1.4 点电荷的电场 匀强电场 课件 2026-2027学年高二上学期物理鲁科版必修第三册

1.4点电荷的电场 匀强电场 学习目标、重难点 1 新课讲解 3 新课导入 2 课堂练习 4 教考衔接 5 课堂小结 6 目录 【学习目标】 物理观念：掌握点电荷电场分布规律与匀强电场特征；理解电场叠加原理及适用条件。 科学思维：运用矢量合成分析多电荷系统场强；通过理想模型建构理解匀强电场的抽象方法。 科学探究：利用电场线或模拟实验探究电场空间分布；经历从特殊到一般的归纳推理过程。 科学态度与责任：体会理论推导与实验验证的统一性；培养严谨建模、实事求是的科学精神。 【学习重难点】 重点： 点电荷电场强度公式应用与电场叠加原理；匀强电场的定义、特征及典型实例。 难点： 多电荷系统中电场强度的矢量合成计算；理解匀强电场作为理想模型的近似条件与实际偏差。 【新课导入】 场源电荷 Q q 试探电荷 P r 在P点放一个试探电荷q ， 它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 = = 在实际问题中，通常需要知道电荷产生的电场分布情况。那么，怎样确定电荷产生的电场分布情况呢？本节将认识一些常见的电场分布。 【新课讲解】 一、点电荷的电场 根据库仑定律和电场强度的定义式，可推导出点电荷所形成的电场中任意点的电场强度。如图 1-20 所示，将点电荷Q 置于 O 点，另取一任意点 P，与 O 点的距离为 r，把一个试探电荷 q 放在 P 点，由库仑定律可知，它受到的静电力大小为 【新课讲解】 这就是点电荷电场的电场强度大小的表达式。 从公式可知，点电荷 Q产生的电场中某点电场强度的 大小，与点电荷的电荷量成正比，与该点到点电荷距 离的平方成反比。当 点电荷Q 为正电荷时，电场强度 方向沿 r 向外，如图 1-20（a）所示；当点电荷 Q为 负电荷时，电场强度方向沿 r 向内，如图 1-20（b） 所示。 根据电场强度的定义式 E = 可得 【新课讲解】 与点电荷相距 r 的球面上各点的电场强度方向 当Q为正电荷时，电场强度E的方向沿半径向外(如图甲)； 当Q为负电荷时，电场强度E的方向沿半径向内(如图乙)。 + Q - Q 【新课讲解】 球面上各点的电场强度有什么关系？ r r r + Q 由E = 可知，同球面各点场强大小相等，方向均背离球心。 【新课讲解】 本质区别 适用范围 关系理解 定义式 决定式 一切电场 仅适用于点电荷在真空中产生的电场 E的大小与F、q无关 E的大小与Q成正比，与r2成反比 【新课讲解】 二、场强叠加原理 如果场源是多个点电荷，电场中某点的场强大小和方向为各点电荷在该点产生的场强的矢量和 思考：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？ + + - q Q1 Q2 F2 F1 F E1 E E2 【新课讲解】 在几个点电荷共同形成的电场中，电场中任意一点的总电场强度等于各个点电荷在该点各自产生的电场强度的矢量和。 (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.电场强度叠加遵循平行四边形定则. 【新课讲解】 如图，点电荷Q1 在P点的电场强度为E1，点电荷Q2在P点的电场强度为E2，则P点的合场强为E1 、E2的矢量和。 Q1 Q2 P E1 E2 E Q1、 Q2为同种电荷 E1 Q1 Q2 P E2 E Q1 、Q2为异种电荷 【新课讲解】 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(如图)。 r Q P r Q P 一个体积较大不能看作点电荷的带电体，如何计算它产生的电场强度？ 可以把它分成若干小块，只要每个小块足够小，就可以看成点电荷，然后用点电荷电场强度叠加的方法计算整个带电体的电场强度。 【新课讲解】 一个半径为R的均匀带电球体（或球壳） 在球的外部产生的电场，与一个位于球心、电荷量相等的点电荷在同一点产生的电场相同，即 式中的r是球心到该点的距离 （r > R） ，Q为整个球体所带的电荷量。 Q r P r Q P 【新课讲解】 三、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。 