2013年高中物理教程选修3-1课件 1-3

第一章静电场课堂互动探究课后巩固提升课前自主学习典例分析第三节电场强度课标解读（学生用书P10）1.初步了解场是物质存在的形式之一．知道电荷间的相互作用是通过电场来实现的．2．理解电场强度的概念，能根据电场强度的定义式E＝Fq进行有关计算．知道电场强度是矢量及其方向是怎样规定的．3．能够利用库仑定律和电场强度的定义推导点电荷的电场强度的公式．并能用此公式进行有关计算．4．知道电场线描述电场的方法，会用电场线描述各种典型电场.课前自主学习（学生用书P10）一、电场电荷周围存在一种特殊的物质，这种物质看不见摸不着．法拉第首先提出，我们把它叫做，静止的电荷产生的场称为，它的分布不随时间而改变．电场静电场二、电场强度1．试探电荷(检验电荷)：用来检验电场及其分布情况的电荷，是研究电场的工具．2．场源电荷(源电荷)：激发或产生我们正研究的电场的电荷，是电场的．是否存在强弱来源3．电场强度．(1)概念：放入电场中某点的试探点电荷所受与它的的比值叫做该点的，简称场强．(2)物理意义：表示电场的．(3)定义式以及单位：E＝Fq，单位，符号.(4)矢量性：电场强度的方向与在该点所受电场力的方向相同．电场力电荷量电场强度强弱和方向牛/库仑N/C正电荷三、点电荷的电场，匀强电场和电场的叠加1．真空中点电荷的场强．(1)大小：E＝.(2)方向：Q为正电荷时，在电场中的P点，E的方向；Q是负电荷时，E的方向.kQr2由Q指向P由P指向Q2．匀强电场：电场中各点的场强的都相同的电场．3．电场强度的叠加．若场源电荷不唯一，空间某点的电场强度我们可以这样处理：各点电荷在该点产生的电场强度的，这种关系叫做电场强度的叠加，它遵循定则．大小和方向单独矢量和平行四边形四、电场线1．概念：电场线是画在电场中一条条，曲线上每点的表示该点的电场强度的方向．2．特点：曲线上某点的表示该点的场强方向，电场线起始于无穷远或，终于或，电场中任意两条电场线，电场线的疏密表示.有方向的曲线切线方向切线方向正电荷负电荷无穷远不相交场强的大小知识梳理图（学生用书P10）课堂互动探究（学生用书P10）一、电场、电场强度、电场力的关系1．电场．电场：电荷的周围存在着由它产生的电场，这个电场就像我们已知的磁铁的周围存在磁场一样，电场也是一种物质．静电荷周围产生的电场称为静电场，静止的电荷之间的相互作用(静电力)是通过静电场相互作用完成的．电场的基本性质：①电荷的周围存在着电场，静止电荷周围存在着静电场．②电场的基本性质：对放入其中的电荷(不管是静止还是运动)有力的作用，电场具有能量．2．电场强度．定义：放入电场中某一点的电荷受到的电场力跟它的电荷量的比值叫做该点的电场强度，简称为场强，用E表示电场强度，即E＝Fq，电场强度E是矢量，规定场强的方向是正电荷受力的方向，那么，负电荷受电场力的方向跟该点场强方向相反，场强的单位牛/库，符号N/C.E＝Fq是电场强度的定义式，适用于任何电场．注意①在电场中的同一点，F/q是不变的，在电场中的不同点，F/q往往是不同的，即F/q完全由电场本身决定，与放不放电荷，放入电荷的电性及电荷量的多少无关，正因F/q有上述特点，才将其定义为描述电场性质的物理量——电场强度，这是物理学上定义物理量常用的方法之一．②E＝Fq变形为F＝qE，表明，如果已知电场中某点的场强为E，便可以计算在电场中该点放任何电量的带电体所受电场力的大小．③点电荷电场的场强．场源电荷Q与试探电荷q相距r，则它们相互间的库仑力F＝kQqr2＝q·kQr2，所以电荷Q在q处的电场强度，E＝Fq＝kQr2.a．公式：E＝kQr2，Q为真空中点电荷的带电量，r为某点到点电荷Q的距离．b．方向：若Q为正电荷，场强方向沿Q与该点的连线指向该点；若Q为负电荷，场强方向沿Q和该点的连线指向Q.c．适用条件：真空中点电荷．