2018-2019學年高中物理 第一章 靜電場 第3節(jié) 電場強度課件 新人教版選修3-1.ppt

第3節(jié)電場強度,【學習目標】 1.知道電場是電荷周圍客觀存在的一種特殊物質.2.理解電場強度的概念及公式,并會進行有關的計算.3.理解點電荷的電場強度及場強疊加原理.4.理解電場線的概念、特點,了解常見的電場線的分布,知道什么是勻強電場.,基礎知識,核心要點,學習效果,核心素養(yǎng),基礎知識 探究,教材探究,知識點一,電場、電場強度,【問題導學】 在空間中有一電場,把一帶電荷量為q的試探電荷放在電場中的A點,該電荷受到的靜電力為F.則 (1)若把帶電荷量為2q的點電荷放在A點,則它受到的靜電力為多少?若把帶電荷量為nq的點電荷放在該點,它受到的靜電力為多少?,答案:(1)2F,nF.,(2)結合第(1)問思考,A點處的電場會不會隨著試探電荷的改變而改變?試探電荷在電場中某點受到的靜電力F與電荷所帶電荷量q的比值有什么特點?,答案:(2)不會;F與q的比值為定值,或者說F與q成正比.,【知識梳理】 1.電場 (1)概念:存在于電荷周圍的一種 物質,場與實物是物質存在的兩種不同形式. (2)性質:對放入其中的電荷有 的作用,電荷間通過 發(fā)生相互作用. (3)靜電場: 的電荷產生的電場. 2.電場強度 (1)兩種不同功能的電荷 試探電荷:用來檢驗電場 及其 分布情況的電荷,電荷量和尺寸必須 . 場源電荷: 的電荷.,特殊,力,電場,靜止,是否存在,強弱,較小,產生電場,(2)定義: 在電場中某個位置所受的力與其 成正比,即F=Eq,在電場的不同位置,比例常數E一般 ,它反映了電場在這點的性質,叫做電場強度. (3)公式:E= . (4)單位: 或 . (5)方向:電場強度是矢量,規(guī)定電場中某點的電場強度的方向跟 在該點所受的靜電力的方向相同.,試探電荷,電荷量,不一樣,N/C,V/m,正電荷,知識點二,點電荷的電場、電場強度的疊加,【問題導學】 (1)如圖(甲)所示,在正點電荷Q的電場中有一試探電荷q,已知q到Q的距離為r,Q對q的作用力是多大?Q在q所在位置產生的電場的電場強度是多大?方向如何?,(2)如果再有一正點電荷Q=Q,放在如圖(乙)所示的位置,q所在位置的電場的電場強度多大?,【知識梳理】 1.真空中點電荷的電場強度 (1)大小:E=k ,其中k是 ,Q是 的電荷量. (2)方向:當Q為正電荷時,E的方向沿半徑 ;當Q為負電荷時,E的方向沿半徑 . 2.電場強度的疊加:如果場源是多個點電荷,則電場中某點的電場強度為各個點電荷單獨在該點產生的電場強度的 .,靜電力常量,場源電荷,向外,向內,矢量和,知識點三,電場線、勻強電場,【問題導學】 (1)電荷周圍存在著電場,法拉第采用了什么方法來描述電場? (2)在實驗室,可以用實驗模擬電場線:頭發(fā)屑在蓖麻油中的排列顯示了電場線的形狀,這能否說明電場線是實際存在的線?,答案:(1)法拉第采用了畫電場線的方法描述電場. (2)電場線實際不存在,但可以用實驗模擬.,【知識梳理】 1.電場線:畫在電場中的一條條有方向的曲線,曲線上每點的切線方向表示該點的 方向.電場線不是實際存在的線,而是為了形象地描述電場而 的線. 2.電場線特點 (1)起始于無限遠或正電荷,終止于 或 . (2)任意兩條電場線不相交. (3)電場線的疏密表示電場的 ,在同一幅圖中,電場強度較大的地方電場線 ,電場強度較小的地方電場線 . 3.勻強電場 (1)定義:各點電場強度的大小 、方向 的電場. (2)勻強電場的電場線: 的平行直線.,電場強度,假想,負電荷,無限遠,強弱,較密,較疏,相等,相同,間距相等,思考判斷,1.電場看不見,摸不著,因此電場實際不存在.( ) 2.據公式E= 可計算電場強度大小,但電場強度由場本身決定,與F,q大小無關.