2019-2020学年高中物理 第1章 电场 第3节 电场强度课件 粤教版选修3-1

第三节电场强度1．(2017·南通质检)真空中，相距r的两点电荷间库仑力的大小为F，当它们间的距离变为12r时，库仑力的大小变为()A.14FB.12FC．2FD．4F【解析】根据库仑定律，距离为r时的静电力为F＝kQqr2.当距离为12r时，静电力为F′＝kQqr22＝4F，故D正确，A、B、C错误．【答案】D2．已经证实，质子、中子都是由上夸克和下夸克两种夸克组成的，上夸克带电为23e，下夸克带电为－13e，e为电子所带电量的大小，如果质子是由三个夸克组成的，且各个夸克之间的距离都为l，l＝1.5×10－15m，试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力(库仑力)．【解析】质子带电为＋e，所以它是由两个上夸克和一个下夸克组成的．按题意，三个夸克必位于等边三角形的三个顶点处．这时上夸克与上夸克之间的静电力应为Fuu＝k23e×23el2＝4ke29l2，代入数值得Fuu＝46N，为斥力．上夸克与下夸克之间的静电力为Fud＝k13e×23el2＝2ke29l2，代入数值得Fud＝23N，为吸引力．一、电场1．电场的产生：电荷周围存在的一种特殊物质——________，电荷间的相互作用是通过______发生的．2．电场的基本性质：对放入电场中的______有力的作用．3．静电力：电场对放入其中的电荷有力的作用，这种力叫作________．电场电场电荷静电力二、电场的描述1．试探电荷定义：放入电场中探测______性质的电荷．2．电场强度(1)定义：放入电场中某点的电荷所受的________跟它的________的比值．(2)定义式：E＝________，在国际单位制中，电场强度的单位为____________．适用于______电场．电场静电力电荷量FqV/m或N/C静(3)方向：电场中某点的电场强度的方向与______电荷在该点受到的静电力的方向相______，与______电荷在该点受到的静电力的方向相______．(4)物理意义：描述电场________、________和静电力的物理量．(5)场强是矢量：场强的合成遵守____________定则．正同负反强弱方向平行四边形3．点电荷的场强(1)公式：__________，Q为真空中点电荷的带电荷量，r为该点到点电荷Q的距离．(2)方向：若Q为正电荷，场强方向沿Q和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．(3)适用条件：________________．E＝kQr2真空中的点电荷4．匀强电场电场中各点的场强______和______都相同．带电平行金属板间的电场为匀强电场，方向与金属板垂直．大小方向5．电场的叠加原理如果在空间同时存在多个点电荷，这时在空间某一点的场强等于各个电荷______存在时在该点产生的场强的______和．单独矢量三、电场线1．电场线是画在电场中的一条条有______的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向．2．电场线的特点(1)电场线从正电荷或无限远出发，终止于____________.(2)电场线在电场中不______，不______，这是因为在电场中任意一点的电场强度不可能有两个方向．(3)在同一幅图中，电场强度较大的地方电场线较_______，电场强度较小的地方电场线较______，因此可以用电场线的疏密来表示电场强度的相对大小．方向无限远或负电荷相交闭合密疏(4)几种常见电场的电场线如图所示．打开自来水龙头，放出一股细细的水流，用带电的橡胶棒去靠近从水龙头流出的水流，发现水流偏向带电棒一侧．为什么带电棒与水流没有接触，水流的方向却发生了弯曲？【答案】带电的橡胶棒能够吸引轻小物体，细小的水流被橡胶棒吸引而弯曲．1．电场的最基本的性质是对放入其中的电荷有力的作用，描述这一性质的物理量就是电场强度．