粤教版（2019）物理必修第三册 1.3 电场 电场强度 课件(69张ppt）

第一章　静电场的描述
第三节　电场　电场强度
学习目标
1.知道电场是电荷周围客观存在的一种特殊物质
2．理解电场强度的定义及物理意义，知道它的矢量性
3．会推导点电荷场强的计算式并能进行有关计算
4．知道电场强度的叠加原理，会应用该原理进行简单计算
5．理解电场线的概念、特点，了解常见的电场线的分布，知道什么是匀强电场
学法指导
1.通过实验模拟和定量分析的方法探究描述电场强弱的物理量．了解电场强度的含义并体会用物理量之比定义新物理量的方法
2．通过练习加深对电场强度概念的理解，探讨点电荷的电场及场强叠加原理
3．通过对比理解电场强度的两个公式，明确公式的适用条件
4．通过练习，能在熟悉情境中运用点电荷、试探电荷和电场线等模型分析静电问题
知识导图
预习导学 | 新知领悟
1．电场的产生：电荷在其周围产生__________，电场是________周围存在的一种特殊物质．
2．基本性质：电场对放入其中的电荷产生__________．
3．电场和磁场都是____________存在的特殊物质，都有能量．
电场
电场
电荷
力的作用
客观
【答案】是．
电场是客观存在的物质吗？
(多选)关于电场，下列说法中正确的是 (　　)
A．只要有电荷存在，电荷周围就一定存在着电场
B．电场是一种物质，它与其他物质一样，不依赖我们的感觉而客观存在
C．电荷间的相互作用是通过电场产生的，电场最基本的性质是对放在其中的电荷有力的作用
D．电场只能存在于真空中和空气中，不可能存在于物体中


【答案】ABC
【解析】电荷周围存在着电场，电场对电荷有力的作用，电荷之间的相互作用就是通过电场而产生的，A、C正确；电场是一种特殊的物质，在真空中、导体中都能存在，B正确，D错误．
1．试探电荷与场源电荷
(1)试探电荷：如图所示，带电小球q是用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的，称为____________，或____________．
(2)场源电荷：被检验的电场是电荷Q所______的，电荷Q称为__________，或_________．
电场强度
试探电荷
检验电荷
激发
场源电荷
源电荷
2．电场强度
(1)定义：把放入电场中某点处的试探电荷所受到的__________与它的________的比值，叫作该点的电场强度．

(2)定义式：E＝_____.
(3)单位：牛/库(N/C)，伏/米(V/m).1 N/C＝1 V/m.
(4)方向：电场强度是矢量，电场中某点的电场强度的方向与__________在该点所受的电场力的方向相同．
(5)物理意义：电场强度是描述电场的________的性质的物理量，与试探电荷受到的静电力大小______．
电场力F
电量q
正电荷
力
无关
【答案】不是，电场是由场源电荷产生的，与试探电荷的存在与否没有关系．
试探电荷的电荷量q＝＋5.0×10－9 C，测得它在电场中的A点受到的电场力为F＝3.0×10－4 N，求：
(1)A点的场强是多大？
(2)如果A点未放试探电荷，则A点的场强大小为多少？方向如何？
(3)如果试探电荷的电荷量q′＝－6.0×10－9 C，求它在电场中的A点受到的电场力为多少？
【答案】(1)6.0×104 N/C　(2)6.0×104 N/C　方向与q所受的电场力方向相同　(3)3.6×10－4 N
点电荷的电场、电场强度的叠加
场源
试探
正
背离
负
指向
2．电场强度的叠加
(1)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__________．这种关系叫作电场强度的__________．
例如，图甲中P点的电场强度，等于电荷＋Q1在该点产生的电场强度E1与电荷－Q2在该点产生的电场强度E2的______________．
矢量和
叠加
矢量和
均匀
该点
球体
矢量
矢量
平行四边形定则
【答案】相同，不相同．
如图所示为等量异种点电荷、等量同种点电荷的电场分布图，其中a、b关于点电荷连线对称．




图甲中a、b两点场强相同吗？图乙中a、b两点场强相同吗？
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.求：
(1)两点电荷连线的中点O的场强的大小和方向；
(2)在两电荷连线的中垂线上，距A、B两点都为r的O′点的场强大小和方向．
1．电场线
(1)定义：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____________表示该点的电场强度方向．
(2)特点：
①电场线从____________或____________出发，终止于__________或__________．
电场线、匀强电场
切线方向
正电荷
无限远
无限远
负电荷

②电场线在电场中不______，因为电场中任意一点的电场强度方向具有唯一性．
③在同一幅图中，电场线的______反映了电场强度的相对大小，电场线________的地方电场强度越大．
④电场线不是实际存在的线，而是为了形象地描述电场而________的线．
相交
疏密
越密
假想

