第1章 3 静电场 电场强度和电场线（课件PPT）-【精讲精练】2024-2025学年高中物理必修第三册（教科版2019）

3　静电场　电场强度和电场线 第一章　静电场 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 目 录 预习案 01 探究案 02 知能达标训练 04 CONTENTS 提升案 03 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 预习案 必备知识·问题导学 01 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 电场 电荷 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 小 电场力 电荷量 强弱和方向 牛每库 N/C 正 相反 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 静电力 场源电荷 向外 向内 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 切线 正电荷 无限远处 不相交 较密 较疏 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 相同 平行直线 相等 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 矢 矢量和 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 探究案 关键能力·互动探究 02 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 提升案 随堂演练·基础落实 03 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 谢谢观看 返回目录 第一章　静电场 物理·必修 第三册(配JK版) 1 [学业要求与核心素养] 1．知道电场是客观存在的一种特殊物质。 2．理解电场强度及其定义式，并能用该公式进行有关计算。 3．掌握点电荷的电场和电场强度的叠加。 4．知道电场线的概念，了解几种典型电场线分布特点。 一、静电场 阅读教材，并回答： 1．两个物体之间发生相互作用的方式有几种？教材图1­3­1中A、B两带电体之间是怎样发生相互作用的？ 答：两种　通过电场 2．教材图1­3­1中： 两电荷不直接接触，它们之间有相互作用力，请结合下图说明。 (1)电荷A对电荷B的作用力是如何产生的？ (2)电荷B对电荷A的作用力是如何产生的？ 答：(1)电荷A产生的电场对电荷B产生力的作用 (2)电荷B产生的电场对电荷A产生力的作用。 [概念·规律] 1．电场：电荷在它周围空间产生________，电荷之间的相互作用是通过电场产生的。 2．电场力：电场对________的作用力。 二、电场强度 阅读教材，并回答： 1．教材图1­3­2中， 场源电荷是电量为Q的点电荷，A、B是其电场中两点，距离分别为r和2r。现将电量为q、2q、3q的检验电荷依次放在A、B两点，请分别确定检验电荷所受静电力的大小(静电力常量为k)。 对下表中的数据分别进行纵向和横向的对比分析，你得到什么结论？ 电荷电量 q 2q 3q 在A点受力 eq \f(kQq,r2) eq \f(2kQq,r2) eq \f(3kQq,r2) 在B点受力 eq \f(kQq,4r2) eq \f(2kQq,4r2) eq \f(3kQq,4r2) 答：计算发现eq \f(F,q)＝keq \f(Q,r2)不变，并且在不同位置测量这个比值，结果也不相同，这个结果跟该点试探电荷的电荷量无关，而与产生电场的场源电荷的电荷量Q及A、B点与场源电荷之间的距离有关。 2．如图所示，真空中有一个电荷量为＋Q的点电荷位于图中的O点，P点与它的距离为r，请根据库仑定律及场强定义推导出P点场强大小的表达式，并确定P点电场强度的方向。 答：见教材 [概念·规律] 1．检验电荷 是研究电场的工具，其电荷量和体积都很______。 2．电场强度 (1)定义：检验电荷所受__________与__________的比值，简称场强。 (2)物理意义：表示电场的______________。 (3)定义式及单位：E＝________，单位__________，符号__________。 (4)矢量性：电场强度的方向与该点______电荷所受静电力的方向相同，与负电荷在该点所受静电力的方向________。 