2019-2020学年高中物理 第一章 静电场 第3节 电场 电场强度和电场线课件 教科版选修3-1

第一章静电场第3节电场电场强度和电场线[课标解读]1.理解电场强度的概念及其定义式，并会进行有关的计算.2.理解点电荷的电场强度及叠加原理.3.会用电场线表示电场，并熟记几种常见电场的电场线分布．01课前自主梳理02课堂合作探究03核心素养提升04课后巩固提升课时作业一、电场1．电场的本质与性质2．电场力_____对电荷的作用力．3．静电场_____电荷周围产生的电场．电场静止二、电场强度1．检验电荷和场源电荷(1)检验电荷①定义：用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的电荷．②特点：a．检验电荷的电荷量要充分_____，放入电场之后不改变产生电场的带电体上的电荷分布，即不影响对原电场的研究．b．体积要充分_____，可视为点电荷，在电场中的位置可以准确描述．小小(2)场源电荷如果电场是由某个带电体激发产生的，那么该带电体所带的电荷也常称为场源电荷或源电荷．2．电场强度(1)定义：放入电场中某处的检验电荷受到的__________跟它的电荷量的比值．(2)公式：E＝_____．(3)单位：牛每库，符号为_____．(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_____．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_____．静电力N/C相同相反Fq[试做]如图所示，一带电荷量为＋Q的点电荷，距点电荷r处的P点有带电荷量为＋q的检验电荷，则检验电荷在该点受到的电场力F＝________，方向________，＋Q在该点的场强E＝________，方向________．解析：由库仑定律可知，F＝kQqr2，方向向右．由E＝Fq可知，该点场强E＝Fq＝kQr2，方向向右．答案：kQqr2向右kQr2向右三、电场线1．电场线的概念(1)在电场中画出一些曲线，曲线上任一点的电场强度方向就在该点的_____方向上，这样的曲线叫__________．用电场线的_____来表示这一位置电场强度的大小．(2)__________是为了形象地描述电场而假想的线，电场中实际并不存在这些线．切线电场线疏密电场线2．电场线的特点(1)始于__________(或无穷远处)，终止于__________(或无穷远处)．(2)任意两条电场线都不会_____．(3)静电场中的电场线都是__________的．(4)电场强度较大的地方电场线较密，电场强度较小的地方电场线较疏．正电荷负电荷相交不闭合3．几种常见电场的电场线画法电场电场线图样简要描述正点电荷“光芒四射”，发散状负点电荷“众矢之的”，汇聚状等量正点电荷“势不两立”，相斥状等量异种点电荷“手牵手，心连心”，相吸状4.匀强电场中的电场线特点间隔相等，彼此平行，电场强度大小处处相等，方向_____．相同要点一对电场强度的理解1．两个电场强度公式的比较项目意义适用条件式中电荷量(q或Q)E＝Fq电场强度的定义式任何电场q是检验电荷的电荷量与检验电荷无关E＝kQr2点电荷的电场强度公式点电荷在真空中Q是场源电荷的电荷量跟场源电荷的电荷量成正比2.关于电场强度的三点说明(1)电场强度反映了电场的力的性质．(2)唯一性：电场中某点的电场强度E是唯一的，是由电场本身的特性(形成电场的电荷及空间位置)决定的，与是否放入检验电荷、放入电荷的电性、电荷量的多少均无关．电场中不同的地方，电场强度一般是不同的．(3)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电场力的方向相同，与在该点的负电荷所受电场力的方向相反．[例1]点电荷Q产生的电场中有一A点，现在在A点放上一电荷量为q＝＋2×10－8C的检验电荷，它受到的静电力为7.2×10－5N，方向水平向左，则：(1)点电荷Q在A点产生的场强大小为E＝________，方向________．