高中物理选修3电场强度.ppt

3 电场强度第一章 静电场脚踢球，脚对球的力直接作用在球上，狗拉脚踢球，脚对球的力直接作用在球上，狗拉雪橇，狗对雪橇的拉力是通过绳子作用的，雪橇，狗对雪橇的拉力是通过绳子作用的，两电荷间相互作用时不直接接触，它们之间两电荷间相互作用时不直接接触，它们之间的相互作用是通过什么作用呢？的相互作用是通过什么作用呢？例如：例如：接触力接触力:压力压力,支持力支持力,拉力和摩擦力等拉力和摩擦力等非接触力非接触力:万有引力（重力）万有引力（重力）,磁力，库仑力等磁力，库仑力等 物体之间的相互作用，有的需要通过接触挤压，物体之间的相互作用，有的需要通过接触挤压，物体之间的相互作用，有的需要通过接触挤压，物体之间的相互作用，有的需要通过接触挤压，有的则不需要有的则不需要有的则不需要有的则不需要。万有引力的传递是通过万有引力的传递是通过万有引力场万有引力场，磁力的传，磁力的传递是通过磁场递是通过磁场。分分析析两电荷间相互作用时不直接接两电荷间相互作用时不直接接触，和万有引力一样也是通过别的触，和万有引力一样也是通过别的物质作用的，这就是物质作用的，这就是电场电场。一一电电场场B电荷电荷A电荷电荷 法拉第法拉第认为电荷周围存在一种特认为电荷周围存在一种特殊的物质殊的物质 -电场电场电荷电荷A对电荷对电荷B的作用，实际上是的作用，实际上是A的电场对的电场对B的作用的作用电荷电荷B对电荷对电荷A的作用，实际上是的作用，实际上是B的电场对的电场对A的作用的作用一一电电场场1 1、电荷间的相互作用是通过特殊形式的物、电荷间的相互作用是通过特殊形式的物质质电场发生的，电荷的周围都存在电场。电场发生的，电荷的周围都存在电场。电场最明显的特征是对电场最明显的特征是对放入其中的电放入其中的电荷有力的作用荷有力的作用。2 2、特殊性：电场不同于生活中的常见物质，、特殊性：电场不同于生活中的常见物质，看不见，摸不着，无法称量，可以叠加。看不见，摸不着，无法称量，可以叠加。我们怎样研究电场？我们怎样研究电场？思思考考 上节的实验，小球受到的电场力的大上节的实验，小球受到的电场力的大小和方向与什么有关小和方向与什么有关？电荷受到的静电力的大小与电荷电荷受到的静电力的大小与电荷所处的位置有关，表明电场强弱所处的位置有关，表明电场强弱与位置有关。与位置有关。研研究究方方法法确定研究对象：静止的电荷确定研究对象：静止的电荷产生的电场（场源电荷）产生的电场（场源电荷）研究要点：电荷受力研究要点：电荷受力认识电场认识电场（试探电荷）（试探电荷）试试探探电电荷荷试探电荷（检验电荷）：用来检验电场试探电荷（检验电荷）：用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的带电小球。是否存在及其强弱分布情况的带电小球。源电荷源电荷试探电荷的电荷量试探电荷的电荷量和尺寸必须充分小，和尺寸必须充分小，对金属球对金属球A上的电上的电荷分布不产生明显荷分布不产生明显的影响，从而原来的影响，从而原来的电场不因试探电的电场不因试探电荷的出现有明显的荷的出现有明显的变化。变化。推推演演q+Q可否直接用试探电荷受到的电场力可否直接用试探电荷受到的电场力大小来表示电场强度？大小来表示电场强度？把一个很小的试探电荷把一个很小的试探电荷q放入电场，它在电场中的放入电场，它在电场中的某个位置受到的静电力是某个位置受到的静电力是F,另一个同样的电荷在同另一个同样的电荷在同一位置受到的静电力一定也是一位置受到的静电力一定也是F；假如两个这样的；假如两个这样的电荷都在这里，它们总的电荷量是电荷都在这里，它们总的电荷量是2q，它们受到，它们受到的力很可能就是的力很可能就是2F,三个这样的电荷就是三个这样的电荷就是3F虽然可用同一电荷虽然可用同一电荷q在电场中各点所受电场力在电场中各点所受电场力F的大小的大小来比较各点的电场强弱，但电场力还和电荷的电量来比较各点的电场强弱，但电场力还和电荷的电量有关，所以不能直接表示。有关，所以不能直接表示。