2020-2021学年高二上学期物理鲁科版（2019）必修第三册1.3电场与电场强度课件41张PPT

第1章　静电力与电场强度
第3节　电场与电场强度
课标解读
课标要求
素养形成
1.知道电场是一种物质
2.了解电场强度,体会用物理量
之比定义新物理量的方法
3.会用电场线描述电场
1.物理观念:知道电场是电荷周围客观存在的一种特殊物质,知道电场强度的定义及物理意义,
知道电场线的概念及特点
2.科学思维:通过电荷在电场中所受静电力研究静电力的性质,领略理想模型法、比值法、类
比法等物理学研究方法
3.科学探究:了解如何用电场线描述电场,体会形象描述电场强度的方法
4.科学态度与责任:经历电场从提出到被证明是客观存在物质的过程,学习科学家严谨的科学
态度
精读教材·必备知识
情境导学
1.两个相隔一定距离的电荷之间有作用力,这种相互作用力与手推车的推
力、绳拉船的拉力、物块在桌面上滑动受到的摩擦力不同,后三者都是物体
在和另一个物体直接　　　　　????的情况下产生的,而电荷之间的相互作用
力却可以发生在两个相隔一定距离的物体之间。
接触
2.通过起电机使人体带电,人的头发会竖起散开。为什么会出现这样的现象?
提示:起电机使人体带“电”,电荷周围产生电场,头发上的电荷在电场力的
作用下排列,从而出现如图所示情形。
必备知识
新知梳理
一、电场及电场力
1.电场
(1)产生:电荷周围存在着的一种特殊　　　　　????。
(2)性质:对放入电场中的电荷有力的　　　　　????。
(3)静电场:　　　　　????电荷产生的电场。
物质
作用
静止
2.电场力
(1)电场中电荷受到电场施加的力。
(2)力的分析:
二、电场强度
1.试探电荷和场源电荷
类型
定义
大小要求
注意
试探电荷
用来研究电场各点性
质的电荷
(1)电荷量小:是为了使它放入后不影响原来要研究的电场
(2)体积小:是为了便于用它来研究电场各点的性质
试探电荷是一种理想
化模型,试探电荷一定
是看作点电荷,但点电
荷不一定能做试探电
荷
场源电荷
激发电场的带电体所带的电荷,也称为源电荷
无要求,可大可小
2.电场强度
(1)定义:放入电场中某一点的试探电荷受到的电场力F与它的电荷量q之比,
称之为该点的电场强度。
(2)表达式:E=?。
(3)单位:牛每库,符号是N/C。
(4)矢量性:有大小、方向;电场中某点的电场强度的方向与　　　　　????在
该点所受静电力的方向相同。
正电荷
(5)意义:电场强度是反映电场本身的力的性质的物理量,同一电荷在电场强
度大的地方受到的电场力　　　　　????(选填“大于”或“小于”)在电场
强度小的地方受到的电场力。
3.电场线
电场线是画在电场中的一条条有　　　　　????的曲线,曲线上每一点的切线
方向表示该点的　　　　　????方向。电场强度较大的地方电场线较　　????
　　????,电场强度较小的地方电场线较　　　　　????。
大于
方向
电场强度
密
疏
思维诊断
1.电场看不见,摸不着,因此电场实际不存在。?(　　)
2.用正、负两种试探电荷检验电场中某点场强方向时,由于受力方向相反,则
得到同一点场强有两个方向。?(　　)
3.根据E=?可知电场中某点的电场强度与试探电荷在该点所受的静电力成
正比。?(　　)
4.电场线可以描述电场的强弱,也能描述电场的方向。?(　　)
5.电场线在实际中并不存在。?(　　)
?
?
?
√
√
要点一　电场强度
互动探究·关键能力
情境探究
平时渔民通过渔网捕鱼,但是你知道“无网捕鱼”吗?“无网捕鱼”实际上
就是用电捕鱼,即所谓的“电鱼”,“电鱼”是一种毁灭性的、极具危险性的
捕鱼方法,对鱼、人、环境都有巨大的危害。所谓无网,不是真的无网,而是
有一张看不见的“电网”,就是用这张看不见的“电网”捕捉到鱼。
1.“电网”实际存在吗?它的实质指的是什么?“电网”的不同位置有强弱
之分吗?
提示:看不见、摸不着的“电网”实际上是存在的,它实质上是捕鱼器间所形
成的电场,“电网”的不同位置有强弱之分,离捕鱼器越近越强,越远越弱。
2.如何描述电场的强弱呢?电场的强弱与哪些因素有关呢?
