9.3 电场 电场强度（同步课件）--【大单元教学】高二年级物理上册同步备课系列（人教版2019必修第三册）

第九章 第三节 电场 电场强度 【大单元教学】高二物理同步备课系列（人教版2019必修第三册）   目录 contents 01 电场 02 03 04 05 电场强度 点电荷的电场 电场线 匀强电场 情境导入 通过起电机使人体带电，人的头发为什么会竖起并散开？女孩手中的蛋挞壳为什么飞起来呢？ 观察与思考 【视频欣赏：起电机实验】 问题情景 19世纪30年代，英国物理学家法拉第提出了“场”的观点，认为磁体与磁体之间、电荷与电荷之间、物体与地球之间的相互作用都是通过一种特殊形式的“物质”——“场”发生的。即磁体周围空间存在磁场、电荷周围空间存在电场、地球周围空间存在重力场。 第3节 电场 电场强度 本节课，我们一起来学习电场的相关知识，电场和电场强度。 知识点1：电场 电场的产生 01 思考：不接触的两个电荷A和B，它们之间的相互作用是通过什么产生的呢？ 磁场 磁体 A 磁体 B 周围产生磁场 周围产生磁场 磁场对放入其中的磁体产生作用力 磁场对放入其中的磁体产生作用力 电场 电荷 A 电荷 B 周围产生电场 周围产生电场 电场对放入其中的电荷产生作用力 电场对放入其中的电荷产生作用力 磁体间的相互作用是通过磁场来完成 电荷间的相互作用是通过电场来完成 电场 02 提示： 电场不是由分子、原子等实物粒子构成，但它具有物质的基本属性——力和能量，它是客观存在的。场和实物是存在的两种不同形式。 1.定义:电荷周围存在电场,电场是一种看不见、摸不着的一种特殊物质，它能传递电荷间的相互作用。 2.电场的基本性质：电场对放入其中的电荷有力的作用，这种力叫做电场力。 3.静止的电荷产生的电场叫做静电场。 知识点2：电场强度 试探电荷和场源电荷 01 + Q 场源电荷 (源电荷) 试探电荷(检验电荷) q 1.试探电荷（又称检验电荷） (1)定义:为了研究电场的特点而引入的电荷，叫试探电荷或检验电荷。可以利用试探电荷分析电场的性质和特点。 (2)说明:试探电荷的体积和电荷量都很小。 电荷量小：使其放入后，不影响原电场的性质 体积小：便于研究电场各点的性质。 2.场源电荷:激发电场的带电体所带的电荷叫场源电荷，或源电荷。 试探电荷和场源电荷 01 【探究与分析】 假设在A点，放入一个检验电荷q1,受到的静电力是F1 A 在A点，再放入一个检验电荷q1,受到的静电力也是F1 这样相当于在A放入一个电荷2q1，受到的静电力为2F1 A 电场强度 02 依次类推，可以发现：静电力大小F与检验电荷的电荷量q成正比 其中k 为比例系数，与F、q无关： 其关系式： 即： 凡是 k 大处，即：“ ”大处，对于同一电荷，所受静电力就是大，且与检验电荷q无关，与位置有关。 比值“ ”能够描述电场的力的性质，我们引入一个新的物理量——“电场强度”来表示它。 电场强度 02 （3）单位：牛每库，符号 N/C （4）物理意义：反映电场强弱的物理量，某点的电场强度数值上等于单位正电荷在该点所受的电场力。 （1）定义：放入电场中某点的试探电荷所受的电场力F与它的电荷量q的比值，叫做电场强度，简称场强。 E 与F 成正比，与q 成反比？ （2）定义式： (比值定义法) （5）电场强度的方向 +Q +q F E +Q -q F E 思考：负电荷在电场中的受力方向与电场的方向相同吗？ 物理学中规定，电场强度的方向跟正电荷在该点所受的静电力的方向相同。 提示：负电荷在电场中某点受到的电场力的方向跟该点的电场强度方向相反。 电场强度 02 电场强度 02 矢量性：电场强度也描述电场的方向，是矢量，其方向与在该点的正电荷所受电场力的方向相同，与在该点的负电荷所受电场力的方向相反。 唯一性：电场中某点的电场强度E是唯一的，是由电场本身的特性(形成电场的电荷及空间位置)决定的，与是否放入试探电荷、放入电荷的电性、电荷量的多少均无关。电场中不同的地方，电场强度一般是不同的。 （6）对电场强度的理解 对 ，不能从数学角度理解E∝F,E,可利用F=qE计算电场力的大小。 典例分析 03 【典例1】在一带负电的导体A附近有一点B，如在B处放置一个q1=－2.0×10－8 C的电荷，测出其受到的静电力F1大小为4.0×10－6 N，方向如图所示，则： (1)B处场强多大？方向如何？ 由场强公式可得 因为是负电荷，所以场强方向与F1方向相反。 (2)如果换成一个q2=＋4.0×10－7 C的电荷放在B点，其受力多大？此时B处场强多大？ q2在B点所受静电力F2=q2EB=4.0×10－7×200 N=8.0×10－5 N 方向与场强方向相同，也就是与F1方向相反。 