新人教选修物理3-1电场强度.ppt

1.1.知道电荷的周围存在电场知道电荷的周围存在电场,电场是物质电场是物质,电荷电荷通过它的电场对其他电荷发生作用通过它的电场对其他电荷发生作用.2.2.理解电场强度概念理解电场强度概念 (1)(1)知道电场强度是描述电场强弱的物理量知道电场强度是描述电场强弱的物理量.(2)(2)会用电场强度的公式和它的变形进行计算会用电场强度的公式和它的变形进行计算.3.3.理解点电荷的场强公式理解点电荷的场强公式.4.4.知道电场的叠加原理知道电场的叠加原理,且能进行简单计算且能进行简单计算.学习目标学习目标归纳归纳：1、电荷周围存在类似磁体周围的磁场的、电荷周围存在类似磁体周围的磁场的 特殊物质特殊物质电场电场 2、电荷之间是通过电场发生相互作用的。、电荷之间是通过电场发生相互作用的。A A的电场的电场的电场的电场电荷电荷电荷电荷A A电荷电荷电荷电荷B BB B的电场的电场的电场的电场电场 电场强度从力的角度认识电场从力的角度认识电场一一.电场电场1.1.定义：电场是电荷周围客观存在的一种特殊物质定义：电场是电荷周围客观存在的一种特殊物质静电场：静电场：静止电荷产生的电场静止电荷产生的电场.电场是一种不是由分子和原子组成的看不见、摸不电场是一种不是由分子和原子组成的看不见、摸不着的但又客观存在的特殊物质。着的但又客观存在的特殊物质。密度很小密度很小10-23 kg/m3电场以光速传播，不能被加速，不能选择做参考系电场以光速传播，不能被加速，不能选择做参考系一一.电场电场1.1.定义：电场是电荷周围客观存在的一种特殊物质定义：电场是电荷周围客观存在的一种特殊物质2.2.电场的基本性质：电场的基本性质：1）对放入其中的电荷有力的作用）对放入其中的电荷有力的作用电场力（电场具有力的性质）电场力（电场具有力的性质）2）电场能使放入其中的导体产生静电感应现象）电场能使放入其中的导体产生静电感应现象3）当带电体在电场中移动时，电场力对带电体做功（电场具有能量）当带电体在电场中移动时，电场力对带电体做功（电场具有能量）4）物质性：是客观存在的，具有物质的基本属性）物质性：是客观存在的，具有物质的基本属性5）特殊性：不同于生活中常见的物质，不是由分子原子组成，看不见、）特殊性：不同于生活中常见的物质，不是由分子原子组成，看不见、摸不着，无法称量。摸不着，无法称量。例例1.1.下面关于电场的叙述正确的是下面关于电场的叙述正确的是A A两个未接触的电荷发生了相互作用，一定是两个未接触的电荷发生了相互作用，一定是电场引起的电场引起的B B只有电荷发生相互作用时才产生电场只有电荷发生相互作用时才产生电场C C只要有电荷存在，其周围就存在电场只要有电荷存在，其周围就存在电场D DA A电荷受到电荷受到B B电荷的作用，是电荷的作用，是B B电荷的电场对电荷的电场对A A电荷的作用电荷的作用例例2 2、下列说法中正确的是、下列说法中正确的是A A只要有电荷存在，电荷周围就一定存在着电场只要有电荷存在，电荷周围就一定存在着电场B B电场是一种物质，它与其他物质一样，是不依赖电场是一种物质，它与其他物质一样，是不依赖我们的感觉而客观存在的东西我们的感觉而客观存在的东西C C电荷间的相互作用是通过电场而产生的，电场最电荷间的相互作用是通过电场而产生的，电场最基本的性质是对处在它里面的电荷有力的作用基本的性质是对处在它里面的电荷有力的作用D.D.场与实物是物质存在的两种不同的形式场与实物是物质存在的两种不同的形式现象总结现象总结:同一电荷同一电荷q q在电场中不同在电场中不同位置受到的电场力一般不同位置受到的电场力一般不同.扩展扩展:此现象还能说明什么呢此现象还能说明什么呢?怎样描述电场的不同呢？怎样描述电场的不同呢？思考:能否用电荷在电场中受到的电场力来描述电场呢?试探电荷（检验电荷）：试探电荷（检验电荷）：电量充分小、体积充分小电量充分小、体积充分小（理想化模型）（理想化模型）+Q Q场源电荷（源电荷）：场源电荷（源电荷）：即产生电场的电荷即产生电场的电荷Q Q 不同的电荷不同的电荷q q在电场的同一点所受的在电场的同一点所受的电场力电场力F F是不同的。是不同的。F/q能反映能反映单位电荷受到的电场力的性质单位电荷受到的电场力的性质电场的强弱电场的强弱在电场中在电场中不同的点不同的点，比值，比值F/q一般是一般是不同不同的。