1.3 静电场 电场强度和电场线 课件 -2025-2026学年高二上学期物理教科版必修第三册

该高中物理课件聚焦静电场、电场强度及电场线核心知识，通过情境导学问题导入，从电场的物质性出发，衔接电场强度的比值定义与矢量叠加，构建从概念理解到规律应用的学习支架。 其亮点在于以类比与实验模拟强化场的物质观念，通过比值定义法和矢量叠加训练科学思维，如等量异种电荷电场线分布对比表格助力科学推理。典例与易错辨析结合，既助学生突破难点，又为教师提供分层教学资源。

第一章　静电场 3. 静电场　电场强度和电场线 【学习任务与素养目标】 1.通过类比与实验模拟知道电场是一种特殊的物质,初步形成场是物质的概念;知道什么是电场线并掌握电场线的特点;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;知道匀强电场及其特点。(物理观念) 2.掌握电场强度的概念和公式,会进行相应的分析与计算;理解电场线在解决物理问题中的作用;掌握两个等量同种(异种)点电荷连线及中垂线下的电场变化规律,掌握电场强度叠加的计算。(科学思维) 3.学会用比值定义物理量的方法,培养综合分析能力和知识迁移能力。(科学思维) 基础知识梳理与落实 一、静电场 1.电场对电荷的作用力称为　　　　。静止电荷周围产生的电场,称为　　 　。  2.现代物理实验和实践证明了场的存在,它是　 　存在的一种形态。  电场力　 静电场 物质 二、电场强度 1.检验电荷和场源电荷 (1)检验电荷:为了研究问题的方便,需要在电场中引入一个电荷。这个电荷的电荷量要充分　　,放入电场之后不改变产生电场的带电体上的电荷分布,即不影响原电场的分布;体积要充分　　,可视为　　　　,在电场中的位置可以准确描述。在物理学中,这样的电荷称为检验电荷。  (2)场源电荷:如果电场是由某个带电体产生的,那么该带电体所带的 　 　也常称为场源电荷,或简称源电荷。  小 小 点电荷 电荷 2.电场强度 (1)定义:任何带电体所产生的电场,在某一位置的检验电荷所受_________　　　　　与电荷量的比。 (2)公式:E=　　　　。  比值定义法  　只定义大小,不定义方向 (3)单位:牛(顿)每库(仑),符号为　　　。  (4)方向:电场强度是一个矢量,电场中某一点电场强度的数值等于单位电荷在该点所受电场力的大小,它的方向就是位于该点的　　 　受力的方向。  电场力 N/C 正电荷 3.真空中点电荷的电场强度 (1)大小:E=　　　　。  决定式 (2)方向: ①正点电荷:某点P的电场强度方向沿着二者连线背离正电荷,如图甲所示。 ②负点电荷:某点P的电场强度方向沿着二者连线指向负电荷,如图乙所示。 【要点提示】 检验电荷的电荷量,计算时q取绝对值,方向为正电荷的受力方向。 教材拓展 阅读教材第15页“讨论与交流”,思考点电荷为什么不能都作为检验电荷? 提示 同时满足“体积小”“电荷量小”“对被检验的电场不产生影响”的电荷才可作为检验电荷。点电荷如果电荷量大,以至于对被检验电场产生影响,就不能作为检验电荷。 三、电场线 1.电场线 (1)电场线:英国物理学家　　　　创造性地在电场中引入电场线,用它形象地描述电场。电场线每一点的　　　方向都与该点的电场强度方向一致,电场线的疏密反映了不同位置电场强度的大小。  (2)电场线的特点: ①在静电场中,电场线起始于　　　　,终止于　　　　或无穷远处;或者起始于无穷远处,终止于负电荷。  ②在没有电荷的地方,电场线不能中断。 ③任意两条电场线不能　　　,因为同一个位置电场强度的方向只能有一个。  法拉第 切线 正电荷 负电荷 相交 2.