物理选修3-1第一章第三节电场强度

第一章静电场第一章静电场第1课时电场电场强度点电荷的电场电场强度的叠加第一章静电场知识与技能1.知道电荷间相互作用是通过电场发生的．2．理解电场强度，理解电场强度是矢量，掌握电场强度的定义式和单位．过程与方法1.体会研究电场性质的方法，这一思想方法在以后学习磁场时也有重要应用．2．通过电场强度的定义，理解比值定义法．情感、态度与价值观理解电场的物质性，加深对世界的物质性的认识.第一章静电场第一章静电场当物体在地球附近时，物体要受到重力作用，因为它处在重力场中；把一个带电体放在另一带电体附近，该带电体也要受到力的作用，该力是电场力，电场力和重力一样，都是场力．学习电场和电场力时要对比着重力场和重力来分析理解．如下图所示是无网捕鱼——电捕鱼的过程图，为什么在电场里面鱼儿会冲向阳极呢？第一章静电场1．电场在电荷的周围存在着由它产生的电场．电场是在电荷周围存在的一种特殊物质．2．静电场：静止电荷产生的电场叫静电场．第一章静电场3．静电场的性质(1)电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用．库仑力实际上就是这种电场力．(2)当放入静电场中的带电体在电场中移动时，电场力可能对它做功．第一章静电场(1)电场是一种特殊的物质，并非由分子、原子组成，但客观存在．(2)电荷间的相互作用力是通过电场发生的，如图所示．(3)电场虽然看不见摸不着，但可以通过一些性质表现其存在．第一章静电场1．试探电荷和场源电荷(1)试探电源：用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的电荷，也叫检验电荷．(2)场源电荷：激发被检验电场的电荷，也叫源电荷．(3)试探电荷的特点：试探电荷的电荷量和尺寸必须充分小，对场源电荷的电荷分布及其产生的电场没有明显的影响．第一章静电场2．电场强度(1)定义：放入电场中某一点的检验电荷受到的静电力跟它的电荷量的比值，叫做该点的电场强度．(3)单位：牛每库，符号N/C.(4)方向：电场强度是矢量，规定某点电场强度的方向跟正电荷在该点所受的静电力的方向相同．负电荷在电场中某点所受的静电力的方向跟该点电场强度的方向相反．第一章静电场3．对电场强度E＝Fq的理解(1)电场强度是用比值定义的物理量，它仅由电场本身决定，与定义它的检验电荷的电荷量q及所受的静电力F无关．(2)只要场源电荷确定下来，场源电荷周围形成的电场也就确定下来，电场中某点的场强E也就确定下来，与该点放不放检验电荷无关．(3)电场强度定义式E＝Fq为我们提供了一种计算静电力的方法，即F＝Eq.第一章静电场(4)静电力与电场强度比较物理量比较内容静电力电场强度区别物理意义电场对电荷的作用力反映电场的力的属性决定因素由电场和电荷共同决定仅由电场自身决定大小F＝qEE＝F/q方向正电荷受力方向与E同向，负电荷受力方向与E反向规定E的方向为正电荷在该点的受力方向单位NN/C(或V/m)联系F＝qE(普遍适用)第一章静电场思考讨论：若已知负电荷在电场中某点的受力方向，如何确定该点的电场强度方向？提示：由于异号电荷在电场中同一点的受力方向相反，所以负电荷受力方向的反方向即为该点的场强方向．第一章静电场1．点电荷的电场(1)推导：设一个点电荷的电荷量为Q，与之相距r的试探电荷的电量为q，根据库仑定律，试探电荷所受的电场力为F＝kQqr2.又由电场强度的定义E＝Fq，所以该点的电场强度大小为E＝kQr2.(2)公式：E＝kQr2(r为空间某点与点电荷的距离)．第一章静电场(3)方向：如果以Q为中心，r为半径作一球面，则球面上各点的电场强度大小相等．当Q为正点电荷时，E的方向沿半径向外；当Q为负点电荷时，E的方向沿半径向内．