9.3.1 电场 电场强度 课件-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

第九章　静电场及其应用 9.3.1　电场强度　电场强度的叠加 1、知道电场的概念及电场的基本性质。 2、理解电场强度及其定义式，并能用该公式进行有关计算。（重点） 3、掌握点电荷的电场和电场强度的叠加。（难点） 素养目标 （1）为什么小球会摆动？是什么力在驱动它？你能解释这种现象吗？ （2）相隔一定距离的电荷间可以发生力的作用。电荷间的相互作用是通过什么发生的？ 观察与思考 导入新知 风(空气) 树木摇动 电场 小球运动 引起 引起 证明 证明 转换法 　问题：两电荷不直接接触，它们之间的相互作用是怎样产生的? 19世纪30年代，法拉第提出：在电荷的周围存在着由它产生的电场，处在电场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场给予的。 电荷 电场 产生 作用于 产生 作用于 电荷 一、电场 1.电场的产生: 2.电场的基本性质: B电荷 A电荷 电场 3.静电场: 电荷在其周围产生电场，电场是电荷周围存在的一种特殊物质。电场以及磁场已被证明是客观存在的，场像分子、原子等实物粒子一样具有能量，因而场也是物质存在的一种形式。 对放入其中的电荷有力的作用，即电场力。电荷之间通过电场相互作用。电场对于电荷的作用实际是电场与电场的相互作用。 静止电荷产生的电场。 一、电场 思考：在空间中放一个点电荷+Q，它周围有电场吗？ 电场看不见摸不着，你怎样检验电场是否存在？ + Q 场源电荷 (源电荷) 试探电荷(检验电荷) q 1.试探电荷 (1)定义: 2.场源电荷: 1、试探电荷与场源电荷 用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的电荷，叫试探电荷。 (2)特点: 体积足够小;电荷量足够小。 试探电荷的引入不改变源电荷的电场 激发电场的带电体所带的电荷叫场源电荷，或源电荷。 二、电场强度 思考：同一试探电荷在电场中不同位置受到的静电力相同吗？电场的强弱与哪些因素有关呢？怎样描述电场的强弱？ 试探电荷 +q F A +2q 2F +3q 3F +q F1 +q F2 +q F 场源电荷 +Q 可以用电场力的大小来表示电场的强弱吗 可以用电场力与电荷量的比值来表示电场的强弱吗 不可以，不同的电荷在电场中同一点所受的电场力不同，但电场中同一点的电场是一定的， 因此不能用电场力的大小来表示电场的强弱。 2.电场强度 二、电场强度 实验发现： 1.电场中的同一点，不同电荷所受力不同，比值 是一定的。 2.电场中的不同点，同一电荷所受力一般不同，比值 一般不同。 结论： 能反映电场在各点的性质——电场强度。 3q 2q q F / q 电场力 F 检验电荷 的电荷量q k Q q r 2 k Q r 2 2k Q q r 2 k Q r 2 3k Q q r 2 k Q r 2 Q q A + F r 寻找不变的的量：如图所示，在场电荷Q 形成的电场中A 点，分别放一检验电荷+q , +2q , +3q ，分别计算检验电荷所受的电场力大小和F / q 的比值。 二、电场强度 2.电场强度 放入电场中某点的试探电荷，所受的静电力与它的电荷量之比，叫作该点的电场强度。 (2)定义式及单位： E= (适用于一切电场)。 牛每库，符号是N/C。 (1)定义： 变形可得F＝qE，该式表明，如果已知电场中某点的电场强度E，便可计算在电场中该点放任意电荷量的带电体所受的静电力大小，即电场强度E是反映电场的力的性质的物理量。 (3)物理意义： 电场强度E是反映电场的力的性质的物理量。但与试探电荷受到的静电力大小无关 二、电场强度 （4）电场强度的两个性质 ②.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。 ①.矢量性：电场强度也描述电场的方向，是矢量。 +Q +q -Q +q F F E E E E +Q -q F -Q -q F 按照这个规定：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。 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。 二、电场强度 (1)E＝中的q是场源电荷。(　　) (2)若在电场中某点放置负试探电荷，则该点的电场强度方向与放置正试探电荷时相反。(　　) (3)若在电场中的某点不放试探电荷，则该点的电场强度为0(　　) (4)电场强度公式E＝表明，电场强度的大小与试探电荷的电荷量q成反比，若q减半，则该处的电场强度变为原来的2倍。(　　) × × × × 1、知识辨析 例题精选 　 2.(来自教科教材改编)在一带负电荷的导体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，则： (1)B处电场强度多大？方向如何？ (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处电场强度多大？ (3)如果将B处电荷拿走，B处的电场强度是多大？ 解(1)由电场强度公式可得 EB＝ N/C＝200 N/C， 因为B处是负电荷，所以B处电场强度方向与F1方向相反。 (2) q2在B点所受静电力大小 F2＝q2EB＝＝8.0×10－5 N， 方向与电场强度方向相同，也就是与F1方向相反。 此时B处电场强度大小仍为200 N/C，方向与F1方向相反。 例题精选 场源电荷 Q q 试探电荷 P r 思考：如图所示，在电荷量为Q的正点电荷的电场中，P点到Q的距离为r，则Q在P点的电场强度是多大？方向如何？ 正试探电荷q在电场中受到的静电力是F， 根据库仑定律：F= k 故电场强度: E= = k 方向沿QP的连线由Q指向P。 三、点电荷的电场 注意： Q ：场源电荷; r ：电场中的点到场源电荷Q的距离。 Q qA EA r (1)表达式： (2)适用条件： 1.点电荷的电场强度 E=k。 真空、静止、点电荷。 三、点电荷的电场 当Q为正电荷时，电场强度E的方向沿半径 ； 当Q为负电荷时，电场强度E的方向沿半径 。 注意：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。 2.点电荷电场强度的方向 光芒万丈 -Q - 万箭穿心 Q + r r 向外 向内 三、点电荷的电场 项目 E＝ (定义式) E＝k (决定式) 意义及用途 适用范围 E与各量关系 Q或q的意义 给出了一种量度电场强弱的方法 指明了点电荷电场强度大小的决定因素 一切电场 真空中点电荷的电场 E的大小与F、q的大小无关 E∝Q，E∝ q是试探电荷的电荷量，Q是场源电荷的电荷量 3、E＝与E＝k的比较 三、点电荷的电场 (1)根据公式E＝k可知，电场中某点的电场强度与场源电荷所带的电荷量Q成正比，与r2成反比。(　　) (2)由E＝可知，在离点电荷非常近的地方(r→0)，电场强度E可达无穷大。(　　) √ × 1、知识辨析 例题精选 2.在真空中O点放一个电荷量为Q＝＋1.0×10－9 C的场源电荷，直线MN通过O点，O、M间的距离r＝30 cm，M点放一个电荷量为q＝－1.0×10－10 C的试探电荷，如图所示。已知静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2，两电荷可视为点电荷，求： (1)M点的电场强度； (2)拿走q后M点的电场强度； (3)拿走q后，M、N两点的电场强度哪点大。 解：(1) M点的电场强度大小EM＝k＝100 N/C， 其方向沿OM连线由O指向M。 (2)拿走电荷q，M点的电场强度仍为100 N/C，方向沿OM连线由O指向M。 (3) rOM<rON，由E＝k可知，M点的电场强度大。 例题精选 思考：如果有几个点电荷同时存在，在几个点电荷共同形成的电场中，如何求某点的电场强度呢？ + Q1 Q2 P E1 E1 E2 + Q1 Q2 P E E2 E 1.若场源是多个点电荷，则某点的电场强度等于各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。 E1、E2的矢量和 注意 ①独立性——各个场源电荷产生的电场互不干扰. ②叠加原理——只有同时作用在同一区域内的电场才可以进行叠加. E1、E2的矢量和 四、电场强度的叠加 2.对于较大的不能视为点电荷的带电体的电场强度，可把带电体分成很多小块，只要每块足够小，就可以看成点电荷，用点电荷电场强度叠加的方法计算。 Q 3.一个半径为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 r r>R，Q是整个球体所带的电荷量 E=k 四、电场强度的叠加 1.(2024·天津市高二期中)如图所示，相距为2d的A、B两点固定着等量异种点电荷，电荷量分别为＋Q和－Q。在AB连线的中垂线上取一点P，PO⊥AB，α＝60°。已知静电力常量为k。求： (1)O点的电场强度大小和方向； (2)P点的电场强度大小和方向。 E1 E2 EP1 EP EP2 解：(1)＋Q和－Q在O点的电场强度方向均向右，所以O点的电场强度方向向右，O点的电场强度大小为E＝ (2) ＋Q在P点的电场强度EP1方向沿AP连线向上，－Q在P点的电场强度EP2方向沿PB连线向下。EP1＝EP2＝，其中l＝ 则P点的电场强度大小为EP＝2EP1cos α＝ P点的电场强度方向平行A、B连线向右。 例题精选 2、(来自教材)如图， A、B、C、D是正方形的四个顶点，在A点和C点放有电荷量都为q的正电荷，在B点放了某个未知电荷q'后，恰好D点的电场强度等于0。 求放在B点的电荷电性和电荷量。 解：设正方形的边长为r，A、C两点的正电荷在D处产生的合电场强度为E＝k，方向由B指向D；放在B点的电荷在D处产生电场强度与A、C两点的正电荷在D处产生的合电场强度大小相等，方向相反，所以放在B点的电荷为负电荷。由 kk，得|qB|＝2q，故所带电荷量为－2q。 例题精选 电场强度场强叠加 电场 电场强度 点电荷的电场强度 电场：电荷的周围存在着一种特殊物质 电场的基本性质：电场对放入其中的电荷有力的作用 定义式： E＝ (适用于一切电场) 负点电荷的电场强度 E 的方向沿半径向内。 单位： N/C 或 V/m 正点电荷的电场强度 E 的方向沿半径向外。 遵循平行四边形定则 场强叠加 决定式：E=k (适用于真空中点电荷的电场) 课堂小结 Lavf58.20.100 $