2．匀强电场
(1)定义：电场强度的大小__________、__________相同的电场．
(2)电场线特点：匀强电场的电场线是间隔相等的__________．
(3)实例：两块等大、靠近、正对的平行金属板，带等量异种电荷时，它们之间的电场除边缘附近外就是匀强电场．
相等
方向
平行线
【答案】有．
见下面的练一练电场线，在相邻的两条电场线之间没有画出电场线的地方有电场吗？
(多选)如图所示是某电场区域的电场线分布，A、B、C是电场中的三个点，下列说法正确的是 (　　)
A．A点的电场强度最小
B．B点的电场强度最小
C．把一个正点电荷分别放在这三点时，其中放在
B点时受到的静电力最大
D．把一个负点电荷放在A点时，所受的静电力方向和A点的电场强度方向一致


【答案】AC
【解析】电场线密的地方电场强度大，电场线疏的地方电场强度小，A正确，B错误；B点的电场强度最大，由F＝qE知，C正确；负电荷受力方向与电场强度的方向相反，D错误．
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1．电场最明显的特征是什么？
【答案】电场最明显的特征是对放入其中的电荷具有电场力的作用，这是电场的一个最基本的性质．
2．能够作为试探电荷的条件是什么？
【答案】能够作为试探电荷的条件：电荷量q要尽量小，使之产生的电场远远小于场源电荷Q的电场，即q产生的电场可忽略不计；体积要尽量小，小到一个点，可视为点电荷．
电场强度的理解和计算
精例1　在真空中的O点放一个电荷量Q＝＋1.0×10－9 C的点电荷，直线MN通过O点，O、M的距离r＝30 cm，M点放一个电荷量q＝－1.0×10－10 C的试探电荷，如图所示．(静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2)求：
(1)试探电荷在M点受到的作用力；
(2)M点的场强；
(3)拿走试探电荷后M点的场强；
(4)拿走试探电荷后，M、N两点的场强哪个大？
【答案】(1)10－8 N，方向由M指向O　(2)100 N/C，方向由O指向M　(3)100 N/C，方向由O指向M　(4)M
变式1　如图所示是在一个电场中A、B、C、D四点分别引入试探电荷时，试探电荷的电荷量与它所受静电力的函数关系图像，那么下列叙述正确的是 (　　)
A．A、B、C、D四点的电场强度大小相等
B．A、B、C、D四点的电场强度大小关系是ED>EA>EB>EC
C．A、B、C、D四点的电场强度大小关系是EA>EB>ED>EC
D．无法确定这四个点的电场强度的大小关系

【答案】B
如果存在多个点电荷，空间某一点的电场强度如何确定？
电场强度的叠加

【答案】A
变式2　如图所示，有一水平方向的匀强电场，场强大小为9×103 N/C．在电场内一水平面上作半径为10 cm的圆，圆周上取A、B两点，AO连线沿E方向，BO⊥AO，在圆心O处放一电荷量为10－8 C的正点电荷．则A处场强大小EA为多少？B处场强的大小EB为多少？
【答案】0　1.27×104 N/C
　合场强的求解技巧
1．电场强度是矢量，合成时遵循矢量运算法则，常用的方法有图解法、解析法、正交分解法等；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．
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.
1．点电荷电场的电场线有怎样的特点？
【答案】(1)离点电荷越近，电场线越密，场强越强，方向由点电荷指向无穷远(正)或由无穷远指向点电荷(负)．
对电场线的理解及应用


(2)在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，电场线处处与球面垂直，在此球面上场强大小处处相等，方向各不相同．
2．匀强电场的电场线有怎样的特点？
【答案】两块靠近的大小相等、互相正对且互相平行的金属板，分别带等量异种电荷时，它们之间的电场是匀强电场，边缘附近除外．
(1)场强方向处处相同，电场线是平行直线．
(2)场强大小处处相等，电场线疏密程度相同，即电场线分布均匀．


(2)以点电荷为球心的球面上，电场线疏密相同，但方向不同，说明电场强度大小相等，但方向不同．
(3)同一条电场线上，电场强度方向相同，但大小不等．实际上，点电荷形成的电场中，任意两点的电场强度都不同．
2．等量异种点电荷与等量同种点电荷的电场线比较
项目
等量异种点电荷
等量同种(正)点电荷
连线上的场强大小
O点最小，从O点沿连线向两边逐渐变大
O点为零，从O点沿连线向两边逐渐变大
中垂线上的场强大小
O点最大，从O点沿中垂线向两边逐渐变小
O点为零，从O点沿中垂线向两边先变大后变小
关于O点对称的点A与A′、B与B′的场强
等大同向
等大反向

3.电场线与带电粒子运动轨迹的关系
(1)电场线不是带电粒子的运动轨迹．
(2)同时具备以下条件时运动轨迹与电场线重合：
①电场线为直线；
②带电粒子的初速度为零，或初速度沿电场线所在直线；
③带电粒子只受电场力，或其他力的合力沿电场线所在直线．