实验表明：在电场中的同一点，电场力实验表明：在电场中的同一点，电场力F与与电荷电量电荷电量q成正比，比值成正比，比值F/q由电荷由电荷q在电场在电场中的位置所决定，跟电荷的电量无关，是反中的位置所决定，跟电荷的电量无关，是反映电场性质的物理量，所以我们用这个比值映电场性质的物理量，所以我们用这个比值F/q来表示电场的强弱来表示电场的强弱二二电电场场强强度度E1.1.定义：定义：放入电场中某点的电荷所受的电场放入电场中某点的电荷所受的电场力力F F跟它的电荷量跟它的电荷量q q的比值，叫做该点的电场的比值，叫做该点的电场强度。强度。E=F/qE=F/q2.2.单位：单位：伏伏/米米(v/m)(v/m)1 1伏伏/米米=1=1牛牛/库库3.3.方向：方向：物理学中规定物理学中规定电场中某点正电荷受电场中某点正电荷受力的方向为该点场强方向（矢量）力的方向为该点场强方向（矢量）4.4.理解：理解：（1 1）它能反映电场力的性质，与）它能反映电场力的性质，与放入的电荷无关，由电场本身决定。放入的电荷无关，由电场本身决定。（2 2）知道某点场强）知道某点场强E E，任意电荷，任意电荷q q受力：受力：F=Eq问题练习三三点点电电荷荷的的电电场场强强度度1.1.点电荷场强大小：点电荷场强大小：2.2.场强方向：场强方向：正点电荷电场方向背离电荷正点电荷电场方向背离电荷负点电荷电场方负点电荷电场方向指向电荷中心向指向电荷中心3.3.适用条件：适用条件：E=电场强度的大小只由源电荷和场点到场源电场强度的大小只由源电荷和场点到场源的距离来决定的。的距离来决定的。真空中点电荷真空中点电荷适用范围适用范围电荷的意义电荷的意义定义式，适定义式，适用于一切电用于一切电场场仅对点电荷仅对点电荷的电场适用的电场适用q q是检验电是检验电荷，荷，E E与与q q无关无关QQ是场源电是场源电荷，荷，E E与与QQ成正比成正比和和的区别的区别：思思考考如下图，如何求如下图，如何求P P点的电场强度？点的电场强度？+Q-QPrrr电场强度是矢量，合成应遵循平电场强度是矢量，合成应遵循平行四边形法则行四边形法则 E+E-E合合PQ1Q2四四电电场场强强度度的的叠叠加加练练习习11 1下列说法中正确的是下列说法中正确的是()()A.A.电场强度反映了电场的力的性质，因电场强度反映了电场的力的性质，因此场中某点的场强与检验电荷在该点此场中某点的场强与检验电荷在该点所受的电场力成正比所受的电场力成正比B.B.电场中某点的场强等于电场中某点的场强等于F/qF/q，但与试，但与试探电荷的受力大小及带电量无关探电荷的受力大小及带电量无关C.C.电场中某点的场强方向即正试探电荷电场中某点的场强方向即正试探电荷在该点的受力方向在该点的受力方向D.D.公式公式E=F/qE=F/q和和E=kQ/rE=kQ/r2 2对于任何静电场对于任何静电场都是适用的都是适用的BC练练习习22 2下列说法中正确的是：下列说法中正确的是：A.A.场强的定义式场强的定义式E=F/qE=F/q中，中，F F是放入电场中的电荷是放入电场中的电荷所受的力，所受的力，q q是放入电场中的电荷的电量是放入电场中的电荷的电量B.B.场强的定义式场强的定义式E=F/qE=F/q中，中，F F是放入电场中的电荷是放入电场中的电荷所受的力，所受的力，q q是产生电场的电荷的电量是产生电场的电荷的电量C C、在库仑定律的表达式、在库仑定律的表达式F=kqF=kq1 1q q2 2/r/r2 2中中kqkq2 2/r/r2 2是电荷是电荷q q2 2产生的电场在点电荷产生的电场在点电荷q q1 1处的场强大小，此场对处的场强大小，此场对q q1 1作用的电场力作用的电场力F=qF=q1 1kqkq2 2/r/r2 2，同样，同样kqkq1 1/r/r2 2是电是电荷荷q q1 1产生的电场在点电荷产生的电场在点电荷q q2 2处的场强的大小，此处的场强的大小，此场对场对q q2 2作用的电场力作用的电场力F=qF=q2 2kqkq1 1/r/r2 2D D、无论定义式、无论定义式E=F/qE=F/q中的中的q q值值(不为零不为零)如何变化，如何变化，在电场中的同一点，在电场中的同一点，F F与与q