9.3 电场 电场强度（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理必修第三册（人教版2019）

静电场及其应用 第3节　电场　电场强度 第九章 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1.通过类比与实验模拟的方法建立电场的概念，知道电荷间的相互作用是通过电场实现的，知道场是物质存在的形式之一。 2．理解电场强度的定义式、单位和方向。 3．知道点电荷形成的电场的电场强度的表达式。 4．理解电场线的概念、特点，知道什么是匀强电场。 1.知道孤立正负点电荷、等量同种(异种)点电荷、匀强电场电场线的分布特点。 2．根据矢量叠加原理，掌握两个等量同种(异种)点电荷连线及中垂线上的电场变化规律。 　　通过电场强度概念的建立过程，进一步体会用物理量之比定义新物理量的方法。 　　初步认识场是一种客观存在的物质，培养学生对物质的认识观。发展学生对物理学的好奇心与求知欲，勇于探究自然界的奥秘，树立科学的价值观。 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 一、电场　电场强度 1．电场 (1)电场的产生：电荷的周围存在着由它产生的____，电场是____周围存在的一种特殊物质。→是物质存在的一种形式 (2)基本性质：电场对放入其中的电荷产生________。 (3)电荷间的相互作用：电荷之间是通过____发生相互作用的。 (4)静电场：____电荷产生的电场。 必备知识 自主学习 电场 电荷 力的作用 电场 静止 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 2．电场强度 (1)试探电荷：在研究电场的性质时，放入电场中的电荷量和____都很小的点电荷。 (2)场源电荷：________的带电体所带的电荷，又称源电荷。 (3)电场强度 ①定义：试探电荷所受的______与它的______之比，叫作该点的电场强度。 必备知识 自主学习 体积 激发电场 静电力 电荷量 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ②定义式：E＝__。 ③单位：牛每库(N/C)。 ④方向：电场强度是矢量，电场中某点的电场强度的方向与______在该点所受的静电力的方向相同。 ⑤物理意义：反映电场本身的__的性质的物理量，其大小表示电场的强弱。 必备知识 自主学习 正电荷 力 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 二、点电荷的电场　电场强度的叠加 1．真空中点电荷的电场 (1)电场强度：E＝____，其中k是__________，Q是________的电荷量，r是点电荷到电场中该点的距离。 (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____。 2．电场强度的叠加：电场强度是____，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____在该点产生的电场强度的______。 必备知识 自主学习 静电力常量 场源电荷 向外 向内 矢量 单独 矢量和 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 三、电场线　匀强电场 1．电场线 (1)电场线的用途：除了用数学公式描述电场外，还可以通过画电场线，形象地描述电场中各点电场强度的大小和____。 必备知识 自主学习 方向 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 (2)对电场线的理解 ①电场线是画在电场中的一条条有____的曲线，曲线上每点的____方向表示该点的电场强度方向。 ②在同一幅图中，电场强度较大的地方电场线较__；电场强度较小的地方电场线较__。 ③电场线不是实际存在的曲线，是为了形象地描述电场而____的线。 必备知识 自主学习 方向 切线 密 疏 假想 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 (3)两个特点 ①电场线从______或______出发，终止于______或______。 ↓ 有起点和终点，不是闭合曲线 ②同一电场的电场线在电场中不相交，这是因为在电场中任意一点的电场强度不可能有________。 ↓ 　　　　　　　表明电场强度的唯一性 必备知识 自主学习 正电荷 无限远 无限远 负电荷 两个方向 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 2．匀强电场 (1)定义：如果电场中各点电场强度的大小____、方向____，这个电场就叫作匀强电场。 (2)电场线特点：匀强电场的电场线是间隔____的平行线。 必备知识 自主学习 相等 相同 相等 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 1．(物理与实验)如图所示，把碎纸屑悬浮在蓖麻油里，加上电极模拟点电荷的电场线。判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 必备知识 自主学习 × × × 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 必备知识 自主学习 × √ √ 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 2．