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鲁科版 (2019)必修 第三册第4节 点电荷的电场 匀强电场课文配套课件ppt
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这是一份鲁科版 (2019)必修 第三册第4节 点电荷的电场 匀强电场课文配套课件ppt，共38页。PPT课件主要包含了课前自主学习，电荷量，电场强度，平行四边形，普遍性，课堂合作探究等内容，欢迎下载使用。
一、点电荷的电场任务驱动 点电荷的电场强度公式是用什么公式推导出来的？提示：库仑定律和电场强度的公式。
1.公式：E= _____。2.含义：点电荷Q的电场中任意点的电场强度的大小，与点电荷的_______成正比，与该点到点电荷距离的_____成反比。
二、场强叠加原理任务驱动 多个电荷在某点的场强进行合成时遵循什么原则？ 提示：遵循平行四边形原则。
1.概念：若有几个点电荷同时存在，它们产生的电场中任一点的电场强度等于这几个点电荷各自在该点产生的_________的矢量和。这个结论叫作场强的叠加原理。2.方法：场强的叠加遵循___________定则。3.特点：电场叠加具有_______，不仅点电荷的电场可以叠加，其他任何电场的场强都可以进行叠加。
三、匀强电场 任务驱动 匀强电场的特点是什么？提示：匀强电场的大小处处相等、方向处处相同。
1.产生：两块大小相同、相距很近、相互正对且分别带有等量异种电荷的金属板之间的电场。2.定义：物理学中电场强度大小和方向都处处相同的电场。
主题一 点电荷电场的电场强度【实验情境】如图所示，设点电荷Q处于O点，另取任一点P，与O点的距离为r。把一个试探电荷q放在P点。
【问题探究】点电荷Q在P点的电场强度是多少？提示：由库仑定律可知，它受到的静电力大小为F= ，根据电场强度的定义式E= ，可得：E= 。当点电荷Q为正电荷时，电场强度方向沿r向外，如图(a)； 当点电荷Q为负电荷时，电场强度方向沿r向内，如图(b)。
【结论生成】公式E= 与E= 的区别(科学思维)
【典例示范】如图所示，OM= ON，在O点固定一点电荷Q，在M点放一点电荷q=1.0×10-10 C。测得Q对q的作用力为F=1.0×10-8 N，方向沿直线指向O。(1)点电荷Q在M点的场强大小和方向？(2)点电荷Q在N点的场强大小和方向？
【解析】(1)由E= 得E= N/C=100 N/C，方向沿直线指向O。(2)由E= 知，EN=( )2×100 N/C=25 N/C，方向沿直线指向O。答案：(1)100 N/C 沿直线指向O(2)25 N/C 沿直线指向O
【误区警示】对E= 的两点认识(1)由E= 知，离某点电荷越远的地方电场强度越小。以点电荷为圆心，半径为r的球面上，各点的电场强度大小相等，方向不同。(2)正点电荷的电场方向由电荷指向无穷远，负点电荷的电场方向由无穷远指向电荷。
【探究训练】下列关于电场强度的说法中正确的是( )A.公式E= 只适用于真空中点电荷产生的电场B.由公式E= 可知，电场中某点的电场强度E与试探电荷在电场中该点所受的电场力成正比C.在公式F= 中， 是点电荷Q2产生的电场在点电荷Q1处的场强大小；而 是点电荷Q1产生的电场在点电荷Q2处场强的大小D.由公式E= 可知，在离点电荷非常近的地方(r→0)，电场强度E无穷大
【解析】选C。电场强度的定义式E= 适用于任何电场，故A错；电场中某点的电场强度由电场本身决定，而与电场中该点是否有试探电荷或引入试探电荷所受的电场力无关(试探电荷所受电场力与其所带电荷量的比值仅反映该点场强的大小，不能决定场强的大小)，故B错；点电荷间的相互作用力是通过电场产生的，故C对；公式E= 是点电荷产生的电场中某点场强的计算式，当r→0时，所谓“点电荷”已不存在，该公式已不适用，故D错。
