选修3-1之静电场电场强度.ppt

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1、接触力接触力（存在于存在于直接接触直接接触的物体之间的物体之间）回顾：已学过哪几种回顾：已学过哪几种不同性质不同性质的力？的力？重力（万有引力）重力（万有引力）静电力静电力（库仑力库仑力）弹力弹力摩擦力摩擦力非接触力非接触力（物体物体无需接触无需接触就可发生用就可发生用）超距作用力（非接触力）超距作用力（非接触力）牛顿的困惑牛顿的困惑“没有其他东西做媒介，一个没有其他东西做媒介，一个物体可以超越距离通过真空对物体可以超越距离通过真空对另一个物体作用另一个物体作用在我看来，在我看来，这种思想荒唐之极这种思想荒唐之极。”法拉第的观点法拉第的观点电荷周围存在着由电荷产生电荷周围存在着由电荷产生的的电

2、场电场，处在电场中的处在电场中的其他电荷受到其他电荷受到的作用力就是这个电场施加的作用力就是这个电场施加的的。1919世纪世纪3030年代，法拉第提出：在电荷的周围存在着由年代，法拉第提出：在电荷的周围存在着由它产生的它产生的电场电场，处在电场中的其他电荷受到的作用力，处在电场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场给予的。就是这个电场给予的。电场以及磁场已被证明是一种客观存在，并且是互相电场以及磁场已被证明是一种客观存在，并且是互相联系的，统称为联系的，统称为电磁场电磁场。变化的电磁场以有限的速度变化的电磁场以有限的速度光速，在空间传播。光速，在空间传播。它和分子、原子组成的实物一样具有能量、质

3、量和动它和分子、原子组成的实物一样具有能量、质量和动量，因而场与实物是物质存在的两种不同形式。量，因而场与实物是物质存在的两种不同形式。本章只讨论静止电荷产生的电场，称为本章只讨论静止电荷产生的电场，称为静电场静电场。一、电场：一、电场：电场是一种看不见，摸不着，但真实存在可以感觉得到的物质近代物理学证实并发展了法拉第的观点近代物理学证实并发展了法拉第的观点物质的物质的存在形式存在形式实物实物(由分子、原子组成，由分子、原子组成，如水、铁块等如水、铁块等)场场(如电磁场、引力场等如电磁场、引力场等,是客观存在的另一种是客观存在的另一种物物质形态质形态)F FB BF FA A电荷电荷A A和和

4、B B间是通过电场实现相互作用的间是通过电场实现相互作用的 用场的观点来说明电荷间的相互作用用场的观点来说明电荷间的相互作用用场的观点来说明电荷间的相互作用用场的观点来说明电荷间的相互作用 电场（电场（electric fieldelectric field）：）：1 1、电荷周围存在着一种特殊的、电荷周围存在着一种特殊的物质物质电场。电场。电场是一种特殊的物质电场是一种特殊的物质,并非并非由分子、原子组成，但客观存在。由分子、原子组成，但客观存在。2 2、电荷间的相互作用是、电荷间的相互作用是通过电场通过电场这种这种物质物质作作为为媒介媒介而发生的。而发生的。3 3、电场的基本性质：电场电场

5、的基本性质：电场对放入其中的对放入其中的电荷电荷有力的作用有力的作用电场力。电场力。静电场：静止电荷产生的电场场中位置 电场强弱、方向 场源电荷（电荷量及正负）通过这通过这个现象我们得到什么结论？个现象我们得到什么结论？（2）再进一步：在某个点电荷在某个点电荷Q产生的电场中产生的电场中,已知试探电荷已知试探电荷+q在距离在距离Q 为为r的位置上受到的电的位置上受到的电场力大小为场力大小为F，那么将电量分别为那么将电量分别为+q、+2q、+3q的试探电荷放在距离的试探电荷放在距离Q 分别分别为为r、2r、3r的位置上的位置上受到的电场力分别为多大？受到的电场力分别为多大？放入电场中电荷放入电场中

6、电荷的电量的电量离场源的离场源的距离距离r离场源的离场源的距离距离2r离场源的离场源的距离距离3r+qF+2q+3q寻找描述电场性质的物理量放入电场中电荷放入电场中电荷的电量的电量离场源的离场源的距离距离r离场源的离场源的距离距离2r离场源的离场源的距离距离3r+qFF/4F/9+2q2F2F/42F/9+3q3F3F/43F/9结论结论：在在电场中电场中1、同一位置，同一位置，F/q 为一为一恒量；恒量；2、不同位置，不同位置，F/q 为一为一变量；变量；F/qF/q与与试试探探电电荷荷无无关关，只只与与场场中中的的位位置置及及场源电荷有关；场源电荷有关；能反映电场内在性质。能反映电场内在性

