2018-2019学年物理同步人教版选修3-1学案:第一章 第3节 电场强度 Word版含解析.pdf
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1、第第 3 节节电场强度电场强度 1.英国物理学家法拉第提出电场是电荷周围存在的一种特殊物质, 它对放入其中的电荷有力的作用。 英国物理学家法拉第提出电场是电荷周围存在的一种特殊物质, 它对放入其中的电荷有力的作用。 2电场强度是矢量,定义式为电场强度是矢量,定义式为 E 。电场中某点的电场强度的 。电场中某点的电场强度的 F q 方向规定为正电荷在该点所受的静电力的方向。方向规定为正电荷在该点所受的静电力的方向。 3电场线是为了形象描述电场而引入的假想线,是由法拉第首先 提出的。 其疏密程度表示电场的强弱, 其每点的切线方向表示 该点的电场强度方向。 电场线是为了形象描述电场而引入的假想线,是
2、由法拉第首先 提出的。 其疏密程度表示电场的强弱, 其每点的切线方向表示 该点的电场强度方向。 4匀强电场中各点电场强度的大小相等、方向相同,其电场线是 间隔相等的平行直线。 匀强电场中各点电场强度的大小相等、方向相同,其电场线是 间隔相等的平行直线。 一、电场 电场强度一、电场 电场强度 1电场电场 在电荷的周围存在着由它产生的电场,它能够传递电荷间的相互作用,其中静止电荷 产生的电场叫静电场。 在电荷的周围存在着由它产生的电场,它能够传递电荷间的相互作用,其中静止电荷 产生的电场叫静电场。 (1)电场和磁场统称为电磁场,电磁场是一种客观存在的特殊物质,也有能量、动量。电场和磁场统称为电磁场
3、,电磁场是一种客观存在的特殊物质,也有能量、动量。 (2)电荷之间的库仑力是通过电场发生的。电荷之间的库仑力是通过电场发生的。 (3)电场的基本性质就是对放入其中的电荷有力的作用。电场的基本性质就是对放入其中的电荷有力的作用。 2试探电荷与场源电荷试探电荷与场源电荷 (1)试探电荷:如图所示,带电小球试探电荷:如图所示,带电小球q是用来检验电场是否存在 及其强弱分布情况的,称为试探电荷,或检验电荷。 是用来检验电场是否存在 及其强弱分布情况的,称为试探电荷,或检验电荷。 (2)场源电荷:被检验的电场场源电荷:被检验的电场 是电荷是电荷 Q 所激发的,电荷所激发的,电荷 Q 称为场源电荷,或源电
4、荷。称为场源电荷,或源电荷。 3电场强度电场强度 (1)定义:放入电场中某点的电荷所受的静电力定义:放入电场中某点的电荷所受的静电力 F 跟它的电荷量跟它的电荷量 q 的比值,叫做该点的的比值,叫做该点的 电场强度。电场强度。 (2)定义式:定义式:E 。 。 F q (3)单位:牛单位:牛/库库(N/C),伏,伏/米米(V/m)。1 N/C1 V/m。 (4)方向:电场强度是矢量,电场中某点的电场强度的方向与正电荷在该点所受的静电方向:电场强度是矢量,电场中某点的电场强度的方向与正电荷在该点所受的静电 力的方向相同。力的方向相同。 (5)物理意义:电场强度是描述电场的力的性质的物理量,与试探
5、电荷受到的静电力大物理意义:电场强度是描述电场的力的性质的物理量,与试探电荷受到的静电力大 小无关。小无关。 二、点电荷的电场 电场强度的叠加二、点电荷的电场 电场强度的叠加 1点电荷的电场点电荷的电场 如图所示,场源电荷如图所示,场源电荷 Q 与试探电荷与试探电荷 q 相距为相距为 r, 则它们的库仑力, 则它们的库仑力 Fk qk ,所以电荷,所以电荷 q 处的电场强度处的电场强度 E k 。 Qq r2 Q r2 F q Q r2 (1)公式:公式:Ek 。 Q r2 (2)方向:若方向:若 Q 为正电荷,电场强度方向沿为正电荷,电场强度方向沿 Q 和该点的连线背离和该点的连线背离 Q;
6、若;若 Q 为负电荷,电为负电荷,电 场强度方向沿场强度方向沿 Q 和该点的连线指向和该点的连线指向 Q。 2电场强度的叠加电场强度的叠加 (1)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 系叫做电场强度的叠加。系叫做电场强度的叠加。 例如,图中例如,图中 P 点的电场强度,等于电荷点的电场强度,等于电荷Q1在该点产生的电场 强度 在该点产生的电场 强度 E1与电荷与电荷Q2在该点产生的电场强度在该点产生的电场强度 E2的矢量和。的矢量和。 (2)如图所示,均匀带电球体如图所示,均匀带电球体(