此时B处场强仍为200 N/C，方向与F1方向相反。 (3)如果将B处电荷拿走，B处的场强是多大？ 某点场强大小与有无试探电荷无关，故将B处电荷拿走，B点场强大小仍为200 N/C 知识点3：点电荷的电场 点电荷的电场 01 问题：点电荷是最简单的场源电荷，它激发的电场有什么特点呢？ 式中Q是场源电荷大小，如果以Q为中心作一个球面，则球面上各点的电场强度大小相等，但方向不同。 思考：在点电荷的电场中能否找到电场强度完全相同的几个不同的点？ （1）点电荷公式推导 一个半径为R的均匀带电球体（或球壳）在外部产生的电场，与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相同。 Q r P r Q P 带电球体的场强 02 （2）对点电荷公式的理解 点电荷的电场 03 ①由E=可以看出，某处电场强度由场源电荷的电荷量Q和空间位置r决定，与试探电荷本身无关。 ②如果以Q为圆心、r为半径作一个球面，则球面上各点的电场强度大小相等，但方向不同。 ③在计算式E=中,r→0时,带电荷量为Q的物体就不能看成点电荷了，E的计算结果也不成立。 E=和E=的比较 04 项目 E＝F/q E= 本质区别 定义式 决定式 意义及用途 给出了一种量度电场强弱的方法 指明了点电荷场强 大小的决定因素 适用范围 一切电场 真空中点电荷的电场 Q或q意义 q表示引入电场的检验 (或试探)电荷的电荷量 Q表示产生电场的 点电荷的电荷量 关系理解 E用F与q的比值来表示， 但E的大小与F、q大小无关 E不仅用Q、r来表示， 且E∝Q，E∝ 电场强度的叠加 05 电场强度的叠加： 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。 如果场源电荷不只是一个点电荷，那么电场强度又是多少呢？ + 1 Q 2 Q P 1 E 2 E 1 E 2 E + 1 Q 2 Q P E E 独立性：同一空间内各个场强对电荷的作用互不影响。 电场强度的叠加 05 电场强度的运算遵循平行四边形定则 +Q -Q E1 E2 E +Q +Q E1 E1 E2 E2 E 典例分析 06 【典例2】如图所示，真空中，带电荷量分别为＋Q和-Q的点电荷A、B相距r，求： （1）两点电荷连线的中点O的电场强度大小和方向； 两点电荷连线的中点O的电场强度大小 ,方向由A→B； +Q在点的场强,方向沿方向； -Q在点的场强,方向沿方向； 两场强方向夹角为120°。则合场强，方向平行于AB向右。 （2）在两点电荷连线的中垂线上，距A、B两点都为r的点的电场强度大小和方向。 知识点4：电场线 电场看不见,摸不着,除了用公式描述电场以外，我们还可以用什么方法形象地了解和描述电场中各点电场强度的大小和方向呢？ 法拉第想到了一个比较好的方法，利用电场线来描述电场。 法拉第 问题引入 电场线 01 （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点的电场强度方向。 视频：正点电荷的电场线 常见的电场线 02 视频：负点电荷的电场线 正电荷周围电场线分布 负电荷周围电场线分布 常见的电场线 02 视频：等量同种点电荷的电场线 视频：等量异种点电荷的电场线 等量的同种正电荷周围电场线分布 等量的异种电荷周围电场线分布 常见的电场线 02 视频：模拟电场线实验 常见的电场线 02 （1）正负电荷的电场线及特点 电场方向： 电场强度的大小 由正电荷指向无穷远 电场方向： 由正电荷指向无穷远 离点电荷越近，电场线越密集，场强越大；以点电荷为中心的球面上各点，电场线处处与球面垂直，场强大小处处相等，方向各不相同 正电荷周围电场线分布 负电荷周围电场线分布 （1）等量点电荷的电场线及特点 常见的电场线 02 等量的同种正电荷周围电场线分布 两电荷连线上 O点电场线最稀薄，即场强最小，为0 两电荷连线上 O点电场线最稀薄，即场强最小，不为0 中垂线上 中垂线上O点场强为0，上下两侧场强大小对称，从O点开始，先变大，后变小 中垂线上 中垂线上O点场强最大，方向均水平向右 等量的异种电荷周围电场线分布 电场线的特点 03 1.电场线是不存在的、假想的曲线，是为了形象、直观描述电场引入的一种能工具，模型。 2. 电场线不是带电子的运动轨迹。 3.同一幅图中可以用电场线的疏密表示电场强度的大小，电场线越密集的地方，电场强度越大。 4.在静电场中，电场线从正电荷出发，终止于负电荷；或从无限远出发，终止于负电荷。 5.同一电场，任意两条电场线是不相交。 典例分析 04 【典例3】如图所示为某电场的电场线分布，A、B是电场中的两点。 （1）A、B两点中哪一点的电场强度大？ 由于A点附近的电场线比B点附近的电场线密集，所以A点的电场强度较大 （2）画出正点电荷在A点和负点电荷在B点所受电场力的方向。 分析：电场线上每一点的切线方向即为该点的电场强度方向，负电荷受电场力的方向与场强方向相反，正点电荷在A点和负点电荷在B点所受电场力的方向。 典例分析 04 【典例4】如图所示，在等量异种点电荷形成的电场中，O是两点电荷连线的中点，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点对称，则（　　） A．B、C两点场强大小和方向都相同 B．A、D两点场强大小相等，方向相反 C．E、O、F三点比较，O的场强最大 D．B、O、C三点比较，O点场强最大 【详解】A．等量异种点电荷的电场分布如图所示， 由对称性可知，B、C两点场强大小和方向均向右，A正确； B．A、D两点场强大小相等、方向均向左，B错误； CD．在两点电电荷连线的中垂线上，O点场强最大，在两点电荷连线上，O点场强最小，C正确，D错误。 AC 知识点5：匀强电场 1.定义：各点电场强度的大小相等、方向相同的电场。 2.匀强电场的电场线：间隔相等的平行直线。 实例：相距很近带有等量异种电荷的一对平行金属板间的电场(忽略边缘)可以看做匀强电场。 匀强电场 01 视频：匀强电场 典例分析 02 【典例5】如图所示，用30cm的细线将质量为m＝4×10－3kg的带电小球P悬挂在O点正下方，当空中有方向为水平向右，大小为E＝2×104N/C的匀强电场时，小球偏转37°后处在静止状态。（g取10m/s2，sin37°＝0.6；cos37°=0.8。） （1）分析小球带何种电荷； 小球受到水平向右的电场力作用，处于静止状态，匀强电场的场强水平向右，则小球带正电。 （2）求小球所带电荷量q； 对小球受力分析：qE＝mgtan37°，则有 mg qE F合 （3）求剪断细线后带电小球的加速度a。 单位 矢量 叠加 电场 强度 定义 性质 电场 电荷周围存在的特殊物质。 特 点 电场线 为了描述电场而假想的线。 课堂小结 课堂练习 1．下列关于点电荷的场强公式的几种不同理解正确的是（　　） A．以点电荷为中心、为半径的球面上，各处的场强相同 B．当时，；当时， C．在点电荷产生的电场中，各点的场强方向一定是背离点电荷 D．在点电荷产生的电场中，某点的场强大小与的大小成正比，与成反比 D 课堂练习 2．如图所示，水平面上有一均匀带电圆环，所带电荷量为＋Q，其圆心为O点。有一电荷量为＋q、质量为m的小球恰能静止在O点上方的P点，O、P间距为L。P与圆环上任一点的连线与PO间的夹角都为，重力加速度为g，以下说法错误的是（　　） A．P点场强方向竖直向上 B．P点场强大小为 C．P点场强大小为k D．P点场强大小为k C 课堂练习 3．某电场的电场线分布如图所示，是电场中的四个点，则关于该电场，下列说法正确的是（　　） A．该电场可能是某带正电的点电荷形成的 B．由图可知四点中B点的电场强度最大 C．两点的电场强度方向相同 D．某电荷仅受电场力时能沿电场线从B点运动到D点 B 课堂练习 4．如图所示，abcde是半径为r的圆内接正五边形，在其顶点a、b、c、d处各固定电荷量为+Q的点电荷，在e处固定电荷量为-3Q的点电荷，放置在圆心O处的电荷量为-q的点电荷受到的静电力的大小为（    ） A． B． C． D． A 课堂练习 5．如图所示，、是静电场中的两点。下列说法正确的是（　　） A．该电场是匀强电场 B．点的电场强度比点的弱 C．点的电场强度比点的强 D．同一试探电荷在、两点 受到的静电力大小相等 C 课堂练习 6．如图所示为两个固定在同一水平面上的点电荷，距离为d，电荷量分别为＋Q和-Q。在它们的水平中垂线上竖直固定一根长为L、内壁光滑的绝缘细管，有一电荷量为＋q的小球以初速度v0从上端管口射入，则小球（　　） A．速度先增大后减小 B．受到的电场力方向向左 C．受到的电场力最大值为 D．管壁对小球的弹力最大值为 D 课堂练习 7．如图所示，一对等量异种点电荷固定在水平线上的两点，O是两电荷连线的中点，E、F是连线中垂线上关于O对称的两点，B、C和A、D是两电荷连线上关于O对称的两点，下列说法正确的是（　　） A．E、F两点电场强度大小相等，方向相同 B．E、O、F三点中，O点电场强度最小 C．B、O、C三点中，O点电场强度最大 D．从C点向O点运动的电子加速度逐渐增大 A 作业 内容 同步作业 完成课后“练习与应用”作业 自主安排 配套同步分层作业 课后作业 46 2025 Thank you for watching! 谢谢观看 Lavf58.46.101 $$