2019-2020学年物理高中粤教版选修3-1课件：第1章 第3节 电场强度 (数理化网).pptx
第三节 电场强度,目标导航,预习导引,目标导航,预习导引,一,二,三,四,一、电场 电场是电荷周围存在的一种看不见、摸不着、无法称量的物质,电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用,电荷间的相互作用是通过电场实现的.,电场强度的定义式为 ,由公式可知电场中某点的电场强度E与F成正比,与q成反比,你认为这种说法正确吗? 答案：这种说法错误.因为电场中某点的电场强度大小由电场本身决定,与该点是否有试探电荷无关.公式 只是计算电场中某点电场强度的一种方法.,目标导航,预习导引,一,二,三,四,二、电场强度 电场强度是描述电场力的性质的物理量. 1.定义:放入电场中某一点的试探电荷受到的电场力与它的电荷 量的比值,叫做这一点的电场强度.定义式: ,单位:N/C. 2.方向:规定放在电场中某一点的正电荷所受到的电场力的方向为该点的电场强度方向.,目标导航,预习导引,一,二,三,四,三、电场线 为描绘电场,在电场中画出一些曲线,使曲线上每一点的切线方向都与该点的电场强度方向一致,这样的曲线称为电场线.电场是客观存在的物质,但电场线只是人们为了形象地描绘电场而人为地绘出的曲线.在电场中,电场线分布越密,则该区域电场强度越大,电场线分布越稀疏,则电场强度越小,电场线上某点的切线方向表示该处电场方向.,目标导航,预习导引,一,二,三,四,四、电场强度的计算 如果有几个点电荷同时存在,它们的电场就互相叠加.合电场中某点的电场强度等于各个电荷单独作用时在该点产生的电场强度的矢量和. 各个电荷单独存在时在该点产生的电场强度称为分电场强度,该点真实存在的电场强度为合电场强度,合电场强度与分电场强度之间遵循平行四边形定则. 如图所示,带箭头的直线是在某一电场中的一条电场线,试比较这条电场线上的A、B两点的电场强度的大小. 答案：题图中仅画出一条电场线,不知道A、B附近电场线的分布情况,无法确定EA和EB的大小情况.,知识精要,思考探究,典题例解,一,二,三,迁移应用,一、电场及电场强度 1.对电场强度的理解电场存在于带电体周围,是一种物质.电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用.电场中不同的地方,对电荷的作用力一般是不同的.为了描述电场的这一特性,引入了电场强度这一物理量. (1)电场强度是用比值定义法定义的,即 ,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电场力. (2)电场强度的定义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的电荷量无关,与该点有没有试探电荷无关,是由电场本身的性质决定的,对于电场中的同一点,比值 是一定的. (3)电场强度描述了电场的强弱,是矢量,其方向跟在该点的正电荷受电场力的方向相同.,知识精要,思考探究,典题例解,一,二,三,迁移应用,2.电场力与电场强度的区别与联系,知识精要,思考探究,典题例解,一,二,三,迁移应用,电场强度描述的对象是电场,而电场力的受力对象是放在电场中的电荷.如果知道了电荷所在位置的电场强度,就能很方便地求出电荷在该处受到的电场力,因而,要解决电场力的问题,往往要首先明确电场强度.,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,打开自来水龙头,然后将水流变细,再用带电的橡胶棒去靠近水流.发现水流偏向带电棒一侧.请你探究分析: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：因为带电棒周围产生了电场,带电棒通过电场与水流发生相互作用,吸引水流.,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,【例1】场源电荷Q=2×10-4 C,是正点电荷.试探电荷q=-2×10-5 C,它们相距r=2 m而静止,且都在真空中,如图所示.求: (1)q受的电场力. (2)q所在的B点的电场强度EB. (3)只将q换为q'=4×10-5 C的正点电荷,再求q'受力及B点的电场强度. (4)将试探电荷拿去后再求B点电场强度.,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,(4)因E与q无关,q=0也不会影响E的大小与方向,所以拿走试探电荷后电场强度不变.,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,答案：见解析,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,电场中有一点P,下列哪种说法是正确的( ) A.