高二物理人教版選修3-1課件 第1章靜電場 第3節(jié)《電場強(qiáng)度》

歡迎進(jìn)入物理課堂 第三節(jié)電場強(qiáng)度 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 知道電荷間的相互作用是通過電場實現(xiàn)的 場與實物是物質(zhì)存在的兩種不同形式 2 體會用比值定義物理量的方法 理解電場強(qiáng)度的定義 公式 單位 方向 3 能推導(dǎo)點電荷場強(qiáng)公式 知道疊加原理 并進(jìn)行簡單計算 4 知道電場線的定義和特點 會用電場線描述電場強(qiáng)度的大小 方向 重點難點 電場強(qiáng)度矢量性的理解和應(yīng)用 易錯問題 把電場線當(dāng)成帶電粒子的運動軌跡 一 電場1 電荷的周圍存在 帶電體間的相互作用是通過周圍的發(fā)生的 電場 電場 2 場和分子 原子組成的實物一樣具有能量 質(zhì)量和動量 場與實物是物質(zhì)存在的兩種不同形式 靜電場是的電荷產(chǎn)生的電場 3 電場的基本性質(zhì)是對放入其中的電荷有的作用 靜止 力 二 電場強(qiáng)度1 定義 放入電場中某一點的檢驗電荷受到的靜電力跟它的電荷量的 叫做該點的電場強(qiáng)度 2 公式 3 單位 牛 庫 符號 4 方向 電場強(qiáng)度是矢量 規(guī)定某點電場強(qiáng)度的方向跟在該點所受的靜電力的方向相同 負(fù)電荷在電場中某點所受的靜電力的方向跟該點電場強(qiáng)度的方向 比值 N C 正電荷 相反 三 點電荷的電場電場強(qiáng)度的疊加1 點電荷周圍某點電場強(qiáng)度大小計算式為 2 以Q為中心 r為半徑作一球面 則球面上各點電場強(qiáng)度大小 當(dāng)Q為正電荷時 E的方向 當(dāng)Q為負(fù)電荷時 E的方向 同一球面上的場強(qiáng)只是大小相等 方向并不相同 相等 背離球心向外 指向球心 1 Q是檢驗電荷還是場源電荷 思考 提示 1 Q是場源電荷 思考 3 如果場源電荷不只是一個點電荷 則電場中某點的電場強(qiáng)度為各個點電荷單獨在該點產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的 矢量和 四 電場線1 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(qiáng)度方向 電場線不是實際存在的線 而是為了形象描述電場而假想的線 切線方向 2 電場線的特點 1 電場線從或出發(fā)終止于或 2 電場線在電場中不 3 在同一電場里 電場線的地方場強(qiáng)大 正電荷 無窮遠(yuǎn) 無窮遠(yuǎn) 負(fù)電荷 相交 密集 2 電場線為什么不能相交 電場線是電荷運動的軌跡嗎 思考 思考 提示 2 某點的電場方向是唯一的 所以電場線不能相交 電場線不是電荷的運動軌跡 五 勻強(qiáng)電場1 如果電場中各點電場強(qiáng)度的大小相等 方向相同 這個電場就叫做 2 由于方向相同 勻強(qiáng)電場中的電場線應(yīng)該是 又由于電場強(qiáng)度大小相等 電場線的密度應(yīng)該是 所以勻強(qiáng)電場的電場線是間隔相等的平行線 勻強(qiáng)電場 平行的 均勻的 一 對電場強(qiáng)度概念及兩個場強(qiáng)公式的理解1 對電場強(qiáng)度的理解 1 電場強(qiáng)度是用比值法定義的物理量 它僅由電場本身決定 與定義它的檢驗電荷的電荷量q及所受的靜電力F無關(guān) 2 只要場源電荷確定下來 場源電荷周圍形成的電場也就確定下來 電場中某點的場強(qiáng)E與該點放不放檢驗電荷無關(guān) 3 電場強(qiáng)度定義式E 是從電場力的性質(zhì)的角度量度電場強(qiáng)弱的 