【补偿训练】如图所示，在点电荷+Q产生的电场中的一条电场线上取a、b两点，Oa= Ob，当在a处放一电量q=1.5×10-8 C带正电的检验电荷时，受到的电场力为F=3×10-6 N。(1)求a处的电场强度的大小、方向，若将检验电荷从a点移走，a点的电场强度如何变化？(2)如果在b处放一个电子，它受到的电场力多大？方向怎样？(e=1.6×10-19 C)
【解析】(1)Ea= N/C=200 N/C，方向由a指向b，若移走检验电荷，a点场强不变。(2)Fb=eEb，由E= 得Eb= Ea，Fb=1.6×10-19× ×200 N=2×10-18 N，方向由b指向a。答案：(1)200 N/C 方向由a指向b 场强不变(2)2×10-18 N 方向由b指向a
主题二 场强叠加的应用【生活情境】点电荷A和B，分别带正电和负电，电荷量分别为4Q和Q，在A、B连线上，如图所示。
【问题探究】(1)点电荷A、B连线之间场强方向如何？提示：由A指向B。(2)连线上场强为零的地方在哪里？提示：B左侧。
【结论生成】场强叠加原理(科学思维)(1)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。这种关系叫作电场强度的叠加。例如，图中，P点的电场强度等于+Q1在该点产生的电场强度E1与-Q2在该点产生的电场强度E2的矢量和。
(2)比较大的带电体的电场，可把带电体分成若干小块，每小块看成点电荷，用点电荷电场叠加的方法计算。(3)如图所示，均匀带电球体(或球壳)外各点的电场强度：E= ，式中r是球心到该点的距离(r>R)，Q为整个球体所带的电荷量。
【典例示范】 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。求：(1)两点电荷连线的中点O的场强的大小和方向；(2)在两电荷连线的中垂线上，距A、B两点都为r的O′点的场强大小和方向。
【解析】(1)如图甲所示，A、B两点电荷在O点产生的场强方向相同，由A→B。A、B两点电荷在O点产生的电场强度为EA=EB= ，故O点的合场强为EO=2EA= ，方向由A→B。
(2)如图乙所示，EA′=EB′= ，由矢量图所形成的等边三角形可知，O′点的合场强EO′=EA′=EB′= ，方向与AB的中垂线垂直指向右方，即 与EO同向。答案：(1) 方向由A→B(2) 方向与EO同向
【探究训练】如图所示，a、b是两个正点电荷，MN是a、b连线的中垂线，P是MN上一点，关于P点的场强方向，下列说法正确的是( )A.若Qa>Qb，P点场强指向MN左侧B.若Qa=Qb，P点场强沿MN向上C.若Qa
主题三 匀强电场的性质和应用【生活情境】在两块平行放置的金属板中间用一根绝缘细线悬挂一个乒乓球，然后将两块金属板分别接在电源的正、负极上，如图所示，你会看到，乒乓球将向其中一块金属板运动，与该板碰撞后就会返回，并与另一块金属板碰撞，如此往复。
【问题探究】你知道其中的奥秘吗？请解释。提示：两金属板加上电极后，分别带上不同的电荷。乒乓球来回往复运动，是把电荷从负极运向正极。乒乓球带着部分负电荷，那么正极就会吸引它，等接触后，负电荷就全部被正极板吸收而带上正电荷，那么正极对它不再有吸引力，而负极对它开始产生了吸引力！它就会向负极运动，于是重复这个过程，乒乓球就会一直往复运动下去。
【结论生成】匀强电场在力学中的应用(科学思维)带电物体在匀强电场中受力分析时，除考虑到物体受到重力、弹力、摩擦力外，一定考虑物体受到的电场力，在进行力的合成和分解时，一样遵循力的平行四边形定则。
