2019-2020学年高中物理 第一章 静电场 第3节 电场强度课件 新人教版选修3-1

第3节电场强度自主学习课堂探究课堂达标自主学习学习目标1.知道电场是电荷周围存在的一种特殊物质,知道电荷之间的相互作用是通过电场发生的。2.了解试探电荷的作用,理解对试探电荷量和试探电荷尺寸的要求。3.理解电场强度,知道它的定义式及单位。4.了解点电荷周围的电场分布,会用点电荷的电场强度公式进行有关计算。5.认识匀强电场的特点。6.了解电场线的作用和特点,能大致描绘典型电场的电场线。教材提炼一、电场1.概念:电荷周围存在的一种特殊____________。带电体间的相互作用是通过周围的电场发生的。2.基本性质:对放入其中的电荷有____________的作用。3.静电场:_________________的电荷产生的电场。二、电场强度1.两种不同功能的电荷(1)试探电荷(检验电荷):用来检验电场_____________及其强弱分布情况的电荷。(2)场源电荷:激发或产生电场的电荷。物质力静止是否存在2.电场强度(1)概念:放入电场中某点的点电荷受________与它的___________的比值。(2)物理意义:表示电场的强弱和方向。静电力电荷量(3)定义式及单位:E=______,单位:牛每库,符号:__________。N/C(4)方向:电场强度的方向与__________在该点所受的静电力的方向相同。正电荷三、点电荷的电场电场强度的叠加1.真空中点电荷的电场强度(1)大小计算式:E=_______________(Q为场源电荷)。k2QrFq(2)方向:当Q为正电荷时,E的方向沿Q与该点的连线___________,当Q为负电荷时,E的方向沿Q与该点的连线___________。2.电场强度的叠加:如果场源是多个点电荷,则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_____________。四、电场线匀强电场1.电场线: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。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。2.电场线的特点(1)电场线从__________或________出发,终止于_________或_________。(2)电场线在电场中_____________。(3)在同一电场里,电场线_____________的地方电场强度大。向外向内矢量和切线方向假想正电荷无限远无限远负电荷不相交较密3.匀强电场(1)定义:各点电场强度的大小_________、方向_____________的电场。(2)电场线:是______________的平行线。相等相同间隔相等自我反馈1.下列有关电场的叙述,正确的是()A.电场实际上是不存在的B.电荷间的作用是通过电场发生的C.电场看不见、摸不着,因此电场不是物质D.电场对放入其中的电荷不一定有力的作用B解析:电荷周围存在着由它产生的电场,处在电场中的电荷受到的作用力就是这个电场给予的,选项B正确;电场是物质存在的一种形式,选项A,C错误;电场的特征之一是对电场中的电荷有力的作用,选项D错误。2.A为已知电场中的一固定点,在A点放一电荷量为q的试探电荷,所受静电力为F,A点的电场强度为E,则()A.若在A点换上-q,A点电场强度方向发生变化B.若在A点换上电荷量为2q的试探电荷,A点的电场强度将变为2EC.若在A点移去电荷q,A点的电场强度变为零D.A点电场强度的大小、方向与q的大小、正负、有无均无关D解析:电场强度E=Fq是通过比值定义法得出的,其大小及方向与试探电荷无关,故放入任何电荷时电场强度的方向和大小均不变,故选项A,B,C均错误,D正确。3.(2018·浙江嘉兴期末)下列各图中,A,B两点电场强度相同的是()C解析:A图中A,B两点的电场的方向不同,所以两点的电场强度不相同,故A错误;B图中A,B两点在同一条电场线上,A点的电场线比较密,所以A点的电场强度大,故B错误;C图中A,B所在的电场为匀强电场,两点的电场强度大小相等,方向相同,故C正确;D图中B点的电场线比较密,所以B点的电场强度大,故D错误。