(知识拓展)想一想 (1)地球上的经线、纬线实际存在吗？它的主要作用是什么？ (2)电场线的作用又是什么？ 提示：(1)不存在；主要作用是更形象直观地描述物体的位置。 (2)形象地描述电场中各点的电场强度的大小和方向。 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 A 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 C 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 A 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 B 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 如图所示，a、b为两个点电荷，A、B是点电荷a、b连线上的两点，实线是它们间的电场线。 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究   等量异种点电荷 等量正点电荷 电场线分布图 电荷连线上的电场强度 沿连线先变小后变大 O点最小，但不为零 O点为零 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究   等量异种点电荷 等量正点电荷 中垂线上的电场强度 O点最大，向外逐渐减小 O点最小，向外先变大后变小 关于O点对称位置的电场强度 A与A′、B与B′、C与C′ 等大同向 等大反向 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 D 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 AC 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 C 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 B 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 C 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 C 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 D 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 C 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 B 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 B 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 A 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 谢谢观看 返回导航 物理 必修 第三册 （R）　 k (1)由蓖麻油中碎纸屑排列可知，电场和电场线都看得见、摸得着，所以它们在实际中存在。(　　 　　) (2)根据电场强度的定义式E＝可知，E与F成正比，与q成反比。(　　 　　) (3)电场中某点的电场强度与正电荷受力方向相同，当该点放置负电荷时，场强反向。(　　 　　) (4)在E＝中电场强度大小与q无关，同样在E＝k中电场强度大小与Q也无关。(　　 　　) (5)若空间只有两个点电荷，则该空间某点的电场强度等于这两个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。(　　 　　) (6)由蓖麻油中碎纸屑的排列可知，电场线可以描述电场的强弱。(　　 　　) 探究点一___对电场强度的理解 1．电场强度的大小和方向都是由电场本身决定的，与试探电荷无关。 2．电场强度是矢量，其方向与在该点的正电荷所受静电力的方向相同，与在该点的负电荷所受静电力的方向相反。 3．公式E＝可变形为F＝qE，正电荷所受静电力方向与该点电场强度方向相同，负电荷所受静电力方向与该点电场强度方向相反。 【例1】 (2024·河北唐山期末)将一个电荷量为q的试探电荷放置在电场中的某点，受到的电场力为F。关于电场中该点的电场强度，下列说法正确的是(　　) A．该点的电场强度大小为 B．若将试探电荷的电荷量加倍，该点的电场强度大小变为 C．若将试探电荷的电荷量变为－q，该点的电场强度的方向变为反向 D．若将试探电荷移走，该点的电场强度变为0 将一个电荷量为q的试探电荷放置在电场中的某点，受到的电场力为F，根据电场强度定义可知该点的电场强度E＝，电场强度只由电场自身决定，与试探电荷的电荷量和受力无关，若将试探电荷的电荷量加倍，该点的电场强度大小仍为；若将试探电荷的电荷量变为－q，该点的电场强度的方向不变；若将试探电荷移走，该点的电场强度仍为，A正确。 [练1] (2024·湖南高二期末)法拉第是19世纪最伟大的实验物理学家之一，他在电磁学研究方面的卓越贡献如同伽利略、牛顿在力学方面的贡献，具有划时代的意义，正是他提出了电场的概念。