(2)若在A点换上另一电荷量为q′＝－4×10－8C的检验电荷，此时点电荷Q在A点产生的场强大小为E＝________．该检验电荷受到的静电力大小为________，方向________．[思路点拨](1)计算A点场强大小用公式E＝Fq计算．(2)场强方向规定为正电荷受电场力的方向．(3)场强的大小和方向与检验电荷无关．静电力的大小和方向与检验电荷有关．[解析](1)场源电荷在A点产生的场强E＝Fq＝7.2×10－52×10－8N/C＝3.6×103N/C，方向水平向左．(2)检验电荷为q′＝－4×10－8C时，场强不变，即E＝3.6×103N/C.检验电荷q′受到的静电力F′＝q′E＝1.44×10－4N，方向水平向右．[答案](1)3.6×103N/C水平向左(2)3.6×103N/C1.44×10－4N水平向右(1)公式E＝Fq和E＝kQr2中，q是指检验电荷，Q是指场源电荷，r→0时，已失去点电荷的前提，公式E＝kQr2不能适用．(2)电场强度和电场力不同，电场强度描述的对象是场，而电场力研究的对象是电场中的电荷．1．关于电场，下列说法中正确的是()A．E＝Fq，若q减半，则该处电场强度为原来的2倍B．E＝kQr2中，E与Q成正比，而与r2成反比C．在以一个点电荷为球心、r为半径的球面上，各处的场强相同D．电场中某点场强的方向就是该点所放电荷受到的静电力的方向解析：E＝Fq中的q为检验电荷的电荷量，而电场中某处的电场强度是由电场本身决定，与检验电荷无关，选项A错误；电场中某点场强的方向就是该点所放正电荷受到的静电力的方向，在以一个点电荷为球心、r为半径的球面上，各处的场强大小相等，但方向不相同，选项C、D均错．故选B.答案：B2．如图所示，M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三点，O点为半圆弧的圆心，∠MOP＝60°.电荷量相等、符号相反的两个点电荷分别置于M、N两点，这时O点电场强度的大小为E1；若将N点处的点电荷移至P点，则O点的场强大小变为E2，则E1与E2之比为()A．1∶2B．2∶1C．2∶3D．4∶3解析：依题意，每个点电荷在O点产生的场强为E12，则当N点处的点电荷移至P点时，O点场强如图所示，合场强大小为E2＝E12，则E1E2＝21，B正确．答案：B(1)电场强度是反映电场强弱和方向的物理量，其大小决定于电场本身，与试探电荷无关．(2)电荷在电场中所受电场力F＝qE，其大小与电场强弱和电荷的大小有关，并且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．要点二对电场线的理解及应用1．不能认为电场线是客观存在的．电场中实际并不存在电场线，电场线是形象描述电场的有效工具．用假想的图线直观、形象地描述抽象的物理概念的做法是科学研究中一种重要的思想方法．2．不能认为电场线就是电荷的运动轨迹．(1)电场线与带电粒子在电场中的运动轨迹的比较两线内容电场线运动轨迹客观性电场中并不存在，是为方便研究电场而人为引入的粒子在电场中的运动轨迹是客观存在的切线的意义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，即正电荷在该点产生加速度的方向轨迹上每一点的切线方向即为粒子在该点的速度方向，但加速度的方向与速度的方向不一定相同(2)电场线与带电粒子运动轨迹重合必备的条件①电场线是直线；②带电粒子只受电场力作用，或受其他力，但合力方向沿电场线所在直线；③带电粒子初速度为零或初速度方向沿电场线所在的直线．3．电场线的应用(1)按照电场线画法的规定，场强大处电场线密，场强小处电场线疏，根据电场线的疏密可以比较场强的大小．(2)根据电场线的定义，电场线每点的切线方向就是该点电场强度的方向．[例2]如图所示是静电场的一部分电场线的分布，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q在B点处受到的电场力的方向沿B点的切线方向[思路点拨](1)电场线的疏密表示场强的大小；(2)电场线上某点的切线方向即为该点场强方向．