( ) 3.用正、負兩種試探電荷檢驗電場中某點電場強度方向時,由于受力方向相反,則得到同一點電場強度有兩個方向.( ) 4.電場強度的疊加滿足平行四邊形定則.( ) 5.電場線可以描述電場的強弱,也能描述電場的方向.( ),核心要點 突破,要點一,電場強度的理解,1.固有性:電場中某點的電場強度E是固有的,是由電場本身決定的.電場中不同的地方,電場強度一般是不同的. 2.矢量性:電場強度描述了電場的強弱,是矢量,其方向與在該點的正電荷所受靜電力的方向相同,與在該點的負電荷所受靜電力的方向相反.,4.求解電場強度常用的三種方法 (1)等效法:均勻帶電球等一些帶電體有時可等效為點電荷,因此可以應用點電荷電場強度公式. (2)對稱法:點電荷、均勻帶電板等帶電體周圍的電場強度上下、左右可能出現對稱性,利用對稱性可確定某點電場強度的大小. (3)疊加法:電場強度是矢量,求解多個電荷產生的電場的電場強度,可以根據電荷的分布情況,采用合成方法求解.,電場強度由形成電場的電荷及空間位置等因素決定,與是否放入試探電荷、放入電荷的電性、電荷量的多少均無關.,狀元心得,【例1】 一個電荷量q=+210-8 C的試探電荷,在電場中A點的位置時它受到的靜電力為7.210-5 N,方向水平向左.求: (1)電場中A點的電場強度大小為E=,方向. (2)將試探電荷q移走后,A點的電場強度大小為E=,方向. (3)若在A點換上另一電荷量為q=-410-8 C的試探電荷,則該試探電荷受到的靜電力大小為,方向.,思路探究 (1)點電荷Q在A點處的電場強度可由什么公式求得? (2)點電荷Q在A點處的電場強度E與試探電荷有關系嗎? (3)試探電荷受到的靜電力可由什么公式求得? 答案:(1)電場強度可由定義式E= 求得. (2)E與試探電荷無關. (3)靜電力可由F=Eq求得. 解析:(1)電場中A點的電場強度大小為E= =3.6103 N/C,方向水平向左. (2)電場強度是描述電場的物理量,跟試探電荷無關,所以A點的電場強度大小依然為3.6103 N/C,方向依然是水平向左的.,(3)試探電荷為q=-410-8 C時,電場強度不變,則試探電荷q受到的靜電力F=qE=1.4410-4 N,方向水平向右. 答案:(1)3.6103 N/C水平向左 (2)3.6103 N/C水平向左 (3)1.4410-4 N水平向右,理解電場強度的注意點 (1)電場強度是反映電場強弱和方向的物理量,其大小決定于電場本身,與試探電荷無關. (2)電荷在電場中所受靜電力由公式F=qE計算,并且負電荷受力方向與電場方向相反.,方法總結,【針對訓練1】 (2018江蘇興化一中高二月考)A為已知電場中的一固定點,在A點放一電荷量為q的試探電荷,所受靜電力為F,A點的電場強度為E,則( ) A.若在A點換上電荷量為-q的試探電荷,A點電場強度方向發(fā)生變化 B.若在A點換上電荷量為2q的試探電荷,A點的電場強度將變?yōu)?E C.若在A點移去電荷q,A點的電場強度變?yōu)榱?D.A點電場強度的大小、方向與q的大小、正負、有無均無關,D,要點二,電場強度的疊加,1.有幾個場源電荷,就產生幾個電場,各場源點電荷在某處產生的電場強度均可用E=k 來求得. 2.電場強度是矢量,故當某處同時存在幾個電場時,該處的電場強度為各個點電荷單獨在該點產生的電場強度的矢量和.,1)電場強度的疊加遵循矢量運算法則(平行四邊形定則),常用的方法有圖解法、解析法、正交分解法等. 