4.真空中O点放一个点电荷Q=+1.0×10-9C,直线MN通过O点,OM的距离r=30cm,M点放一个点电荷q=-1.0×10-10C,静电力常量k=9.0×109N·m2/C2,如图所示。求:(1)q在M点受到的作用力;解析:(1)根据库仑定律,得FM=k2Qqr=991029.0101.0101.0100.3N=1.0×10-8N。因为Q带正电,q带负电,库仑力是吸引力,所以力的方向沿MO指向Q。答案:(1)1.0×10-8N,方向沿MO指向Q(2)M点的电场强度;解析:(2)M点的电场强度EM=MFq=8101.0101.010N/C=100N/C,因为电场强度的方向跟正电荷所受静电力的方向相同,故方向沿OM连线背离Q。答案:(2)100N/C,方向沿OM连线背离Q(3)拿走q后M点的电场强度;答案:(3)100N/C,方向沿OM连线背离Q解析:(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M点的电场强度仍为100N/C,方向沿OM连线背离Q。(4)M,N两点的电场强度哪点大?答案:(4)M点解析:(4)由E∝21r得M点电场强度大。课堂探究要点突破要点一电场强度的理解【例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的点电荷,测出其受到的静电力F1大小为4.0×10-6N,方向如图所示,则B处电场强度是多大?方向如何?如果换用一个q2=4.0×10-7C的点电荷放在B点,其受力多大?方向如何?解析:由电场强度公式可得EB=11Fq=684.0102.010N/C=200N/C因为是负电荷,所以电场强度方向与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因为q2是正电荷,F2方向与电场强度方向相同,也就是与F1反向。答案:200N/C,方向与F1相反8.0×10-5N方向与F1相反规律方法电场强度的理解要点(1)电场强度是描述电场的力的性质的物理量。电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用。(2)电场强度是比值法定义的物理量,电场强度的大小和方向只由电场本身特性决定,与放入其中的试探电荷无关。不能认为E和F成正比,E和电荷量q成反比。这可以从两方面理解:①电场强度的大小与该点放不放电荷、放入的电荷量的大小均无关;②电场强度的方向与放入该点的正试探电荷的受力方向相同,是确定的,如果在该点放入负试探电荷,则电场强度方向与负试探电荷受力方向相反。针对训练1:一负试探电荷的电荷量为10-10C,放在电场中的P点时所受静电力大小为10-6N,方向向东,则P点的电场强度为()A.104N/C,方向向西B.104N/C,方向向东C.10-4N/C,方向向西D.10-4N/C,方向向东A解析:由电场强度的定义式得E=Fq=104N/C,电场强度的方向与正电荷所受静电力的方向相同,与负电荷所受静电力的方向相反,所以电场强度方向向西,选项A正确。要点二【例2】直角坐标系xOy中,M,N两点位于x轴上,G,H两点坐标如图。M,N两点各固定一负点电荷,一电量为Q的正点电荷置于O点时,G点处的电场强度恰好为零。静电力常量用k表示。若将该正点电荷移到G点,则H点处电场强度的大小和方向分别为()点电荷的电场及电场强度的叠加BA.234kQa,沿y轴正向B.234kQa,沿y轴负向C.254kQa,沿y轴正向D.254kQa,沿y轴负向解析:M,N两处的负点电荷在G处产生的合场强E1与O点处正点电荷在G处产生的电场强度等大反向,所以E1=2kQa,方向沿y轴正向;因为H与G关于x轴对称,所以M,N两处的负点电荷在H处产生的合场强大小E2=E1=2kQa,方向沿y轴负向。