的。在电场中的在电场中的同一点同一点，比值，比值F/q是是恒定恒定的，与的，与q q无关。无关。实验表明：实验表明：?怎样描述不同位置电场的强弱？怎样描述不同位置电场的强弱？须找一个与检验电荷无关而由电场决定的物理量！须找一个与检验电荷无关而由电场决定的物理量！二二.电场强度电场强度E（简称场强）（简称场强）1.定义：定义：放入电场中某点的电荷所受的电场力放入电场中某点的电荷所受的电场力F F跟它的电跟它的电荷量荷量q q的比值，叫做该点的电场强度。的比值，叫做该点的电场强度。3.单位：单位：牛牛/库库(N/C)伏伏/米米(v/m)(v/m)2.2.物理意义物理意义:电场强度是描写电电场强度是描写电场强弱的物理量。场强弱的物理量。（适用于任何电场）（适用于任何电场）电场强度是反映电场本身的性质（电电场强度是反映电场本身的性质（电场强弱和方向）的物理量。场强弱和方向）的物理量。（1 1）E=F/qE=F/q 为比值定义式，适用于为比值定义式，适用于一切一切电场。电场。某点的电场强度取决于电场本身（即某点的电场强度取决于电场本身（即场源电荷场源电荷与与位置位置），与检验电荷的），与检验电荷的有无、正负、电量的大小、有无、正负、电量的大小、及受到的及受到的电场力均电场力均无关无关。（3 3）电场力）电场力:F=q EF=q E如何理解电场强度？如何理解电场强度？（2 2）E=F/q E=F/q 仅定义了场强的大小。仅定义了场强的大小。注意：注意：电场中某一点的电场中某一点的电场强度的大小和方向由电场本身电场强度的大小和方向由电场本身决定，与放入的电荷无关决定，与放入的电荷无关 。4.4.矢量性矢量性A、物理学中规定：电场中某点的物理学中规定：电场中某点的场强方向跟场强方向跟正电荷在该点所受的电场力方向相同。正电荷在该点所受的电场力方向相同。+Q-qAFAEA根据规定：负电荷在电场中某点受到的电场力根据规定：负电荷在电场中某点受到的电场力的方向跟该点的场强方向相反。的方向跟该点的场强方向相反。+Q+qAFAEAB、沿电场线的切线方向、沿电场线的切线方向（后续将学习）（后续将学习）例例3 3、电场中有一点、电场中有一点P P，下列哪些说法正确的是，下列哪些说法正确的是 A.A.若放在若放在P P点的试探电荷的电量减半，则点的试探电荷的电量减半，则P P点点 的场强减半。的场强减半。B.B.若若P P点没有试探电荷，则点没有试探电荷，则P P点的场强为零。点的场强为零。C.PC.P点的场强越大，则同一电荷在点的场强越大，则同一电荷在P P点受到的点受到的 电场力越大。电场力越大。D.PD.P点的场强方向为试探电荷在该点的受力方向点的场强方向为试探电荷在该点的受力方向例例4 4、下列关于电场强度的叙述正确的是、下列关于电场强度的叙述正确的是 A A电场中某点的场强在数值上等于单位电荷电场中某点的场强在数值上等于单位电荷 受到的电场力受到的电场力 B B电场中某点的场强与该点检验电荷所受的电场中某点的场强与该点检验电荷所受的 电场力成正比电场力成正比 C C电场中某点的场强方向就是检验电荷在该电场中某点的场强方向就是检验电荷在该 点所受电场力的方向点所受电场力的方向 D D电场中某点的场强与该点有无检验电荷无关电场中某点的场强与该点有无检验电荷无关1.一点正点电荷的电荷量为一点正点电荷的电荷量为Q Q，在距此点电，在距此点电荷荷r r处的处的A A点的电场强度是多少？方向如何？点的电场强度是多少？方向如何？设想在设想在A A点放一个电点放一个电荷量为荷量为+q+q的试探电荷，的试探电荷，则它所受到的电场力为则它所受到的电场力为则该点的场强为则该点的场强为Q Q是场源电荷的电量，是场源电荷的电量，r r是场中某点到场源电荷的距离是场中某点到场源电荷的距离 三三.真空中点电荷的电场强度真空中点电荷的电场强度真空中点电荷的场强真空中点电荷的场强是由产生电场的场源电荷和该点距场源电荷的距离决定决定的，与检验电荷无关正点电荷正点电荷，E E的方向就是沿的方向就是沿着着PQPQ的连线并的连线并背离背离Q Q；负点电荷负点电荷：E E的方向就是沿的方向就是沿着着PQPQ的连线并的连线并指向指向Q Q 场源电荷场源电荷2.