2 兩個場強(qiáng)公式的比較 二 電場線1 電場線的幾個特點 1 用電場線可以表示電場的方向與強(qiáng)弱 電場線上每一點的切線方向表示該點的電場強(qiáng)度方向 在同一幅圖中 可用電場線的疏密表示電場強(qiáng)度的相對大小 疏弱密強(qiáng) 2 電場線不是閉合線 從正電荷 或無限遠(yuǎn) 出發(fā) 終止于無限遠(yuǎn) 或負(fù)電荷 3 在同一電場中電場線不相交表示了電場強(qiáng)度方向的唯一性 2 電場線認(rèn)識的兩個誤區(qū) 1 認(rèn)為電場線客觀存在 電場中實際并不存在電場線 電場線是形象描述電場的有效工具 用虛擬的圖線描述抽象的物理概念的做法是科學(xué)研究中一種重要的思想方法 2 認(rèn)為電場線就是電荷的運動軌跡 電場線與帶電粒子在電場中的運動軌跡的比較 電場線與帶電粒子運動軌跡重合必備的條件a 電場線是直線 b 帶電粒子只受電場力作用 或受其他力 但方向沿電場線所在直線 c 帶電粒子初速度為零或初速度方向沿電場線所在的直線 3 常見電場的電場線 三 等量同號電荷與等量異號電荷的電場1 等量同號電荷 1 電荷連線上 中點處場強(qiáng)為零 從左到右場強(qiáng)先減小后增大 2 在兩電荷連線的中垂線上 中點處場強(qiáng)為零 無窮遠(yuǎn)處場強(qiáng)為零 從中點起向兩邊延伸 場強(qiáng)先增大后減小 2 等量異號電荷 1 電荷連線上 中點處場強(qiáng)最小 從左到右場強(qiáng)先減小后增大 2 在兩電荷連線的中垂線上 中點場強(qiáng)最大 從中點起向兩邊延伸 場強(qiáng)逐漸減小 方向不變 關(guān)于電場強(qiáng)度和靜電力 以下說法正確的是 A 電荷所受靜電力很大 該點電場強(qiáng)度一定很大B 以點電荷為圓心 r為半徑的球面上各點的場強(qiáng)相同 例1 C 如空間某點的場強(qiáng)為零 則試探電荷在該點受到的靜電力也為零D 在電場中某點放入試探電荷q 該點的場強(qiáng)為E F q 取走q后 該點場強(qiáng)仍然為E F q 答案 CD 思維總結(jié) 電場強(qiáng)度和靜電力是兩個不同的概念 它們的決定因素 大小關(guān)系以及方向判定等均有各自的規(guī)律 要注意它們的區(qū)別 1 電場中有一點P 下列哪種說法是正確的 A 若放在P點電荷的電荷量減半 則P點的場強(qiáng)減半B 若P點沒有試探電荷 則P點場強(qiáng)為零C P點場強(qiáng)越大 則同一電荷在P點所受靜電力越大D P點的場強(qiáng)方向為試探電荷在該點的受力方向答案 C 如圖1 3 1所示是靜電場的一部分電場線分布 下列說法中正確的是 例2 圖1 3 1 A 這個電場可能是負(fù)點電荷的電場B 點電荷q在A點處受到的靜電力比在B點處受到的靜電力大C 點電荷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(fù)電荷在B點處受到的靜電力的方向沿B點切線方向 思路點撥 解答本題首先要了解各種常見電場的電場線分布情況 知道利用電場線的疏密可比較電場強(qiáng)度的大小 根據(jù)電場線的切線方向確定出電場強(qiáng)度的方向及電荷所受靜電力的方向 解析 因為 孤立 負(fù)點電荷的電場線是自四周無窮遠(yuǎn)處從不同方向指向負(fù)電荷的球?qū)ΨQ分布 而圖中的電場線分布不具備這種特點 所以它不可能是負(fù)點電荷的電場 選項A錯誤 因電場線越密處場強(qiáng)越大 故由圖知場強(qiáng)EA EB 又因點電荷q在電場中所受靜電力F qE E 故靜電力FA FB 選項B正確 由牛頓第二定律知 加速度a F m F 而FA FB 故aA aB 選項C錯誤 因 B點切線方向 