关于静电场场强的概念，下列说法正确的是(　　) A．由E＝可知，某电场的场强E与q成反比，与F成正比 B．电场中某点不放检验电荷时，该点场强等于零 C．电场中某一点的场强与放入该点的检验电荷的正负无关 D．正、负检验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检验电荷的正负有关 E＝是一个比值定义式，电场强度与放入的检验电荷受到的力的大小及带电荷量q无关，是由电场本身的性质决定的，A错误，C正确；一旦通过检验电荷测出了该点的电场强度，把检验电荷移走，该点的电场强度不变，与是否有检验电荷无关，B错误；电场中某点电场强度的方向规定为正电荷在该点受力的方向，与检验电荷的正负无关，D错误。 探究点二___点电荷的电场__电场强度的叠加 1．点电荷电场强度公式：E＝k。 2．E＝与E＝k的比较 E＝ E＝k 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表示试探电荷的电荷量 Q表示场源电荷的电荷量 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，与r2成反比 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。 【例2】 下列关于电场强度的两个表达式E＝和E＝的叙述，错误的是(　　) A．E＝是电场强度的定义式，F是放入电场中的电荷所受的力，q是产生电场的电荷所带的电荷量 B．E＝是电场强度的定义式，F是放入电场中的电荷所受的力，q是放入电场中的电荷所带的电荷量 C．E＝是点电荷电场强度的计算式，Q是产生电场的电荷所带的电荷量 D．对于库仑定律表达式F＝k，式中是点电荷q2产生的电场在点电荷q1处的电场强度大小 电场强度的定义式为E＝，其中F是放入电场中的电荷所受的力，q是放入电场中的电荷所带的电荷量，A错误，B正确；点电荷电场强度的计算式为E＝，其中Q是产生电场的电荷所带的电荷量，C正确；对于库仑定律表达式F＝k，是点电荷q2产生的电场在点电荷q1处的电场强度大小，D正确。 【例3】 (2023·新课标卷)如图，等边△ABC位于竖直平面内，AB边水平，顶点C在AB边上方，3个点电荷分别固定在三角形的三个顶点上。已知AB边中点M处的电场强度方向竖直向下，BC边中点N处的电场强度方向竖直向上，A点处点电荷的电荷量的绝对值为q，求： (1)B点处点电荷的电荷量的绝对值并判断3个点电荷的正负； (2)C点处点电荷的电荷量。 答案：(1)q　A、B、C均为正电荷　(2)q (1)因为M点电场强度竖直向下，则C点处电荷为正电荷，根据场强的叠加原理，可知A、B两点的电荷在M点的电场强度大小相等，方向相反，则B点处电荷带电荷量为q，电性与A点处电荷相同，又N点电场强度竖直向上，可得A处电荷在N点的场强垂直BC沿AN连线向右上，如图甲所示 可知A处电荷为正电荷，所以A、B、C均为正电荷。 (2)如图乙所示，由几何关系 EA＝EBCtan 30° 即＝ 其中AN＝BN＝CN 解得qC＝q。 [练2] 直角坐标系Oxy中，M、N两点位于x轴上，G、H两点坐标如图所示。M、N两点各固定一个负点电荷，一个电荷量为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(　　) A．，沿y轴正向 B．，沿y轴负向 C．，沿y轴正向 D．，沿y轴负向 因正电荷Q在O点时，G点的电场强度为零，则可知两负点电荷在G点形成的电场的合电场强度与正点电荷Q在G点产生的电场强度等大反向，大小为E合＝k，若将正点电荷移到G点，则正点电荷在H点的电场强度为E1＝k＝，因两负点电荷在G点的电场强度与在H点的电场强度等大反向，则H点的合电场强度为E＝E合－E1＝，方向沿y轴负向，B正确。 探究点三___电场线的特点及应用 [问题设计] (1)电荷a、b各带有什么性质的电荷？ (2)A、B两点的电场强弱相同吗？方向相同吗？ 提示：(1)a带正电，b带负电。 (2)A、B两点电场强弱不同，方向相同。 1．点电荷的电场线 (1)点电荷的电场线呈辐射状，正电荷的电场线向外至无限远，负电荷则相反。 (2)以点电荷为球心的球面上，电场线疏密相同，但方向不同，说明电场强度大小相等，但方向不同。 (3)在点电荷形成的电场中，同一条电场线上，各点的电场强度方向相同，但大小不相等。实际上，点电荷形成的电场中，任意两点的电场强度都不同。 2．两种等量点电荷电场线的比较 【例4】 (2024·江苏南京期末)两个静止的带电粒子A、B在电场中的受力方向如图所示，下列判断正确的是(　　) A．A、B都带正电 B．A、B都带负电 C．A所在处的电场强度比B所在处的小 D．A所在处的电场强度比B所在处的大 根据正电荷在电场中所受电场力与电场强度方向相同，负电荷在电场中所受电场力与电场强度方向相反可知A带负电，B带正电，A、B错误；根据电场线的疏密程度可知A所在处的电场强度比B所在处的大，D正确，C错误。 【例5】 (多选)用电场线能很直观、很方便地比较电场中各点场强的强弱，如图甲所示的是等量异种点电荷形成电场的电场线，图乙所示的是场中的一些点：O是电荷连线的中点，E、F是连线中垂线上相对O对称的两点，B、C和A、D也相对O对称。则(　　) A．B、C两点场强大小相等，方向相同 B．A、D两点场强大小相等，方向相反 C．E、O、F三点比较，O点场强最强 D．