高中物理 第1章 靜電場 第3節(jié) 電場強度課件 新人教版選修3-1.ppt

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第3節(jié) 電場強度,,(教師參考) 一、教學目標 知識與技能 1.知道電荷間的相互作用是通過電場發(fā)生的,知道電場是客觀存在的一種特殊物質形態(tài) 2.理解電場強度的概念及其定義式,會根據(jù)電場強度的定義式進行有關的計算,知道電場強度是矢量,知道電場強度的方向是怎樣規(guī)定的 3.能根據(jù)庫侖定律和電場強度的定義式推導點電荷場強的計算式,并能用此公式進行有關的計算 4.知道電場的疊加原理,并應用這個原理進行簡單的計算 過程與方法 通過分析在電場中的不同點,靜電力F與電荷量q的比例關系,使學生理解比值F/q反映的是電場的強弱,即電場強度的概念;知道電場疊加的一般方法 情感態(tài)度與價值觀 培養(yǎng)學生學會分析和處理電場問題的一般方法,,二、教學重點難點 教學重點 電場強度的概念及其定義式 教學難點 對電場概念的理解、應用電場的疊加原理進行簡單的計算 三、重難點突破方略 電場強度概念建立的突破方略 【教師演示1與設問】 在大球O附近的不同位置處,同一小球的偏角不同,如圖所示,并提問. 同一試探電荷q在源電荷Q附近的不同位置處,靜止時受到的靜電力大小不等,那么,電荷周圍的不同位置,電場的強弱是否相同? 答案:電場不同位置,強弱不同.,,【教師演示2與設問】 在大球O附近的同一位置處,放不同的小球,其偏角不同,并提問. (1)不同試探電荷q在源電荷Q附近的同一位置處,靜止時受到的靜電力大小相等嗎? 答案:不相等. (2)那么是否可以用靜電力來表示電場在該點的強弱呢?為什么? 答案:不能用靜電力表示電場強弱.同一位置不同試探電荷受力不相等,顯然不能用試探電荷受的靜電力的大小表示電場的強弱. (3)是什么原因導致了不同試探電荷q受力不等?是電場本身變化的原因,還是試探電荷q變化的原因? 答案:是試探電荷q變化的原因.,,自主學習,課堂探究,達標測評,自主學習 課前預習感悟新知,,(教師參考) 情境鏈接一 電捕魚是毀滅性的、極具危險性的捕魚方法.電捕魚漁船把吸魚機的吸魚管道伸向魚群,并以它作為陽極;在船的另一側或船尾把陰極伸入水中,然后兩極加一高電壓,魚群就會沖向陽極的吸魚管口,被吸魚機吸到船上.高電壓會使陰極和陽極之間的水域形成電場嗎?高電壓對小魚苗的生命有什么危害? 信息 1.在陰極和陽極之間的水域形成電場. 2.淡水、海水及魚體都能導電,高電壓會將小魚苗電暈或電死.,,情境鏈接二 打開自來水龍頭,然后將水流變細.再用帶電的氣球去靠近水流.發(fā)現(xiàn)水流偏向氣球一側,如圖所示.你能得到什么信息或結論?一定是接觸的兩物體間才有相互作用嗎?氣球上的電荷通過怎樣的途徑使水流的方向發(fā)生了彎曲? 信息 1.氣球與水流沒有接觸,也有相互的作用力; 2.氣球上的電荷形成的電場使水流的方向發(fā)生了彎曲.,教材梳理,一、電場 閱讀教材第10頁“電場”部分,了解電場、靜電場的概念. 1.概念:電荷周圍存在的一種特殊 .帶電體間的相互作用是通過周圍的電場發(fā)生的. 2.基本性質:對放入其中的電荷有 的作用. 3.靜電場: 的電荷產(chǎn)生的電場.,物質,力,靜止,想一想 電場看不見,摸不著,那為什么說電場也是物質存在的一種形式呢? 答案:電場雖然和分子、原子組成的實物不一樣,但電場也具有能量和動量,因而電場也是物質存在的一種形式.,二、電場強度 閱讀教材第10～11頁“電場強度”部分,了解電場強度的概念,能說出其單位,知道是矢量. 1.兩種不同功能的電荷 (1)試探電荷(檢驗電荷):用來檢驗電場 及其強弱分布情況的電荷. (2)場源電荷:激發(fā)或產(chǎn)生電場的電荷. 