3．电场的叠加．如果空间有几个点电荷，则某点的场强应为各点电荷单独存在时在该点产生场强的矢量和——即遵循平行四边形定则．4．电场力与电场强度的区别和联系．(1)电场力是电荷在电场中受到的力，其大小F＝qE，由电场和电荷共同决定，正电荷电场力的方向与电场强度E的方向相同，负电荷电场力的方向与电场强度E的方向相反．(2)电场强度反映电场的强弱，由电场本身决定，可由定义式E＝Fq，来计算电场中某点的场强大小，但电场中某点的场强大小和方向与试探电荷q，及电场力F无关，电场的方向与正的试探电荷受到电场力方向相同．二、电场线和带电粒子在电场中的运动轨迹1．电场线．(1)电场线的定义：在电场中画出一些有方向的曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致，这样的曲线就叫做电场线．如图表示一条电场线，A、B点的场强方向在各点的切线上，箭头表示各点的场强方向．(2)电场线的性质．①电场线是人们为了研究电场而假想的一些曲线，实际电场中并不存在这些曲线，它只是用来形象的表示电场．②电场线总是从正电荷出发到负电荷终止，或由正电荷出发终止于无穷远，或由无穷远出发终止于负电荷，因此，电场线有起点和终点，不是封闭曲线．③电场中任意两条电场线永远不会相交，因为电场中任一点的场强只有一个唯一的方向，如果在某点相交，则交点处相对两条电场线就有两个切线方向，该点的场强方向就有两个方向，这是不可能的．④电场线不是带电粒子在电场中的运动轨迹．只有当电场线为直线，点电荷初速为零或初速度方向与电场方向一致且只受电场力作用时，点电荷的轨迹才会与电场线重合，就是说点电荷在这种条件下才会沿电场线运动．⑤在同一幅电场线的分布图中，可以用电场线的疏密来表示场强的相对大小，电场线密集的区域场强大，电场线稀疏的区域场强小．2．电场线与带电粒子在电场中运动轨迹的比较．(1)电场中并不存在电场线，是为了研究电场方便而人为引入的．(2)曲线上各点的切线方向即为该点的场强方向，同时也是正电荷在该点的受力方向，即正电荷在该点的加速度方向．(3)带电粒子在电场中的运动轨迹是客观存在的．(4)轨迹上每一点的切线方向即为粒子在该点的速度方向，但速度方向与加速度方向不一定相同．三、匀强电场定义：电场中某一区域，如果场强大小和方向都相同，这个区域的电场称为匀强电场．1．匀强电场的电场线是间距相等互相平行的直线．2．带电粒子在匀强电场中受到恒定外力的作用.典例分析（学生用书P11）一、对电场强度的理解例1场源电荷Q＝2×10－4C，是正点电荷．试探电荷q为负点电荷．电荷量为2×10－5C.它们相距2m．处于静止状态．如图所示求：(1)q受到的电场力；(2)q所在的B点的场强EB；(3)只将q换为q′＝4×10－5C的正电荷，q′受到的电场力和B点的场强．(4)将试探电荷去掉后B点的场强．解析点电荷之间的库仑力可以根据库仑定律计算大小和确定方向(1)由库仑定律得F＝kQqr2＝9×109×2×10－4×2×10－522N＝9N.方向在A与B连线上且指向A.(2)由电场强度的定义式E＝Fq＝kQr2，得EB＝9×109×2×10－422N/C＝4.5×105N/C.方向由A指向B.(3)由库仑定律F′＝kQq′r2＝9×109×2×10－4×4×10－522N＝18N.方向由A指向B.E＝F′q′＝184×10－5N/C＝4.5×105N/C.方向由A指向B.(4)因E和q无关，q＝0也不会影响E的大小与方向，故去掉试探电荷后B点的场强大小和方向不变．答案(1)9N方向在A与B连线上指向A(2)4.5×105N/C，方向由A指向B(3)18N方向由A指向B4.5×105N/C方向由A指向B(4)4.5×105N/C方向由A指向B名师点拨电场强度是描述电场力的性质的物理量，虽然E＝Fq，但E跟F，q无关，电场强度是电场本身决定的量，E＝Fq是从试探电荷的角度上定义电场的，不能理解成E与F成正比，与q成反比.