7、或球壳或球壳)外某点的电场强度:外某点的电场强度:Ek , Q r2 式中式中 r 是球心到该点是球心到该点 的距离的距离(rR),Q 为整个球体所带的电荷量。为整个球体所带的电荷量。 (3)电场强度是矢量,电场强度的叠加本质是 矢量叠加,所以应该用电场强度是矢量,电场强度的叠加本质是 矢量叠加,所以应该用 平行四边形定则。平行四边形定则。 三、电场线 匀强电场三、电场线 匀强电场 1电场线电场线 (1)定义:电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线,曲线上每点的切线方向表示该定义:电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线,曲线上每点的切线方向表示该 点的电场强度方向。点的电场强度方向。 (2)特
8、点:特点: 电场线从正电荷或无限远出发,终止于无限远或负电荷,是不闭合曲线。电场线从正电荷或无限远出发,终止于无限远或负电荷,是不闭合曲线。 电场线在电场中不相交,因为电场中任意一点的电场强度方向具有唯一性。电场线在电场中不相交,因为电场中任意一点的电场强度方向具有唯一性。 在同一幅图中,电场线的疏密反映了电场强度的相对大小,电场线越密的地方电场在同一幅图中,电场线的疏密反映了电场强度的相对大小,电场线越密的地方电场 强度越大。强度越大。 电场线不是实际存在的线,而是为了形象地描述电场而假想的线。电场线不是实际存在的线,而是为了形象地描述电场而假想的线。 2匀强电场匀强电场 (1)定义:电场强
9、度的大小相等、方向相同的电场。定义:电场强度的大小相等、方向相同的电场。 (2)电场线特点:匀强电场的电场线是间隔相等的平行线。电场线特点:匀强电场的电场线是间隔相等的平行线。 (3)实例:两块等大、靠近、正对的平行金属板,带等量异种电荷时,它们之间的电场 除边缘附近外就是匀强电场。 实例:两块等大、靠近、正对的平行金属板,带等量异种电荷时,它们之间的电场 除边缘附近外就是匀强电场。 1自主思考自主思考判一判判一判 (1)电场看不见,摸不着,因此电场实际不存在。电场看不见,摸不着,因此电场实际不存在。() (2)根据根据 E ,由于 ,由于 q 有正负,故电场中某点的场强有两个方向。有正负,故
10、电场中某点的场强有两个方向。() F q (3)在在 E 中场强大小与 中场强大小与 q 无关,同样在无关,同样在 Ek中场强大小与中场强大小与 Q 也无关。也无关。() F q Q r2 (4)Ek这个公式对于任何静电场都成立。这个公式对于任何静电场都成立。() Q r2 (5)电场线可以描述电场的强弱也能描述电场的方向。电场线可以描述电场的强弱也能描述电场的方向。() (6)电场线不是实际存在的线,而是为了形象地描述电场而假想的线。电场线不是实际存在的线,而是为了形象地描述电场而假想的线。() 2合作探究合作探究议一议议一议 (1)元电荷、点电荷、试探电荷是同一种物理模型吗?元电荷、点电荷
11、、试探电荷是同一种物理模型吗? 提示:不是同一种物理模型。元电荷是最小的电荷量,提示:不是同一种物理模型。元电荷是最小的电荷量,e1.6010 19 C;点电荷是一 种理想化的物理模型, 带电体的大小、 形状及电荷分布状况在所研究的问题中可以完全忽略 ; 试探电荷是指带电体的电荷量和尺寸很小,不会给原电场造成明显的影响。 ;点电荷是一 种理想化的物理模型, 带电体的大小、 形状及电荷分布状况在所研究的问题中可以完全忽略 ; 试探电荷是指带电体的电荷量和尺寸很小,不会给原电场造成明显的影响。 (2)根据电场强度的定义式根据电场强度的定义式 E ,是不是只有试探电荷 ,是不是只有试探电荷 q 存在
12、时,电场才存在?存在时,电场才存在? F q 提示:不是,电场是由场源电荷产生的,与试探电荷的存在与否没有关系。提示:不是,电场是由场源电荷产生的,与试探电荷的存在与否没有关系。 (3)为什么电场线不会相交?还有同学说两条电场线之间的空白区域无电场,你认为是 这样吗? 为什么电场线不会相交?还有同学说两条电场线之间的空白区域无电场,你认为是 这样吗? 提示:如果电场线相交,在交点处有两个“切线方向” ,就会得出同一点电场方向不唯 一的错误结论。另外电场线是为了形象研究电场,人为画出的一些线,在电场中任何区域 均可画电场线。而没画电场线的地方,即两条电场线之间的空白区域也有电场。 提示:如果电场
