以电场线疏密程度相同，
即电场线分布均匀。
（3）带电粒子在匀强电场中受到恒定的电场力作用。
例1.
如图，是静电场的一部分电场线的分布，下列说法正确的是
（
）
A、这个电场只能是负电荷的电场
B、点电荷q在A、B两处受到的电场力FB>FA
C、点电荷q在A、B两处的加速度大小，
aA>aB（不计重力）
D、负电荷在B点处受到的电场力方向沿B点切线方向
A
B
B
典型例题分析
例2.
如图为一条电场线，下列说法正确的是：
（
）
A、EA一定大于EB
B、因电场线是直线，所以是匀强电场，故EA=EB
C、A点电场方向一定由A指向B
D、AB两点的场强方向不能确定
A
B
C
典型例题分析
例3.
如图中带箭头的直线是某一电场中的一条电场线，在这条线上有A、B两点，用EA、EB表示A、B两处的场强大小，则正确的是（
）
（1）A、B两点的场强方向相同
（2）因为电场线从A指向B，所以EA＞EB
（3）A、B同在一条电场线上，且电场线是直线，所以EA=EB
（4）不知A、B附近的电场线分布状况，EA、EB的大小不能确定
A、（1）（2）
B、（1）（3）
C、（1）（4）
C
例4.
正检验电荷q在电场中P点处开始向Q点作减速运动，且运动的加速度值越来越小（重力不计），则可以确定它所处的电场可能是：（
）
A
B
C
D
P
Q
P
Q
P
Q
P
Q
C
典型例题分析
例5.
电场线就是点电荷在电场中的运动轨迹，这个说法正确吗？
答：这个说法是错误的。电场线不是电荷的运动轨迹，因为运动轨迹的切线方向是速度的方向，而电场线的切线方向是正电荷的受力方向和加速度方向（负电荷则相反）。要使两条曲线能重合，要满足一些特殊条件：
例如：①电场线是直线；②电荷初速度为零或初速度方向与电场线在同一直线上；③电荷只受电场力作用。
典型例题分析
点电荷电场线的立体分布图
点电荷电场线的立体分布图
点电荷电场线的立体分布图
点电荷电场线的立体分布图
点电荷电场线的立体分布图