匀强电场 如图所示,彼此靠近的带等量异种电荷的平行金属板之间的电场线(除边缘部分外)是相互　　　　且均匀分布的,表明各点电场强度的大小和方向都相同,这样的电场叫作匀强电场。  平行 易错辨析 (1)电荷与电荷间的相互作用力是通过电场发生的。(　　) (2)只有电荷发生相互作用时才产生电场。(　　) (4)电场强度的方向就是电荷受力的方向。(　　) √ × 提示 只要有电荷存在,其周围空间就存在电场。 × 提示 电场强度是电场自身的性质,与试探电荷的电荷量和受力均无关。 × 提示 正电荷受力的方向规定为电场强度的方向。 (6)以点电荷为球心的球面上电场强度处处相同。(　　) (7)电场线上某点的切线方向与电荷在该点受力方向可以不同。(　　) (8)在多个电荷产生的合电场中,电场线是可以相交的。(　　) √ × 提示 根据 可知,球面上各点的r相等,则电场强度大小相等;方向均沿半径方向,是不同的。 √ × 提示 电场中任意一点的电场强度不可能有两个方向。 重点难点探究与突破 学习任务一　对电场和电场强度的理解 情境导学 电场的基本性质是什么?如何去探究电场的这种性质? 提示 电场对放入其中的电荷有力的作用。可在电场中放一试探电荷,通过分析试探电荷的受力研究电场性质。 规律总结 1.关于电场的三点说明 (1)电场是一种看不见、摸不着,但是客观存在的特殊物质。 (2)电荷周围一定存在电场,静止的电荷周围存在静电场。 (3)电场是电荷间相互作用的桥梁,电荷不直接接触就可以发生相互作用。 特别提示　上述三点可概括总结为特殊物质性、客观存在性、桥梁纽带性。 2.电场强度的三个性质 矢量性 电场强度E是表示静电力性质的一个物理量,规定正电荷受力方向为该点电场强度的方向 唯一性 电场中某一点的电场强度E是唯一的,它的大小和方向与放入该点的电荷q无关,它取决于形成电场的电荷(场源电荷)及空间位置 叠加性 如果有几个静止场源电荷在空间同时产生电场,那么空间某点的电场强度是各场源电荷单独存在时在该点所产生的电场强度的矢量和 (2)公式 可变形为F=qE:电场强度E与电荷量q的乘积等于静电力的大小;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。 典例剖析 【例题1】 场源电荷Q=2×10-4 C,是正点电荷;试探电荷q=-2×10-5 C,是负点电荷,它们相距r=2 m而静止,且处在真空中,如图所示。求: (1)q受到的静电力; (2)q所在的B点的电场强度EB; (3)拿走q后B点的电场强度。 答案 (1)9 N,方向由B指向A (2)4.5×105 N/C,方向由A指向B (3)4.5×105 N/C,方向由A指向B (3)电场强度是反映电场性质的物理量,它是由形成电场的电荷Q及场中位置决定的,与试探电荷q是否存在无关。故B点的电场强度仍为4.5×105 N/C,方向由A指向B。 方法技巧　1.分清哪个是试探电荷,哪个是场源电荷, 中的q是试探电荷。 2.确定电场强度的方向一定要看清试探电荷是正电荷还是负电荷,再确定电场强度与力的方向相同还是相反。 对点演练 1.电场中有一试探电荷放在P点,下列说法正确的是(　　) A.若放在P点的试探电荷的电荷量减半,则P点电场强度减半 B.若P点没有试探电荷,则P点的电场强度为零 C.P点的电场强度越大,则试探电荷在P点所受的电场力越大 D.P点的电场强度方向为试探电荷在该点所受电场力的方向 C 解析 电场强度是由电场本身决定的,与是否放入试探电荷、放入电荷的电性、所带电荷量的多少均无关,A、B错误。试探电荷所带电荷量一定时,由F=Eq得,电场强度越大,试探电荷所受的电场力越大,C正确。