13、线相交,在交点处有两个“切线方向” ,就会得出同一点电场方向不唯 一的错误结论。另外电场线是为了形象研究电场,人为画出的一些线,在电场中任何区域 均可画电场线。而没画电场线的地方,即两条电场线之间的空白区域也有电场。 对电场强度的理解对电场强度的理解 1试探电荷与场源电荷的比较试探电荷与场源电荷的比较 试探电荷试探电荷场源电荷场源电荷 定义定义用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的电荷用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的电荷产生电场的电荷产生电场的电荷 要求要求电荷量和尺寸必须充分小,放入电场后,不影响原电场电荷量和尺寸必须充分小,放入电场后,不影响原电场无要求,可大可小无要求,可大可小 2
14、对电场强度公式对电场强度公式 E 的理解 的理解 F q (1)公式公式 E 是电场强度的定义式,该式给出了测量电场中某一点电场强度的方法,应 是电场强度的定义式,该式给出了测量电场中某一点电场强度的方法,应 F q 当注意,电场中某一点的电场强度由电场本身决定,与是否测量及如何测量无关。当注意,电场中某一点的电场强度由电场本身决定,与是否测量及如何测量无关。 (2)公式公式 E 可变形为 可变形为 FqE:电场强度:电场强度 E 与电荷量与电荷量 q 的乘积等于静电力的大小;正的乘积等于静电力的大小;正 F q 电荷所受静电力方向与电场强度方向相同,负电荷所受静电力方向与电场强度方向相反。电
15、荷所受静电力方向与电场强度方向相同,负电荷所受静电力方向与电场强度方向相反。 1一个检验电荷在电场中某点受到的电场力为一个检验电荷在电场中某点受到的电场力为 F,这点的电场强度为,这点的电场强度为 E,在下图中能 正确反映 ,在下图中能 正确反映 q、E、F 三者关系的是三者关系的是( ) 解析:选解析:选 D 电场中某点的电场强度由电场本身的性质决定,与放入该点的检验电荷 及其所受电场力无关, 电场中某点的电场强度由电场本身的性质决定,与放入该点的检验电荷 及其所受电场力无关,A、B 错误 ; 检验电荷在该点受到的电场力错误 ; 检验电荷在该点受到的电场力 FEq,F 与与 q 成正比,成正
16、比,C 错误,错误,D 正确。正确。 2关于电场强度的概念,下列说法正确的是关于电场强度的概念,下列说法正确的是( ) A由由 E 可知,某电场的场强 可知,某电场的场强 E 与与 q 成反比,与成反比,与 F 成正比成正比 F q B电场中某一点的场强与放入该点的试探电荷的正负无关电场中某一点的场强与放入该点的试探电荷的正负无关 C正、负试探电荷在电场中同一点受到的电场力方向相反,所以某一点场强方向与放 入试探电荷的正负有关 正、负试探电荷在电场中同一点受到的电场力方向相反,所以某一点场强方向与放 入试探电荷的正负有关 D电场中某一点不放试探电荷时,该点场强等于零电场中某一点不放试探电荷时,
17、该点场强等于零 解析:选解析:选 B E 是电场强度的定义式,某电场的场强 是电场强度的定义式,某电场的场强 E 与试探电荷的电荷量与试探电荷的电荷量 q、试、试 F q 探电荷受的电场力探电荷受的电场力 F 无关;故无关;故 A 错误。电场中某一点的场强取决于电场本身,与放入该点 的试探电荷的正负无关,故 错误。电场中某一点的场强取决于电场本身,与放入该点 的试探电荷的正负无关,故 B 正确。电场中某一点场强方向与正试探电荷受到的电场力方 向相同,与负试探电荷受到的电场力方向相反;正、负试探电荷在电场中同一点受到的电 场力方向相反;则某一点场强方向与放入试探电荷的正负无关,故 正确。电场中某
18、一点场强方向与正试探电荷受到的电场力方 向相同,与负试探电荷受到的电场力方向相反;正、负试探电荷在电场中同一点受到的电 场力方向相反;则某一点场强方向与放入试探电荷的正负无关,故 C 错误。某点不放试探 电荷时,该点的电场依然存在,故 错误。某点不放试探 电荷时,该点的电场依然存在,故 D 错误。错误。 3.把一个电荷量把一个电荷量 q10 6 C 的试探电荷, 依次放在正点电荷 的试探电荷, 依次放在正点电荷 Q 周 围的 周 围的A、 B两处, 如图所示,受到的电场力大小分别是两处, 如图所示,受到的电场力大小分别是FA510 3 N, , FB310 3 N。 。 (1)画出试探电荷在画