即B點場強(qiáng)方向 而負(fù)電荷所受靜電力的方向與場強(qiáng)方向相反 故選項D錯誤 答案 B 題后反思 由電場線的方向判斷電荷所受力的方向要注意電荷有正 負(fù)兩種 兩種電荷受靜電力方向正好相反 2 2010年泰安寧陽一中模擬 一負(fù)電荷從電場中A點由靜止釋放 只受靜電力作用 沿電場運動到B點時 它運動的v t圖象如圖1 3 2所示 則A B兩點所在區(qū)域的電場分布情況可能是圖1 3 3中的 圖1 3 2 圖1 3 3解析 選C 由負(fù)電荷的v t圖象可知 負(fù)電荷做加速度增大的加速運動 則說明負(fù)電荷從A向B運動時受到與運動方向相同且不斷增大的靜電力的作用 故一定有EA EB 又因負(fù)電荷受力方向與電場線方向相反 故只有C符合要求 如圖1 3 4所示 真空中 帶電荷量分別為 Q和 Q的點電荷A B相距r 則 1 兩點電荷連線的中點O的場強(qiáng)如何 2 在兩點電荷連線的中垂線上 距A B兩點都為r的O 點的場強(qiáng)如何 圖1 3 4 例3 思路點撥 分別求出 Q和 Q在某點的場強(qiáng)大小和方向 然后根據(jù)電場強(qiáng)度的疊加原理 求出合場強(qiáng) 圖1 3 5 2 如圖1 3 6所示 EA EB 由矢量圖所形成的等邊三角形可知 O 點的合場強(qiáng)EO EA EB 方向與A B的中垂線垂直 指向 Q 圖1 3 6 答案 1 方向由O B 2 方向水平向右 思維總結(jié) 電場強(qiáng)度是矢量 如果空間中同時存在幾個場源 則空間中某點的電場強(qiáng)度就是這幾個場源單獨存在時產(chǎn)生電場強(qiáng)度的矢量和 場強(qiáng)的合成也像力 速度等矢量一樣 用平行四邊形定則 而當(dāng)幾個矢量均在同一直線上時 可簡化為代數(shù)加減法 3 2010年吉林省高考復(fù)習(xí)質(zhì)量檢查 圖1 3 7中a b是兩個點電荷 它們的電量分別為Q1 Q2 MN是a b連線的中垂線 P是中垂線上的一點 下列哪種情況能使P點場強(qiáng)方向指向MN的左側(cè) 圖1 3 7 A Q1 Q2都是正電荷 且Q1 Q2 C Q1是負(fù)電荷 Q2是正電荷 且 Q1 Q2 解析 選ACD MN是ab的中垂線 則MN上P點至a b距離相等 設(shè)為r 由點電荷電場強(qiáng)度公式知E1 E2 若Q1 Q2都是正電荷 其在P點場強(qiáng)如圖所示 若Q1 Q2 則E1 E2 其合場強(qiáng)必指向MN左側(cè) A項對 若Q1是正電荷 Q2是負(fù)電荷 則E2方向反向 不論E1 E2多大 其合場強(qiáng)必指向MN右側(cè) B項錯 同理可判斷C D正確 如圖1 3 8所示 用30cm的細(xì)線將質(zhì)量為4 10 3kg的帶電小球P懸掛在O點下 當(dāng)空中有方向為水平向右 大小為1 104N C的勻強(qiáng)電場時 小球偏轉(zhuǎn)37 后處在靜止?fàn)顟B(tài) g取10N kg 例4 圖1 3 8 1 分析小球的帶電性質(zhì) 2 求小球的帶電荷量 3 分析若把細(xì)繩剪斷 小球做什么性質(zhì)的運動 解析 1 對小球受力分析如圖1 3 9 所受靜電力F與電場強(qiáng)度方向相同 所以小球帶正電 2 由平衡條件知Eq mgtan37 q 3 10 6C 圖1 3 9 3 由受力分析可知靜電力恒定 重力恒定 故其合力亦恒定 F合 mg cos37 剪斷細(xì)繩后 小球?qū)⒆龀跛俣葹榱愕膭蚣铀僦本€運動 加速度為 答案 1 帶正電 2 3 10 6C 3 見解析 思維總結(jié) 處理靜電力與動力學(xué)綜合問題仍是應(yīng)用處理力學(xué)問題的方法 先分析受力及運動 然后列出牛頓第二定律方程求解 4 在勻強(qiáng)電場中 將質(zhì)量為m 