7、质。试探电荷（检验电试探电荷（检验电荷）：检验电场是荷）：检验电场是否存在及强弱分布否存在及强弱分布情况的带电小球。情况的带电小球。场源场源电荷电荷电荷量和尺寸必须电荷量和尺寸必须充分小充分小（对金属球对金属球A A的电的电场无明显影响）场无明显影响）必须搞清楚的两个概念：必须搞清楚的两个概念：源电荷源电荷与与试探电荷试探电荷试探电荷试探电荷电电场强场强度度a.a.定义定义：试探电荷在电场中某点所受电场力试探电荷在电场中某点所受电场力F F与试探与试探电荷的电荷量电荷的电荷量q q的比值叫该点的电场强度，的比值叫该点的电场强度，简称场强，用简称场强，用E E 表示。表示。b.b.定义式：定义式

8、：c.c.单位：单位：N/CN/C，V V /m/m （适用于任意电场（适用于任意电场,在数值上等在数值上等于于1C1C的电荷所受的电场力的电荷所受的电场力）+Q Q+q qF FE E+Q Q-q qF FE E或者说或者说与与负电荷负电荷在该点所受在该点所受电场力方向电场力方向相反相反。d.d.场强的矢量性：场强的矢量性：-Q Q+q qF FE E-Q Q-q qE EF F场强方向：场强方向：规定为规定为正电荷正电荷在该点的所受在该点的所受库伦力方向。库伦力方向。f.f.场强大小的场强大小的决定因素决定因素:场源电荷量；距场源电荷远近场源电荷量；距场源电荷远近若已知已知 q q 和和

9、E E，可求电场力，可求电场力F F注：注：不能说不能说E E与与F F成正比，与成正比，与q q成反比成反比真空中点电荷的场强：QE寻找描述电场性质的物理量寻找描述电场性质的物理量1 1、试探电荷所受的静电力大小和方向就是电场的、试探电荷所受的静电力大小和方向就是电场的大小和方向？大小和方向？2 2、电荷产生的电场是否与试探电荷有关？、电荷产生的电场是否与试探电荷有关？错，同一位置错，同一位置P P放入不同电量的试探电荷，其放入不同电量的试探电荷，其所受的电场力所受的电场力F F不同！不同！无关，因为无关，因为试探电荷的作用试探电荷的作用仅仅是仅仅是检测检测空间是空间是否存在电场；否存在电场

10、；电场的大小只与产生电场的电荷量及场原电荷电场的大小只与产生电场的电荷量及场原电荷的距离有关的距离有关。真空中点电荷的场强真空中点电荷的场强1.1.大小大小Q Q真空中点电荷的电量真空中点电荷的电量r r某点到点电荷的距离某点到点电荷的距离光芒万丈光芒万丈万剑归宗万剑归宗2.2.方向：方向：常见的点电荷电场分布常见的点电荷电场分布+为了形象的描述电场，引入电场线为了形象的描述电场，引入电场线注意：电场这种物质客观存在，但电场线并不存在！注意：电场这种物质客观存在，但电场线并不存在！（1）两点电荷连线中点）两点电荷连线中点o处场强为零，该点无电场线；处场强为零，该点无电场线；（2）两点电荷中点）

11、两点电荷中点o附近电场线非常稀疏，场强较小；附近电场线非常稀疏，场强较小；（3）沿两点电荷连线的中垂线，电场强度方向与连线）沿两点电荷连线的中垂线，电场强度方向与连线垂直，电场强度先由小变大，再由大变小；垂直，电场强度先由小变大，再由大变小；（4）关于）关于o点对称的任何两点，场强大小相等，方向相点对称的任何两点，场强大小相等，方向相反反电场线的电场线的疏密程度疏密程度反映了该点的反映了该点的电场强度大小电场强度大小电场线的电场线的切线方向切线方向为该点为该点电场强度方向电场强度方向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真空中仅对真空中点电荷产生点

12、电荷产生的电场适用的电场适用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VSVS例例1 1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所是放入电场中的电荷所受受的电场力的电场力，q q是放入电场中的电荷是放入电场中的电荷的带电的带电量量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所是放入电场中的电荷所受的力，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