2.電場強度 (1)概念:放入電場中某點的點電荷受 與它的 的比值. (2)物理意義:表示電場的強弱和方向.,是否存在,(4)方向:電場強度的方向與 在該點所受的靜電力的方向相同.,靜電力,電荷量,N/C,,正電荷,議一議 電場中某點電場強度的方向與負電荷在該點所受靜電力方向有什么關系? 答案:電場強度方向與負電荷在該點所受靜電力方向相反.,,(2)方向:當Q為正電荷時,E的方向沿Q與該點的連線 ,當Q為負電荷時,E的方向沿Q與該點的連線 . 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(chǎn)生的電場強度的 . 議一議 電場強度的疊加中要應用矢量運算的什么法則? 答案:要運用矢量的合成,即平行四邊形定則.,向外,向內(nèi),矢量和,四、電場線 勻強電場 (1)閱讀教材第12～13頁“電場線”部分,結合教材圖1.3-5,1.3-6,1.3-7和1.3-8,體會如何用電場線來形象描述電場. (2)閱讀教材第14頁“勻強電場”部分,結合教材圖1.3-10,了解勻強電場的“均勻”性. (3)分析教材圖1.3-6,1.3-7及1.3-8,識別幾種典型電場的分布.,1.電場線:電場線是畫在電場中的一條條有方向的曲線,曲線上每點的 .表示該點的電場強度方向.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.電場線的特點 (1)電場線從 或 出發(fā),終止于 或 ; (2)電場線在電場中 ; (3)在同一電場里,電場線 的地方場強大. 3.勻強電場 (1)定義:各點電場強度的大小 、方向 的電場. (2)電場線:是 的平行線. 議一議 在電場線是曲線的靜電場中,帶電粒子只在靜電力作用下運動的軌跡會與電場線重合嗎? 答案:不重合.假設軌跡與電場線重合,由曲線運動的條件可知靜電力必定指向彎曲電場線的凹側,但是靜電力方向一定與電場線相切,這樣就出現(xiàn)了矛盾,所以假設不成立.,切線方向,假想,正電荷,無限遠,無限遠,負電荷,不相交,較密,相等,相同,間隔相等,自主檢測,1.思考判斷 (1)電場看不見、摸不著,因此電場不是物質.( ) (2)等量異種電荷的連線上,中點的場強最大.( ) (3)電場線不是實際存在的線,而是為了形象地描述電場而假想的線.( ) (4)電場線就是電荷的運動軌跡.( ),,答案: (1) (2) (3)√ (4),2.在點電荷Q的電場中不存在E相同的兩個點.r相等時,E的大小 ,但方向 ;兩點在以Q為中心的同一半徑上時,E的方向 ,但大小 .,,答案:相等 不同 相同 不同,,D,解析:電場中某點的場強與檢驗電荷無關,故選項D正確.,4.如圖所示各電場中,A,B兩點電場強度相同的是( ),,解析:電場強度是矢量,只有大小相等、方向相同時,電場強度才相同,故選項C正確.,C,,5.如圖所示,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(chǎn)生的電場的電場強度是多大?方向如何?,課堂探究 核心導學要點探究,要點一,電場強度的理解,【問題導引】 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.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?電荷受到的靜電力與自身電荷量有何關系?若在電場中的另一點,情況又怎樣?電場中的不同點一般有何不同? 答案:電荷放在A點,電荷量為q時靜電力為F,電荷量為nq時靜電力為nF,靜電力與電荷量成正比;電荷放在另一點時,靜電力仍然與電荷量成正比,一般比例系數(shù)不同.,(教師備用) 【要點歸納】 1.電場強度是描述電場的力的性質的物理量.