真空中点电荷的电场强度真空中点电荷的电场强度适用范围适用范围电荷的意义电荷的意义定义式，适用定义式，适用于一切电场于一切电场仅对点电荷的仅对点电荷的电场适用电场适用q q是检验电荷是检验电荷E E与与q q无关无关Q Q是场源电荷是场源电荷E E与与Q Q成正比成正比与与有何区别有何区别？例例5 5、对公式、对公式 E=kQ/rE=kQ/r2 2 的几种不同理解，正确的是的几种不同理解，正确的是 A A当当r0r0时，时，EE B B当当rr时，时，E0E0 C C某点的场强与点电荷某点的场强与点电荷Q Q的大小无关的大小无关 D D在以点电荷在以点电荷Q Q为中心，为中心，r r为半径的球面上，各为半径的球面上，各 处的电场强度都相同处的电场强度都相同例例6 6、关于电场强度，下列说法正确的是、关于电场强度，下列说法正确的是 A AE E=F/qF/q，若，若q q减半，则该处的场强变为原来的减半，则该处的场强变为原来的2 2倍倍 B BE E=kQ/kQ/r r2 2中，中，E E与与Q Q成正比，而与成正比，而与r r平方成反比平方成反比 C C在以一个点电荷为球心，在以一个点电荷为球心，r r为半径的球面上，各为半径的球面上，各点的场强均相同点的场强均相同 D D电场中某点的场强方向就是该点所放电荷受到电场中某点的场强方向就是该点所放电荷受到的电场力的方向的电场力的方向 例例7 7、如如图图所所示示，在在点点电电荷荷Q Q的的电电场场中中，A A点点的的场场强强为为100100牛牛/库库，C C点点的的场场强强为为3636牛牛/库库，B B是是ACAC的的中中点点，且且A A、B B、C C在在同同一一直直线线上上，求求B B点点的的电电场场强强度。度。答案：答案：56.25N/C56.25N/C1 1、电场强度是矢量，合成应遵循平行四边形定则。电场强度是矢量，合成应遵循平行四边形定则。+Q+Q-Q-QE E1 1E E2 2E E+Q+Q+Q+QE E1 1E E1 1E E2 2E E2 2E E四四四四.电场的叠加电场的叠加电场的叠加电场的叠加四四四四.电场的叠加电场的叠加电场的叠加电场的叠加2 2、一个半径为、一个半径为R R的的均匀均匀带电球体（或球壳）在外部产带电球体（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。产生的电场相同。QrPrQP 例例8 8、真空中两个正点电荷、真空中两个正点电荷A A、B B所带电量皆为所带电量皆为Q Q，且，且相距为相距为r r,则距离则距离A A为为r r/3/3处的处的P P点的电场强度为多少？点的电场强度为多少？答案：答案：P P点场强为点场强为2727kQkQ/4/4r r2 2.PA+QB+Q 例例9、如图，真空中，带电量分别为和、如图，真空中，带电量分别为和的点电荷、相距，则：的点电荷、相距，则：（）两点电荷连线的中点的场强多大？（）两点电荷连线的中点的场强多大？（）在两电荷连线的中垂线上，距、两点都（）在两电荷连线的中垂线上，距、两点都为的点的场强多大？为的点的场强多大？答案：答案：例例1010、在、在x x轴上有两个点电荷轴上有两个点电荷,一个带正电一个带正电Q Q1 1,一个带一个带负电负电-Q-Q2 2,且且Q Q1 1=2Q=2Q2 2.用用E E1 1和和E E2 2分别表示两个电荷所产生的分别表示两个电荷所产生的场强的大小场强的大小,则在则在x x轴上轴上 A.EA.E1 1=E=E2 2之点只有一处之点只有一处;该处合场强为该处合场强为0.0.B.E B.E1 1=E=E2 2之点共有两处之点共有两处;一处合场强为一处合场强为0,0,另一处合另一处合 场强为场强为2 E2 E2 2.C.E C.E1 1=E=E2 2之点共有三处之点共有三处;其中两处合场强为其中两处合场强为0,0,另一另一 处合场强为处合场强为2 E2 E2 2.D.E D.E1 1=E=E2 2之点共有三处之点共有三处;其中一处合场强为其中一处合场强为0,0,另两另两 处合场强为处合场强为2 E2 E2 2.例例1 11 1、如如图图所所示示，用用金金属属丝丝弯弯成成半半径径为为r r的的圆圆环环，但但在在A A、B B之之间间留留有有宽宽度度为为d d的的间间隙隙，且且d dr r。将将电电量量为为Q Q的的正正电电荷荷均均匀匀分分布布于于金金属属丝丝上上，求求圆圆心心处处的的电电场场强强度度。