高中物理人教版 (2019)必修 第三册3 电场 电场强度教案配套ppt课件

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1.通过类比与实验模拟知道电场是一种特殊的物质,初步形成场是物质的概念。(物理观念)2.掌握电场强度的概念和公式,会进行相应的分析与计算。(科学思维)3.学会用比值定义物理量的方法,掌握电场强度叠加的计算,培养综合分析能力和知识迁移能力。(科学思维)
【必备知识】一、电场1.电场电荷的周围存在着由它产生的电场。电荷之间通过电场相互作用。2.电场的基本性质电场对放入其中的电荷有力的作用。3.静电场静止电荷产生的电场,叫作静电场。
二、电场强度1.试探电荷用来研究电场各点的性质的电荷。2.场源电荷或源电荷激发电场的带电体所带的电荷。
3.电场强度(1)物理意义:电场强度是反映电场强弱和方向的物理量。(2)定义:放入电场中某点的试探电荷受的静电力与它的电荷量之比。(3)公式: 。(4)单位为牛每库,符号为N/C。(5)方向:电场强度是矢量,规定电场中某点的电场强度的方向与正电荷在该点所受的静电力的方向相同。负电荷在电场中某点所受静电力的方向与该点电场强度的方向相反。(6)决定因素:电场本身,与是否放入试探电荷、放入电荷的电性、电荷量的多少均无关。
三、点电荷的电场　电场强度的叠加1.真空中点电荷的电场强度(1)大小: 。(2)方向:Q为正电荷时,电场强度E的方向沿半径向外;Q为负电荷时,电场强度E的方向沿半径向内。2.电场强度的叠加电场中某点的电场强度等于各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。
3.图中已经标出+Q1和-Q2在P点产生的电场强度E1和E2,请在图中画出P点的电场强度E。
4.均匀带电球体或球壳的半径为R,电荷量为+Q,在距离球心为r(r>R)处,电场强度的大小和方向分别为 ,沿半径向外。
【自我检测】1.正误判断,判断结果为错误的小题说明原因。(1)电荷与电荷间的相互作用力是通过电场发生的。(　　)答案 √(2)只有电荷发生相互作用时才产生电场。(　　)答案 ×解析 只要有电荷存在,其周围空间一定存在电场。(3)根据 ,电场强度与试探电荷的电荷量和受力有关。(　　)答案 ×解析 电场强度是电场自身的性质,与试探电荷的电荷量和受力均无关。
(4)电场强度的方向就是电荷受力的方向。(　　)答案 ×解析 正电荷受力的方向规定为电场强度的方向。(5)由公式 ,E与电荷量Q成正比、与距离r的二次方成反比。(　　)答案 √(6)以点电荷为球心的球面上各点电场强度处处相同。(　　)答案 ×解析 以点电荷为球心的球面上各点电场强度大小处处相等,方向不同。
2.如图所示,不同的电荷在场源电荷Q产生的电场中的同一点所受的静电力F是　　　　　(选填“相同”或“不同”)的,但该点的电场强度是　　　　　(选填“确定”或“不确定”)的。 答案 不同　确定
3.(2021海南定安中学高二期中)关于电场强度,下列说法正确的是(　　)A.由 可知,某电场的电场强度E与q成反比,与F成正比B.正、负试探电荷在电场中同一点受到的静电力方向相反,所以某点电场强度的方向与放入该点试探电荷的正负有关C.电场中某点的电场强度与放入该点的试探电荷的正负无关D.电场中某点不放试探电荷时,该点电场强度等于0
答案 C解析 电场强度是一个用比值定义的物理量,与放入的试探电荷受到的静电力大小F及带电荷量q无关,仅由电场本身决定,故A错误,C正确;规定电场强度的方向与正电荷受力的方向相同,负电荷受力的方向与电场强度方向相反,电场强度的方向与试探电荷的正负无关,B错误;电场强度与是否有试探电荷存在无关,D错误。
【情境导引】把同一试探电荷放在电场中的不同位置,由图可知,该试探电荷在不同点所受的静电力的大小和方向不相同,这说明各点的电场的强弱和方向不相同。
(1)用什么物理量表征电场的强弱?(2)同一位置,放不同试探电荷,试探电荷受力越大,则该位置电场强度越大吗?要点提示 (1)电场强度。(2)E与F无关,E与试探电荷q无关。
【知识归纳】1.电场强度的三个性质
(2)公式 可变形为F=qE:电场强度E与电荷量q的乘积等于静电力的大小;正电荷所受静电力方向与电场强度方向相同,负电荷所受静电力方向与电场强度方向相反。
【典例示范】例1场源电荷Q=2×10-4 C,是正点电荷;试探电荷q=-2×10-5 C,是负点电荷,它们相距r=2 m而静止,且处在真空中,如图所示。求:(1)q受到的静电力。(2)q所在的B点的电场强度EB。(3)拿走q后B点的电场强度。答案 (1)9 N,方向由B指向A(2)4.5×105 N/C,方向由A指向B(3)4.5×105 N/C,方向由A指向B