提示:电场是在与电荷的相互作用中表现出自己特性的,用电场对单位电荷产
生力的大小表示电场的强弱,电场的强弱反映电场的属性,由电场本身决定,
即取决于产生电场的电荷的电荷量和距场源电荷的距离。
知识深化
1.电场强度是从力的角度反映电场本身性质的物理量,E=?是电场强度的定
义式,不能说E与F成正比,与q成反比。
2.公式E=?给出了测量电场中某一点电场强度的方法。
3.电场强度的性质
(1)固定性:电场中某一点的电场强度是固有的,由电场本身的特性决定的,与
是否放入试探电荷及试探电荷的电性、电荷量的多少无关。
(2)矢量性:电场强度描述了电场的强弱,是矢量,其方向与在该点的正电荷所
受静电力的方向相同,与在该点的负电荷所受静电力的方向相反。
题组过关
典例1　在真空中O点放一个点电荷,电荷量Q=+1.0×10-9 C,直线MN通过O点,
O、M的距离r=30 cm,M点放一个点电荷,电荷量q=-1.0×10-10 C。静电力常量k
=9.0×109 N·m2/C2,如图所示,求:
(1)电荷量为q的点电荷在M点受到的作用力;
(2)M点的场强;
(3)拿走电荷量为q的点电荷后M点的场强;
(4)若MN=30 cm,则N点的场强多大?
答案　(1)1.0×10-8 N,方向沿MO指向O
(2)100 N/C,方向沿OM指向M　(3)100 N/C,方向沿OM指向M　(4)25 N/C
解析　(1)根据库仑定律,得
FM=k?=? N=1.0×10-8 N。因为两点电荷一个带
正电,一个带负电,库仑力是吸引力,所以力的方向沿MO指向Q。
(2)由电场强度定义式得:
EM=?=? N/C=100 N/C,方向沿OM指向M。
(3)拿走电荷量为q的点电荷后M点的场强仍为100 N/C,方向沿OM指向M。
(4)N点的场强
EN=?=?·?=?·EM=25 N/C。
规律方法
根据电场强度的定义式E=?,即可求解电场强度的大小,当检验电荷变化时,
电场强度仍不变;电场强度是描述电场(力的)性质的物理量,电场中某点的场
强完全由电场本身决定,与是否放入电荷,放入电荷的电荷量、电性无关。
针对训练1　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,此时测得该点的场强?(????　)
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
B
解析　电场强度是描述电场强弱和方向的物理量,是试探电荷所受的静电
力F与试探电荷所带的电荷量q的比值,由电场本身决定,与试探电荷的有
无、电性、电荷量大小无关,故在该点放入电荷量为-q的试探电荷时电场强
度为E,改放电荷量为+3q的试探电荷时电场强度大小仍为E,方向和E相同,选
项B正确,A、C、D错误。
在装有蓖麻油的玻璃器皿里撒上一些细小的头发碎屑,再加上电场,头发屑会
重新排列,如图所示为头发碎屑在点电荷产生的电场中的排列情况。
要点二　电场线的理解和应用
情境探究
1.头发屑的排列有什么特点?
提示:头发屑的排列距离场源电荷越近越密集,越远越稀疏;头发屑成直线排
列。
2.把一带正电的点电荷放入这个电场中,试探电荷在各点的受力大小和方向
与头发屑的排列间有什么关系?
提示:试探电荷离场源电荷越近受到的静电力越大,离场源电荷越远,受到的
静电力越小;在场源电荷开始的任一条直线上,试探电荷受力的方向相同。
电场线
简要描述
正点电荷
?
“光芒四射”,发散状。以点电
荷为球心的球面上各点场强大
小相等、方向不同
负点电荷
?
“万箭穿心”,汇聚状。以点电
荷为球心的球面上各点场强大
小相等、方向不同
知识深化
1.电场线是为了形象地描述电场而假想的线,实际上是不存在的。几种常见
电场的电场线如表所示:
等量同种
点电荷
?
“势不两立”,相斥状。
(1)两点电荷连线之间的场强先变小后变大,中点O场强为零
(2)电荷连线中点O沿中垂线到无限远,场强先变大后变小
(3)连线或中垂线上关于O点对称的两点场强等大反向
等量异种
点电荷
?
