2019-2020学年高中物理 第1章 3 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3电场电场强度和电场线[学习目标]1.知道电场是电荷周围客观存在的一种特殊物质．2.理解电场强度的定义及物理意义，知道它的矢量性．(重点)3.掌握点电荷场强的计算式并能进行有关的计算．(重点)4.知道电场强度的叠加原理，能应用该原理进行简单计算．(难点)5.理解电场线的概念、特点，了解常见的电场线的分布，知道什么是匀强电场．(重点、难点)自主探新知预习一、电场电场的概念与基本性质物资电荷二、电场强度1．检验电荷和场源电荷(1)检验电荷电场(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____称为场源电荷或源电荷．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：______．电场力FqN/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____．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____，如图所示．相同相反3．真空中点电荷的场强(1)大小：E＝____．(2)方向①正点电荷：某点P的场强方向沿着二者连线____正电荷，如图甲所示．②负点电荷：某点P的场强方向沿着二者连线____负电荷，如图乙所示．kQr2背离指向三、电场线1．电场线(1)电场线：电场线是画在电场中的一条条有方向的____，曲线上每点的____方向表示该点的电场强度方向，电场线不是实际存在的线，而是为了形象描述____而假想的线．曲线切线电场(2)几种特殊的电场线分布文字语言图形语言记忆口诀正点电荷光芒四射负点电荷万箭穿心等量同种点电荷比翼双飞等量异种点电荷大红灯笼带等量异种电荷两金属板内部形成的匀强电场互相平行且等间距的直线(3)电场线的特点①电场线从______或无限远出发，终止于______或负电荷．②电场线在电场中不____．③在同一电场中，电场强度较大的地方电场线____，电场强度较小的地方电场线____．正电荷无限远相交较密较疏2．匀强电场(1)定义：如果电场中各点电场强度大小____、方向____，这个电场就叫作匀强电场．(2)特点：①电场方向处处相同，电场线是________．②场强大小处处相等，电场线间隔____．相等相同平行直线相等1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)在电场中的电荷，不论是静止的还是运动的，都受到电场力的作用．()(2)电场中某点的电荷受电场力越大，该点的场强越大．()(3)在E＝Fq中场强大小与q无关，同样在E＝kQr2中场强大小与Q也无关．()(4)E＝kQr2这个公式对于任何静电场都成立．()(5)电场线可以描述电场的强弱，也能描述电场的方向．()[答案](1)√(2)×(3)×(4)×(5)√2．真空中，A、B两点与点电荷Q的距离分别为r和3r，则A、B两点的电场强度大小之比为()A．3∶1B．1∶3C．9∶1D．1∶9C[由点电荷场强公式有E＝kQr2∝r－2，故有EAEB＝rBrA2＝3rr2＝9∶1，C项正确．]3．(多选)如图是某电场中的电场线，在该电场中有A、B两点，下列结论正确的是()A．A点的场强比B点的场强大B．A点的场强方向与B点的场强方向相同C．将同一点电荷分别放在A、B两点，放在A点的加速度比放在B点的加速度大D．因为A、B两点没有电场线通过，所以电荷放在这两点不会受电场力作用AC[由题图看出，A点处电场线比B点处电场线密，则A点场强比B点的大，故A正确；场强方向沿电场线的切线方向，则知A、B两点处的场强方向不同，故B错误；由F＝qE知同一点电荷在A点所受的电场力一定比在B点所受的电场力大，由牛顿第二定律知同一点电荷在A点的加速度比放在B点的加速度大，故C正确；没有电场线通过的地方不代表没有电场，这两点有电场存在，电荷放在这两点会受到电场力的作用，故D错误．]合作攻重难探究对电场强度的理解1．电场强度是描述电场本身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，与放入其中的检验电荷无关．不能认为E和F成正比，和电荷量q成反比．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检验电荷的受力方向相同，是确定的，如果在该点放入负检验电荷，则场强方向与负检验电荷受力方向相反．3．某空间中有多个电荷时，该空间某点的电场强度等于所有电荷在该点产生的电场强度的矢量和．【例1】在电场中某点放一检验电荷，其电荷量为q，检验电荷受到的静电力为F，则该点的电场强度为E＝Fq，那么下列说法中正确的是()A．若移去检验电荷q，该点的电场强度就变为零B．若在该点放一个电荷量为2q的检验电荷，该点的电场强度就变为E2C．若在该点放一个电荷量为－2q的检验电荷，则该点的电场强度大小仍为E，但电场强度的方向与原来相反D．若在该点放一个电荷量为－q2的检验电荷，则该点的电场强度的大小仍为E，电场强度的方向也还是原来的电场强度的方向思路点拨：①电场强度取决于电场本身，与有无检验电荷无关．②场强公式E＝Fq，只是为了研究电场的方便，采用比值法下的定义式．D[电场对处于其中的电荷有力的作用是电场的基本性质．为了反映电场具有这一力的性质，引入了电场强度E这一物理量．E是电场本身的一种特性．检验电荷的引入仅仅是用来检验这一特性，因此与检验电荷存在与否无关．它是由产生电场的电荷以及在电场中各点的位置决定的，与该点有无检验电荷、检验电荷电荷量的多少、电性的正负无关，故D正确．]电场中某处的电场强度不会因检验电荷的改变而改变，而是由场源电荷及相对位置决定的．电场中有一点P，下列说法正确的是()A．