高中物理人教版 (2019)必修 第三册3 电场 电场强度备课课件ppt

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脚踢球，脚对球的力直接作用在球上。
脚与球之间必需接触才能发生作用。
而电荷之间却不必接触也能发生作用。
它们之间的相互作用是通过什么作用的呢？
电荷间没有直接接触，相互作用力如何产生？
类似：磁力、万有引力（重力）
观点：超距（不需媒介、不需时间、超越空间）
没有其他东西做媒介，一个物体可以超越距离通过真空对另一个物体作用……在我看来，这种思想荒唐之极。 ——牛顿
——与人类的理智与科学追求不符！
相隔一定距离的电荷间可以发生力的作用。电荷间的相互作用是通过什么发生的？
通过起电机使人体带电，蛋挞壳为什么飞？人的头发会竖起并散开。为什么会出现这种现象？
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。
电场对场中的其它电荷产生力的作用
电场以及磁场已被证明是客观存在的，并且是互相联系的，统称为电磁场。
1.定义:电场存在于电荷周围,是能传递电荷间相互作用力的一种特殊物质。（电场看不见摸不着,但客观存在）
2.电场的基本性质:对放入其中的电荷有力的作用，即电场力（也叫静电力）。
3.静电场:静止电荷产生的电场。（本章只讨论静止电荷产生的电场）
（2）电场以及磁场已被证明是一种客观存在。场具有能量，也是物质存在的一种形式。
4.说明：（1）只要是带电体，周围都能产生电场。电场对于电荷的作用实际是电场与电场的相互作用。（任何带电体的周围都存在着电场）
想一想：电场对电荷有力的作用，怎样描述这种作用呢？
1.试探电荷q(1)定义:用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的电荷，叫试探电荷。(2)特点:体积足够小(可以看成点电荷);电荷量足够小（试探电荷的引入不改变源电荷的电场）。。
2.场源电荷Q:激发电场的带电体所带的电荷叫场源电荷，或源电荷。
观察下图，连接小球的细绳与竖直方向的夹角不同，离电荷Q 越远，夹角越小，这说明了什么问题？电场的强弱与哪些因素有关呢？
同一试探电荷在电场中不同位置受力不同
电场对电荷的作用力与电荷的位置有关
在电场中的同一位置，由于小球所带电荷量不同，所受的电场力不同。
说明不能用电场力来反映电场的性质。
不同试探电荷受到的电场力与试探电荷的电量有关
进一步研究表明：对于电场中的同一点，试探电荷受到的电场力与其电荷量的比值是一定的。
3.单位：牛每库（N/C）；伏每米（V/m）；
4.物理意义：反映电场强弱和方向的物理量，某点的电场强度数值上等于单位正电荷在该点所受的电场力。
1.定义：放入电场中某点的试探电荷所受的电场力F与它的电荷量q的比值。
E与F成正比，与q成反比？
按照这个规定：负电荷在电场中某点受到的电场力的方向跟该点的电场强度方向相反。
物理学中规定，电场强度的方向跟正电荷在该点所受的静电力的方向相同。
6、电场强度的两个性质
（1）唯一性：电场中某点的电场强度E是唯一的，是由电场本身的特性(形成电场的电荷及空间位置)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。电场中不同的地方，电场强度一般是不同的。
（2）矢量性：电场强度也描述电场的方向，是矢量，其方向与在该点的正电荷所受电场力的方向相同，与在该点的负电荷所受电场力的方向相反。
点电荷是最简单的场源电荷，它激发的电场有什么特点呢？
（1）电场强度的大小：
如果以Q为中心作一个球面，则球面上各点的电场强度大小相等。
（2）场强方向：正点电荷电场方向背离电荷 负点电荷电场方向指向电荷
电场强度的叠加： 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。
如果场源电荷不只是一个点电荷，那么电场强度又是多少呢？
独立性：同一空间内各个场强对电荷的作用互不影响。
电场强度的运算遵循平行四边形定则
【例题】AB和CD为圆上两条相互垂直的直径，圆心为O.将电量分别为＋q和－q的两点电荷放在圆周上，其位置关于AB对称且距离等于圆的半径，如图所示．要使圆心处的电场强度为零，可在圆周上再放一个适当的点电荷Q，则该点电荷(　 　)A．应放在A点，Q＝2q　　B．应放在B点，Q＝－2qC．应放在C点，Q＝－q D．应放在D点，Q＝q
先将＋q、－q在O点产生的场强合成
因为＋q、－q与O点构成等边三角形，可求出合场强E0方向水平向右，大小E0＝E1＝E2，如图所示
要使O点合场强为零，放入的电荷Q在O点产生的场强必与E0等大反向
一个半径为R的均匀带电球体（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产生的电场相同。
电场看不见,摸不着,除了用公式描述电场以外，我们还可以用什么方法形象地了解和描述电场中各点电场强度的大小和方向呢？
法拉第采用了一个简洁的方法来描述电场，那就是电场线。
电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向。(电场线是假想的，实际电场中并不存在.)