q的比值始终不变的比值始终不变ACD电场线起始于正电电场线起始于正电荷（或无穷远处），荷（或无穷远处），终止于负电荷（或终止于负电荷（或无穷远处）无穷远处）电场线上某电场线上某点的切线方点的切线方向即是该点向即是该点的场强方向的场强方向电场线不相电场线不相交、不闭合交、不闭合 电场线密的电场线密的地方场强大、疏地方场强大、疏的地方场强小的地方场强小五五电电场场线线为了直观描述电场，在电场中画上有方向的曲线常见电场线研究以下场的特点AB练习：4、5 3、在真空中o点放一个点电荷Q=+1.010-9c,直线MN通过o点，oM的距离r=30cm，M点放一个点电荷q=-1.010-10c求：（1）q在M点受到的作用力（2）M点的场强（3）拿走q后M点的场强（4）M、N两点的场强哪点的大？o M NQq六、六、电场线电场线与与带电带电粒子在粒子在电场电场中的运中的运动轨动轨迹的比迹的比较较电场线电场线运运动轨动轨迹迹客客观观性性电场电场中并不存在，是中并不存在，是为为研研究究电场电场方便而人方便而人为为引入的引入的粒子在粒子在电场电场中的运中的运动轨动轨迹是客迹是客观观存在的存在的切切线线意意义义曲曲线线上各点的切上各点的切线线方向即方向即为该为该点的点的场场强强方向，同方向，同时时也是正也是正电电荷在荷在该该点的受力点的受力方向，即正方向，即正电电荷在荷在该该点点产产生加速度的方向生加速度的方向轨轨迹上每一点的切迹上每一点的切线线方方向即向即为为粒子在粒子在该该点的速点的速度方向，但加速度的方度方向，但加速度的方向与速度的方向不一定向与速度的方向不一定相同相同七、七、电场线认识电场线认识的两个的两个误误区区(1)误认为电场线误认为电场线客客观观存在存在电场电场中中实际实际并不并不存在存在电场线电场线，电场线电场线是形象描述是形象描述电场电场的有的有效工具，用虚效工具，用虚拟拟的的图线图线描述抽象的物理概描述抽象的物理概念的做法是科学研究中一种重要的思想方念的做法是科学研究中一种重要的思想方法法(2)误认为电场线误认为电场线就是就是电电荷的运荷的运动轨动轨迹迹八、八、电场线电场线与与带电带电粒子运粒子运动轨动轨迹重合必迹重合必备备的条件的条件(1)电场线电场线是直是直线线；(2)带电带电粒子只受粒子只受电场电场力作用，或受其他力，但方向力作用，或受其他力，但方向沿沿电场线电场线所在直所在直线线；(3)带电带电粒子初速度粒子初速度为为零或初速度方向沿零或初速度方向沿电场线电场线所在所在的直的直线线特点：特点：a a、匀强电场是大小和方向都相同的电场，故、匀强电场是大小和方向都相同的电场，故匀强电场的电场线是匀强电场的电场线是平行等距平行等距的直线的直线b b、电场线的疏密反映场强大小，电场方向与、电场线的疏密反映场强大小，电场方向与电场线平行电场线平行九匀强电场十、十、两点两点电电荷荷连线连线和中垂和中垂线线上上电场电场强强度度分布特点分布特点1等量异种等量异种电电荷荷(1)两两电电荷荷连线连线的的中垂中垂线线上上：各点的：各点的场场强强方向方向为为由正由正电电荷的一荷的一边边指向指向负电负电荷的一荷的一边边，且与中垂，且与中垂线线垂直，垂直，O点的点的场场强强最大，最大，从从O点沿中垂点沿中垂线线向两向两边边逐逐渐渐减小，直至无减小，直至无穷远时为穷远时为零；中垂零；中垂线线上任意一点上任意一点a与与该该点点关于关于O点的点的对对称点称点b的的场场强强大小相等，方大小相等，方向相同向相同(如如图图131所示所示)图图131(2)两两电电荷的荷的连线连线上上：各点：各点场场强强的方向由正的方向由正电电荷沿两荷沿两电电荷的荷的连线连线指向指向负电负电荷，荷，O点的点的场场强强最小，从最小，从O点沿点沿两两电电荷的荷的连线连线向两向两边边逐逐渐渐增大；两增大；两电电荷的荷的连线连线上，上，任一点任一点c与关于与关于O点点对对称点称点d的的场场强强相同相同(如如图图131所示所示)2等量同种正等量同种正电电荷荷图图132(1)两两电电荷的荷的连线连线的的中垂中垂线线上上：O点和无点和无穷穷远处远处的的场场强强均均为为零，所以在中垂零，所以在中垂线线上，上，由由O点的零点的零场场强强开始，开始，场场强强先先变变大，后逐大，后逐渐渐减小，到无减小，到无穷远