若放在P点电荷的电荷量减半，则P点的场强减半B．若P点没有检验电荷，则P点场强为零C．P点场强越大，则同一电荷在P点所受电场力越大D．P点的场强方向为检验电荷在该点的受力方向C[为了检验电场中某点的电场强度，可以把一个检验电荷放入该点，其受到的电场力F与自身的电荷量q的比值Fq可反映该点场强的大小，但该点的场强大小与电荷量的大小、有无检验电荷无关，选项A、B错误，选项C正确．电场的方向为正检验电荷在该点的受力方向，选项D错误．]点电荷的电场电场强度的叠加1．E＝Fq与E＝kQr2的比较公式E＝FqE＝kQr2本质区别定义式决定式适用范围一切电场真空中点电荷的电场Q与q的意义q为检验(试探)电荷的电荷量Q为场源电荷的电荷量关系理解E的大小与F、q的大小无关E的大小与Q成正比2．电场强度是矢量，合成时遵循矢量运算法则(平行四边形定则或三角形定则)，常用的方法有图解法、解析法、正交分解法等；对于同一直线上电场强度的合成，可先规定正方向，进而把矢量运算转化成代数运算．3．等量点电荷形成的电场的叠加等量异种点电荷等量同种点电荷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【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()思路点拨：①关于两电荷连线对称的两点电场强度E等大．②根据G点的电场强度为零，借助正点电荷Q的场强可求两负电荷在G点的电场强度的大小和方向．③根据对称性和电场强度的叠加可求得H点的场强．B[处于O点的正点电荷在G点处产生的场强E1＝kQa2，方向沿y轴负向；又因为G点处场强为零，所以M、N处两负点电荷在G点共同产生的场强E2＝E1＝kQa2，方向沿y轴正向；根据对称性，M、N处两负点电荷在H点共同产生的场强E3＝E2＝kQa2，方向沿y轴负向；将该正点电荷移到G处，该正点电荷在H点产生的场强E4＝kQ（2a）2，方向沿y轴正向，所以H点的场强E＝E3－E4＝3kQ4a2，方向沿y轴负向．]计算电场强度的四种方法用定义式E＝Fq求解常用于涉及检验电荷或带电体的受力情况用公式E＝kQr2求解仅适用于真空中的点电荷产生的电场利用叠加原理求解常用于涉及空间的电场是由多个电荷共同产生的情景利用平衡条件求解常用于非点电荷所形成的电场中带电体的平衡问题B[根据公式E＝Fq可得E＝3.0×10－4N5.0×10－9C＝6.0×104N/C，B正确．]训练角度1点电荷的电场1．真空中有一个电场，在这个电场中的某一点放入电荷量为5.0×10－9C的点电荷，它受到的电场力为3.0×10－4N，那么这一点处的电场强度的大小等于()A．8.0×10－5N/CB．6.0×104N/CC．1.7×10－5N/CD．2.0×10－5N/C训练角度2电场强度的叠加2．下列选项中的各14圆环大小相同，所带电荷量已在图中标出，且电荷均匀分布，各14圆环间彼此绝缘．坐标原点O处电场强度最大的是()ABCDB[设带电荷量为q的14圆环在O点处产生的场强大小分别为E0，根据对称性可得四种情况下，O点处的场强大小分别为EA＝E0，EB＝2E0，EC＝E0，ED＝0，选项B正确．]电场线的理解及应用电场线与带电粒子在电场中的运动轨迹的比较电场线运动轨迹客观性电场中并不存在，是为研究电场方便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意义曲线上各点的切线方向即为该点的电场强度方向，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只在电场力作用下二者重合的条件(1)电场线是直线(2)带电粒子初速度为零或初速度方向沿电场线所在的直线【例3】A、B是一条电场线上的两个点，一带负电的粒子仅在电场力作用下以一定的初速度从A点沿电场线运动到B点，其速度v与时间t的关系图像如图所示．则此电场的电场线分布可能是图中的()ABCD思路点拨：①根据粒子的v­t关系图像可知，粒子做何种规律的运动？②带负电的粒子所受电场力的方向与电场线的方向一致吗？③电场线的疏密反映电场哪方面的性质？A[根据带电粒子的v­t图像可知，带负电的粒子做加速度逐渐增大的减速运动．受到的电场力方向与电场线的方向相反，并且电场力的方向与运动方向相反，电场力逐渐增大，选项B、C错误；在选项D所描述的情况下，带电粒子加速运动，则选项D错误；只有选项A正确．]若带电粒子改为正电荷，则电场的分布图应为图中的哪一个？[答案]D应用电场线分析带电粒子运动规律的方法(1)熟悉电场线的分布规律，确定带电粒子的受力情况．电场线密集的地方，电场力就大．(2)根据牛顿第二定律确定粒子的加速度．若已知加速度变化规律则可推断电场线的分布规律；若已知电场力的变化规律也可以确定粒子的运动规律．(3)根据粒子的初速度及受力情况综合确定粒子的运动轨迹和运动规律．如图所示，AB是点电荷电场中的一根电场线，在线上O点放一个自由的负电荷后，它将沿电场线向B运动，则下列判断中正确的是()A．电场线方向由B指向A，该电荷受到的电场力越来越小B．电场线方向由B指向A，该电荷受到的电场力大小变化无法确定C．电场线方向由A指向B，该电荷受到的电场力大小不变D．电场线方向由B指向A，该电荷受到的电场力越来越大B[由题意，负电荷由静止开始从O向B运动，负电荷所受电场力方向从O到B，而场强方向与负电荷所受的电场力方向相反，则知场强方向由B指向A.由于电场线的分布情况未知，场强如何变化无法确定，电场力大小如何变化也无法确定，故B正确，A、C、D错误．]课堂识脉络小结知课堂小结知识脉络1.4个概念——电场、电场力、电场强度、电场线2.2个公式——E＝Fq，E＝kQr23.1个方法——比值定义法4.1个原理——电场强度叠加原理当堂固双基达标1．(多选)一带电粒子从电场中的A点运动到B点，轨迹如图中虚线所示．不计粒子所受重力，则()A．粒子带正电荷B．粒子加速度