13、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处的场强处的场强大小，大小，D.D.定义定义式式E=F/qE=F/q中中无论无论q q值值(不为零不为零)如何变化，在电如何变化，在电场中的同一点，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ACDACD例例2.2.关于电场强度的方向，下列说法正确的是关于电场强度的方向，下列说法正确的是 ()()A A、电场中某点的场强方向与放在这一点的电荷电场中某点的场强方向与放在这一点的电荷 所受的电场力的方向相同所受的电场力的方向相同 B

14、B、电场中某点的场强方向与正电荷在这一点所电场中某点的场强方向与正电荷在这一点所 受的电场力的方向相同受的电场力的方向相同 C C、电场中某点的场强方向与放在这一点的电荷电场中某点的场强方向与放在这一点的电荷 的种类有关的种类有关 D D、电场中某点的场强方向与在这一点放不放入电场中某点的场强方向与在这一点放不放入 电荷无关电荷无关BD例例3 3.电场中有一点电场中有一点P P，下列说法正确的是下列说法正确的是()A A.若放在若放在P P点的点电荷的电量减半，则点的点电荷的电量减半，则P P点的场强点的场强也减半也减半B B.若若P P点没有检验电荷，则点没有检验电荷，则P P点场强为零点场

15、强为零C C.P.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点所受电场力点所受电场力越大越大D D.P.P点的场强方向为检验电荷在该点受力方向点的场强方向为检验电荷在该点受力方向 答案答案 C C例例4 4.设：试探电荷的电荷量设：试探电荷的电荷量q=+5.010q=+5.010-9-9C C，测得它在电场中的测得它在电场中的A A点受到的电场力为点受到的电场力为F=3.010F=3.010-4-4N N，求：，求：A A点的场强？点的场强？如果改用电荷量为如果改用电荷量为q=+6.010q=+6.010-9-9C C的试探电荷，的试探电荷，来确定该点的场强，场强会不会改变？

16、来确定该点的场强，场强会不会改变？解：解：E=F/qE=F/q=3.010=3.010-4-4N/(5.010N/(5.010-9 9C)C)=6.010 =6.0104 4N/CN/C场强方向：水平向左场强方向：水平向左例例5 5.在一带负电的导体在一带负电的导体A A附近有一点附近有一点B,B,如在如在B B处放处放置一个置一个q q1 1=-2.0=-2.01010-8-8C C的电荷，测得其受到的电的电荷，测得其受到的电场力大小为场力大小为F F1 1=4.0=4.01010-6-6N N、方向、方向水平向右水平向右，则，则B B点点的场强？如果换用一个的场强？如果换用一个q q2 2

17、=4.0=4.01010-7-7C C的电荷放在的电荷放在B B点，其受力多大？此时点，其受力多大？此时B B处场强多大？处场强多大？解解:E EB B=F=F1 1/q/q1 1=4.010=4.010-6-6N/(2.010N/(2.010-8-8C)C)=2.010 =2.0102 2(N/C)(N/C)场强的方向：水平向左场强的方向：水平向左F F2 2=q=q2 2E EB B=4.010=4.010-7-7C C2.0102.0102 2N/C=8.010N/C=8.010-5-5N N方向：水平向左方向：水平向左EEB B=F F2 2/q/q2 2=8.0108.010-5-5

18、N N/(/(4.0104.010-7-7C)=2.010C)=2.0102(2(N/C)N/C)B B处场强的大小方向不变处场强的大小方向不变 一点电荷一点电荷Q=2.010Q=2.010-8-8C C，在距，在距此点电荷此点电荷30cm30cm处，该点电荷产生处，该点电荷产生的电场的场强是多大？的电场的场强是多大？Q Qr rP Pr rQ QP P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）在外部产生的电场生的电场与一个位于球心与一个位于球心的、电荷量相等的、电荷量相等的的点电荷点电荷产生的产生的电场相同电场相同例例6 6.关于电场，下列叙述正确的是

19、关于电场，下列叙述正确的是()()A A.以点电荷为圆心，以点电荷为圆心，r r为半径的球面上，各点的为半径的球面上，各点的场强都相同场强都相同B B.正电荷周围的电场一定比负电荷周围的电场强正电荷周围的电场一定比负电荷周围的电场强度大度大C C.在电场中某点放入检验电荷在电场中某点放入检验电荷q q，该点的场强为该点的场强为E EF F/q q，取走取走q q后，该点场强不为零后，该点场强不为零D D.电荷在电场中某点所受电场力很大，则该点的电荷在电场中某点所受电场力很大，则该点的电场强度一定很大电场强度一定很大 【答案答案答案答案】C C C C例例7 7.关于电场力和电场强度，以下说法正