对电场强度的理解及计算2．电场强度是采用比值定义法定义的．即E＝Fq，q为放入电场中某点的试探电荷的电荷量，F为电场对试探电荷的静电力．用比值法定义物理量是物理学中常用的方法，如速度、加速度、角速度、功率等．这样在定义一个新物理量的同时，也确定了这个新物理量与原有物理量之间的关系．3．电场强度的定义式给出了一种测量电场中某点的电场强度的方法，但电场中某点的电场强度与试探电荷无关，比值Fq是一定的．4．E＝Fq与E＝kQr2的比较公式公式分析物理含义引入过程适用范围E＝Fqq是试探电荷，本式是测量或计算场强的一种方法是电场强度大小的定义式由比值法引入，E与F、q无关，反映某点电场的性质适用于一切电场E＝kQr2Q是场源电荷，Q与r都是电场的决定因素是真空中点电荷场强的决定式由E＝Fq和库仑定律导出真空中的点电荷【特别提醒】(1)明确区分“场源电荷”和“试探电荷”．(2)电场由场源电荷产生，某点的电场强度E由场源电荷及该点到场源电荷的距离决定．(3)E＝Fq不能理解成E与F成正比，与q成反比．例1场源电荷Q＝2×10－4C，是正点电荷；检验电荷q＝－2×10－5C，是负点电荷．它们相距r＝2m，且都在真空中，如图所示．(1)求q在该点受的静电力．(2)求q所在的B点的场强EB．(3)将q换为q′＝4×10－5C的正点电荷，求q′在B点的受力及B点的场强．(4)将检验电荷移去，求B点场强．解析：(1)由库仑定律得F＝kqQr2＝9×109×2×10－5×2×10－422N＝9N，方向在A与B的连线上，且指向A．(2)由电场强度的定义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′＝kq′Qr2＝9×109×4×10－5×2×10－422N＝18N，方向由A指向B，E＝F′q′＝kQr2＝4.5×105N/C，方向由A指向B．(4)因E与q无关，q＝0也不会影响E的大小与方向，所以移去q后场强不变．答案：(1)9N，方向在A与B的连线上，且指向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►题后反思点电荷之间的作用力可以用库仑定律计算大小和判断方向．某点场强可以用点电荷场强公式E＝kQr2计算，另外还要注意电场是由场源电荷产生的，电场强度与检验电荷是否存在无关．1．(2017·广陵名校段考)真空中一匀强电场中有一质量为0.01g，电荷量为－1×10－8C的尘埃沿水平方向向右做匀速直线运动，取g＝10m/s2，则()A．场强方向水平向左B．场强的大小是1×103N/CC．场强的大小是1×107N/CD．场强的方向竖直向下【解析】尘埃做匀速直线运动，知尘埃处于平衡状态，即mg＝qE，E＝mgq＝0.01×10－3×1010－8N/C＝1×104N/C，方向竖直向下．故D正确，A、B、C错误．【答案】D1．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，这种关系叫作电场强度的叠加．因电场强度是矢量，所以满足平行四边形定则．例如，图中P点的电场强度，等于＋Q1在该点产生的电场强度E1与－Q2在该点产生的电场强度E2的矢量和．电场强度的叠加2．比较大的带电体的电场，可把带电体分作若干小块，每小块看成点电荷，用点电荷电场叠加的方法计算．3．同一直线上的两个场强的叠加可简化为代数和．例2如图所示，真空中带电荷量分别为＋Q和－Q的点电荷A、B相距r，求：(1)两点电荷连线的中点O的场强大小；(2)距A、B两点都为r的O′点的场强大小．解析：(1)如图所示A、B两点电荷在O点产生的场强方向相同，均由A→B．A、B两点电荷在O点产生的电场强度EA＝EB＝kQr22＝4kQr2．故O点的合场强为E0＝2EA＝8kQr2，方向由A→B．(2)如图所示，EA′＝EB′＝kQr2，由矢量图所形成的等边三角形可知，O′点的合场强E0′＝EA′＝kQr2，方向与A、B的中垂线垂直，即方向平行AB且由A→B．