若试探电荷是正电荷,它所受电场力的方向就是该点的电场强度方向;若试探电荷是负电荷,它所受电场力的方向的反方向就是该点电场强度的方向,D错误。 学习任务二　点电荷的电场　电场强度的叠加 情境导学 (1)如图所示,在正点电荷Q的电场中有一试探电荷q,已知q到Q的距离为r,Q对q的作用力是多大?Q在q所在位置产生的电场的电场强度是多大?方向如何? (2)如果再有一正点电荷Q'=Q,放在如图所示的位置,q所在位置的电场的电场强度是多大? 规律总结 公式     本质区别 电场强度的定义式 电场强度的决定式 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(试探)电荷的电荷量 Q为场源电荷的电荷量 E与其他 量的关系 E用F与q之比来表示,但E的大小与F、q的大小无关 E不仅用Q、r来表示,且E∝Q,E∝ 2.电场强度是矢量,如果场源是多个点电荷,则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。 3.电场强度的叠加本质是矢量叠加,合成时遵循矢量运算法则(平行四边形定则),常用的方法有合成法、正交分解法等。 4.对于比较大的带电体的电场,可把带电体分为若干小块,每一小块看成一个点电荷,用点电荷电场强度叠加的方法计算整个带电体的电场。 典例剖析 【例题2】 如图所示,真空中,所带电荷量分别为+Q和-Q的点电荷A、B相距为r。 (1)求两点电荷连线的中点O的电场强度。 (2)求在两点电荷连线的中垂线上,距A、B两点都为r的O'点的电场强度。 方法技巧　电场强度是矢量,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;对于互成角度的电场强度的叠加,利用合成法或正交分解法求解。 对点演练 2. 如图所示的坐标系中,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。现要在两坐标轴上的某点放置一个点电荷Q,使得P(-a,-a)点的电场强度为零,则关于Q的说法正确的是(　　) C 学习任务三　对电场线的理解 情境导学 电荷周围存在着电场,法拉第采用了什么简洁方法来描述电场? 提示 法拉第采用了画电场线的方法描述电场。 规律总结 1.对电场线的理解 电场线不是带电粒子在电场中的运动轨迹,只有当电场线是直线,且带电粒子只受静电力作用(或受其他力,但方向沿电场线所在直线),同时带电粒子的初速度为零或初速度方向沿电场线所在直线时,运动轨迹才和电场线重合,这只是一种特殊情况。 2.点电荷的电场线特点 正点电荷的电场线从正点电荷出发延伸到无限远处,负点电荷的电场线由无限远处延伸到负点电荷,如图所示。 其特点有: (1)单一点电荷形成的电场中,不存在电场强度相同的点,离电荷越近,电场线越密集,电场强度越强。 (2)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。 典例剖析 【例题3】 下列各电场中,A、B两点电场强度相同的是(　　) C 解析 A图中,A、B两点电场强度大小相等,方向不同;B图中,A、B两点电场强度的方向相同,但大小不等;C图中是匀强电场,则A、B两点电场强度大小、方向相同;D图中A、B两点电场强度大小、方向均不相同。C正确。 方法技巧　电场线的三点应用 (1)按照电场线画法的规定,电场强度大处电场线密,电场强度小处电场线疏,根据电场线的疏密可以比较电场强度的大小。 (2)根据电场线的定义,电场线每点的切线方向就是该点电场强度的方向。 (3)正电荷所受静电力的方向与电场线的切线方向相同,负电荷所受静电力的方向与电场线的切线方向相反。 