当正点电荷放在G点时,它在H点产生的电场强度E3=22kQa,方向沿y轴正向,则H处的电场强度为EH=2kQa-22kQa=234kQa,方向沿y轴负向,B正确。规律方法等量同种和异种点电荷的电场线的比较比较项目等量异种点电荷等量同种点电荷电场线分布图连线中点O处的电场强度连线上O点电场强度最小,指向负电荷一方为零连线上的电场强度大小(从左到右)沿连线先变小,再变大沿连线先变小,再变大沿中垂线由O点向外电场强度大小O点最大,向外逐渐减小O点最小,向外先变大后变小关于O点对称的A与A',B与B'的电场强度等大同向等大反向针对训练2:(2018·浙江温州十五校联合体期末)如图所示,B为线段AC的中点,如果在A处放一个+Q的点电荷,测得B处的电场强度EB=60N/C,则下列说法正确的是()A.C处的电场强度大小为EC=30N/CB.C处的电场强度大小为EC=20N/CC.若要使EB=0,可在C处放一个-Q的点电荷D.把q=10-9C的点电荷放在C点,则其所受静电力的大小为1.5×10-8ND解析:场源为一正的点电荷Q,B离点+Q的距离等于C离+Q的距离的一半,则根据真空中点电荷电场强度公式,得EB=4EC;因B处的电场强度EB=60N/C,则EC=15N/C,故A,B错误。若要使EB=0,可在C处放一个+Q的点电荷,故C错误;把q=10-9C的点电荷放在C点,则其受静电力的大小为F=qEC=10-9C×15N/C=1.5×10-8N,故D正确。要点三【例3】如图所示,直线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线,曲线是某一带电粒子通过电场区域时的运动轨迹,a,b是轨迹上两点。若带电粒子运动中只受静电力作用,根据此图可以作出的判断错误的是()A.带电粒子所带电荷的符号B.带电粒子在a,b两点的受力方向C.带电粒子在a,b两点的加速度何处大D.带电粒子在a,b两点的加速度方向电场线的理解A解析：如图所示,由于带电粒子在静电力作用下做曲线运动,所以静电力应指向轨迹的凹侧,且沿电场线,即沿电场线向左,选项B正确;由于电场线方向未知,故不能确定带电粒子的电性,选项A错误;加速度由静电力产生,由于a处电场线较b处密,所以a处电场强度大,由F=Eq知,带电粒子在a处受静电力大,故加速度大,且方向与静电力方向相同,选项C,D正确。规律方法如何由电场线比较电场强度大小、确定电场强度方向(1)比较电场强度大小:电场强度大处电场线密,电场强度小处电场线疏,故根据电场线的疏密可以比较电场强度的大小。(2)确定电场强度方向:电场线上每点的切线方向就是该点电场强度的方向。针对训练3:(2017·浙江11月学考)电场线的形状可以用实验来模拟,把头发屑悬浮在蓖麻油里,加上电场,头发屑就按照电场的方向排列起来,如图所示。关于此实验,下列说法正确的是()A.a图是模拟两等量同种电荷的电场线B.b图一定是模拟两等量正电荷的电场线C.a图中的A,B应接高压起电装置的两极D.b图中的A,B应接高压起电装置的两极C解析:a图为异种电荷形成的电场线,但无法分辨是否为等量异种电荷形成的电场线分布;b图为同种电荷形成的电场线,但也无法分辨是否为等量同种电荷形成的电场线分布,故C正确。教材探究教材P11中在引入电场强度的概念的过程中,将电荷量为q,2q,3q…的检验电荷分别放入电场中的同一点,得到静电力与电荷量成正比的结论,这说明了什么问题?答案:答案:把一带电荷量为q的试探电荷放在电场中的某点,受到的静电力为F1,若把两个电荷量均为q的相同试探电荷捆绑在一起放置在该点,则它们受到的静电力应为2F1……得出结论:电荷在电场中某点受到的静电力F与电荷所带电荷量q成正比,即F=Eq,既然F∝q,则说明其比例系数为一常数,该常数与F,q大小无关,它可能与电场中的位置有关。课堂达标1.(2018·浙江金华云富高级中学阶段性考试)关于静电力和电场强度,以下说法中不正确的是()A.一点电荷分别处于电场中的A,B两点,电荷受到的静电力大则该处电场强度大B.电场中某点电场强度为零,