答案：(1)8kQr2，方向由A→B(2)kQr2，方向平行AB且由A→B►题后反思在等量异种电荷连线的垂直平分线上，中点的场强最大，两边成对称分布，离中点越远，场强越小，场强的方向都相同，都是从正电荷指向负电荷的方向．2．如图所示，AC、BD为圆的两条互相垂直的直径，圆心为O，将带有等量电荷q的正、负点电荷放在圆周上，它们的位置关于AC对称．要使圆心O处的电场强度为零，可在圆周上再放置一个适当电荷量的正点电荷＋Q，则该点电荷＋Q应放在()A．A点B．B点C．C点D．D点【答案】D【解析】由电场的叠加原理和对称性可知，＋q、－q在O点的合场强方向应沿OD方向，要使O点的合场强为零，放上的电荷＋Q在O点的场强方向应与＋q、－q在O点的合场强方向相反，所以D正确．电场线及其应用1．用电场线描述电场(1)点电荷的电场线①正点电荷：因正点电荷的电场线是由正点电荷出发，到无穷远，向外呈辐射状，如图甲所示，距正点电荷越远，电场线越疏，所以场强越小，其大小为E＝kQr2，方向背离正点电荷．②负点电荷：因负点电荷的电场线是由无穷远处出发到负点电荷终止，向里呈聚焦状，如图乙所示，距负点电荷越远，电场线越疏，所以场强越小，其大小为E＝kQr2，方向指向负点电荷．甲乙(2)两个等量点电荷的电场线甲乙比较等量异种点电荷等量同种点电荷电场线分布图甲图乙图连线中点O处的场强最小，指向负电荷一方为零连线上的场强大小沿连线先变小再变大沿连线先变小再变大由O点沿中垂线向外场强的大小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点的对称点A与A′，B与B′的场强特点等大同向等大反向(3)匀强电场匀强电场中的电场线是平行且等间距的直线，所以匀强电场中各点的场强大小和方向都相同．2．电场线与运动轨迹电场线是为了形象描述电场而引入的假想曲线，曲线上某点的切线方向规定为该点的场强方向，也是该点正电荷产生加速度的方向；而运动轨迹是带电粒子在电场中运动的径迹，径迹上每点的切线方向是粒子的速度方向．速度方向和加速度方向不是一回事，二者不一定相同，因此不能将电场线和运动轨迹混为一谈．只有下列几种情况同时具备时，电场线才和运动轨迹重合：①电场线是直线；②仅受电场力作用；③初速度为零或与电场线同向．例3如图所示，带箭头的直线是某电场中的一条电场线，在这条直线上有a、b两点，用Ea、Eb分别表示两处的场强大小．则()A．a、b两点场强方向相同B．由于电场线从a指向b，所以EaEbC．由于电场线是直线，所以Ea＝EbD．由于不知a、b两点附近的电场线的分布情况，故Ea、Eb的大小关系不确定解析：在电场中，电场线分布越密集，则该区域内场强越大，电场线分布越稀疏，则场强越小．图中只给定一条电场线，无法了解该区域内电场线的疏密情况，a、b两点附近区域的电场线分布可能有如图所示的三种情况，因此a、b两点场强大小关系不确定．答案：AD►题后反思从电场线分布的疏密程度了解场强大小，而不是从电场线方向等因素来分析．在解题中要形成牢固的认识，另外，这种将抽象的物理模型转化为形象的物理模型，化难为易，化繁为简的方法值得在以后学习中迁移．3．法拉第首先提出用电场线描绘电场．图为点电荷a、b所形成电场的电场线分布图，以下说法正确的是()A．a、b为异种电荷，a带电荷量大于b带电荷量B．a、b为异种电荷，a带电荷量小于b带电荷量C．a、b为同种电荷，a带电荷量大于b带电荷量D．a、b为同种电荷，a带电荷量小于b带电荷量【答案】B【解析】由题图看出，电场线由一个点电荷发出到另一个点电荷终止，由此可知，a、b必为异种电荷，C、D选项错；在电荷a附近取一点M，M点到电荷a的距离远小于M点到电荷b的距离，故M点处的场强主要取决于a电荷，即EM＝kQar2；同理在电荷b附近取一点N，使Nb＝Ma，则N点处的场强主要取决于b电荷，即EN＝kQbr2，由题图可知，M点处电场线比N点处电场线稀疏，故EMEN，所以QaQb，则A选项错，B选项正确．电场强度的求解方法1．基本法(1)定义式E＝Fq求解法：由于