帶電荷量為q的小球由靜止釋放 帶電小球的運動軌跡為一直線 該直線與豎直方向的夾角為 如圖1 3 10所示 則電場強(qiáng)度的大小為 A 有唯一值mgtan qB 最小值為mgsin qC 最大值為mgtan qD mg q 圖1 3 10 解析 選B 帶電小球在勻強(qiáng)電場中受到重力mg和電場力qE的作用 這兩個力的合力在小球運動軌跡的直線上 從題目給的已知條件只能確定重力mg的大小 方向和合力的方向 而電場力的大小和方向均不能確定 這實際是一個不定解的問題 電場力不可能只有唯一的值 由平行四邊形定則可知 依據(jù)一個分力 mg 的大小 方向和合力的方向 可以作無數(shù)多個平行四邊形 如上圖所示 在這無數(shù)個平行四邊形中 mg是一個固定的邊 其另一個鄰邊qE只有與合力F垂直時才能取得最小值 此時qE mgsin E 1 2010年廣東實驗中學(xué)模擬 關(guān)于靜電力和電場強(qiáng)度 下列說法正確的是 A 電場強(qiáng)度的方向總是跟靜電力的方向一致B 電場強(qiáng)度的大小總是跟靜電力的大小成正比 C 正電荷受到的靜電力的方向跟電場強(qiáng)度的方向一致D 同一個點電荷在某點受到的靜電力越大 該點的電場強(qiáng)度就越大 解析 選CD 電場中某點電場強(qiáng)度的方向是一定的 而電荷在電場中所受的靜電力的方向卻與電荷的性質(zhì)還有關(guān)系 只有正電荷受到的靜電力的方向才與電場強(qiáng)度的方向相同 故A錯 C對 電場強(qiáng)度的大小與電場中的位置有關(guān) 對不同的位置 只有在電荷量一定時電荷受到的靜電力越大 才能說明該點的場強(qiáng)越大 故B錯 D對 2 2010年杭州高二檢測 真空中距點電荷 電量為Q 為r的A點處 放一個帶電量為q q Q 的點電荷 q受到的電場力大小為F 則A點的場強(qiáng)為 答案 BD 3 下列各電場中 A B兩點電場強(qiáng)度相同的是 圖1 3 11 解析 選C A圖中 A B兩點場強(qiáng)大小相等 方向不同 B圖中A B兩點場強(qiáng)的方向相同 但大小不等 C圖中是勻強(qiáng)電場 則A B兩點場強(qiáng)大小 方向相同 D圖中A B兩點場強(qiáng)大小 方向均不相同 4 法拉第首先提出用電場線形象生動地描繪電場 圖1 3 12為點電荷a b所形成電場的電場線分布圖 以下幾種說法正確的是 圖1 3 12 A a b為異種電荷 a的帶電荷量大于b的帶電荷量B a b為異種電荷 a的帶電荷量小于b的帶電荷量C a b為同種電荷 a的帶電荷量大于b的帶電荷量D a b為同種電荷 a的帶電荷量小于b的帶電荷量 解析 選B 根據(jù)電場線的分布得知 只有異種點電荷才有此分布 又根據(jù)電場線左右不對稱 故所帶電荷不是等量的 再根據(jù)電場線的疏密可知B選項正確 5 如圖1 3 13所示 質(zhì)量為m 2 0 10 3kg的小球用絕緣細(xì)線豎直掛于豎直方向的電場中 當(dāng)小球的帶電量為q1 1 0 10 4C時 懸線中張力為FT1 1 5 10 2N 則小球所在處場強(qiáng)為多大 當(dāng)小球的帶電量q2 1 0 10 4C時懸線中的張力FT2為多大 g取10N kg 圖1 3 13 解析 小球的重力G mg 2 0 10 2N 由題意繩子拉力FT1 1 5 10 2N G 故電場力F方向向上 且有F FT1 mg得F mg FT1 5 10 3N 小球所在處場強(qiáng)E 50N C 當(dāng)q2 1 0 10 4C時 電場力F F 5 10 3N 此時繩子中張力為FT2 G F 2 5 10 2N 答案 50N C2 5 10 2N 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全