第1章　第3节　电场与电场强度—2020-2021学年新教材鲁科版（2019）高中物理必修三课件（36张PPT）

第3节　电场与电场强度
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一、电场及电场力
1.电场:存在于电荷周围的一种特殊物质,电荷之间的相互作用是通过电场传递的。静止电荷产生的电场称静电场。
2.电场力:电场对处在其中的电荷有力的作用,这种力称为电场力。在静电场中,电场力就是静电力。
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二、电场强度
1.试探电荷:用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的电荷。其电荷量q应足够小,其大小也应足够小。
2.场源电荷(或源电荷):激发电场的电荷。
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电场力F与它的电荷量q之比。
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(4)单位:牛顿每库仑,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与正电荷在该点所受的电场力的方向相同。负电荷在电场中某点所受的电场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、电场线
1.电场线:在电场中绘出一些曲线,曲线上任一点的切线方向与该点电场强度的方向一致。
2.电场线的特点
(1)电场线是为了形象描述电场而假想的线,实际并不存在。
(2)电场线的疏密表示电场的强弱,在同一静电场中,电场线越密(或疏)的地方电场强度越大(或小)。
(3)电场线上某点的切线方向表示该点的电场强度的方向。
(4)任意两条电场线不相交。
(5)电场线从正电荷或无穷远出发,终止于无穷远或负电荷,即电场线不闭合,在无电荷处不中断。
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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)根据E= ,电场强度与试探电荷的电荷量和受的力有关。(　　)
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:×
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(3)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:×
(4)电场线上某点的切线方向与电荷在该点受力方向可以不同。(　　)
解析:电场线的切线方向表示电场的方向,正电荷受力方向与电场方向相同,负电荷受力方向与电场方向相反,所以电场线上某点的切线方向与电荷在该点受力方向可以不同。
答案:√
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(5)电场线是闭合的曲线。(　　)
解析:电场线从正电荷或无穷远出发,终止于负电荷或无穷远,不是闭合的曲线。
答案:×
(6)沿电场线的方向,电场强度必定越来越小。(　　)
解析:电场线的疏密表示电场强度的大小,与电场线的方向无关。
答案:×
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答案:B
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3.(多选)以下关于电场和电场线的说法中正确的是(　　)
A.电场和电场线都是客观存在的物质,因此电场线不仅能在空间相交,也能相切
B.在电场中,凡是电场线通过的点电场强度不为零,不画电场线区域内的点的电场强度为零
C.同一试探电荷在电场线密集的地方所受静电力大
D.电场线是人们假设出来的,用以形象表示电场的强弱和方向,客观上并不存在
答案:CD
探究一
探究二
探究三
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对电场强度的理解
情境探究
(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?
探究一
探究二
探究三
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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
探究三
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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。
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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
探究三
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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。
探究一
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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。
探究一
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探究三
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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
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,再确定电场强度方向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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电场线的理解及点电荷的电场线
情境探究
1.电荷周围存在着电场,法拉第采用了什么简洁方法来描述电场?
要点提示:法拉第采用了画电场线的方法描述电场。
2.在实验室可以用实验模拟电场线:头发屑在蓖麻油中的排列显示了电场线的形状。这能否说明电场线是实际存在的线?
要点提示:电场线实际不存在,但可以用实验模拟。
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1.点电荷的电场线的特点
正点电荷的电场线从正点电荷出发延伸到无限远处,负点电荷的电场线由无限远处延伸到负电荷,如图所示,其特点有:
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(1)点电荷形成的电场中,不存在电场强度相同的点,离电荷越近,电场线越密集,电场强度越强。