eq \f(F,q)　 3．真空中点电荷的电场 (1)场强公式：E＝________，其中k是__________常量，Q是____________的电荷量。 (2)方向：如果以Q为中心作一个球面，当Q为正电荷时，E的方向沿半径________；当Q为负电荷时，E的方向沿半径________。 keq \f(Q,r2)　 三、电场线 阅读教材，并回答： 1．如图所示的＋Q电场中各点的电场强度方向如何确定？ 答：根据E＝eq \f(F,q)，设想把＋1 C的电荷放在某点，该电荷受到的电场力的大小等于该点场强的大小，受力方向与该点的场强方向一致。 2．电场看不见、摸不着，能否用一种形象的方式来描述呢？试说出电场线的定义。 答：见教材 3．试着画出正点电荷、负点电荷、等量同种点电荷、等量异种点电荷这些电场的电场线分布。 答：见教材 [概念·规律] 1．电场线 (1)概念：电场线是这样一种线，每一点的________方向都与该点的电场强度方向一致。 (2)特点 ①电场线起始于__________或无限远处，终止于____________或负电荷。 ②电场线在电场中__________、不中断。 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________。 2．匀强电场 (1)概念：如果电场中各点电场强度的大小和方向都________，这样的电场叫作匀强电场。 (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，电场线疏密程度________。 四、电场叠加原理 场强是______量，如果场源是多个点电荷时，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__________。 探究点一　对电场强度的理解 [交流讨论] 1．把一个试探电荷＋q放在电场中的一点A上，其受到电场力的大小为F，方向向东。如果把试探电荷＋q取走，则该点的场强是否为零？若把试探电荷－q放在A点，其受力方向如何？该点的电场强度是否改变？ 答：不　向西　不变 2．结合本节教材“例题示范”中图1­3­4，以点电荷为球心的同一球面上各点的电场强度有何特点？ 答：大小相等，方向沿半径。 3．完成本节教材“自我评价”第3题。 [归纳总结] 1．电场强度的大小和方向都是由电场本身所决定的，与试探电荷无关。 2．公式E＝eq \f(F,q)可变形为F＝qE，正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。 　点电荷是最简单的场源电荷，如图为描述某负点电荷产生静电场的电场线。a、b为同一条电场线上的两个点，a点到场源电荷的距离为r，b点到场源电荷的距离为2r。其电场强度大小分别为Ea、Eb。将一试探电荷置于a点，试探电荷所受静电力大小为F，则该试探电荷在b点所受静电力的大小为(　　) A．2F　　　　　　　 B．4F C.eq \f(F,2) D.eq \f(F,4) [解析]　根据F＝keq \f(Qq,r2)，b点到场源电荷的距离是a点到场源电荷的距离的2倍，则该试探电荷在b点所受静电力的大小为eq \f(F,4)，故选D。 答案　D [变式]　在例题中若将一电荷量为－q的试探电荷置于a点，受到的静电力为F。若把试探电荷换成电荷量为＋2q的试探电荷，则a点的电场强度Ea为(　　) A.eq \f(F,q)　方向与F方向相同 B.eq \f(F,q)　方向与F方向相反 C.eq \f(F,2q)　方向与F方向相同 D.eq \f(F,2q)　方向与F方向相反 答案　B 1．(多选)由电场强度的定义式E＝eq \f(F,q)可知，在电场中的同一点(　　) A．电场强度E跟F成正比，跟q成反比 B．无论试探电荷所带的电荷量如何变化，eq \f(F,q)始终不变 C．电场中某点的电场强度为零，则在该点的电荷受到的静电力一定为零 D．一个不带电的小球在P点受到的静电力为零，则P点的电场强度一定为零 答案　BC 探究点二　点电荷的电场　电场强度的叠加 1．点电荷场强公式：E＝keq \f(Q,r2)。 2．E＝eq \f(F,q)与E＝keq \f(Q,r2)的比较 　　　　公式 比较内容　　　 E＝eq \f(F,q) E＝keq \f(Q,r2) 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 3．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)；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。 　