B、O、C三点比较，O点场强最强 根据等量异种点电荷电场的分布情况可知，B、C两点关于O对称分布，场强大小相等，方向相同，A正确；根据对称性可知，A、D两处电场线疏密程度相同，A、D两点场强大小相同，方向相同，B错误；E、O、F三点中O点场强最强，C正确；B、O、C三点比较，O点场强最小，D错误。 [练3] 在如图所示的四种电场中，分别标记有a、b两点，其中a、b两点电场强度大小相等、方向相反的是(　　) A．图甲中与点电荷等距的a、b两点 B．图乙中两等量异种点电荷连线的中垂线上与连线等距的a、b两点 C．图丙中两等量正点电荷连线的中垂线上与连线等距的a、b两点 D．图丁中非匀强电场中的a、b两点 题图甲中与点电荷等距的a、b两点电场强度大小相同，方向不相反，A错误；对题图乙，根据电场线的疏密及对称性可判断，a、b两点的电场强度大小相等，方向相同，B错误；题图丙中两等量正点电荷连线的中垂线上与连线等距的a、b两点，电场强度大小相同，方向相反，C正确；对题图丁，根据电场线的疏密可判断，b点的电场强度大于a点的电场强度，D错误。 探究点四___解决实际问题 [练4] (生活情境)(2024·陕西渭南期末)反天刀鱼是生活在尼罗河的一种鱼类，沿着它身体的长度方向分布着带电器官，这些器官能在鱼周围产生电场，反天刀鱼周围的电场线分布如图所示，A、B均为电场中的点，下列说法正确的是(　　) A．该电场与等量正点电荷形成的电场相似 B．A点的电场强度大于B点的电场强度 C．试探电荷在A点受到的电场力方向为电场线在该点的切线方向 D．试探电荷在A点受到的电场力小于在B点受到的电场力 反天刀鱼周围的电场是对称的，电场线由鱼头发出，指向鱼尾，类似于等量异种点电荷形成的电场，A错误；电场线的疏密表示电场的强弱，A点的电场强度大于B点的电场强度，B正确；正电荷受到的电场力方向与电场方向相同，负电荷受到的电场力方向与电场方向相反，不知道试探电荷的电性，在A点受到的电场力方向不一定沿电场线在该点的切线方向，C错误；由电场力F＝Eq可知，同一试探电荷放在场强较大的位置受到的电场力较大，所以试探电荷在A点受到的电场力大于在B点受到的电场力，D错误。 [练5] (科技情境)用电场线能直观、方便地比较电场中各点的场强大小与方向。如图所示的是静电除尘集尘板与放电极间的电场线，A、B是电场中的两点，则(　　) A．EA＜EB，方向不同 　B．EA＜EB，方向相同 C．EA＞EB，方向不同 　D．EA＞EB，方向相同 根据电场线的疏密表示电场强度的大小，知EA＞EB，电场强度的方向为电场线上该点的切线方向，可知A、B两点的场强方向不同，C正确，A、B、D错误。 1．下列关于电场强度的说法正确的是(　　) A．公式E＝只适用于真空中点电荷产生的电场 B．由公式E＝可知，电场中某点的电场强度E与试探电荷在电场中该点所受的静电力成正比 C．在公式F＝k中，k是点电荷Q2产生的电场在点电荷Q1处的电场强度大小；而k是点电荷Q1产生的电场在点电荷Q2处电场强度的大小 D．由公式E＝k可知，在离点电荷非常近的地方(r→0)，电场强度E无穷大 电场强度的定义式E＝适用于任何电场，A错误；电场中某点的电场强度由电场本身决定，而与电场中该点是否有试探电荷及试探电荷所受静电力无关，B错误；在库仑定律公式F＝k中，将Q2看成场源电荷时，k是点电荷Q2产生的电场在点电荷Q1处的场强大小，而 将Q1看成场源电荷时，k是点电荷Q1产生的电场在点电荷Q2处的场强大小，C正确；公式E＝是点电荷产生的电场中某点电场强度的计算式，当r→0时，所谓“点电荷”已不存在，该公式已不适用，D错误。 2．(2024·江苏连云港检测)在匀强电场中的某点放置一个检验电荷q，检验电荷q受到的静电力为F。关于该点场强E与q、F的关系，下列图像正确的是(　　) 根据电场强度的定义式E＝，可知，F与q成正比，E由电场本身决定，与F、q无关，D正确。 3．在如图所示的各电场中，A、B两点场强相同的是(　　) A选项中，A、B两点电场强度大小相等但方向不同；B选项中，A、B两点电场强度方向相同但大小不等；C选项为匀强电场，电场强度处处相同；D选项中，B处电场线密集，故B处电场强度大，且A、B两点电场强度方向不同。 4.在等边三角形ABC的顶点B和C处各放一个电荷量相等的点电荷时，测得A处的场强大小为E，方向与BC边平行且由B指向C，如图所示。若拿走C处的点电荷，则下列关于A处电场强度的说法正确的是(　　) A．大小仍为E，方向由A指向B B．大小仍为E，方向由B指向A C．大小变为，方向不变 D.不能得出结论 设B、C两处点电荷在A处产生的场强大小均为E′，由平行四边形定则可知E′＝E，拿走C处的点电荷后，A处电场强度大小仍为E，方向由B指向A，B正确。 5．(2023·重庆卷)真空中固定有两个点电荷，负电荷Q1位于坐标原点处，正电荷Q2位于x轴上，Q2的电荷量大小为Q1的8倍。若这两点电荷在x轴正半轴的x＝x0处产生的合电场强度为0，则Q1、Q2相距(　　) A．x0 B．(2－1)x0 C．2x0 D．(2＋1)x0 依题意，两点电荷电性相反，且Q2的电荷量较大，所以Q2的位置应该在x轴的负半轴，才能使x0处合场强为0，设两点电荷相距L，根据点电荷场强公式可得＝，又Q2＝8Q1，解得L＝x0，B正确。 6.(2024·广东潮州检测)两个电荷量分别为Q1、Q2的质点，周围的电场线如图所示，由图可知(　　) A．两质点带异种电荷，且Q1>Q2 B．两质点带异种电荷，且Q1<Q2 C．两质点带同种电荷，且Q1>Q2 D．两质点带同种电荷，且Q1<Q2 由电场线的方向可知两质点带异种电荷，C、D错误；由电场线的疏密可知Q1>Q2，A正确，B错误。 $$