对点演练 3.图为金属球放入匀强电场后电场线的分布情况。设该电场中A、B两点的电场强度大小分别为EA、EB,则A、B两点(　　) A.EA=EB,电场方向相同 B.EA<EB,电场方向相同 C.EA>EB,电场方向不同 D.EA<EB,电场方向不同 D 解析 电场线的疏密表示电场强弱,由题图可知,B点电场线密集,A点电场线稀疏,故EA<EB,电场方向沿电场线的切线方向,A、B两点的电场方向不同,D正确。 学习任务四　两个等量同种点电荷和等量异种点电荷的电场线分布 情境导学 在装有蓖麻油的玻璃器皿里撒上一些细小的木屑,再加上电场,木屑会重新排列。图甲是根据木屑在一对等量异种点电荷形成的电场中的排列情况画出的电场线分布图;图乙是根据木屑在一对等量同种(正)点电荷形成的电场中的排列情况画出的电场线分布图。请结合电场线分布图分析沿两点电荷连线和两点电荷连线的中垂线电场强度如何变化。 提示 根据电场线分布特点,可以看出等量异种点电荷连线上由中点向两侧电场强度越来越大,在中垂线上由中点向两侧电场强度越来越小。等量同种(正)点电荷连线上由中点向两侧电场强度越来越大,在中垂线上由中点向两侧电场强度先增大后减小。 等量异种点电荷与等量同种点电荷形成的电场中电场强度分布特点的比较 规律总结 比较项 等量异种点电荷 等量同种(正)点电荷 电场线 分布图 关于连线(或中垂线)对称 比较项 等量异种点电荷 等量同种(正)点电荷 连线上的电 场强度 O点最小,从O点沿连线向两边逐渐变大,方向均为沿连线指向负点电荷 O点为零,从O点沿连线向两边逐渐变大,方向为沿连线指向O点 中垂线上 的电场强度 O点最大,从O点沿中垂线到无限远处逐渐变小,方向均为与连线平行,指向负点电荷一侧 O点为零,从O点沿中垂线到无限远处先变大后变小,方向为沿中垂线向外 关于O点对称的点A与A'、B与B' 的电场强度 等大同向 等大反向 特别提示　等量同种点电荷的中垂线上电场强度有两个极值点,等量异种点电荷的中垂线上电场强度方向均相同。 【例题4】 两个带等量正电荷的点电荷,O点为两点电荷连线的中点,a点在连线的中垂线上,如图所示,若在a点由静止释放一个电子,关于电子的运动,下列说法正确的是(　　) A.电子在从a点向O点运动的过程中,加速度越来 越大,速度越来越大 B.电子在从a点向O点运动的过程中,加速度越来越小,速度越来越大 C.电子运动到O点时,加速度为零,速度最大 D.电子通过O点后,速度越来越小,加速度越来越大,一直到速度为零 典例剖析 C 解析 带等量正电荷的两点电荷连线的中垂线上,中点O处的电场强度为零,向中垂线的两边先变大,达到一个最大值后,再逐渐减小到零。但a点与最大电场强度点的位置关系不能确定,当a点在最大电场强度点的上方时,电子在从a点向O点运动的过程中,加速度先增大后减小;当a点在最大电场强度点的下方时,电子的加速度则一直减小,A、B错误。但不论a点的位置如何,电子在向O点运动的过程中,都在做加速运动,所以电子的速度一直增加,当达到O点时,加速度为零,速度达到最大值,C正确。通过O点后,电子的运动方向与电场强度的方向相同,与所受电场力方向相反,故电子做减速运动,由能量守恒定律得,当电子运动到a点关于O点对称的点时,电子的速度为零。同样因该点与最大电场强度的位置关系不能确定,故加速度大小的变化不能确定,D错误。 对点演练 4.如图所示,在水平方向上的a、b两点处,分别固定有等量异种点电荷+Q和-Q,c是线段ab的中点,d是线段ac的中点,e是ab的垂直平分线上的一点。