若放在P点的电荷的电荷量减半,则P点的电场强度减半 B.若P点没有试探电荷,则P点电场强度为零 C.P点电场强度越大,则同一电荷在P点所受电场力越大 D.P点的电场强度方向为试探电荷在该点的受力方向 答案：C 解析：为了知道电场中某点的电场强度,可以把一个试探电荷放入该点,其受到的电场力F与自身的电荷量q的比值 可反映该点电场强度的大小,但该点的电场强度由电场本身决定,与试探电荷的电荷量多少、电性无关,所以A、B错;由 得F=Eq,当q一定时,E越大,F越大,所以C正确;电场中某点的电场强度方向规定为正电荷在该点时受到的电场力方向,与负电荷受力的方向相反,D错.,一,二,三,知识精要,典题例解,迁移应用,二、点电荷的电场和电场强度的叠加 1.对电场强度的两个公式的理解 (1) 是电场强度的定义式,适用于任何电场.电场中某点的电场强度是确定值,其大小和方向与试探电荷q无关,试探电荷q只是充当“测量工具”的作用. (2) 是真空中点电荷所形成的电场的决定式.E由场源电荷Q和场源电荷到某点的距离r决定. 2.电场强度的叠加与力的合成类似,同样遵循平行四边形定则,力的合成的一些方法(如矢量三角形法)对电场强度的叠加也同样适用.,一,二,三,知识精要,典题例解,迁移应用,【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点处电场强度的大小和方向分别为( ),一,二,三,知识精要,典题例解,迁移应用,答案：B,一,二,三,知识精要,典题例解,迁移应用,一,二,三,知识精要,典题例解,迁移应用,一,二,三,知识精要,典题例解,迁移应用,1.如图所示,已知QA=+1.0×10-10 C,A、B两小球相距3 cm,均用细绝缘线悬挂,在水平方向匀强电场中保持静止,悬线呈竖直方向,则匀强电场的电场强度大小为 ,方向 . 答案：103 N/C 向左,一,二,三,知识精要,典题例解,迁移应用,解析：小球A带正电,小球B带电未知,两小球均处于平衡状态,每个小球在水平方向所受合外力为零.如果两球均带正电,两球之间的库仑力方向相反,而所受电场的作用力方向相同,有一个小球不能停在图中所示的位置.由此可知小球B一定带负电. B球所受匀强电场的作用力方向一定向右,而电场强度的方向一定向左.,一,二,三,知识精要,典题例解,迁移应用,2.如图所示,用绝缘细线拴一个质量为m的小球,小球在竖直向下的电场强度为E的匀强电场中的竖直平面内做匀速圆周运动,则小球带 电荷,所带电荷量为 .,解析：对小球受力分析,可知,小球受的重力与电场力平衡方可在竖直平面内做匀速圆周运动,故小球带负电,且mg=qE,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,三、电场线与匀强电场 1.用电场线可以表示电场的方向,电场线上每一点的切线方向表示该点的电场强度方向,并且这些电场线都是空间分布的. 2.电场线是从正电荷(无限远)出发,终止于无限远(负电荷). 3.在同一电场中电场线不可能相交,表示了电场中电场强度方向的唯一性. 4.在同一图中,可以用电场线的疏密来表示电场强度的相对大小. 5.电场中实际上并不存在电场线,但电场线是形象描述电场的有效工具. 6.电场线绝不能等同于带电粒子在电场中的运动轨迹.二者重合的条件是电场线是直线,带电粒子受力沿电场线方向,带电粒子的初速度为零或沿电场线所在直线. 7.匀强电场的电场线是间距相等且相互平行的直线.,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,电场中任何两条电场线能相交吗?能闭合吗?为什么?电场线的疏密表示什么?实际存在电场线吗? 答案：(1)电场中任何两条电场线都不能相交. (2)电场线也不闭合. (3)因为电场中任一点的电场强度的大小和方向都是唯一确定的.如果两条电场线相交,就不能唯一地确定出电场强度的方向.同时在相交点处电场线密不可分,因而也不可能反映出电场强度的大小. (4)电场线的疏密程度表示电场强度的大小,电场线越密的地方,电场强度越大;电场线越稀疏的地方,电场强度越小. (5)电场线是为描述电场而引入的一种假想曲线,实际上电场中并不存在电场线.,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,【例3】如图所示,静电场的一部分电场线分布,下列说法正确的是( ) A.