时穷远时减小减小为为零；中垂零；中垂线线上任一点上任一点a与与该该点关于点关于O点的点的对对称点称点b的的场场强强大小相等，方向相反大小相等，方向相反(如如图图132所所示示)(2)两两电电荷的荷的连线连线上上：在两：在两电电荷的荷的连线连线上，上，每点每点场场强强的方向由的方向由该该点指向点指向O点，大小由点，大小由O点的点的场场强强为为零开始向两端逐零开始向两端逐渐变渐变大；任大；任意一点意一点c与与该该点关于点关于O点的点的对对称点称点d的的场场强强大小相等，方向相反，如大小相等，方向相反，如图图132所示所示即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)4(2011年年金金华华模模拟拟)把把质质量量为为m的的正正点点电电荷荷q从从电电场场中中静静止止释释放放，在在它它运运动动的的过过程程中中，如如果果不不计计重重力力，下面下面说说法正确的是法正确的是()A点点电电荷的运荷的运动轨动轨迹必定和迹必定和电场线电场线重合重合B点点电电荷荷的的速速度度方方向向，必必定定和和所所在在点点的的电电场场线线的的切切线线方向一致方向一致C点点电电荷荷的的加加速速度度方方向向，必必定定和和所所在在点点的的电电场场线线的切的切线线方向垂直方向垂直D点点电电荷的受力方向，必定和所在点的荷的受力方向，必定和所在点的电场线电场线的的切切线线方向一致方向一致D即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)5.(2011年年苏苏锡锡常常镇镇四四市市调调研研)如如图图133所所示示，M、N为为两两个个等等量量的的同同种种正正点点电电荷荷，在在其其连连线线的的中中垂垂线线上上的的P点点放放置置一一个个静静止止的的点点电电荷荷q(负负电电荷荷)，不不计计重重力力，下下列列说说法法正正确的是确的是()图图133A点点电电荷在从荷在从P到到O的的过过程中，程中，加速度越来越大，速度也越来越大加速度越来越大，速度也越来越大B点点电电荷在从荷在从P到到O的的过过程中，程中，加速度越来越小，速度越来越小加速度越来越小，速度越来越小C点点电电荷运荷运动动到到O点点时时加速度加速度为为零，零，速度达到最大速度达到最大值值D点点电电荷超荷超过过O点后，速度越来越小点后，速度越来越小，加速度越来越大，直到速度，加速度越来越大，直到速度为为零零C6 6、如图为一条电场线，下列说法正确的是：、如图为一条电场线，下列说法正确的是：（）A A、E EA A一定大于一定大于E EB BB B、因电场线是直线，所以是匀强电场，故、因电场线是直线，所以是匀强电场，故 E EA A=E=EB BC C、A A点电场方向一定由点电场方向一定由A A指向指向B BD D、ABAB两点的场强方向不能确定两点的场强方向不能确定CABB7 7、正检验电荷正检验电荷q q在电场中在电场中P P点处开始向点处开始向QQ点作减点作减速运动，且运动的加速度值越来越小（重力不速运动，且运动的加速度值越来越小（重力不计），则可以确定它所处的电场可能是：（计），则可以确定它所处的电场可能是：（）ABCDPQPQPQC 8、如如图图139所所示示，用用30 cm的的细细线线将将质质量量为为4103 kg的的带带电电小小球球P悬悬挂挂在在O点点下下，当当空空中中有有方方向向为为水水平平向向右右，大大小小为为1104 N/C的的匀匀强强电电场场时时，小小球偏球偏转转37后后处处在静止状在静止状态态(g取取10 N/kg)(1)分析小球的分析小球的带电带电性性质质；(2)求小球的求小球的带电带电荷量；荷量；(3)分析若把分析若把细绳细绳剪断，剪断，小球做什么性小球做什么性质质的运的运动动图图139【答案答案】(1)带带正正电电(2)3106C(3)见见自主解答自主解答基本知识点基本知识点电场电场客观存在、特殊物质客观存在、特殊物质电场强度电场强度E=F/qE=kQ/r2特例特例电场的叠加电场的叠加矢量运算矢量运算基本方法基本方法（思想）（思想）比值定义法：比值定义法：E=F/q试探电荷（理想模型）试探电荷（理想模型）小小结结