第1章 第3节 电场与电场强度（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理必修第三册（鲁科版2019）福建专版

电场与电场强度 (强基课——逐点理清物理观念) 第 3 节 课标要求 层级达标 1.知道电场是一种物质。 2.了解电场强度,体会用物理量之比定义新物理量的方法。 3.会用电场线描述电场。 学考 层级 1.形成初步的电场的观念,并能够运用电场的定义解释相关的自然现象。 2.理解电场强度的定义,体会用物理量之比定义新物理量的方法。 3.通过电场线描述电场,加深对电场强度的认识。 选考 层级 通过静电场的实验探究,能够运用点电荷、试探电荷分析静电场问题。 1 逐点清(一)　电场及电场力　电场强度 2 逐点清(二)　电场线 3 课时跟踪检测 CONTENTS 目录 逐点清(一)　电场及电场力　电场强度 1.静电场 (1)电荷之间的相互作用是通过______传递的。 (2)_________ 产生的电场称为静电场。 (3)电场是_________的一种形式。 2.电场力 电场对处在其中的______的作用力。 多维度理解 电场 静止电荷 物质存在 电荷 3.场源电荷和试探电荷 电场最明显的特征就是对置入其中的电荷有____的作用,激发电场的电荷被称为__________或源电荷,检验电场是否存在或强弱分布的电荷称为_________或_________。 4.电场强度 (1)定义:放入电场中某点的试探电荷受到的________与它的________之比,称为该点的电场强度,简称场强,用字母E表示。 力 场源电荷 试探电荷 检验电荷 电场力F 电荷量q (2)公式:______。 (3)方向:与_______在该点所受电场力的方向相同。 (4)单位:牛顿每库仑,符号:_____。 (5)物理意义:描述电场的力的性质的物理量,反映了电场的______。 E= 正电荷 N/C 强弱 [微点拨]　电场强度的三个性质 性质 理解 矢量性 电场强度既有大小,又有方向。电场强度的方向与正电荷所受电场力方向相同 唯一性 电场中某点的电场强度是唯一的,由电场本身决定,与放在该点的试探电荷的电荷量q及其所受电场力F无关 叠加性 若在某一空间中有多个电荷,则该点的电场强度等于所有电荷在该点的电场强度的矢量和 1.电场中有一点P,下列说法正确的是 (　 ) A.若放在P点的试探电荷的电荷量加倍,则P点的场强加倍 B.若P点没有试探电荷,则P点的场强为零 C.P点的场强越小,则同一电荷在P点受到的电场力越小 D.P点的场强方向就是试探电荷在该点的受力方向 全方位练明 √ 解析:若放在P点的试探电荷的电荷量加倍,则P点试探电荷受到的电场力会加倍,而此处的电场强度不变,即使不放试探电荷,电场强度仍保持不变,故A、B错误;电场力由电场强度与电荷量决定,P点的场强越小,则同一电荷在P点受到的电场力一定越小,故C正确;P点的场强方向为放在该点的正电荷所受电场力的方向,故D错误。 2.场源电荷Q=2×10-4 C,是正点电荷,检验电荷q=-2×10-5 C,是负点电荷,它们相距r=2 m,且都在真空中,如图所示。(k=9.0×109 N·m2/C2)求: (1)q受的静电力; 答案:9 N　方向由B指向A　 解析:根据库仑定律得,q所受的静电力为F=k=9×109× N =9 N,方向由B指向A。 (2)q所在的B点的场强EB; 答案:4.5×105 N/C　方向由A指向B　 解析:根据电场强度的定义式知,B点的场强EB== N/C =4.5×105 N/C,方向由A指向B。 (3)拿走q后,B点的场强EB'。 答案:4.5×105 N/C　方向由A指向B 解析: 将检验电荷q拿走后,B点的场强不变,大小为4.5×105 N/C,方向由A指向B。 逐点清(二)　电场线 1.电场线 用来形象直观地描述电场的曲线,曲线上任一点的_________与该点电场强度的方向一致。 2.电场线的特点 (1)电场线是为了形象地描述电场而_____的线,实际并不存在。 (2)任意两条电场线________。 多维度理解 切线方向 假想 不相交 (3)电场线的_________表示电场的强弱;电场线上某点的________表示该点电场强度的方向。 (4)电场线总是从_______或无穷远出发,终止于无穷远或_______。即电场线不闭合,在无电荷处不中断。 (5)电场线不表示电荷在电场中运动的_____。 疏密程度 切线方向 正电荷 负电荷 轨迹 [微点拨] 1.点电荷的场强分布 (1)离点电荷越近,电场线越密集,电场强度越大。 (2)点电荷形成的电场中,不存在场强相同的点。 (3)若以点电荷为球心作一个球面,电场线处处与球面垂直。在此球面上电场强度大小处处相等,方向各不相同。 2.等量点电荷的场强分布 比较项目 等量异种点电荷 等量同种(正)点电荷 电场线分布图 连线上的 场强大小 O点最小,从O点沿连线向两边逐渐变大 O点为零,从O点沿连线向两边逐渐变大 1.判断下列说法是否正确。 (1)在相邻两条电场线之间没画电场线的地方也有电场。 ( ) (2)同一电场中两条电场线可以相交。 ( ) (3)电场线既可以描述电场强度的方向,也可以形象地描述电场强弱。( ) 全方位练明 √ × √ 2.(2024·广东1月学考)下列选项分别为负点电荷、正点电荷、等量异种点电荷和等量同种点电荷的四种情况下的电场线分布,其中正确的是 (　　) √ 解析:负点电荷的电场线由无穷远指向负点电荷,故A错误;正点电荷的电场线由正点电荷出发指向无穷远,故B错误;等量异种点电荷的电场线由正点电荷指向负点电荷,故C正确;等量同种负点电荷的电场线由无穷远指向负点电荷,故D错误。故选C。 3.下列各电场中,A、B两点电场强度相同的是 (　 ) 解析:A选项中,A、B两点电场强度大小相等,方向不同;B选项中,A、B两点电场强度方向相同,大小不等;C选项中,A、B两点电场强度大小、方向均相同;D选项中,A、B两点电场强度大小、方向均不相同。故选C。 √ 4.某静电场的电场线如图所示,a、b是该电场中的两点。下列说法正确的是 (　 ) A.该电场可能是负点电荷产生的 B.a点的电场强度大于b点的电场强度 C.负电荷在a点的加速度小于其在b点的加速度 D.正电荷在a点受到的静电力小于其在b点受到的静电力 √ 解析:点电荷产生的电场,其电场线是直线,而不是曲线,A错误;电场线越密的位置,电场强度越大,由题图可知,a点的电场强度大于b点的电场强度,根据F=qE可知,电荷在电场强度越大的位置受到的静电力越大,根据牛顿第二定律,产生的加速度也越大,因此,负电荷在a点的加速度大于其在b点的加速度,正电荷在a点受到的静电力大于其在b点受到的静电力,B正确,C、D错误。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A级——学考达标 1.我们不能直接用试探电荷所受的静电力来表示电场的强弱,因为对于电荷量不同的试探电荷,即使是在电场的同一点,所受的静电力也不同。那么我们是用什么方法来定义电场强度的(　 ) A.假设法 B.类比法 C.控制变量法 D.比值定义法 √ 13 6 7 8 9 10 11 12 解析:研究发现,不同的电荷在电场中同一点所受静电力不同,而静电力大小与试探电荷电荷量的比值保持不变,用此比值来定义电场强度大小,以正电荷在该点受力方向为该点电场强度方向,用的是比值定义法。故选D。 1 2 3 4 5 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2.关于电场力和电场强度,下列说法正确的是 (　 ) A.一点电荷分别处于电场中的不同位置处两点,点电荷受到的电场力大,则该处场强小 B.在电场中某点如果没有试探电荷,则电场力为零,但电场强度不一定为零 C.电场中某点场强为零,但试探电荷在该点受到的电场力不为零 D.一试探电荷在以一个点电荷为球心、半径为r的球面上各点所受电场力相同 2 3 4 √ 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 解析:一点电荷分别处于电场中的不同位置处两点,根据场强的定义式E=,可知电荷受到的电场力大,则场强大,故A错误;在电场中某点没有试探电荷时,电场力为零,但电场强度不一定为零,电场强度与试探电荷无关,由电场本身决定,故B正确;电场中某点场强为零,由电场力公式F=qE,可知试探电荷在该点受到的电场力也一定为零,故C错误;一试探电荷在以一个点电荷为球心、半径为r的球面上各点所受电场力大小相等,但方向不同,所以电场力不同,故D错误。 2 3 4 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 3.a、b两个点电荷在电场中受到的电场力Fa、Fb的方向如图所示,由图可以判断 (　 ) A.a、b都带正电 B.a、b都带负电 C.a带正电、b带负电 D.a带负电、b带正电 解析:正电荷所受的电场力与场强的方向相同,负电荷所受的电场力与场强方向相反,而场强方向沿电场线的切线方向,可知a带负电,b带正电。 2 3 4 √ 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 4.(2024·江苏高考)在静电场中有a、b两点,试探电荷在两点的静电力F与电荷量q满足如图所示的关系,请问a、b两点的场强大小等于(　　) A.1∶1 B.2∶1 C.3∶1 D.4∶1 2 3 4 √ 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 解析:设F-q图像的横坐标单位长度电荷量为q0,纵坐标单位长度力的大小为F0,根据E=,可知F-q图像斜率表示电场强度,由题图可知Ea=, Eb==,可得=4∶1。故选D。 2 3 4 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 5.点电荷甲、乙分别固定在A、B两点,当把试探电荷引入A、B连线之间的某处C时,该试探电荷所受的电场力为零,由此可知甲、乙两点电荷 (　 ) A.一定都是正电荷　 B.一定是异种电荷 C.