電場的基本性質是對放入其中的電荷有力的作用. 2.電場強度是比值法定義的物理量,電場強度的大小和方向只由電場本身特性決定,與放入其中的試探電荷無關.不能認為E和F成正比,E和電量q成反比.這可以從兩方面理解:(1)電場強度的大小與該點放不放電荷、放入的電荷量的大小均無關;(2)電場強度的方向與放入該點的正試探電荷的受力方向相同,是確定的,如果在該點放入負試探電荷,則場強方向與負試探電荷受力方向相反.,,,?思路探究? (1)怎樣求電場中某一點的電場強度大小?場強方向是如何規(guī)定的? 答案:求出該點靜電力與電荷量的比值,即為電場強度大小,規(guī)定正電荷的受力方向為場強方向. (2)電場中某處的場強大小和方向與試探電荷有關系嗎?它是由誰決定的? 答案:沒關系. 電場強度是反映電場本身性質的物理量,與試探電荷無關.它是由場源電荷決定的. (3)試探電荷在電場中某處所受的靜電力與哪些因素有關? 答案:靜電力既與該處的電場有關,也與試探電荷本身有關.,【例1】 電荷量為210-6 C的正點電荷放入電場中A點,受到的靜電力為410-4 N,方向向右,則該點的場強為 N/C,方向 .若把另一電荷放在該點受到的靜電力為210-4 N,方向向左,則這個電荷的電量大小為 C,是 (填“正”或“負”)電荷.,,答案: 200 向右 110-6 負,誤區(qū)警示 電場強度的理解要點 (1)電場中某點電場強度的方向是確定的,不隨放入的檢驗電荷的受力方向而改變.,,(教師備用) 例1-1:點電荷Q產(chǎn)生的電場中有一A點,現(xiàn)在在A點放上一電荷量為q=+2 10-8 C的試探電荷,它受到的靜電力為7.210-5 N,方向水平向左,則 (1)點電荷Q在A點產(chǎn)生的場強大小為E= ,方向 . (2)若在A點換上另一電荷量為q′=-410-8 C的試探電荷,此時點電荷Q在A點產(chǎn)生的場強大小為E′= .該試探電荷受到的靜電力大小為 ,方向 .,,(2)試探電荷為q′=-410-8 C時,場強不變,即E′=E=3.6103 N/C. 試探電荷q′受到的靜電力F′=q′E=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 1.4410-4 N 水平向右,,針對訓練1:(2016西安市一中期中)下列說法中,正確的是( ) A.在一個以點電荷為中心,r為半徑的球面上各處的電場強度都相同 B.電場中某一點的場強越大,則同一電荷在該點受到的靜電力越大 C.電場強度的方向就是放入電場中的電荷受到的靜電力的方向 D.若P點沒有檢驗電荷,則P點場強為零,B,要點二,電場強度的疊加,【問題導引】 我們在分析、處理電場中的有關問題時,經(jīng)常會遇到幾個電場在空間某一點的合場強的問題,例如求兩個場源電荷在過其連線上某點的場強連線外側某點的場強,如何解決合場強問題? 答案:場強是矢量,某點的合場強為各個電場強度的矢量和,若幾個分場強在一條直線上時可規(guī)定正方向,求它們的代數(shù)和;若幾個分場強不在一條直線上,利用平行四邊形定則求其矢量和.,【要點歸納】 1.某空間中有多個電荷時,該空間某點的電場強度等于所有電荷在該點產(chǎn)生的電場強度的矢量和. 2.求合場強可以根據(jù)對稱性特征,靈活利用假設法、分割法等特殊方法.,【例2】 已知表面電荷均勻分布的帶電球殼,其內(nèi)部電場強度處處為零.現(xiàn)有表面電荷均勻分布的帶電半球殼,如圖所示,CD為通過半球頂點C與球心O的軸線.P,Q為CD軸上關于O點對稱的兩點.則( ) A.P點的電場強度與Q點的電場強度大小相等,方向相同 B.P點的電場強度與Q點的電場強度大小相等,方向相反 C.P點的電場強度比Q點的電場強度強 D.P點的電場強度比Q點的電場強度弱,A,,?