(3)电场强度是反映电场的性质的物理量,它是由形成电场的电荷Q及场中位置决定的,与试探电荷q是否存在无关。故B点的电场强度仍为4.5×105 N/C,方向由A指向B。
规律方法 1.分清哪个是试探电荷,哪个是场源电荷, 中的q是试探电荷。2.确定电场强度的方向一定要看清试探电荷是正电荷还是负电荷,再确定电场强度与力的方向相同还是相反。
变式训练1电场中有一点P,下列说法正确的是(　　)A.若放在P点的电荷的电荷量减半,则P点电场强度减半B.若P点没有试探电荷,则P点的电场强度为零C.P点的电场强度越大,则同一电荷在P点所受的静电力越大D.P点的电场强度方向为试探电荷在该点受到的静电力方向
答案 C解析 电场强度是由电场本身决定的,与是否放入试探电荷、放入电荷的电性、电荷量的多少均无关,选项A、B错误。电荷量一定时,由F=Eq可知,电场强度越大,所受的静电力越大,C对。若试探电荷是正电荷,它受到的静电力方向就是该点的电场强度方向,但试探电荷是负电荷时,它受到的静电力方向的反方向是该点电场强度的方向,D选项错误。
【情境导引】(1)如图所示,在正点电荷Q的电场中有一试探电荷q,已知q到Q的距离为r,Q对q的作用力是多大?Q在q所在位置产生的电场的电场强度是多大?方向如何?(2)如果再有一正点电荷Q'=Q,放在如图所示的位置,q所在位置的电场的电场强度是多大?
【知识归纳】1.电场强度是矢量,如果场源是多个点电荷,则电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。2.电场强度的叠加本质是矢量叠加,合成时遵循矢量运算法则(平行四边形定则),常用的方法有图解法、解析法、正交分解法等。3.对于比较大的带电体的电场,可把带电体分为若干小块,每一小块看成一个点电荷,用点电荷电场强度叠加的方法计算整个带电体的电场。
【典例示范】例2如图所示,真空中,带电荷量分别为+Q和-Q的点电荷A、B相距r,(1)求两点电荷连线的中点O的电场强度。(2)求在两点电荷连线的中垂线上,距A、B两点都为r的O'点的电场强度。
规律方法 电场叠加问题的解题方法1.根据点电荷电场强度公式,确定每个场源电荷产生的电场强度。2.电场强度是矢量,合成时遵循矢量运算法则(平行四边形定则或三角形定则),与力的合成一样,常用的方法有图解法、正交分解法等。
变式训练2如图所示,在等边三角形ABC的三个顶点上,固定三个正点电荷,电荷量的大小q'1.(多选)下列关于电场和电场强度的说法正确的是(　　)A.电荷间的相互作用是通过电场产生的,电场最基本的特征是对处在它里面的电荷有力的作用B.电场是人为设想出来的,其实并不存在C.某点的电场强度越大,则正电荷在该点受到的静电力越大,负电荷在该点受到的静电力越小D.某点的电场强度方向为负试探电荷在该点受到的静电力的反方向
答案 AD解析 电场是电荷周围客观存在的一种特殊物质,电荷间的相互作用是通过电场产生的,不是假想的,故A正确,B错误;由 得,F=Eq,F的大小与q的正负无关,所以C错误;电场强度方向与负试探电荷所受的静电力的方向相反,D正确。
2.在电场中的某点放入电荷量为-q的试探电荷时,测得该点的电场强度为E;若在该点放入电荷量为+3q的试探电荷,此时测得该点的电场强度为(　　)A.大小为3E,方向和E相反B.大小为E,方向和E相同C.大小为3E,方向和E相同D.大小为E,方向和E相反答案 B解析 当在电场中某点放入电荷量为-q的试探电荷时,测得该点的电场强度为E,当在同一点放入电荷量为+3q的试探电荷时,电场强度的大小和方向都不变,即该点的电场强度大小仍为E,方向与E相同,选项B正确。
3.如图,M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三点,O点为半圆弧的圆心,∠MOP=60°。电荷量相等、电性相反的两个点电荷分别置于M、N两点,这时O点电场强度的大小为E1;若将N点处的点电荷移至P点,则O点的电场强度大小变为E2。E1与E2之比为(　　)
4.如图所示,四个点电荷所带电荷量的绝对值均为Q,分别固定在正方形的四个顶点上,正方形边长为a,则正方形两条对角线交点处的电场强度(　　)
5.如图所示,把可视为点电荷的带电小球A用绝缘细杆固定,其电荷量为Q=4.0×10-6 C,在距A球r=0.30 m处放置试探电荷B,其电荷量为q=-5.0×10-8 C,静电力常量k=9×109 N·m2/C2。求:(1)试探电荷B所受库仑力F的大小。(2)试探电荷B所在位置的电场强度E的大小。