将一个负点电荷先后放在d、c、e点,三点所在的电场强度分别为Ed、Ec、Ee,则下列说法正确的是(　　) A.Ed、Ec、Ee的方向都是水平向右 B.Ed、Ec的方向水平向右,Ee的方向竖直向上 C.Ed、Ee的方向水平向右,Ec=0 D.Ed、Ec、Ee的大小都相等 A 解析 等量异种点电荷的电场的分布特点如图所示 从图中可知d点的电场线最密,电场强度最大,e点的电场线最疏,电场强度最小,所以Ed、Ec、Ee三个电场强度中Ed最大,d、c、e三点的电场线切线方向都水平向右,所以Ed、Ec、Ee的方向都水平向右,A正确,B、D错误;根据电场的叠加原理知,c点的电场强度不等于0,则Ec≠0,C错误。 即学即用检测与提升 1 2 3 4 5 1.(电场和电场强度的理解)(多选)下列关于电场和电场强度的说法正确的是(　　) A.电荷间的相互作用是通过电场产生的,电场最基本的特征是对处在它里面的电荷有力的作用 B.电场是人为设想出来的,其实并不存在 C.某点的电场强度越大,则正电荷在该点受到的电场力越大,负电荷在该点受到的电场力越小 D.某点电场强度的方向为负试探电荷在该点受到的电场力的反方向 AD 1 2 3 4 5 解析 电场是电荷周围客观存在的一种特殊物质,电荷间的相互作用是通过电场产生的,不是假想的,A正确,B错误;由 得,F=Eq,F的大小与q的正负无关,C错误;电场强度的方向与负试探电荷所受的电场力的方向相反,D正确。 1 2 3 4 5 2.(电场强度的叠加)如图所示,将三个电荷量均为Q(Q>0)的正点电荷分别固定在菱形的三个顶点a、b、c上,∠abc=120°,它们在菱形的第四个顶点d处产生的合电场强度为E。现只将c点处的电荷换成等量负点电荷-Q(未画出),则d点处新的合电场强度大小为(　　) A 1 2 3 4 5 1 3 4 5 2 1 3 4 5 2 答案 BCD 1 3 4 5 2 1 3 4 5 2 4.(电场线的特点)如图所示,某静电场的一部分电场线分布情况,下列说法正确的是(　　) A.这个电场可能是负点电荷的电场 B.点电荷q在A点处受到的电场力比在B点处受到 的电场力大 C.若只受电场力作用,正电荷可以沿电场线由B点运动到C点 D.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(不考虑其他作用力) B 1 3 4 5 2 解析 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,A错误;电场线越密的地方电场强度越大,由题图知EA>EB,又因F=qE,故FA>FB,B正确;由 知,a∝F,而F∝E,EA>EB,所以aA>aB,D错误;正电荷在B点受到的电场力的方向沿切线方向,故其轨迹不可能沿电场线由B到C,C错误。 1 3 4 5 2 D 5.(等量异种点电荷的电场线)(2025安徽高一期末)两等量异种点电荷周围电场线分布如图所示,两电荷连线中点为O,b、c两点关于二者连线对称,a、d两点关于O点对称,以下说法正确的是(　　) A.O点电场强度为0 B.a点电场强度小于b点电场强度 C.b、c两点的电场强度相同 D.a、d两点的电场强度相同 1 3 4 5 2 解析 由电场强度的叠加原理可知,O点电场强度方向向右,且不为0,故A错误;a点的电场线比b点的电场线密集,可知a点电场强度大于b点电场强度,故B错误;b、c两点的电场强度大小相等,方向不同,故C错误;由对称性可知,a、d两点的电场强度相同,故D正确。 k (3)根据E=,电场强度与试探电荷的电荷量和受力有关。(　　) (5)由公式E=,E与电荷量Q成正比、与距离r的二次方成反比。(　　) E= 3.对电场强度公式E=的理解 (1)公式E=是电场强度的比值定义式,该式给出了测量电场中某一点电场强度的方法。