【典例示范】如图所示的各电场中，A、B两点的电场强度相同的是( )【解析】选D。电场强度是矢量，既有大小又有方向，根据电场线的疏密程度确定场强的大小，依据电场线的切线方向确定场强的方向，故A、B两点的电场强度相同的选项应为D。
【误区警示】匀强电场与点电荷电场的区别匀强电场各点的场强大小和方向都相同，而点电荷的电场，以点电荷为中心，四面八方呈发散状，到点电荷等距离处的两点，电场强度也不同，因为方向不同。
【探究训练】如图所示，在水平向右、大小为E的匀强电场中，在O点固定一电荷量为Q的正电荷，A、B、C、D为以O为圆心、半径为r的同一圆周上的四 点，B、D连线与电场线平行，A、C连线与电场线垂直。则( )A.A点的场强大小为 B.B点的场强大小为E-k C.D点的场强大小不可能为0D.A、C两点的场强相同
【解析】选A。正点电荷Q在A点的电场强度大小E′= ，而匀强电场在A点的电场强度大小为E，因方向相互垂直，根据矢量的合成法则，则有A点的场强大小为 ，故A正确；同理，点电荷Q在B点的电场强度的方向与匀强电场方向相同，因此B点的场强大小为E+k ，故B错误；当点电荷Q在D点的电场强度的方向与匀强电场方向相反，且大小相等，则D点的电场强度大小可以为零，故C错误；根据矢量的合成法则，结合点电荷电场与匀强电场的方向，可知，A、C两点的电场强度大小相等，而方向不同，故D错误。
【补偿训练】如图所示，正点电荷Q放在一匀强电场中，在以Q为圆心、半径为r的圆周上有a、b、c三点，将检验电荷q放在a点，它受到的静电力正好为零，则匀强电场的大小和方向如何？b、c两点的场强大小和方向如何？
【解析】点电荷Q周围空间的电场是由两个电场叠加而成的。根据题意可知，Q在a点的场强和匀强电场的场强大小相等、方向相反，所以匀强电场的场强大小为E= ，方向向右。在b点，两个电场合成可得Eb= ，方向向右。在c点，两个电场合成可得Ec= ，方向指向右上方，与ab连线成45°角。答案： ，方向向右；Eb= ，方向向右；Ec= ，方向指向右上方，与ab连线成45°角。
一、点电荷的电场任务驱动 点电荷的电场强度公式是用什么公式推导出来的？提示：库仑定律和电场强度的公式。
1.公式：E= _____。2.含义：点电荷Q的电场中任意点的电场强度的大小，与点电荷的_______成正比，与该点到点电荷距离的_____成反比。
二、场强叠加原理任务驱动 多个电荷在某点的场强进行合成时遵循什么原则？ 提示：遵循平行四边形原则。
1.概念：若有几个点电荷同时存在，它们产生的电场中任一点的电场强度等于这几个点电荷各自在该点产生的_________的矢量和。这个结论叫作场强的叠加原理。2.方法：场强的叠加遵循___________定则。3.特点：电场叠加具有_______，不仅点电荷的电场可以叠加，其他任何电场的场强都可以进行叠加。
三、匀强电场 任务驱动 匀强电场的特点是什么？提示：匀强电场的大小处处相等、方向处处相同。
1.产生：两块大小相同、相距很近、相互正对且分别带有等量异种电荷的金属板之间的电场。2.定义：物理学中电场强度大小和方向都处处相同的电场。
主题一 点电荷电场的电场强度【实验情境】如图所示，设点电荷Q处于O点，另取任一点P，与O点的距离为r。把一个试探电荷q放在P点。
【问题探究】点电荷Q在P点的电场强度是多少？提示：由库仑定律可知，它受到的静电力大小为F= ，根据电场强度的定义式E= ，可得：E= 。当点电荷Q为正电荷时，电场强度方向沿r向外，如图(a)； 当点电荷Q为负电荷时，电场强度方向沿r向内，如图(b)。
【结论生成】公式E= 与E= 的区别(科学思维)