(3)只在电场力作用下，以下两种情况带电粒子都做曲线运动，且运动轨迹与电场线不重合：
①电场线为曲线；
②电场线为直线时，带电粒子有初速度且与电场线不共线．
精例3　(多选)某静电场中的电场线如图所示，带电粒子在电场中仅受电场力作用，其运动轨迹如图中虚线所示，由M点运动到N点，以下说法正确的是 (　　)
A．粒子必定带正电荷
B．粒子在M点的加速度大于它在N点的加速度
C．粒子在M点的加速度小于它在N点的加速度
D．粒子在M点的动能小于它在N点的动能
【答案】ACD
【解析】根据带电粒子运动轨迹弯曲的情况，可以确定带电粒子受电场力的方向沿电场线方向，故带电粒子带正电，A正确．由于电场线越密，场强越大．带电粒子受电场力就越大，根据牛顿第二定律可知其加速度也越大，故带电粒子在N点加速度大，B错误，C正确．粒子从M点到N点，所受电场力方向与其速度方向夹角小于90°，速度增加，故带电粒子在N点动能大，D正确．
【解析】电荷做曲线运动，电场力与速度方向不在同一直线上，应指向轨迹弯曲的内侧，不可能沿轨迹的切线方向，则场强也不可能沿轨迹的切线方向，故A错误；负电荷所受的电场力方向与场强方向相反，B图中电场力方向与速度方向的夹角为锐角，电场力做正功，电荷的速度增大，与题不符，故B错误；C图中场强方向指向轨迹的内侧，则电场力指向轨迹的外侧，电荷的轨迹应向上弯曲，不可能沿如图所示的轨迹活动，故C错误；D图中场强方向指向轨迹的外侧，则电场力指向轨迹的内侧，而且电场力方向与电荷的速度方向成钝角，电场力做功，电荷的速率减小，符合题意，故D正确．
　确定带电粒子在电场中运动的轨迹
1．确定电场方向：根据电场强度的方向或电场线的切线方向来确定．
2．确定带电粒子受力方向：正电荷所受电场力与电场方向相同，负电荷所受电场力与电场方向相反．
3．确定带电粒子运动轨迹：带电粒子的运动轨迹在速度与电场力方向之间，且向受力方向偏转.
核心素养微专题
电荷间的电场分布
在装有蓖麻油的玻璃器皿里撒上一些细小的头发屑，再加上电场，头发屑会重新排列．图甲是头发屑在一对等量异种电荷形成的电场中的排列情况，图乙是头发屑在一对等量同种电荷形成的电场中的排列情况．
头发屑在电场中被极化，极化的头发屑两端受力方向相反，在电场力作用下排出了电场线的形状分布．等量同种电荷连线中点场强的最小值为0，而等量异种电荷两点电荷连线中点场强的最小值不为0.
【专练】　如图是蓖麻油中的头发屑模拟出的电场线．下列说法正确的是 (　　)
A．图中模拟的是两等量异种电荷的电场线
B．图中两点应接高压起电装置的两极
C．图中两点连线中点的电场强度为零
D．图中描绘的图线就是真实存在的电场线

【答案】C
【解析】由图知符合同种电荷间形成的电场线，故A错误；题图是同种电荷所形成的电场线，所以不能同时接高压起电装置的两极，故B错误； 根据等量同种点电荷的电场的特点可知，它们的连线的中点处的场强为0，故C正确；头发屑的排列可模拟电场线的分布，但不是真实存在的电场线，而且电场线是不存在的，故D错误．
课堂小练 | 素养达成
1．以下关于电场和电场线的说法中正确的是 (　　)
A．电场线是客观存在的，既可以相交，也可以相切
B．在电场中，凡是电场线通过的点场强不为零，不画电场线的区域场强为零
C．电场线用以表示电场的强弱和方向，是客观存在的
D．同一试探电荷在电场线密集的地方所受电场力大
【答案】D

【解析】电场是客观存在的，如果电场线相交或者相切，那么在电场中交点或切点处会出现两个或两个以上的电场强度的方向，违背了每点只有一个电场强度方向的性质，故A错误；电场是客观存在的物质，电场线是人为假想的不闭合曲线，电场线用以表示电场的强弱和方向，故B、C错误；电场线密集的地方电场强度大，那么同一试探电荷在电场线密集的地方所受电场力大，故D正确．

【答案】C
【解析】A、B图中根据电场线的疏密程度表示场强大小，A、B是同一圆周上的两点，场强大小相等，但方向不同，故A、B错误．C图中A、B是匀强电场中的两点，电场强度大小相等，方向相同，所以C正确．D图中电场线的切线方向表示场强的方向，可以知道A、B两点的电场强度大小、方向都不同，D错误．


【答案】AD
【解析】电场中某点的电场强度与试探电荷无关，A正确，B错误；由F＝qE可知，F-q图线为过原点的倾斜直线，D正确，C错误．
4．如图所示，一带正电粒子在匀强电场中，该正电粒子所受力的方向为 (　　)
A．水平向左
B．水平向右
C．竖直向上
D．竖直向下
【答案】A
【解析】因为正电荷在电场中的受力方向与电场方向相同，图中电场方向水平向左，故正电粒子受力方向水平向左，故选A．