2)對于同一直線上電場強度的合成,可先規(guī)定正方向,進而把矢量運算轉化成代數運算.,狀元心得,思維導圖,答案:B,計算電場強度的幾種方法 (1)應用公式E= ,適用于已知或可以求靜電力的試探電荷或帶電體受力的普遍情況. (2)應用E=k ,僅適用于真空中的點電荷產生的電場. (3)利用疊加原理求解,常用于涉及空間中存在幾部分電荷的情景. (4)根據對稱性原理,靈活利用假設法、分割法求解.,規(guī)律方法,【針對訓練2】 如圖所示,A,B,C三點為一直角三角形的三個頂點,B= 30,現在A,B兩點放置兩點電荷qA,qB,測得C點電場強度的方向與AB平行,則qA帶電,qAqB=.,答案:負18,要點三,電場線的理解,1.點電荷的電場線,(1)點電荷的電場線呈輻射狀,正電荷的電場線向外至無限遠,負電荷則相反. (2)以點電荷為球心的球面上,電場線疏密相同,但方向不同,說明電場強度大小相等,但方向不同. (3)同一條電場線上,電場強度方向相同,但大小不等.實際上,點電荷形成的電場中,任意兩點的電場強度都不同.,2.等量異種點電荷與等量同種點電荷的電場線,3.電場線與帶電粒子運動軌跡的關系 (1)電場線不是帶電粒子的運動軌跡,電場線與運動軌跡不一定重合. (2)如果不同時具備以下條件,運動軌跡不可能與電場線重合. 電場線為直線; 帶電粒子的初速度為零,或初速度沿電場線所在直線; 帶電粒子只受靜電力,或其他力的合力沿電場線所在直線.,電場線是為了形象地描述電場而引入的假想曲線,帶電粒子在電場中的運動軌跡是帶電粒子在電場中實際通過的徑跡,所以電場線不是帶電粒子的運動軌跡. 帶電粒子只在靜電力作用下做曲線運動時,由物體做曲線運動的條件可知靜電力一定指向曲線彎曲的內側,又因為靜電力一定與電場線相切,所以運動軌跡與電場線是相交的,不可能重合.,狀元心得,【例3】 (2018湖南寧遠縣一中高二月考)如圖所示是靜電場的一部分電場線分布,下列說法中正確的是() A.這個電場可能是負點電荷的電場 B.試探電荷q在A點處受到的靜電力比在B點處受到的靜電力大 C.試探電荷q在A點處的瞬時加速度比在B點處的瞬時加速度小(不計重力) D.負試探電荷在B點處受到的靜電力的方向沿B點切線方向,思路探究 (1)如何由電場線比較電場強度大小? (2)如何由電場線確定電場強度的方向? 答案:(1)根據電場線的疏密可以比較電場強度的大小.電場線密處電場強度大,電場線疏處電場強度小. (2)電場線上每點的切線方向就是該點電場強度的方向.,解析:因為(孤立)負點電荷的電場線是自四周無窮遠處從不同方向指向負電荷的球對稱分布的,而圖中的電場線分布不具備這種特點,所以它不可能是負點電荷的電場,選項A錯誤;因電場線越密處電場強度越大,故由圖知電場強度EAEB.又因點電荷q在電場中所受靜電力F=qE,故靜電力FAFB,選項B正確;由牛頓第二定律知,加速度a= ,而FAFB,故aAaB,選項C錯誤;因B點切線方向就是B點電場強度方向,而負電荷所受靜電力方向與電場強度方向相反,故選項D錯誤. 答案:B,誤區(qū)警示,電場線、切線方向的理解誤區(qū) 電場線上某點切線的方向表示該點電場強度的方向,不表示電荷受力的方向,更不表示速度的方向.正試探電荷受到的靜電力的方向沿該點切線方向,負試探電荷受到的靜電力的方向沿該點切線方向的反方向.,【針對訓練3】 關于電場線的以下說法中,正確的是( ) A.電場線上每一點的切線方向都跟電荷在該點的受力方向相同 B.沿電場線的方向,電場強度越來越小 C.電場線越密的地方同一試探電荷所受的靜電力就越大 D.順著電場線移動電荷,電荷受靜電力大小一定不變,C,解析:電場線上每一點的切線方向都跟正電荷在該點的受力方向相同,選項A錯誤;沿電場線方向,其疏密變化情況未知,所以電場強度大小不能判定,電荷的受力情況也不能判定,選項B,D錯誤,C正確.,學習效果 檢測,1.在點電荷形成的電場中,其電場強度( ) A.電場中各點處處相等 B.與場源電荷等距的各點的電場強度都相等 C.與場源電荷等距的各點的電場強度的大小都相等,但方向不同 D.場中各點的電場強度與該點至場源電荷的距離r成反比,C,解析:由電場強度的矢量性和點電荷的電場強度公式E=k ,故C正確.,2.