【典例示范】如图所示，OM= ON，在O点固定一点电荷Q，在M点放一点电荷q=1.0×10-10 C。测得Q对q的作用力为F=1.0×10-8 N，方向沿直线指向O。(1)点电荷Q在M点的场强大小和方向？(2)点电荷Q在N点的场强大小和方向？
【解析】(1)由E= 得E= N/C=100 N/C，方向沿直线指向O。(2)由E= 知，EN=( )2×100 N/C=25 N/C，方向沿直线指向O。答案：(1)100 N/C 沿直线指向O(2)25 N/C 沿直线指向O
【误区警示】对E= 的两点认识(1)由E= 知，离某点电荷越远的地方电场强度越小。以点电荷为圆心，半径为r的球面上，各点的电场强度大小相等，方向不同。(2)正点电荷的电场方向由电荷指向无穷远，负点电荷的电场方向由无穷远指向电荷。
【探究训练】下列关于电场强度的说法中正确的是( )A.公式E= 只适用于真空中点电荷产生的电场B.由公式E= 可知，电场中某点的电场强度E与试探电荷在电场中该点所受的电场力成正比C.在公式F= 中， 是点电荷Q2产生的电场在点电荷Q1处的场强大小；而 是点电荷Q1产生的电场在点电荷Q2处场强的大小D.由公式E= 可知，在离点电荷非常近的地方(r→0)，电场强度E无穷大
【解析】选C。电场强度的定义式E= 适用于任何电场，故A错；电场中某点的电场强度由电场本身决定，而与电场中该点是否有试探电荷或引入试探电荷所受的电场力无关(试探电荷所受电场力与其所带电荷量的比值仅反映该点场强的大小，不能决定场强的大小)，故B错；点电荷间的相互作用力是通过电场产生的，故C对；公式E= 是点电荷产生的电场中某点场强的计算式，当r→0时，所谓“点电荷”已不存在，该公式已不适用，故D错。
【补偿训练】如图所示，在点电荷+Q产生的电场中的一条电场线上取a、b两点，Oa= Ob，当在a处放一电量q=1.5×10-8 C带正电的检验电荷时，受到的电场力为F=3×10-6 N。(1)求a处的电场强度的大小、方向，若将检验电荷从a点移走，a点的电场强度如何变化？(2)如果在b处放一个电子，它受到的电场力多大？方向怎样？(e=1.6×10-19 C)
【解析】(1)Ea= N/C=200 N/C，方向由a指向b，若移走检验电荷，a点场强不变。(2)Fb=eEb，由E= 得Eb= Ea，Fb=1.6×10-19× ×200 N=2×10-18 N，方向由b指向a。答案：(1)200 N/C 方向由a指向b 场强不变(2)2×10-18 N 方向由b指向a
主题二 场强叠加的应用【生活情境】点电荷A和B，分别带正电和负电，电荷量分别为4Q和Q，在A、B连线上，如图所示。
【问题探究】(1)点电荷A、B连线之间场强方向如何？提示：由A指向B。(2)连线上场强为零的地方在哪里？提示：B左侧。
【结论生成】场强叠加原理(科学思维)(1)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。这种关系叫作电场强度的叠加。例如，图中，P点的电场强度等于+Q1在该点产生的电场强度E1与-Q2在该点产生的电场强度E2的矢量和。
(2)比较大的带电体的电场，可把带电体分成若干小块，每小块看成点电荷，用点电荷电场叠加的方法计算。(3)如图所示，均匀带电球体(或球壳)外各点的电场强度：E= ，式中r是球心到该点的距离(r>R)，Q为整个球体所带的电荷量。
【典例示范】 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。求：(1)两点电荷连线的中点O的场强的大小和方向；(2)在两电荷连线的中垂线上，距A、B两点都为r的O′点的场强大小和方向。