思維導圖?,解析:設想有一個與題述相同的右半球殼,對于相互獨立的左、右兩個半球殼,P點與Q′點場強大小相等,方向相反,則大小為E1,Q與P′點場強大小相等,方向相反,則大小為E2;若左、右球殼合為一個帶電球殼,由于其內(nèi)部電場強度處處為零,則E1=E2,由此可知選項A正確.,規(guī)律方法 計算電場強度的幾種方法,(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(jù)對稱性原理,靈活利用假設法、分割法求解.,,A,,例2-1:(多選)AB和CD為圓上兩條相互垂直的直徑,圓心為O.將電荷量分別為+q和-q的兩點電荷放在圓周上,其位置關于AB對稱且距離等于圓的半徑,如圖所示.要使圓心處的電場強度為零,可在圓周上再放一個適當?shù)狞c電荷Q,則該點電荷( ) A.應放在A點,Q=2q B.應放在B點,Q=-2q C.應放在C點,Q=-q D.應放在D點,Q=q,,解析:由于+q,-q與O點構成等邊三角形,其合電場強度E0方向水平向右,大小E0=E1=E2,如圖所示,欲使圓心O處的電場強度為零,所放置的點電荷Q在O點產(chǎn)生的電場強度方向必須水平向左,且大小也為E0.若在A點和B點放置點電荷Q,則它產(chǎn)生的電場強度只能沿豎直方向,若在C點放置點電荷Q,則必為負電荷且Q=-q,選項C正確; 若在D點放置點電荷Q,則必為正電荷,且Q=q,選項D正確.,CD,,例2-2:如圖所示,已知A,B兩帶電小球相距3cm,QA=1.010-10 C,均用細絕緣線懸掛,在水平方向的勻強電場中保持靜止,懸線呈豎直方向,則勻強電場的電場強度大小為 ,方向 .,,,答案:1.0103 N/C 向左,D,,要點三,電場線的理解,【問題導引】 如圖為將頭發(fā)屑放在一對等量異種電荷產(chǎn)生的電場中的頭發(fā)屑的排列情況,形成一些曲線,可以用來模擬電場線,電場線是真實存在的嗎?能否通過“模擬電場線”判斷電場的強弱情況?,答案:電場線并不存在,它是為了形象地描述電場引入的,電場線不存在但可以模擬,電場線比較密的地方電場較強,反之較弱.,,(教師備用) 【要點歸納】 1.比較電場強度大小:場強大處電場線密,場強小處電場線疏,故根據(jù)電場線的疏密可以比較場強的大小. 2.確定電場強度方向:電場線上每點的切線方向就是該點電場強度的方向.,【例3】 (2016濟南一中期中)(多選)用電場線能很直觀、很方便地比較電場中各點場強的強弱.如圖分別是等量異種點電荷形成電場的電場線和場中的一些點.O是電荷連線的中點,E,F是連線中垂線上相對于O對稱的兩點,B,C和A,D也相對于O對稱.則下列說法正確的是( ) A.B,C兩點場強大小和方向都相同 B.A,D兩點場強大小相等,方向相反 C.E,O,F三點比較,O點場強最強 D.B,O,C三點比較,O點場強最強,,?思路探究? (1)等量異種點電荷形成電場的電場線分布具有對稱性,有哪幾條對稱軸?在這種對稱性中關于對稱軸的對稱點的場強方向相同嗎? 答案:在平面圖中有兩條對稱軸,一條是兩點電荷的連線所在直線,另一條是兩點電荷連線的中垂線.兩對稱點的場強方向不一定相同. (2)如何在已知電場線分布的電場中比較兩點場強的大小? 答案:可根據(jù)電場線分布的疏密來判斷,電場線密集的位置場強大.,AC,,解析:B,C兩點電場線的方向都是由B指向C,由對稱性可知,B,C兩點電場強度的大小也相同,故選項A正確;同樣由于對稱性,A,D兩點電場強度大小相等,方向都向左,故選項B錯誤;電場線越密的地方,電場強度越大,從題圖中可知E,O,F三點比較,O點場強最強,故選項C正確;B,O,C三點比較,O點場強最弱,故選項D錯誤.,規(guī)律方法 等量異種點電荷形成的電場線的分布特征 (1)兩點電荷連線上各點處,電場線方向從正電荷指向負電荷,中點場強最小,越靠近點電荷場強越強. (2)兩點電荷連線的中垂面(中垂線)上,電場線的方向均相同,即場強方向均相同,且總與中垂面(線)垂直. (3)沿中垂線從O點到無窮遠,場強逐漸減弱.,,(教師備用) 變式:(2016濟南一中期中)如圖為真空中兩點電荷A,B形成的電場中的一簇電場線,已知該電場線關于虛線對稱,O點為A,B電荷連線的中點,a,b為其連線的中垂線上對稱的兩點,則下列說法正確的是( ) A.A,B可能是帶等量異號的正、負電荷 B.A,B可能是帶不等量的正電荷 C.a,b兩點處無電場線,故其電場強度可能為零 D.同一試探電荷在a,b兩點處所受靜電力大小相等,方向一定相反,D,,解析:從電場線向外且對稱可知,A,B點電荷帶等量正電荷,故選項A,B錯誤;根據(jù)電場的疊加,a點處的電場強度方向向上,b點處的電場強度方向向下,且由于對稱性可知,兩點電場強度大小相等,因此將同一試探電荷放在a,b兩點處所受靜電力大小相等,故選項C錯誤,D正確.,,例3-1:一負電荷從電場中A點由靜止釋放,只受靜電力作用,沿電場線運動到B點,它運動的速度—時間圖像如圖(甲)所示.則A,B兩點所在區(qū)域的電場線分布情況可能是圖(乙)中的( ),,C,解析:由速度—時間圖像可知,電荷的速度越來越大,且加速度也是越來越大,故電荷在運動過程中,應受到逐漸增大的靜電力作用,所以電場線的方向應由B指向A.由于加速度越來越大,所以靜電力越來越大,即B點的電場強度應大于A點的電場強度,即B點處電場線應比A點處密集.所以選項C正確.,,針對訓練3:某電場的電場線分布如圖所示,下列說法正確的是( ) A.c點的電場強度大于b點的電場強度 B.若將一試探電荷+q由a點釋放,它將沿電場線運動到b點 C.b點的電場強度大于d點的電場強度 D.a點和b點的電場強度的方向相同,C,解析:據(jù)電場線的分布可知,c點的電場線比b點的電場線稀疏,即c點的電場強度小于b點的電場強度;b點的電場線比d點的電場線密,即b點的電場強度大于d點的電場強度;a點和b點的切線方向不同,即兩點的電場強度的方向不同,故選項A,D錯誤,C正確;將一試探電荷+q由a點釋放,在a點受力方向沿電場線切線方向,加速度方向為切線方向,因此,電荷不可能沿電場線運動到b點,故選項B錯誤.,,(教師參考) 【教材探究】 教材P11中在引入電場強度的概念的過程中,將電荷量為q,2q,3q…的檢驗電荷分別放入電場中的同一點,得到靜電力與電荷量成正比的結論,這說明了什么問題? 答案:把一帶電荷量為q的試探電荷放在電場中的某點,受到的靜電力為F1,若把兩個電荷量均為q的相同試探電荷捆綁在一起放置在該點,則它們受到的靜電力應為2F1,依次類推,得出結論:電荷在電場中某點受到的靜電力F與電荷所帶電荷量q成正比,即F=Eq,既然F∝q,則說明其比例系數(shù)為一常數(shù),該常數(shù)與F,q大小無關,它可能與電場中的位置有關.,達標測評 隨堂演練檢測效果,,BD,,2.(2016肇慶市高二統(tǒng)一檢測)(多選)如圖所示,點電荷Q固定,虛線是帶電荷量為q的微粒的運動軌跡,微粒的重力不計,a,b是軌跡上的兩個點,b離Q較近,下列判斷正確的是( ) A.Q,q一定是一個帶正電,另一個帶負電 B.不管Q帶什么性質的電荷,a點的場強一定比b點的小 C.微粒通過a,b兩點時,加速度方向都是指向Q D.微粒通過a時的速率比通過b時的速率大,ABC,B,,,C,,5.(2016河南周口高二期末)如圖所示,一個系在絲線下端的帶正電、可視為點電荷的小球B,靜止在圖示位置.若帶正電的小球A固定,并且可視為點電荷,帶電荷量為Q,B球的質量為m,電荷量為q,絲線偏向角為θ,A和B在同一水平線上,整個裝置處在真空中.試求: (1)小球B所在位置的電場強度的大小和方向;,,(2)A,B兩球之間的距離.,(教師參考) 課堂小結,,謝謝觀賞！,