dABr方向由圆心指向间隙中心方向由圆心指向间隙中心小小 结结矢量性矢量性：电场强度电场强度E E是表示电场力的性质的一个物理量。规定正电荷受力方向为该点场是表示电场力的性质的一个物理量。规定正电荷受力方向为该点场强的方向。强的方向。叠加性叠加性：在同一空间，如果有几个静止电荷在空间同时产生电场，那么空间某点的场强在同一空间，如果有几个静止电荷在空间同时产生电场，那么空间某点的场强是各场源电荷单独存在时在该点所产生的场强的矢量和。是各场源电荷单独存在时在该点所产生的场强的矢量和。二、电场强度三性二、电场强度三性唯一性唯一性：电场中某一点处的电场强度电场中某一点处的电场强度E E是唯一的，它的大小和方向决定于形成电场的电荷是唯一的，它的大小和方向决定于形成电场的电荷及空间位置，与放入电荷无关。及空间位置，与放入电荷无关。一、电场强度的计算一、电场强度的计算:1、任意电场、任意电场:2、点电荷的电场、点电荷的电场:五、电场线五、电场线1 1、电场线：、电场线：是用来形象地描述电场是用来形象地描述电场强弱与方向特性的一簇强弱与方向特性的一簇假象曲线假象曲线。注意：注意：电场线上每一点的电场线上每一点的切线方向切线方向，都和该点的场强方向一致。都和该点的场强方向一致。特点：特点：a a、孤立正（负）点电荷的电场线、孤立正（负）点电荷的电场线呈空间球对称分布呈空间球对称分布指向外指向外（内）（内）b b、离点电荷越近，、离点电荷越近，电场线越密，场强越大电场线越密，场强越大c c、以点电荷为球心作个球面，、以点电荷为球心作个球面，电场线处处与球面垂直电场线处处与球面垂直，在，在此球面上场强大小处处相等，方向不同。此球面上场强大小处处相等，方向不同。2 2、几种常见电场中电场线的分布情况、几种常见电场中电场线的分布情况 （1 1）正、负点电荷的电场中电场线的分布）正、负点电荷的电场中电场线的分布特点：特点：a a、沿点电荷的连线，场强先变小后变大、沿点电荷的连线，场强先变小后变大b b、两点电荷连线中垂面（中垂线）上，场强方向均相同，且总与中垂面、两点电荷连线中垂面（中垂线）上，场强方向均相同，且总与中垂面（中垂线）垂直，从连线中点到无穷远处，电场线逐渐变稀，场强不断减（中垂线）垂直，从连线中点到无穷远处，电场线逐渐变稀，场强不断减小直至为小直至为0.0.（2 2）等量异种点电荷形成的电场中的电场线分布）等量异种点电荷形成的电场中的电场线分布c c、在中垂面（中垂线）上，与两点电荷连线的中点、在中垂面（中垂线）上，与两点电荷连线的中点0 0等距等距离各点场强相等。离各点场强相等。特点：特点：a a、两点电荷连线中点处场强为、两点电荷连线中点处场强为0 0b b、两点电荷连线中点附近的电场线非常稀、两点电荷连线中点附近的电场线非常稀 疏，但场强并不为疏，但场强并不为0 0c c、两点电荷连线的中点到无限远：电场线先变、两点电荷连线的中点到无限远：电场线先变密后变疏，场强先变大后减小密后变疏，场强先变大后减小（3 3）等量同种点电荷形成的电场中的电场线分布）等量同种点电荷形成的电场中的电场线分布3 3、电场线的特征、电场线的特征1 1）电场线）电场线起于正电荷止于负电荷起于正电荷止于负电荷，【孤立的正孤立的正电荷（或负电荷）的电场线止于（或起于）无穷电荷（或负电荷）的电场线止于（或起于）无穷远处点远处点】2 2）电场线的）电场线的疏密疏密程度程度表表示该处的电场示该处的电场强弱强弱。电场线密的地方场强大，电场线疏的地方场强小电场线密的地方场强大，电场线疏的地方场强小3 3）任两条电场线任两条电场线不相交，不相切，不闭合不相交，不相切，不闭合4 4）电场线是）电场线是假想曲线假想曲线，实际电场中并不存在，实际电场中并不存在5 5）电场线与带电粒子在电场中的运动轨迹之间）电场线与带电粒子在电场中的运动轨迹之间没有必然联系没有必然联系1 1、定义：电场强度、定义：电场强度大小和方向都相同的电场大小和方向都相同的电场2、电场线分布图：、电场线分布图：3、电场线电场线特点特点：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说明：平行但间距不均匀的电场是不存在的说明：平行但间距不均匀的电场是不存在的六、匀强电场六、匀强电场匀强电场匀强电场