这个电场可能是负点电荷的电场 B.点电荷q在A点受到的电场力比在B点受到的电场力大 C.点电荷q在A点的瞬时加速度比在B点的瞬时加速度小(不计重力) D.负电荷在B点受到的静电力的方向沿B点E的方向,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,思路分析：了解各种常见的电场线分布情况,知道电场线疏密代表大小,切线方向代表电场方向.能判断正、负电荷受力方向. 解析：负电荷的电场线是自四周无穷远处不同方向指向负电荷的直线,故A项错.电场线越密的地方电场强度越大,由图知EAEB,又因F=qE,所以FAFB,故B项正确.由 知,aF,而FE,EAEB,所以aAaB,故C项错.B点E的方向即为正电荷在B点的受力方向,而负电荷所受电场力的方向与其相反,故D项错. 答案：B,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,1.(多选)如图所示,两个点电荷在真空中所产生电场的电场线(方向未标出).图中C点为两点电荷连线的中点,MN为两点电荷连线的中垂线,D为中垂线上的一点,电场线的分布关于MN左右对称.则下列说法中正确的是( ) A.这两点电荷一定是等量异种电荷 B.这两点电荷一定是等量同种电荷 C.D、C两点的电场强度方向一定相同 D.C点的电场强度比D点的电场强度小,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,答案：AC 解析：由电场线分布的特征可知,产生电场的电荷一定是等量异种电荷,A正确;D、C两点电场线的密度不同,D、C两点的电场强度大小不同,但方向相同,故C正确;C、D两点电场线疏密相比C点电场线的密集,电场强度大,D不正确.,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,2.某电场的电场线分布如图所示,下列说法正确的是( ) A.c点的电场强度大于b点的电场强度 B.若将一试探电荷+q由a点释放, 它将沿电场线运动到b点 C.b点的电场强度大于d点的电场强度 D.a点和b点的电场强度的方向相同 答案：C 解析：电场线的疏密表征了电场强度的大小,由题图可知EaEc,EbEd,EaEc,故选项C正确,选项A错误.由于电场线是曲线,由a点释放的正电荷不可能沿电场线运动,故选项B错误.电场线的切线方向为该点电场强度的方向,a点和b点的切线不在同一条直线上,故选项D错误.,知识链接,案例探究,类题试解,复合场问题分析 电场和重力场可以同时占据同一空间从而形成叠加,这类问题我们可以根据力的独立作用原理分别研究每一种场力对物体的作用效果,可用正交分解法处理;也可以同时研究电场和重力场共同作用的效果,将叠加场等效为一个简单场,与重力场中的力学问题进行类比,利用力学规律和方法进行分析和解答.,知识链接,案例探究,类题试解,半径为r的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内,环上套有一质量为m、带正电的小球,空间存在水平向右的匀强电场.如图所示,小球所受静电力是其重力的 .将小球从环上最低位置A点由静止释放,则: (1)小球所能获得的最大动能是多少? (2)小球对环的最大压力是多大?,知识链接,案例探究,类题试解,则小球从A点由静止释放后,从A到B过程中做加速运 动,且B是等效重力场的最低点,B点动能最大,由动能定理得F合r(1-cos )=Ek,解得B点最大动能Ek= mgr.,知识链接,案例探究,类题试解,(2)设小球在B点受圆环弹力为N,小球在等效重力和环的支持力作用下做圆周运动,在等效重力场的最低点处小球对环的压力最大,知识链接,案例探究,类题试解,知识链接,案例探究,类题试解,知识链接,案例探究,类题试解,如图所示,水平放置的平行金属板间有匀强电场.一根长为l的绝缘细绳一端固定在O点,另一端系有质量为m并带有一定电荷的小球.小球原来静止在C点.当给小球一个水平速度后,它能在竖直面内绕O点做匀速圆周运动.若将两板间的电场强度为原来的3倍,求:要使小球从C点开始在竖直面内绕O点做圆周运动,至少要给小球多大的水平速度?在这种情况下,在小球运动过程中细绳所受的最大拉力是多大?,知识链接,案例探究,类题试解,解析:设原来的电场强度为E,小球电荷量是q.由题意可知qE=mg,两者方向相反.当电场强度变为原来的3倍时,则电场力与重力的合力F合=3qE-mg=2mg,方向向上,即等效重力的大小为2mg,C点为等效最高点.要使小球恰好能在竖直平面做圆周运动,必须有F向,
