9.3 电场力 电场强度（教学课件）物理沪科版必修第三册

第九章 静电场 第三节 电场力 电场强度 作者：徐圣钦 微信：894665727 高中物理必修第三册•沪科版 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 理解电场、电场力的概念，知道电场是物质存在的一种形态；掌握电场强度的定义式、物理意义与矢量性；会用电场线形象描述电场的分布。 02 科学思维 通过电场力与试探电荷电荷量的比值定义电场强度，体会比值定义法；能运用矢量合成分析电场强度的叠加问题。 03 科学探究 通过“模拟电场线”活动观察电场线分布，归纳电场线的特点；经历建立电场强度概念的过程，提升观察、分析与归纳能力。 04 科学态度与责任 体会场的概念对物理学发展的意义，认识科学本质；了解电场知识在生活与技术中的应用，增强社会责任。 教学重难点 教学难点 教学重点 重点：电场与电场力的概念；电场强度的定义式及物理意义；电场线的特点；匀强电场。 难点：电场强度定义式的理解（E 由电场本身决定）；电场强度的矢量性与叠加原理；电场线的建立与应用。 情境引入 静电现象 上海科技馆“怒发冲冠”项目：女士站在绝缘地板上，手摸起电机的金属球罩，2×104 V 的高压使人体带电，长发立刻张开。 为什么会出现这样的现象？你能解释产生这一现象的原因吗？ 知识点1 电场 电场力 电荷间的相互作用是如何传递的？ 电荷的周围存在着由它产生的电场，电荷之间通过电场发生相互作用。 电场看不见、摸不着，但它是物质存在的一种客观形式。 重力场、磁场、电场——场无处不在。 相对观察者静止的电荷产生的电场，叫作静电场。 知识点2 电场线 如何形象描述电场？ 电场看不见、摸不着，如何形象地描述它？ 类比磁感线描述磁场，法拉第引入了电场线。 电场线是为直观描述电场而引入的假想曲线：起始于正电荷（或无穷远），终止于负电荷（或无穷远）。 曲线上每一点的切线方向表示该点电场强度的方向，疏密表示电场的强弱。 自主活动：模拟电场线 模拟电场线演示视频 把奎宁针状晶体（或头发屑）悬浮在蓖麻油中，并在两电极间加高电压。 晶体在电场力作用下有规律地排列，走向顺着电场力的方向，形象地模拟出静电场的分布，好像一条条的曲线。 典型电场线 把上述自主活动观察到的模拟电场线分布作理想化的描绘，就得到如图9-18所示的典型电场线：（a）正点电荷；（b）负点电荷；（c）等量异种点电荷；（d）等量同种点电荷。 大家谈 如图9-18所示的典型电场线分布有何特点？如何与如图9-17所示的模拟电场线相对应？ 观察要点 1. 正电荷：电场线向外辐射；负电荷：电场线向内汇聚。 2. 等量异种电荷：从正电荷出发、终止于负电荷，连线中点附近电场线最密。 3. 等量同种电荷：连线中点处电场线最稀疏，该点场强最小。 4. 电场线越密的地方，电场越强。 知识点3 电场强度 如何定量描述电场力的性质？ 研究点电荷 A 周围电场的性质，需引入另一个点电荷 B，其电荷量必须足够小，以致可忽略它对原电场的影响。 场源电荷：产生电场的电荷 A。 试探电荷：电荷量足够小的检测电荷 B。 移动 B 可以发现：它在不同位置所受电场力的大小、方向一般不同——这说明电场中各点的强弱和方向一般不同。 电场强度的定义 + + Q q r F + + Q 2q r 2F 对比两次数据：电荷量变为 2q、电场力变为 2F，但比值 F/q 保持不变；换到其他位置，F 与 q 之比一般不同。 电场强度 E ＝ F/q 放入电场中某点的电荷所受的静电力 F 跟它的电荷量 q 的比值，叫做该点的电场强度。 单位：N/C，读作牛每库。 方向：规定电场中某点的电场强度的方向，跟正电荷在该点所受静电力的方向相同。 E 由电场本身决定，与是否放入试探电荷无关。 电场强度的物理意义 物理意义：E ＝ F/q 在数值上等于单位电荷所受的电场力。 E 由电场本身决定，与试探电荷的 q、F 均无关。 单位：N/C（牛每库）。 已知某点场强 E，放入点电荷 q，则 F ＝ qE，其方向由电场方向与电荷正负共同决定。 要点E＝F/q （比值定义式） 单位N/C牛每库 方向：同正电荷受力方向 示例1 如图9-20所示，有一固定的点电荷 q1，q1 左方的 A 点处有一个负电荷 q2，其电荷量为 -1×10-9 C。