一定都是负电荷　 D.在C处的合场强必然为零 2 3 4 √ 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 解析:两个电荷如果是同种电荷,则两电荷之间某点场强为零,如果是非等量的异种电荷,会在带电量小的电荷的外侧的某点场强为零,因此甲乙两点电荷可以都是正电荷也可以都是负电荷,不可以是异种电荷,A、B、C错误;由电场强度的定义式E=可知,电场力为零,即此处合场强为零,D正确。 2 3 4 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 6.如图,电荷量为q的正点电荷位于电场中的A点,受到的静电力为F。若把该点电荷换为电荷量为2q的负点电荷,则A点的电场强度E为 (　 ) A.,方向与F相反　 B.,方向与F相反 C.,方向与F相同　 D.,方向与F相同 2 3 4 √ 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 解析:由题可知电荷量为q的正点电荷位于电场中的A点,受到的静电力为F,则该点的电场强度大小为E=,方向与正电荷受力方向相同,即与F的方向相同;而电场强度本身是反映电场性质的物理量,只由电场本身决定,与试探电荷无关,所以不会因为试探电荷的改变而改变。故选C。 2 3 4 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 7.下面四幅图均表示两个点电荷在真空中的空间分布情况。甲、乙两图中的电荷是等量异种点电荷;丙、丁两图中的电荷是等量同种点电荷;O点均表示两个点电荷连线的中点;a和b两点关于O点对称。那么a、b两点的电场强度相同的是 (　 ) 2 3 4 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 A.甲、乙 B.丙、丁 C.甲、丙 D.乙、丁 解析:根据等量点电荷的电场线分布图可知,甲、乙两图中,a和b两点场强大小相同,且方向相同;丙、丁两图中,a和b两点场强大小相同,方向相反,故A正确,B、C、D错误。 2 3 4 √ 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 8.(多选)一电荷从电场中A点由静止释放,只受电场力作用,沿电场线运动到B点,它运动的v-t图像如图所示。则A、B两点所在区域的电场线分布情况可能是下列图中的 (　 ) 2 3 4 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ √ 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析:根据v-t图像可知电荷的加速度逐渐增大,即电荷所受电场力逐渐增大,又根据电场线越密集电场强度越大可知,从A到B电场线逐渐密集,由于题干没说明是带正电还是负电,故电荷所受电场力方向与电场强度方向可能相同、可能相反,综上所述可知,A、B错误,C、D正确。 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 9.(4分)在静电场中的某点A放一个试探电荷q1=-1×10-10 C,受到的电场力为1×10-8 N,方向向右,则A点的场强的大小为　　　N/C,方向 ______(填“向左”或“向右”)。如果将试探电荷q1移开,则A点的场强的大小为　　 N/C。  100　 向左　 100 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析:A点的场强的大小为E===100 N/C。场强方向与负电荷所受电场力的方向相反,故A点的场强的方向向左。如果将试探电荷q1移开,则A点的场强不变,大小为100 N/C。 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 10.(10分)把一个电荷量为q=-10-6 C的试探电荷,依次放在正点电荷Q周围的A、B两处,如图所示,受到的电场力大小分别是FA=5×10-3 N,FB=3× 10-3 N。 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 (1)画出该试探电荷在A、B两处所受静电力方向; 解析:试探电荷在A、B两处所受静电力方向沿试探电荷与点电荷Q的连线指向Q,如图中FA、FB所示。 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 (2)求出A、B两处的电场强度; 解析:A、B两处的电场强度的大小分别为 EA== N/C=5×103 N/C EB== N/C=3×103 N/C 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Q的连线背离Q,如图中EA、EB所示。 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 (3)若在A、B两处分别放上另一个电荷量为q'=+10-5 C的电荷,该电荷受到的电场力为多大? 