(2)若以点电荷为球心作一个球面,电场线处处与球面垂直。在此球面上电场强度大小处处相等,方向各不相同。
2.电场线不是带电粒子在电场中的运动轨迹,只有当电场线是直线,且带电粒子只受静电力作用(或受其他力,但合力方向沿电场线所在直线),同时带电粒子的初速度为零或初速度方向沿电场线所在直线时,运动轨迹才和电场线重合,这只是一种特殊情况。
探究一
探究二
探究三
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例2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两点电场强度大小相等,方向不同;B图中,A、B两点电场强度的方向相同,但大小不等;C图中是匀强电场,则A、B两点电场强度大小、方向相同;D图中A、B两点电场强度大小、方向均不相同。故选C。
答案:C
探究一
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规律方法 (1)按照电场线画法的规定,电场强度大处电场线密,电场强度小处电场线疏,根据电场线的疏密可以比较电场强度的大小。
(2)正(或负)电荷所受电场力方向与电场线的切线方向相同(或相反)。
(3)点电荷周围不存在电场强度相同的点。
探究一
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两等量同种电荷和等量异种电荷的电场线分布
情境探究
两个等量同种电荷和等量异种电荷的电场线分布如图所示,请结合电场线分布图分析沿两电荷连线和两电荷连线的中垂线电场强度如何变化。
探究一
探究二
探究三
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要点提示:根据电场线分布特点,可以看出在等量同种电荷连线上由中点向两侧电荷电场强度越来越大,在中垂线上由中点向两侧电场强度先增大后减小。等量异种电荷连线上由中点向两侧电荷电场强度越来越大,在中垂线上由中点向两侧电场强度越来越小。
探究一
探究二
探究三
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等量异种点电荷与等量同种点电荷形成的电场中电场强度分布特点的比较
比较项目
等量异种点电荷
等量同种(正)点电荷
电场线
分布图


连线上的电
场强度大小
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
中垂线上的电场强度大小
O点最大,从O点沿中垂线到无限远处逐渐变小
O点为零,从O点沿中垂线到无限远处先变大后变小
探究一
探究二
探究三
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比较项目
等量异种点电荷
等量同种(正)点电荷
关于O点对称的点A与A'、B与B'的电场强度
等大同向
等大反向
画龙点睛 等量同种电荷的中垂线上电场强度有两个极值点,等量异种电荷的中垂线上电场强度方向均相同。
探究一
探究二
探究三
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例3 两个带等量正电荷的点电荷,O点为两电荷连线的中点,a点在连线的中垂线上,若在a点由静止释放一个电子,如图所示,关于电子的运动,下列说法正确的是(　　)
A.电子在从a向O运动的过程中,加速度越来越大,速度越来越大
B.电子在从a向O运动的过程中,加速度越来越小,速度越来越大
C.电子运动到O时,加速度为零,速度最大
D.电子通过O后,速度越来越小,加速度越来越大,一直到速度为零
探究一
探究二
探究三
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解析:带等量正电荷的两点电荷连线的中垂线上,中点O处的电场强度为零,向中垂线的两边先变大,达到一个最大值后,再逐渐减小到零。但a点与最大电场强度点的位置关系不能确定,当a点在最大电场强度点的上方时,电子在从a点向O点运动的过程中,加速度先增大后减小;当a点在最大电场强度点的下方时,电子的加速度则一直减小,故A、B错误;但不论a点的位置如何,电子在向O点运动的过程中,都在做加速运动,所以电子的速度一直增加,当达到O点时,加速度为零,速度达到最大值,C正确;通过O点后,电子的运动方向与电场强度的方向相同,与所受静电力方向相反,故电子做减速运动,由能量守恒定律得,当电子运动到a点关于O点对称的b点时,电子的速度为零。同样因b点与最大电场强度的位置关系不能确定,故加速度大小的变化不能确定,D错误。
答案:C
探究一
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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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2.(多选)如图甲所示,直线AB是某点电荷电场中过点电荷的一条直线。图乙是放在该直线上a、b两点的电荷所受静电力大小与电荷量间的函数图像。由此可以判定(　　)
A.场源可能是正电荷,位置在点A左侧
B.场源可能是正电荷,位置在点B右侧
C.场源可能是负电荷,位置在点A左侧
D.场源可能是负电荷,位置在点B右侧
探究一
探究二
探究三
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解析:由电场强度的定义式E= 得知:F-q图像的斜率表示电场强度大小,图线a的斜率大于b的斜率,说明a处的电场强度大于b处的电场强度,电场是由点电荷产生的,说明a距离场源较近,即场源位置在A侧,由于静电力的方向不能确定,故场源电荷可能是正电荷,也可能是负电荷。故A、C正确,B、D错误。
答案:AC
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3.如图所示,空间有一电场,电场中有两个点a和b,下列表述正确的是(　　)
A.该电场是匀强电场
B.a点的电场强度比b点的大
C.b点的电场强度比a点的大
D.正电荷在a、b两点受力方向相同
解析:匀强电场的电场线是平行且等间距的,选项A错误。电场线的疏密程度表示电场强度的相对大小,选项B正确,选项C错误。点电荷受力方向为该点的切线方向,故a、b两点受力方向不相同,选项D错误。
答案:B
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探究三
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4.(多选)如图所示,在等量异种电荷连线的中垂线上取A、B、C、D四点,B、D两点关于O点对称,则关于各点电场强度的关系,下列说法中正确的是(　　)
A.EA>EB,EB=ED B.EA C.EA 解析:据等量异种电荷的电场特点,中垂线上各点的电场强度关于电荷连线对称,中点电场强度最大,向两侧电场强度逐渐减小,电场强度方向垂直于中垂线;由于B、D两点关于O点对称,所以B、D两点的电场强度相同,且C点、B点、A点的电场强度逐渐减小,故B、C正确,A、D错误。
答案:BC