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矢量和．这种关系叫做电场强度的叠加．(2)比较大的带电体的电场，可把带电体分为若干小块，每一小块看成一个点电荷，用点电荷电场强度叠加的方法计算整个带电体的电场．第一章静电场特例：均匀带电球体(或球壳)外各点的电场强度E＝kQr2，式中r是球心到该点的距离(rR)，Q为整个球体所带的电荷量，这个结论也是用上述方法推导出来的，但由于知识所限我们无法推导；在有关问题中可直接应用该结论进行分析．3．公式E＝Fq与E＝kQr2的对比理解第一章静电场公式比较内容E＝F/qE＝kQ/r2本质区别定义式决定式意义及用途给出了一种量度电场强弱的方法指明了点电荷场强大小的决定因素适用范围一切电场真空中点电荷的电场Q或q意义q表示引入电场的检验(或试探)电荷的电荷量Q表示产生电场的点电荷的电荷量E及其他量关系E用F与q的比值来表示，但E大小与F、q大小无关E不仅用Q、r来表示，且E∝Q，第一章静电场E＝kQr2可以由E＝F/q及F＝kQqr2来推导，而E仅由电场本身因素决定，与F、q无关，又可以以点电荷的电场为例，用公式F＝kQqr2来说明电场本身因素的含义．第一章静电场例1关于电场强度和静电力，以下说法正确的是()A．电荷所受静电力很大，该点电场强度一定很大B．以点电荷为圆心，r为半径的球面上各点的场强相同C．如空间某点的场强为零，则试探电荷在该点受到的静电力也为零第一章静电场D．在电场中某点放入试探电荷q，该点的场强为E＝F/q；取走q后，该点场强仍然为E＝F/q答案：CD分析：从电场强度的客观性、矢量性和力的特性三个方面考虑．第一章静电场解析：电场强度是矢量，其性质由场源电荷决定，与试探电荷无关；而静电力则与场强和试探电荷都有关系，逐项分析如下：选项诊断结论A由F＝qE知，F由q和E共同决定，所以F很大，可能是因为q很大造成的×B由E＝知，以点电荷Q为圆心，r为半径的球面上，各点的场强大小相等，但方向则不同，因场强是矢量，故各点场强不相同×C由F＝qE知：当E＝0时，F＝0，即q不受静电力作用√D只要电场确定了，电场中某点的场强就是确定的，试探电荷q只是用来体现电场强弱的手段，它的有无，不会改变电场的客观性质√第一章静电场反思提升：电场强度和静电力是两个不同的概念，它们的决定因素，大小的关系，以及方向的判定等均有各自的规律．要注意它们的区别．第一章静电场变式训练1－1如图所示，在一带负电的导体A附近有一点B，如在B处放置一个q1＝－2.0×10－8C的电荷，测出其受到的静电力F1大小为4.0×10－6N，方向如图，则B处场强是多少？如果换用一个q2＝4.0×10－7C的电荷放在B点，其受力多大？此时B处场强多大？答案：200N/C8.0×10－5N200N/C第一章静电场分析：解答本题应把握以下三点：(1)电场强度的大小计算和方向判断可分开进行．(2)场强大小可由场强的定义式求解．(3)场强方向与正(负)电荷所受电场力方向相同(反)．第一章静电场解析：由场强公式可得EB＝F1q1＝4.0×10－62.0×10－8N/C＝200N/C因为是负电荷，所以场强方向与F1方向相反．q2在B点所受静电力F2＝q2EB＝4.0×10－7×200N＝8.0×10－5N方向与场强方向相同，也就是与F1反向．此时B处场强：EB′＝F2q2＝8.0×10－54.0×10－7N/C＝200N/C.第一章静电场例2如图，真空中有两个点电荷Q1＝＋4.0×10－8C和Q2＝－10－8C，分别固定在x坐标轴的x＝0和x＝6cm的位置上．(1)x坐标轴上哪个位置的电场强度为零？(2)x坐标轴上哪些地方的电场强度方向是沿x方向的？第一章静电场答案：见解析解析：首先明确两个点电荷所产生的电场的方向，然后再考虑场强的大小关系．