在xOy直角坐标系中，A、B的坐标分别为(－l,0)和(l,0)，C点在y轴上，A、B、C为等边三角形的顶点，在A、B点分别固定电荷量为＋Q和－Q的点电荷。求： (1)O点的电场强度大小和方向； (2)C点的电场强度大小和方向。 [解析]　(1)A、B两点处电荷的电场在O点产生的场强方向都沿x轴正向，大小相等，所以O点场强方向为x轴正向，EO＝eq \f(kQ,l2)＋eq \f(kQ,l2)＝eq \f(2kQ,l2)。 (2)A、B两点处电荷的电场在C点产生的场强E1、E2大小相等，E1＝E2＝eq \f(kQ,4l2)，方向与水平线夹角均为60°，如图所示。则C点的电场强度大小为EC＝2E1cos 60°＝eq \f(kQ,4l2)，方向水平向右。 [答案]　(1)eq \f(2kQ,l2)，方向为x轴正向　(2)eq \f(kQ,4l2)，方向水平向右 [变式1]　在例题中，若A、B两点放等量异种点电荷，已知A、B连线中点处的电场强度为E，则C点的电场强为(　　) A.eq \f(1,8)E　　　　　　　 B.eq \f(1,4)E C.eq \f(1,8)E D.eq \f(1,4)E 解析　设等边三角形的边长为L，A、B两点的电荷量大小为Q，A、B连线中点处的电场强度为E＝2eq \f(kQ,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(L,2)))2)＝eq \f(8kQ,L2)，C点的电场强度为EC＝2eq \f(kQ,L2)cos 60°＝eq \f(1,8)E，故A正确，B、C、D错误。 答案　A [变式2]　在例题中，若O点为三角形的中心，D为AC的中点。在A、B、C三点分别放置点电荷，O点的电场强度为0；撤去B点的点电荷，则O点的电场强度大小为E，沿OB方向。若将B点的点电荷移到D点，则O点的电场强度大小为(　　) A．2E B．3E C．4E D．5E 解析　三个点电荷在O点的合电场强度为0，则B点的点电荷在O点产生的电场强度与其余两个点电荷在O点产生的电场强度等大反向，又将B点的点电荷撤去时，O点的电场强度为E合，沿OB方向，如图所示，又由题可知B点的点电荷在O点产生的电场强度大小为E，沿BO方向，即E合＝E。由于在A、B、C三点分别放置点电荷，O点的电场强度为0，可知B点在O点产生的与E合大小相等，且O点是等边三角形的中心，即有BO＝2OD，满足EB＝E＝keq \f(QB,2x2)，将B点的点电荷移到D点，其在O点产生的电场强度大小为E合′＝keq \f(QB,2x2)＋keq \f(QB,x2)＝E＋4E＝5E，故选D。 答案　D 2.(2021·湖南卷)如图，在(a,0)位置放置电荷量为q的正点电荷，在(0，a)位置放置电荷量为q的负点电荷，在距P(a，a)为eq \r(2)a的某点处放置正点电荷Q，使得P点的电场强度为零。则Q的位置及电荷量分别为(　　) A．(0,2a)，eq \r(2)q　　　　 B．(0,2a)，2eq \r(2)q C．(2a,0)，eq \r(2)q D．(2a,0)，2eq \r(2)q 解析　根据点电荷场强公式E＝keq \f(Q,r2) 两异种点电荷在P点的场强大小为E0＝eq \f(kq,a2)， 方向如图所示 两异种点电荷在P点的合场强为 E1＝eq \r(2)E0＝eq \r(2) eq \f(kq,a2)，方向与＋q点电荷与－q点电荷的连线平行如图所示 Q点电荷在P点的场强大小为E2＝keq \f(Q,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\r(2)a))2)＝eq \f(kQ,2a2) 三点电荷的合场强为0，则E2方向如图所示，大小有E1＝E2 解得Q＝2eq \r(2)q 由几何关系可知Q的坐标为(0,2a) 故选B。 答案　B 探究点三　电场线的理解和应用 [交流讨论] 1．教材图1­3­9和图1­3­10用实验来模拟电场线，电场线是真实存在的吗？ 答：不是。 2．带电粒子的运动轨迹与电场线重合需要满足什么条件？ 答：初速度为零且电场线是直线或初速度不为零且初速度方向与电场线平行。 [归纳总结] 1．比较电场强度大小：电场强度大的地方电场线密，电场强度小的地方电场线疏，故根据电场线的疏密可以比较电场强度的大小。 2．确定电场强度方向：电场线上每点的切线方向就是该点电场强度的方向。 　