测出 q2 受到的电场力 F 为 2×10-5 N，方向水平向右。 （1）求点电荷 q1 产生的电场在 A 点的电场强度。 （2）如把 A 点电荷的电荷量 q2 变为 5q2，其他条件不变，求 q1 产生的电场在 A 点的电场强度和该 5q2 电荷受到的电场力。 分析：可利用电场强度的定义式来计算空间某点处的电场强度，但这只是对电场强度的一种间接反映。实际上，空间中某处电场的强弱仅由场源电荷本身决定，与试探电荷的有无或电荷量的大小无关；试探电荷受到的电场力大小由所在处的电场强度和自身所带电荷量共同决定。计算中电荷量取绝对值，电场强度的方向由电荷所受电场力的方向来判断。 示例1 解答 （1）由电场强度的定义式，可得 A 点的电场强度大小 　　　E ＝ F/|q2| ＝ (2×10-5)/(1×10-9) N/C ＝ 2×104 N/C 由于负电荷所受电场力的方向跟该点的电场强度方向相反，可知 A 点的电场强度方向水平向左。 （2）电场强度的大小只与电场本身的性质有关，也就是只与产生该电场的场源电荷有关，而与放入电场的试探电荷无关。即使放在 A 点的电荷量变化了，q1 产生的电场在 A 点的电场强度也不会发生变化，仍为 2×104 N/C，方向水平向左。 放入 A 点的电荷变为 5q2，则该电荷受到的电场力大小为 　　　F′ ＝ 5|q2|E ＝ 5×10-9×2×104 N ＝ 1×10-4 N，方向水平向右。 知识点4 点电荷的电场 电场强度的叠加 点电荷的电场强度 + r 大小 方向 E ＝ k q/r2 真空中点电荷 q 产生的电场中，距它 r 处： E ＝ k q/r2 方向：q 为正，背离 q；q 为负，指向 q。 E＝kq/r2 是决定式，只适用于点电荷；E＝F/q 是定义式，适用于任何电场。 电场的叠加 电场的叠加原理：电场中某点的电场强度，等于各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。 示例2：如图9-21(a)所示，真空中相距 2r 的点电荷 A、B 带电荷量分别为 +q 和 -q。求： （1）两点电荷连线中点 O 的电场强度。 （2）在 A、B 连线上、点电荷 B 的外侧且与 B 相距 r 的 P 点处的电场强度。 解：EO ＝ 2kq/r2，方向由 O 指向 B； 　　EP ＝ 8kq/(9r2)，方向由 P 指向 B。 知识点5 匀强电场 能否产生电场强度处处相同的电场？ 如果电场中各点的电场强度的大小相等、方向相同，这个电场就叫作匀强电场。 两块正对的平行金属板分别带等量正、负电荷时，板间（除边缘外）就是匀强电场，其电场线是疏密相同的平行直线。 课堂小结 1. 电场：电荷周围存在的特殊物质，电荷间的相互作用通过电场传递；静止电荷产生的电场叫静电场。 2. 电场强度：E ＝ F/q，描述电场的强弱和方向；由电场本身决定，与试探电荷无关。 3. 点电荷的场强：E ＝ kq/r2；多个电荷共存时，场强按矢量叠加。 4. 电场线：假想曲线，切线方向为场强方向，疏密表示强弱，永不相交。 5. 匀强电场：各点场强大小相等、方向相同，电场线是疏密相同的平行直线。 课堂巩固 1. 关于电场强度，下列说法正确的是（　　） A. 由 E ＝ F/q 可知，若 q 减半，则该处的电场强度变为原来的 2 倍 B. 由 E ＝ kq/r2 可知，E 与场源电荷的电荷量 q 成正比，与 r2 成反比 C. 电场中某点电场强度的方向一定跟正电荷在该点所受电场力的方向相同 D. 拿走试探电荷后，该点没有电场，电场强度为零 答案：B 2. 真空中点电荷 q 产生的电场中，距 q 为 r 处的电场强度大小为 ______；若 q 为正电荷，该处电场强度的方向 ______（选填“指向”或“背离”）q。 答案：kq/r2；背离 课后作业 练习与应用 分层作业 1. 整理 E ＝ F/q 与 E ＝ k q/r2 的区别与联系，说明各自的适用条件。 2. 完成教材本节“练习与应用”第 1～4 题。 3. 思考：匀强电场的电场线为什么是疏密相同的平行直线？ 谢谢聆听 谢谢聆听 Lavf58.20.100 $