[巩固练习]1．在真空中相距30cm的A、B两点上，分别放置场源电荷Q和检验正点电荷q，已知q＝1.6×10－12C，q受到的电场力F＝3.2×10－9N，并沿AB方向，求：(1)B点处场强大小；(2)场源点电荷的带电量Q.解析(1)根据E＝Fq得B点场强EB＝3.2×10－9N1.6×10－12C＝2.0×103N/C.(2)根据E＝kQr2，得Q＝Er2k＝2.0×103×0.329×109C＝2.0×10－8C.答案(1)2.0×103N/C(2)2.0×10－8C二、电场强度的叠加例2如图中a、b是两个点电荷，它们的电量分别为Q1、Q2，MN是ab连线的中垂线，P是中垂线上的一点．下列哪种情况能使P点场强方向指向MN的左侧()A．Q1、Q2都是正电荷，且Q1＜Q2B．Q1是正电荷，Q2是负电荷，且Q1＞|Q2|C．Q1是负电荷，Q2是正电荷，且|Q1|＜Q2D．Q1、Q2都是负电荷，且|Q1|＞|Q2|解析MN是ab的中垂线，则MN上P点到a、b距离相等，设为r.由点电荷电场强度公式知：E1＝kQ1r2，E2＝kQ2r2，若Q1、Q2都是正电荷，其在P点场强如图所示．若Q1＜Q2，则E1＜E2，其合场强必指向MN左侧，A项正确；若Q1是正电荷，Q2是负电荷，则E2方向反向，不论E1、E2多大，其合场强必指向MN右侧，B项错误；同理可判断C、D正确．答案ACD名师点拨解决此类问题首先明确有几个场源电荷在你所考虑的空间位置激发电场，其次是分析各个场源电荷在所考查位置激发电场的强弱和方向；然后，根据叠加原理，求各个场源电荷在该处所激发电场的矢量和即可.[巩固练习]2．如图所示，Q1、Q2是位置固定的正、负电荷，a、b是它们连线的延长线上的两点．现在把另一正电荷q从a点沿直线移到b点，在此过程中，q所受电场力的变化情况可能是()A．不断减小B．不断增大C．先减小后增大D．先增大后减小解析由于Q1、Q2在ab间各点上的合场强变化情况不确定，所以以上四种情况均有可能，故选ABCD.答案ABCD三、电场线例3如图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．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)D．负电荷在B点处受到的电场力的方向沿B点切线方向解析负点电荷的电场线是自四周无穷远处从不同方向指向负点电荷的直线．故A错；电场线越密的地方场强越大，由图知EA＞EB，又因F＝qE，得FA＞FB.故B正确；由a＝Fm知，a∝F，而F∝E，EA＞EB，所以aA＞aB.故C错；B点的切线方向即B点场强方向，而负电荷所受电场力方向与其相反．故D错．答案B名师点拨根据电场线的分布情况.结合电场线的特点，我们可以分析知道电场的分布特点，从而进一步分析有关电荷受力情况及电荷的运动情况.[巩固练习]3．如图所示，AB是某点电荷电场中一条电场线，在电场线上P处自由释放一个负试探电荷时，它沿直线向B点处运动，对此现象下列判断正确的是(不计电荷重力)()A．电荷向B做匀加速运动B．电荷向B做加速度越来越小的运动C．电荷向B做加速度越来越大的运动D．电荷向B做加速运动，加速度的变化情况不能确定解析从静止起运动的负电荷向B运动，说明它受的电场力指向B，负电荷受的电场力方向与电场强度方向相反，可知此电场线的指向应为B→A，这就有两个可能性：一是B处有正点电荷为场源，则越靠近B处场强越大，负电荷会受到越来越大的电场力，加速度应越来越大；二是A处有负点电荷为场源；则越远离A时场强越小，负检验电荷受到的电场力越来越小，加速度越来越小．故正确答案为D.答案D课后巩固提升（学生用书P13）