(2018江西宜春上高二中高二月考)(多選)如圖所示,帶箭頭的直線是某一電場中的一條電場線,在這條線上有A,B兩點,用EA,EB表示A,B兩處的電場強度,則( ) A.A,B兩處的電場強度方向相同 B.因為A,B在一條電場線上,且電場線是直線,所以EA=EB C.電場線從A指向B,所以EAEB D.不知A,B附近電場線的分布情況,EA,EB的大小不能確定,AD,解析:電場線的切線方向即電場強度方向,所以選項A正確;電場線的疏密程度表示電場強度大小,只有一條電場線的情況下不能判斷電場強度大小,所以選項B,C錯誤,D正確.,3.下列各電場中,A,B兩點電場強度相同的是( ),C,解析:A圖中,A,B兩點電場強度大小相等,方向不同,選項A錯誤;B圖中,A,B兩點電場強度的方向相同,但大小不等,選項B錯誤;C圖中是勻強電場,則A,B兩點電場強度大小、方向相同,選項C正確;D圖中A,B兩點電場強度大小、方向均不相同,選項D錯誤.,4.(2018武漢市蔡甸區(qū)漢陽一中、江夏一中高二聯(lián)考)如圖所示,在等邊三角形ABC的三個頂點上,固定三個正點電荷,電荷量的大小q<q,則三角形ABC的幾何中心處電場強度的方向( ) A.平行于AC邊 B.平行于AB邊 C.垂直于AB邊指向CD.垂直于AB邊指向AB,C,核心素養(yǎng) 提升,(教師備用),學長經驗分享,【方法拓展】由電場線和運動軌跡判斷運動情況的方法 1.判斷電場方向或粒子帶電性質:若粒子帶正電,粒子所受靜電力方向與電場方向相同;若粒子帶負電,粒子所受靜電力方向與電場方向相反. 2.判斷靜電力做功情況:靜電力方向與運動方向成銳角時,靜電力做正功;靜電力方向與運動方向成鈍角時,靜電力做負功. 3.判斷粒子動能變化情況:若靜電力做正功,則粒子動能增加;若靜電力做負功,則粒子動能減小.,【以例示法】 (2018四川廣安市岳池中學高二月考)(多選)某靜電場中的電場線如圖所示,帶電粒子在電場中僅受靜電力作用,其運動軌跡如圖中虛線所示,由M運動到N,以下說法正確的是( ) A.粒子必定帶負電荷 B.由于M點沒有電場線,粒子在M點不受靜電力的作用 C.粒子在M點的加速度小于它在N點的加速度 D.粒子在M點的動能小于在N點的動能,CD,解析:根據電荷運動軌跡彎曲的情況,可以確定點電荷受靜電力的方向沿電場線方向,故此點電荷帶正電,選項A錯誤;電場線是形象描述電場的工具,M點沒有電場線,在M點依然有電場,選項B錯誤;由于電場線越密,電場強度越大,點電荷受到的靜電力就越大,根據牛頓第二定律可知其加速度也越大,故此點電荷在N點加速度大,選項C正確;粒子從M點運動到N點,靜電力做正功,根據動能定理得此點電荷在N點的動能大,選項D正確.,點評:由粒子的運動軌跡判斷粒子所受靜電力的方向是解決此類問題的突破口.一旦靜電力的方向確定,就可以判斷靜電力做功的情況,結合電場方向,就可以判斷粒子的電性.,【錯例分析】沒有考慮庫侖力變化導致判斷加速度方向錯誤 如圖所示,在傾角為的光滑絕緣斜面上放兩個質量分別為m1和m2的帶電小球A,B(均可視為質點),m1=2m2,相距為L.兩球同時由靜止開始釋放時,B球的初始加速度恰好等于零.經過一段時間后,當兩球距離為L時,A,B的加速度大小之比為a1a2=32,求LL.,答案:21,【科學技術社會環(huán)境】,靜電除塵 靜電除塵是氣體除塵方法的一種.其原理是利用靜電場使氣體電離從而使塵粒帶電吸附到電極上的收塵方法,在強電場中空氣分子被電離為正離子和電子,電子奔向正極過程中遇到塵粒,使塵粒帶負電吸附到正極被收集,當然通過技術創(chuàng)新,也有采用負極板集塵的方式.以往常用于以煤為燃料的工廠、電站,收集煙氣中的煤灰和粉塵.冶金中用于收集錫、鋅、鉛、鋁等的氧化物,現在也有可以用于家居的除塵滅菌產品.,