解析:当在A、B两处放上电荷q'时,它受到的电场力分别为FA'=EAq'= 5×103×10-5 N=5×10-2 N,FB'=EBq'=3×103×10-5 N=3×10-2 N。方向与电场强度的方向相同。 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 B级——选考进阶 11.(多选)如图所示,两个带等量负电荷的小球A、B(可视为点电荷),被固定在光滑的绝缘水平面上,P、N是小球A、B连线的中垂线上的两点,且PO=ON。现将一个电荷量很小的带正电的小球C(可视为质点)由P点静止释放,在小球C向N点运动的过程中,下列关于小球C的说法可能正确的是(　 ) 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 A.速度先增大,再减小 B.速度一直增大 C.加速度先增大再减小,过O点后,加速度先减小再增大 D.加速度先减小再增大 √ √ 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析:两个带等量负点电荷连线的中垂线上,O点以上部分电场方向由N指向O,并且从无穷远处到O点电场强度先增大后减小,O点以下部分电场方向由P指向O,并且从无穷远处到O点电场强度先增大后减小,所以带正电的小球C从P点释放后,从P到O过程中电场力做正功,速度增大,从O到N过程中电场力做负功,速度减小,A正确,B错误; 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 由于P和N点的位置与点电荷连线的中垂线上电场强度最大点的位置关系不明,所以加速度变化不是一定的,如果P和N点与O点的距离大于中垂线上最大场强点与O点的距离,小球C的加速度先增大再减小,过O点后,加速度先增大再减小;如果P和N点与O点的距离小于最大场强点与O点的距离,则加速度先减小,过O点后再增大,C错误,D正确。 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 12.如图所示,在竖直放置的半圆形光滑绝缘细管的圆心O处放一点电荷,将质量为m、电荷量为q的小球从管的水平直径的端点A由静止释放,小球沿细管滑到最低点B时,对管壁恰好无压力。若小球所带电荷量很小,不影响O点处的点电荷产生的电场,则放于圆心处的电荷在AB弧中点处产生的电场强度大小为 (　 ) A.E= B.E= C.E= D.E= √ 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析:设半圆形细管的半径为R,小球到达B点时的速度大小为v。小球从A滑到B的过程,电场力始终与速度方向垂直,不做功,由机械能守恒定律得mgR=mv2,小球经过B点时,对管壁恰好无压力,可知电场力竖直向上,由牛顿第二定律得Eq-mg=m,联立解得E=,又点电荷在距离点电荷为R处的位置产生的场强大小相等,故D正确。 13 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 13 13.(12分)在真空中O点放一个点电荷Q=+1.0×10-9 C,直线MN通过O点,OM的距离r=30 cm,M点放一个试探电荷q=-1.0×10-10 C,如图所示。求: (1)q在M点受到的作用力; 答案:1.0×10-8 N,沿MO指向Q 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 13 解析:根据题意,Q是场源电荷,q为试探电荷,为了方便,只用电荷量的绝对值计算。静电力和电场强度的方向可通过电荷的正、负判断。 电荷q在电场中M点所受到的作用力是电荷Q通过它的电场对q的静电力,根据库仑定律得FM=k=9.0×109× N=1.0×10-8 N 因为Q为正电荷,q为负电荷,静电力是吸引力,所以力的方向沿MO指向Q。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 13 (2)M点的电场强度; 答案:100 N/C,沿OM连线背离Q 解析:M点的电场强度EM== N/C=100 N/C,因为它的方向与正电荷所受静电力的方向相同,其方向沿OM连线背离Q。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 13 (3)拿走q后M点的电场强度; 答案:100 N/C,沿OM连线背离Q　 解析:电场强度是反映电场的性质的物理量,它是由形成电场的场源电荷Q决定的,与检验电荷q是否存在无关。从M点拿走检验电荷q,该处电场强度大小仍为100 N/C,方向沿OM连线背离Q。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 13 (4)M、N两点的电场强度哪点大? 答案:M点 解析:M点到O点处的点电荷的距离近,所以M点的电场强度较大。 $$