【解析】(1)如图甲所示，A、B两点电荷在O点产生的场强方向相同，由A→B。A、B两点电荷在O点产生的电场强度为EA=EB= ，故O点的合场强为EO=2EA= ，方向由A→B。
(2)如图乙所示，EA′=EB′= ，由矢量图所形成的等边三角形可知，O′点的合场强EO′=EA′=EB′= ，方向与AB的中垂线垂直指向右方，即 与EO同向。答案：(1) 方向由A→B(2) 方向与EO同向
【探究训练】如图所示，a、b是两个正点电荷，MN是a、b连线的中垂线，P是MN上一点，关于P点的场强方向，下列说法正确的是( )A.若Qa>Qb，P点场强指向MN左侧B.若Qa=Qb，P点场强沿MN向上C.若Qa
主题三 匀强电场的性质和应用【生活情境】在两块平行放置的金属板中间用一根绝缘细线悬挂一个乒乓球，然后将两块金属板分别接在电源的正、负极上，如图所示，你会看到，乒乓球将向其中一块金属板运动，与该板碰撞后就会返回，并与另一块金属板碰撞，如此往复。
【问题探究】你知道其中的奥秘吗？请解释。提示：两金属板加上电极后，分别带上不同的电荷。乒乓球来回往复运动，是把电荷从负极运向正极。乒乓球带着部分负电荷，那么正极就会吸引它，等接触后，负电荷就全部被正极板吸收而带上正电荷，那么正极对它不再有吸引力，而负极对它开始产生了吸引力！它就会向负极运动，于是重复这个过程，乒乓球就会一直往复运动下去。
【结论生成】匀强电场在力学中的应用(科学思维)带电物体在匀强电场中受力分析时，除考虑到物体受到重力、弹力、摩擦力外，一定考虑物体受到的电场力，在进行力的合成和分解时，一样遵循力的平行四边形定则。
【典例示范】如图所示的各电场中，A、B两点的电场强度相同的是( )【解析】选D。电场强度是矢量，既有大小又有方向，根据电场线的疏密程度确定场强的大小，依据电场线的切线方向确定场强的方向，故A、B两点的电场强度相同的选项应为D。
【误区警示】匀强电场与点电荷电场的区别匀强电场各点的场强大小和方向都相同，而点电荷的电场，以点电荷为中心，四面八方呈发散状，到点电荷等距离处的两点，电场强度也不同，因为方向不同。
【探究训练】如图所示，在水平向右、大小为E的匀强电场中，在O点固定一电荷量为Q的正电荷，A、B、C、D为以O为圆心、半径为r的同一圆周上的四 点，B、D连线与电场线平行，A、C连线与电场线垂直。则( )A.A点的场强大小为 B.B点的场强大小为E-k C.D点的场强大小不可能为0D.A、C两点的场强相同
【解析】选A。正点电荷Q在A点的电场强度大小E′= ，而匀强电场在A点的电场强度大小为E，因方向相互垂直，根据矢量的合成法则，则有A点的场强大小为 ，故A正确；同理，点电荷Q在B点的电场强度的方向与匀强电场方向相同，因此B点的场强大小为E+k ，故B错误；当点电荷Q在D点的电场强度的方向与匀强电场方向相反，且大小相等，则D点的电场强度大小可以为零，故C错误；根据矢量的合成法则，结合点电荷电场与匀强电场的方向，可知，A、C两点的电场强度大小相等，而方向不同，故D错误。
【补偿训练】如图所示，正点电荷Q放在一匀强电场中，在以Q为圆心、半径为r的圆周上有a、b、c三点，将检验电荷q放在a点，它受到的静电力正好为零，则匀强电场的大小和方向如何？b、c两点的场强大小和方向如何？
【解析】点电荷Q周围空间的电场是由两个电场叠加而成的。根据题意可知，Q在a点的场强和匀强电场的场强大小相等、方向相反，所以匀强电场的场强大小为E= ，方向向右。在b点，两个电场合成可得Eb= ，方向向右。在c点，两个电场合成可得Ec= ，方向指向右上方，与ab连线成45°角。答案： ，方向向右；Eb= ，方向向右；Ec= ，方向指向右上方，与ab连线成45°角。
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