如图所示是某静电场的一部分电场线分布情况，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点处受到的静电力比在B点处受到的静电力大 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．负电荷在B点处受到的静电力的方向沿B点切线方向 [解析]　电场线的疏密反映了电场强度的大小，而加速度的大小关键是看静电力的大小。判断A、B两处电场线的疏密是解答本题的关键。负点电荷的电场线是从四周无限远处不同方向指向负点电荷的直线，故A错误；电场线越密的地方电场强度越大，由图知EA＞EB，由F＝qE可知FA＞FB，故B正确；由a＝eq \f(F,m)知，a∝F，所以aA＞aB，故C错误；负电荷在B点受到的静电力的方向与B点电场强度的方向相反，故D错误。 [答案]　B 3．(2023·温州期末)一个正点电荷的电场线分布如图所示，将电子分别放置于电场中的A、B两点，下列说法中正确的是(　　) A．A点的电场强度小于B点的电场强度 B．电子在A点所受的静电力小于在B点所受的静电力 C．电子在A点所受的静电力方向与电场线指向相同 D．电子在B点所受的静电力方向与电场线指向相反 解析　电场线的疏密表示电场的强弱，可知A点的电场强度大于B点的电场强度，电子在A点所受的静电力大于B点所受的静电力，故A、B错误；电子在A点所受的静电力方向与电场强度的方向相反，故C错误；电子在B点所受的静电力方向与电场强度的方向相反，故D正确。 答案　D 1．(电场强度的理解)如图，在一点电荷附近a、b点放置试探电荷测量其受力，下列试探电荷受力F与电荷量q的关系图中，正确的是(　　) 解析　电场强度的定义式E＝eq \f(F,q)，即F­q图像的斜率表示场强的大小，而试探电荷的电量越大，同一点所受的电场力越大，即电场力关于电量q为增函数；根据点电荷周围的场强决定式E＝eq \f(kQ,r2)可知Ea>Eb ，故选B。 答案　B 2.(点电荷的电场和电场强度的叠加)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点处的点电荷移到P点，则O点的场强大小变为E2，E1与E2之比为(　　) A．1∶2　 B．2∶1　　 C．2∶eq \r(3)　 D．4∶eq \r(3) 解析　设半圆弧的半径为r，M、N两点的点电荷的电荷量分别为Q和－Q，M、N两点的点电荷在O点所产生的场强均为E＝keq \f(Q,r2)，则O点的合场强E1＝keq \f(Q,r2)＋keq \f(Q,r2)＝2keq \f(Q,r2)。当N点处的点电荷移到P点时，O点场强如图所示，合场强大小为E2＝keq \f(Q,r2)，则E1与E2之比为2∶1。 答案　B 3．空间中三点A、B和C是直角三角形的三个顶点，且AB＝4 cm，∠CAB＝37°，现将点电荷QA和QB分别放在A、B两点，测得C点的场强为EC＝8 N/C，方向如图所示，求： (1)QA产生的电场在C点的电场强度大小和方向； (2)QA电荷量大小； (3)若在C点放一个q＝－2×10－8 C的试探电荷，这个试探电荷受到的静电力大小和方向。 解析　(1)如图所示，根据矢量叠加法则可知QA在C点产生的电场强度方向一定由C指向A，而QB在C点产生的电场强度方向一定由B指向C，所以有EC＝EAcos 37°，解得EA＝10 N/C。 (2)根据前面分析可知QA带负电，根据几何关系可得 AC＝eq \f(AB,cos 37°)＝5 cm 根据点电荷场强公式有EA＝keq \f(QA,AC2)，解得QA＝eq \f(25,9)×10－12 C。 (3)试探电荷受到的静电力大小为F＝|q|EC＝1.6×10－7 N 由于试探电荷带负电，所以F的方向与EC的方向相反，为水平向右。 答案　(1)10 N/C，由C指向A　(2)eq \f(25,9)×10－12 C　(3)1.6×10－7 N，水平向右 4．(电场强度的计算)如图所示，相距为2d的A和B两点上固定着等量异种的两个点电荷，电荷量分别为＋Q和－Q。在AB连线的中垂线上取一点P，垂足为O，∠PAO＝30°。 (1)求P点的场强的大小和方向； (2)在中垂线上何处场强最大，场强最大值为多少？ 解析　(1)如图所示，P点场强是正、负电荷在P点产生场强的矢量和。由E＝keq \f(Q,r2)得Ep＝2Ecos α＝eq \f(2kQcos3 α,d2)＝eq \f(3\r(3)kQ,4d2)，方向向右。 (2)由上式表明，当α＝0时，即在O点处场强最大，最大值为Epmax＝eq \f(2kQ,d2)，方向向右。 答案　(1)eq \f(3\r(3)kQ,4d2)，方向向右 (2)O点处，Epmax＝eq \f(2kQ,d2) $$