应当注意,电场中某一点的电场强度由电场本身决定,与是否测量及如何测量无关。 比值定义法是用两个或多个已知物理量“相比”的方式来定义一个新的物理量的方法。以下物理量都是用比值定义法来定义的:速度、加速度、密度。 E= 解析 (1)q受到的静电力由库仑定律得 F=k=9×109× N=9 N 方向在A与B的连线上,且由B指向A。 (2)由电场强度的定义式E=,得 EB= N/C=4.5×105 N/C,方向由A指向B。 E= 提示 根据库仑定律有F=k,所以Q在q所在位置产生的电场的电场强度为E==k,方向沿Qq的连线由Q指向q。 提示 如图所示,Q、Q'分别对q有静电力的作用,q所受的静电力为两个力的合力,F0'=。 所以q所在位置的电场的电场强度为E0'=。 1.E=与E=k的比较 E= E=k 答案 (1),方向由A指向B (2),方向由A指向B 解析 (1)如图甲所示,A、B两点电荷在O点产生的电场强度方向相同,由A指向B。A、B两点电荷在O点产生的电场强度EA=EB=。 故O点的合电场强度为EO=2EA=,方向由A指向B。 (2)如图乙所示,EA'=EB'=,由几何关系可知,O'点的合电场强度 EO '=EA'=EB'=,方向与A、B连线的中垂线垂直,即EO '与EO同向。 A.点电荷Q的坐标为(0,-2a),带负电荷,电荷量为q B.点电荷Q的坐标为(0,0),带正电荷,电荷量为2q C.点电荷Q的坐标为(-2a,0),带负电荷,电荷量为2q D.点电荷Q的坐标为(-2a,0),带正电荷,电荷量为q 解析 (-a,0)和(0,-a)两点处的电荷量为q的点电荷在P点产生的电场强度的矢量和E=,方向如图所示,由P指向N。 要求在两坐标轴上的某点处放置一个点电荷Q,使得P点的电场强度为零,可知可以在M(-2a,0)点放置负电荷或N(0,-2a)点放置正电荷,M点和N点距P点的距离都为a,且电荷量Q满足,解得Q=2q,C正确。 E= A.E B.E C.E D.E 解析 设菱形的边长为L,它们各自在d点的电场强度大小均为k,根据平行四边形定则,a、c两点的点电荷在d点叠加的合电场强度大小仍为k,方向由O指向d,与b点的点电荷在d点的电场强度方向相同,故三个点电荷在d点的合电场强度为2k=E,当c点处换成等量负点电荷后,a、c两点的点电荷在d点的合电场强度方向平行于ac向右,大小为E,b点的点电荷在d点的电场强度为kE(沿bd方向),矢量合成,得到合电场强度大小为E,方向沿ad,故选A。 3.(多选)下列关于电场强度的两个表达式E=和E=的叙述正确的是(　　) A.E=是电场强度的定义式,F是放入电场中的电荷所受的电场力,q是产生电场的电荷的电荷量 B.E=是电场强度的定义式,F是放入电场中的电荷所受的电场力,q是放入电场中电荷的电荷量,它适用于任何电场 C.E=是点电荷电场强度的计算式,Q是产生电场的点电荷的电荷量,它不适用于匀强电场 D.用点电荷电场强度计算式分析库仑定律的表达式F=是点电荷q2产生的电场在点电荷q1处的电场强度大小,而是点电荷q1产生的电场在点电荷q2处的电场强度大小 解析 E=是电场强度的定义式,F是放入电场中的电荷所受的电场力,q是放入电场中的试探电荷的电荷量,它适用于任何电场,A错误,B正确;E=是真空中点电荷产生的电场强度的计算式,Q是产生电场的点电荷的电荷量,它只适用于点电荷产生的电场,不适用于匀强电场,C正确;用点电荷电场强度计算式分析库仑定律的表达式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,而是点电荷q1产生的电场在点电荷q2处的电场强度大小,D正确。 a= $