19、出试探电荷在 A、B 两处的受力方向;两处的受力方向; (2)求出求出 A、B 两处的电场强度;两处的电场强度; (3)若在若在 A、B 两处分别放上另一个电荷量为两处分别放上另一个电荷量为 q10 5 C 的电荷,该电荷受到的电 场力为多大? 的电荷,该电荷受到的电 场力为多大? 解析:解析:(1)试探电荷在试探电荷在 A、B 两处的受力方向沿试探电荷与点电荷两处的受力方向沿试探电荷与点电荷 Q 的连线指向的连线指向 Q,如图中,如图中 FA、FB所示。所示。 (2)A、B 两处的电场强度的大小分别为两处的电场强度的大小分别为 EA N/C5103 N/C FA |q| 5 10 3 10
20、6 EB N/C3103 N/C FB |q| 3 10 3 10 6 电场强度的方向与负试探电荷的受力方向相反, 因此电场强度的方向与负试探电荷的受力方向相反, 因此 A、 B 两处电场强度的方向分别沿 两点与点电荷 两处电场强度的方向分别沿 两点与点电荷 Q 的连线背离的连线背离 Q,如图中,如图中 EA、EB所示。所示。 (3)当在当在 A、 B 两处放上电荷两处放上电荷 q时, 它受到的电场力分别为时, 它受到的电场力分别为 FAEAq510310 5 N510 2 N, ,FBEBq310310 5 N 310 2 N。方向与电场强度的方向相同。 。方向与电场强度的方向相同。 答案:
21、见解析答案:见解析 公式公式 E 与 与 Ek的对比的对比 F q Q r2 1电场强度公式电场强度公式 E 与 与 Ek的比较的比较 F q Q r2 EF q EkQ r2 物理含义物理含义是电场强度大小的定义式是电场强度大小的定义式是真空中点电荷电场强度的决定式是真空中点电荷电场强度的决定式 引入过程引入过程 Fq,但,但 E 与与 F、q 无关,无关,E 是反映某 点处电场的性质 是反映某 点处电场的性质 由由 E 和库仑定律导出, 和库仑定律导出,E 由由 Q、r F q 决定决定 适用范围适用范围适用于一切电场适用于一切电场在真空中,场源电荷在真空中,场源电荷 Q 是点电荷是点电荷
22、 2计算电场强度的几种方法计算电场强度的几种方法 方法方法适用情况适用情况 用定义式用定义式 E 求解 求解 F q 常用于涉及试探电荷或带电体的受力情况常用于涉及试探电荷或带电体的受力情况 用用 Ek求解求解 Q r2 仅适用于真空中的点电荷产生的电场仅适用于真空中的点电荷产生的电场 利用叠加原理求解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常用于涉及空间的电场是由多个电荷共同产生的情景 典例典例 多选多选下列说法正确的是下列说法正确的是( ) A公式公式 E 是电场强度的比值定义式,适用于一切电场 是电场强度的比值定义式,适用于一切电场 F q B电场强度定义式电场强度
23、定义式 E 为我们提供了一种计算静电力的方法,即 为我们提供了一种计算静电力的方法,即 FEq F q C根据根据 Ek ,点电荷电场强度与场源电荷,点电荷电场强度与场源电荷 Q 成正比,与距离成正比,与距离 r 的平方成反比的平方成反比 Q r2 D等量异种电荷的连线上,中点的场强为零等量异种电荷的连线上,中点的场强为零 解析解析 电场强度的定义式 电场强度的定义式 E , 适用于一切电场, 所以 , 适用于一切电场, 所以 A 正确。 电场强度定义式正确。 电场强度定义式 E F q ,变形为,变形为 FEq,即可求解静电力,所以,即可求解静电力,所以 B 正确。从公式正确。从公式 E可以
24、知道,点电荷电场可以知道,点电荷电场 F q kQ r2 强度与场源电荷强度与场源电荷 Q 成正比,与距离成正比,与距离 r 的平方成反比,所以的平方成反比,所以 C 正确。等量异种电荷的连线上, 中点的场强不为零,只有等量同种电荷中点电场强度才为零,故 正确。等量异种电荷的连线上, 中点的场强不为零,只有等量同种电荷中点电场强度才为零,故 D 错误。错误。 答案答案 ABC (1)电场强度的叠加符合矢量合成法则,多个点电荷形成的电场求合电场强度时,可根 据题目的特点依照合适的步骤进行,以简化解题过程。 电场强度的叠加符合矢量合成法则,多个点电荷形成的电场求合电场强度时,可根 据题目的特点依照
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- 2018-2019学年物理同步人教版选修3-1学案:第一章 第3节 电场强度 Word版含解析 2018 2019 学年 物理 同步 人教版 选修 第一章 电场 强度 Word 解析
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