因Q1Q2，故在Q1点的左侧，Q1的电场强度总大于Q2的电场强度，且方向总指向x轴负半轴，在x＝0和x＝6cm之间，电场强度总沿x轴正方向．故只有在Q2右侧电场强度才有可能为零．第一章静电场(1)设该位置距0点的距离为x，则kQ1x2－kQ2x－62＝0即4(x－6)2－x2＝0解得：x1＝4cm(不合题意，舍去)x2＝12cm(2)在x坐标轴上(0,6)之间和x12cm的地方的电场强度的方向是沿x方向的．反思提升：根据场叠加原理，多个场源激发电场的合场强应等于各个电场单独存在时在该点产生的场强的矢量和，各个场强方向若在一条直线上，可用代数运算法，如不在一条直线上用矢量合成的平行四边形定则来运算．第一章静电场变式训练2－1如图所示，一半径为R的绝缘球壳上均匀地带有＋Q的电荷，球心O上场强为零．现在球壳上N处挖去半径为r(r≪R)的一个小圆孔，则此时球心O上的场强大小为__________(已知静电力常量k)，方向__________．第一章静电场解析：球壳单位面积上带的电荷量为Q4πR2则被挖去的小孔的带电荷量为Q′＝Q4πR2·πr2＝r24R2·Q所以球心处的场强为E＝kQ′R2＝kQr24R4，方向为指向圆孔.第一章静电场例3下列关于电场强度E的公式说法正确的是()A．公式E＝Fq，只适用于点电荷产生的电场B．公式E＝Fq，F是放在电场中的电荷所受的力，q是放入电场中的电荷的电荷量C．公式E＝Fq，F是放入电场中的电荷所受的力，q是产生电场的电荷的电荷量第一章静电场D．在库仑定律的表达式F＝kq1q2r2中，kq2r2是点电荷q2产生的电场在点电荷q1处的场强大小；而kq1r2是点电荷q1产生的电场在点电荷q2处的场强大小答案：BD第一章静电场解析：公式E＝Fq是场强的定义式，可以适用于任何电场，A错．式中F是放在电场中的试探电荷所受到的电场力，q是试探电荷的电荷量，不是产生电场电荷的电荷量，B正确，C错．电荷间的相互作用是通过电场来实现的，两个点电荷q1、q2之间的相互作用可表示为：第一章静电场可见，电荷间的库仑力就是电场力，库仑定律可表示为：F12＝kq1r2·q2或F21＝kq2r2·q1，即：F12＝E1·q2或F21＝E2·q1.式中E1就是点电荷q1在点电荷q2处的电场强度，E2就是点电荷q2在点电荷q1处的电场强度，D正确．第一章静电场反思提升：电场强度是描述电场的力的性质的物理量．虽然E＝Fq，但E与F和q都无关，电场强度是由电场本身决定的．E＝Fq是从试探电荷的角度上定义的场强，绝不能理解成E与F成正比，与q成反比，而E＝kQr2是点电荷场强的计算公式，此式只适用于点电荷电场．第一章静电场变式训练3－1在正电荷Q的电场中的P点放一点电荷，其电荷量为＋q，P点距Q为r，＋q受电场力为F.则P点的电场强度为()A.FQB.FqC.kqr2D.kQr2答案：BD第一章静电场解析：电场强度的定义式E＝Fq，q为检验电荷的电荷量，由此可判定B正确．再将库仑定律F＝kQqr2代入上式或直接应用点电荷的场强公式，即可得知D选项正确．故本题的正确选项为BD.通过本题可进一步明确场强的定义式和点电荷的场强公式的关系.第一章静电场知识点要点扫描电场1.电荷之间的相互作用是通过电场发生的，只要有电荷存在，电荷的周围就存在着电场，电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用．第一章静电场知识点要点扫描电场强度2.电场强度：放入电场中某一点的电荷所受的静电力跟它的电荷量的比值叫做该点的电场强度，公式：E＝Fq，单位：牛每库，符号：N/C.点电荷的电场；电场的叠加3.E＝kQr2仅适用于点电荷的电场．如果有几个点电荷同时存在，它们的电场相叠加，形成合电场，则电场中某点的场强等于各个点电荷在该点产生的场强的矢量和，这种关系叫做电场强度的叠加第一章静电场