带电粒子在匀强电场中受到恒定的静电力作用 【新课讲解】 点电荷与带电平板 特点： 电场线与导体表面垂直，在导体表面移动电荷，电场力不做功。 【课堂检测】 （多选）下列说法正确的是（　　） A.E＝也适用于点电荷产生的电场 B.E＝中的F是放入电场中的电荷所受的电场力，q是放入电场中的电荷的电荷量 C.E＝中的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 D.E＝k适用于求真空中点电荷的电场 ABD 【课堂检测】 【解析】定义式E＝适用于所有电场，式中的q是试探电荷的电荷量，则A、B正确，C错误；E＝k适用于求真空中点电荷的电场，则D正确。 【课堂检测】 （多选）如图所示，用一条绝缘轻绳挂一个带正电的小球，小球质量为m，所带电荷量为q。现加水平方向的匀强电场，平衡时绝缘绳与竖直方向夹角为θ，下列说法正确的是( ) A.电场方向水平向左 B.电场方向水平向右 C.电场强度大小 D.电场强度大小 BC 【课堂检测】 答案：BC 解析：对小球受力分析，可知电场力方向水平向右，故A错误，B正确；小球受力平衡 解得 ，故C正确，D错误. 【课堂检测】 如图，在真空中有两个点电荷和，它们相距0.1m。A点与两个点电荷的距离r相等，r=0.1m。求电场中A点的场强？ Q2 A Q1 【课堂检测】 【解析】Q1和Q2在A点的场强分别为E1和E2，大小相等，方向如图所示。合场强E在E1和E2的夹角的平分线上，此平分线跟Q1和Q2的连线平行。 E1 E2 E 合场强E的大小为E= E1cos60°+ E2cos60° = 2E1cos60° 代入数值得：E=2.7×104 N/C Q2 A Q1 【教考衔接】 1．如图，a、b、c、d是圆心为O的圆周的四等分点，M、N 分别为 、 的中点。在a、c分别固定一正点电荷 ，在b、d分别固定一负点电荷 ，则(      ) A.O点的电场强度为0 B.O点与M点的电场强度大小相等 C.O点的电势比M点的低 D.M、N两点的电势相等 【教考衔接】 1．答案：AD 解析：A.根据题意，由点电荷场强公式 ，由对称性可知，a、c固定的点电荷在O点产生的电场等大反向，b、d固定的点电荷在O点产生的电场等大反向，则O点的电场强度为0，故A正确； B.根据题意，由点电荷场强公式 可知，各点电荷在M点产生的电场，如图所示 【教考衔接】 由几何关系可得，M点的电场强度大小为 则O点与M点的电场强度大小不相等，故B错误； CD.根据题意，如图所示 由几何关系可知，过 的直线是a、b固定的等量异种点电荷的中 垂线，也是c、d固定的等量异种点电荷的中垂线，则 是一条等势线，同理，过 的直线是c、b固定的等量异种点电荷的中垂线，也是a、d固定的等量异种点电荷的中垂线，则 是一条等势线，则O、M、N三点的电势相等，故C错误，D正确。 故选AD 【教考衔接】 2．如图，等边三角形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. 【教考衔接】 2．答案：（1）q；3个点电荷均带正电 （2） 解析：（1）由M点的电场强度方向竖直向下可知，A、B处点电荷在M处的合场强为零，C处点电荷在M 处的场强竖直向下， 故可判断C点处的点电荷带正电 且A、B处点电荷所带电荷量大小相等，即 由N处的场强竖直向上可知，B、C在N处的合场强由B指向C，则B处点电荷带正电 A在N处的场强由A指向N，则A处点电荷也带正电 由上述分析可知，A、B、C三处的点电荷均带正电. 【教考衔接】 （2）作出A处点电荷在N 处的场强、B 和C 处点电荷在N 处的合场强，与N 处的竖直向上的电场强度满足平行四边形定则， 如图所示 设正三角形边长为a，根据点电荷的场强公式 ，结合几何关系 可得，A点处的点电荷在N处产生的场强大小 B点处的点电荷在N处产生的场强大小 C点处的点电荷在N处产生的场强大小 B、C点处的点电荷在N处产生的合场强 根据几何关系可得 联立解得 【课堂总结】 点电荷的电场 场强叠加原理 匀强电场 遵循平行四边形定则 表达式： 方向 定义 特点 点电荷的电场 匀强电场 30 谢谢观看 k   k E＝k E＝ E=k $