“手牵手,心连心”,相吸状。
(1)两点电荷连线之间的场强先变小后变大,中点O场强最小
(2)从两点电荷连线中点O沿中垂线到无限远,场强逐渐减弱
(3)连线或中垂线上关于O点对称的两点场强相同(等大、同向)
2.电场线的特点
(1)不闭合:电场线起始于正电荷(或无穷远处),终止于无穷远处(或负电荷)。
(2)不相交:在电场中两条电场线不相交。
(3)同一电场中,电场线密的地方场强大。
(4)电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向。
(5)不是电场里实际存在的线,是一种理想化模型。
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带电粒子只受静电力或其他力的合力沿电场线所在直线。
题组过关
典例2????(多选)通过电场线能很直观、方便地比较电场中各点场强的大小。
如图甲是等量异种点电荷形成电场的电场线,图乙是场中的一些点的示意图,
O是电荷连线的中点,E、F是连线中垂线上关于O点对称的两点,B、C和A、
D也关于O点对称。则?(　 　)
A.B、C两点场强大小和方向都相同
B.A、D两点场强大小相等,方向相反
C.E、O、F三点比较,O点场强最大
D.B、O、C三点比较,O点场强最小
ACD
解析　由等量异种点电荷的电场线分布可知选项A、C、D正确,B错误。
名师点拨
等量异种电荷连线上和中垂线上的电场方向是相同的,由正点电荷指向负点
电荷。根据电场线的疏密分析场强的变化:电场线越密,场强越大。两电荷连
线上和中垂线上的电场强度大小均关于O点对称。
针对训练2　如图所示,在竖直平面内,M、N为
两个等量同种正电荷,在其连线的中垂线上的P
点放一静止的点电荷q(负电荷),不计重力,下列
说法中正确的是?(　　)
A.点电荷在从P到O的过程中,加速度越来越大,速度也越来越大
B.点电荷在从P到O的过程中,加速度越来越小,速度越来越大
C.点电荷运动到O点时加速度为零,速度达最大值
D.点电荷越过O点后,速度越来越小,加速度越来越大,直到点电荷速度为零
C
解析　由等量同种电荷周围的电场线的分布可知,O点场强为零,从O点沿着中垂线向无穷远处延伸,场强先增大后减小,所以点电荷q在从P到O的过程中,加速度先增大后减小,选项A、B错;但负电荷所受M、N两点的点电荷库仑力的合力方向竖直向下,到O点之前一直加速,选项C对;同理点电荷q越过O点后,速度越来越小,但加速度先增大后减小,选项D错。
典例3　实线为三条未知方向的电场线,从电场中的M点以相同的速度飞
出a、b两个带电粒子,运动轨迹如图中的虚线所示(a、b只受静电力作用),则
?(　　)
A.a一定带正电,b一定带负电
B.静电力对a做正功,对b做负功
C.a的速度将减小,b的速度将增大
D.a的加速度将减小,b的加速度将增大
D
解析　由于电场线方向未知,故无法确定a、b的电性,A错;根据a、b的运动
轨迹,a受向左的静电力,b受向右的静电力,所以静电力对a、b均做正功,两带
电粒子动能均增大,则速度均增大,B、C均错;a向电场线稀疏处运动,电场强
度减小,静电力减小,故加速度减小,b向电场线密集处运动,电场强度增大,静
电力增大,故加速度增大,D正确。
名师点拨
带电粒子在电场中运动时的分析思路
(1)根据带电粒子运动轨迹弯曲方向,判断出静电力情况。
(2)把电场线方向、静电力方向与电性相联系。
(3)把电场线疏密和受力大小、加速度大小相联系。
评价检测·素养提升
课堂检测
1.下列说法中不正确的是?(　　)
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,是不依赖我们的感觉而客观存在的东西
C.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
D.电场是人为设想出来的,其实并不存在
D
解析　一般来说物质有两种存在形式,一种是以实物的形式存在的,一种是
以场的形式存在的,如重力场、磁场。电场是电荷周围存在的一种特殊物质,
电场对放入其中的电荷有力的作用,这种力称为电场力,电荷间的相互作用是
通过电场产生的,选项A、B、C说法正确,D说法错误。
2.如图所示为四个电场的电场线,其中A和C图中小圆圈表示一个点电荷,A图
中虚线是一个圆(M、N为圆上的不同点),B图中几条直线间距相等且互相平
行,则在图中M、N处电场强度相同的是?(　　)
B
解析　电场强度为矢量,电场强度相同,必须同时满足电场强度大小、方向
相同,对应各选项,结合电场线的分布特点可知,只有B正确。
3.下图中能正确反映放在电场中某处的试探电荷所受静电力F与电荷量q之
间的函数关系的是?(　　)
B
解析　根据电场强度由电场本身决定,与试探电荷无关,可知电场中某点的
电场强度E是一定的,由F=qE知,E一定,则F与q成正比,F-q图线是一条过原点
的倾斜直线,选项A、C、D错误,B正确。
4.如图所示为一对不等量异种点电荷的电场线分布,
下列说法正确的是?(????　)
A.Q1的电性无法确定
B.B处没画电场线,故B处电场强度为零
C.电子在A点受到的静电力大于在B点受到的
静电力
D.电子在A点的加速度小于在B点的加速度
C
解析　根据电场线的特点可知Q1带正电,选项A错误;电场线实际并不存在,
没有画出电场线的位置不代表没有电场,选项B错误;电场线越密的地方场强
越大,越疏的地方场强越小,可知EA>EB,电子在A点受到的静电力大于在B点受
到的静电力,选项C正确;根据牛顿第二定律得a=?=?,可知电子在A点的加
速度大于在B点的加速度,选项D错误。
法拉第提出“场”的观点,很好地解释了电、磁间力的问题,各种场都有其
“共性”,其实除了电场和磁场,还有引力场。地球附近的物体之所以受到地
球所给的引力,本质就是地球产生引力场。
创新视野
仿照电场强度的定义,你认为该怎样定义引力场强度的大小和方向?
答案　见解析
解析　电场强度的定义是,将一试探电荷放入电场,试探电荷受到电场给与的
电场力,去除试探电荷本身的电荷量因素,得到电场强度的概念,即E=?,故引
力场强度应该定义为,将一小物体置于引力场中,小物体受到引力,去除小物
体本身质量因素,得到引力场强度的概念,即E引=?,其方向应该与引力方向
一致,即指向地心。