20、确的是关于电场力和电场强度，以下说法正确的是:A A.一点电荷分别处于电场中的一点电荷分别处于电场中的A A、B B两点，电荷受两点，电荷受到的电场力大则该处场强大到的电场力大则该处场强大B B.在电场某点如果没有检验电荷，则电场力为零，在电场某点如果没有检验电荷，则电场力为零，电场强度也为零电场强度也为零C C.电场中某点场强为零，则检验电荷在该点受到电场中某点场强为零，则检验电荷在该点受到的电场力为零的电场力为零D D.一检验电荷在以一个点电荷为球心，半径为一检验电荷在以一个点电荷为球心，半径为r r的球面上各点所受电场力相同的球面上各点所受电场力相同例例8 8.关于电场强度，下列说法正确

21、的是（关于电场强度，下列说法正确的是（）A A.E E=kQkQ/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 B B.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 C.C.F=kQF=kQ1 1Q Q2 2/r/r2 2 得，公式得，公式 E=kQE=kQ1 1/r/r2 2 是点电荷是点电荷Q Q1 1产生产生 的电场在点电荷的电场在点电荷Q Q2 2 处的场强大小处的场强大小 D.D.由公式由公式E=kQ/rE=kQ/r2 2 可知，在离点电荷非常近的地可知，在离点电荷非常近

22、的地方方 （r r00），电场强度），电场强度E E 可达无穷大可达无穷大答案：答案：ACAC例例9 9.场源电荷场源电荷Q Q=2=21010-4-4C C，是正点电荷，检验是正点电荷，检验 电荷电荷q q=2=21010-5-5C C，是负电荷，它们相距，是负电荷，它们相距r r=2=2m m且且都在真空中，如图所示。都在真空中，如图所示。求：求：(1)(1)q q 所在的所在的B B点的场强点的场强E EB B?(2)(2)q q 受到的电场力受到的电场力?(3)(3)只将只将q q换为换为q q=4=41010-5-5C C 的正点电荷，再的正点电荷，再 求受力及求受力及B B点的场强

23、点的场强?(4)(4)将受力电荷拿去后再求将受力电荷拿去后再求B B点场强点场强?Q Qq qA AB Br r 答案：（1）EB=4.5105N/C（2）F=9N（3）18N，EB=4.5105N/C（4）EB=4.5105N/C如果场源是多个点电荷，如果场源是多个点电荷，电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的产生的电场强度的矢量和电场强度的矢量和。E E1 1E E2 2E E电场强度的叠加电场强度的叠加PQ Q1 1Q Q2 2例例10.如如图所图所示，在真空中有两个点电荷示，在真空中有两个点电荷Q13.0108C和和Q23.0108C

24、，它们相，它们相距距0.1m。求电场中求电场中A点的场强大小？点的场强大小？A点与两个点点与两个点电荷的距离电荷的距离r相等，相等，r0.1m。解：解：EE1cos600E2cos600 2 E1cos600 2kQ1cos600r2 2.7104 NC Q1Q2AE1E2E例例11.真空中，两个等量异种电荷电量真空中，两个等量异种电荷电量数值均为数值均为q，相距为相距为r。两点电荷连线中点处。两点电荷连线中点处的电场强度的大小为的电场强度的大小为 A.0 B.2kqr2 C.4kqr2 D.8kqr2 答案答案 D例例12.如图所示，两个点电荷如图所示，两个点电荷+q与与+9q静止于真空静止

25、于真空 中，相距为中，相距为r.求：求：（1 1）二者连线中点）二者连线中点A的场强？的场强？（2 2）求场强为）求场强为0的点的位置？的点的位置？A答案：（答案：（1）EA=32kq2/r2，方向指向，方向指向+q;（2）该点在两电荷的连线上，且与）该点在两电荷的连线上，且与q距离距离r/41313、如图、如图2 2所示，有一水平方向的匀强电场，场所示，有一水平方向的匀强电场，场强大小为强大小为9109103 3N/CN/C，在电场内一水平面上作，在电场内一水平面上作半径半径10cm10cm的圆，圆周上取的圆，圆周上取A A、B B两点，两点，AOAO连线连线沿沿E E方向，方向，BOBOAOAO，另在圆心，另在圆心O O处放一电量为处放一电量为1010-8-8C C的正点电荷，则的正点电荷，则A A处场强大小处场强大小EAEA=_，B B处场强的大小处场强的大小EBEB=_，方向为，方向为_ _ 图21.271.27104N/C104N/C斜向下斜向下4545 0 0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思想方法基本思想方法比值定义法：比值定义法：E=F/q试探电荷（理想模型）试探电荷（理想模型）小结小结