[解析]由于该区域的电场线是曲线，所以它不可能是点电荷的电场线，A处电场线密集，所以同一检验电荷在A处受的静电力较大，产生的瞬时加速度也较大．负电荷受到的静电力方向与电场强度方向相反，即与电场线的切线方向相反．[答案]B电场线是为了形象、直观、方便地描述电场的特性而引入的一种辅助手段．如果知道了电场线的疏密分布及电场线的形状、箭头指向，就能讨论电场中各点的场强大小关系和方向．因此，了解各种常见电场的电场线分布情况，有助于灵活运用电场线判断电场的性质．1.(多选)图中带箭头的直线是某一电场中的一条电场线，在这条电场线上有A、B两个点，用EA、EB表示A、B两处的场强大小，则()A．A、B两点的场强方向相同B．电场线从A指向B，所以EAEBC．A、B同在一条电场线上，且电场线是直线，所以EA＝EBD．不知A、B附近的电场线分布情况，EA、EB的大小不能确定解析：电场线的切线方向表示该点的场强方向，因题中的电场线是直线，所以A、B两点的场强方向相同，都沿着电场线向右，故A正确．因为电场线的疏密程度反映了场强的大小，但由于题中仅画出一条电场线，不知道A、B附近电场线的分布情况，所以无法确定EA、EB的大小，故B、C错，D正确．答案：AD2．如图所示，平行的实线表示电场线，虚线表示一个离子穿越电场的运动轨迹．下列判断正确的是()A．场强方向一定是向右B．该离子一定是负离子C．该离子一定是由a向b运动D．场强方向、离子的运动方向以及是正离子还是负离子都不能确定，但是离子在a点的动能一定小于在b点的动能解析：因为不知离子是向哪个方向运动的，可以假设其由b向a运动，由离子的运动轨迹可以判定出，离子只能受到向左的电场力，所以由b向a一定做减速运动(同理，也可假设离子由a向b运动，此时根据轨迹可判定出电场力同样向左，离子做加速运动)，所以该离子在a点的动能一定小于在b点的动能；由于电场线方向、离子的电性都是未知的，故A、B、C错误，D正确．答案：D分析带电粒子在电场中运动的轨迹问题时要注意做曲线运动的带电粒子所受合外力的方向指向曲线凹侧，而且速度方向沿轨迹的切线方向，再结合电场线、电场力的知识来分析．电场强度的叠加若空间的电场是由几个点电荷共同激发的，则空间某点的电场强度等于每个点电荷单独存在时在该点所产生的场强的矢量和．“叠加电场”一经形成，电场中某点的场强也就唯一确定了．由于场强是矢量，可以遵循矢量运算法则根据需要进行分解．[典例]如图，一半径为R的圆盘上均匀分布着电荷量为Q的电荷，在垂直于圆盘且过圆心c的轴线上有a、b、d三个点，a和b、b和c、c和d间的距离均为R，在a点处有一电荷量为q(q＞0)的固定点电荷．已知b点处的场强为零，则d点处场强的大小为(k为静电力常量)________．[思路点拨]解答本题时可按以下思路分析：由a处点电荷和带电圆盘产生的电场的场强，结合对称性求合场强．[解析]已知a处点电荷和带电圆盘均在b处产生电场，且b处场强为零，所以带电圆盘在b处产生的电场场强E1与q在b处产生的电场场强Eab等大反向，即E1＝Eab＝kqR2，带电圆盘在d处产生的电场场强E2＝E1且方向与E1相反，q在d处产生的电场场强Ead＝kq（3R）2，则d处场强Ed＝E2＋Ead＝kqR2＋kq9R2＝k10q9R2.[答案]k10q9R2[素养提升练]1．直角坐标系xOy中，M、N两点位于x轴上，G、H两点坐标如图所示．M、N两点各固定一负点电荷，一电荷量为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点处场强的大小和方向分别为()A.3kQ4a2，沿y轴正向B.3kQ4a2，沿y轴负向C.5kQ4a2，沿y轴正向D.5kQ4a2，沿y轴负向解析：M、N两处的负点电荷在G点处的合场强E1与O点处正点电荷在G点处的场强等大反向，所以E1＝kQa2，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E2＝E1＝kQa2，方向沿y轴负向．当正点电荷放在G点时，它在H