正、负点电荷的电场中电场线的分布
a、近密远疏，近大远小b、以点电荷为球心作个球面，电场线处处与球面垂直，在此球面上场强大小处处相等，方向不同。c、不存在场强相同的点(即点电荷周围找不到场强相同的两点)
手牵手，心连心，相吸状
平行的、等间距的、同向的直线
电场线的模拟 : 把奎宁的针状结晶或头发屑悬浮在蓖麻油里，再放入电场中，这时可以发现碎屑按场强的方向排列起来。
（1）静电场的电场线起于正电荷止于负电荷，孤立的正电荷（或负电荷）的电场线止于（或起于）无穷远处点.（电场线总是从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷）
（2）电场线不会相交，也不会相切（3）电场线密的地方场强强，电场线疏的地方场强弱（4）电场线是假想的，实际电场中并不存在（5）电场线不是闭合曲线，且与带电粒子在电场中的运动轨迹之间没有必然联系
电场中为什么任意两条电场线不相交？
如果相交，交点就会有两个切线，也就会有两个场强方向。而同一点场强大小方向是唯一的。
电场线越密的地方，场强越大；电场线越稀疏的地方，场强越小。
【注意】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。
电场线不是电荷的运动轨迹，因为运动轨迹的切线方向是速度的方向，而电场线的切线方向是正电荷的受力方向和加速度方向（负电荷则相反）。
要使两条曲线能重合，要同时满足一些特殊条件，例如：①电场线是直线；②电荷初速度为零或初速度方向与电场线在同一直线上；③电荷只受电场力作用。
电场线与电荷的运动轨迹的关系
2.两点电荷连线的中垂面(中垂线)上，场强方向均相同，且总与中垂面(线)垂直。在中垂线上到O点等距离处各点的场强相等，中点场强最大。
1.两点电荷连线上各点，电场线方向从正电荷指向负电荷。连线上，中点O场强最小，关于中点对称的两点场强相同。
3.在中垂面(线)上的电荷受到的电场力的方向总与中垂面(线)垂直，因此，在中垂面(线)上移动电荷时电场力不做功。
等量异种电荷电场线的特点
2.中点O附近的电场线非常稀疏，但场强并不为零。
1.两点电荷连线中点O处场强为零，此处无电场线。关于O点对称的两点场强大小相等，方向相反。连线上各点电场强度方向从该点指向O点。
4.在中垂面(线)上从O点到无穷远，电场线先变密后变疏，即场强先变强后变弱．
3.两点电荷连线中垂面(中垂线上)，场强方向总沿面(线)远离O(等量正电荷)
等量同种电荷电场线的特点
还有没有其它电场呢？它的分布又会有何特点？
（1）以点电荷向平板作垂线为轴电场线左右对称（像天女散花或垂柳）
（2）电场线的分布情况类似于等量异种电荷的电场线分布，而带电平板恰为两电荷连线的垂直平分线
（3）在带电平板表面场强与平板垂直
（4）平板表面的电场线和平板垂直。所以在平板表面移动电荷时，电荷受到的电场力垂直于平板，其电场力不做功。
点电荷与带电平板的电场线的特点：
1.定义：各点电场强度的大小相等、方向相同的电场。2.匀强电场的电场线：间隔相等的平行直线。实例：相距很近带有等量异种电荷的一对平行金属板间的电场(忽略边缘)可以看做匀强电场。
(1)试探电荷的电荷量和尺寸都很小，放入试探电荷后不引起原电场的明显变化，因此试探电荷就是电荷量很小的点电荷。(　　)(2)电场强度的方向就是放在该处的试探电荷所受电场力的方向。(　　)(3)若以点电荷为球心做一个球面，电场线处处与球面垂直，在此球面上各点电场强度处处相同。(　　)(4)两个异种电荷间的电场线从负电荷指向正电荷。(　　)(5)电场线在实际中不存在。(　　)(6)电场线是平行直线的电场一定是匀强电场。(　　)
√　×　×　×　√　×　
【例题】竖直放置的两块足够长的平行金属板间有匀强电场．其电场强度为E，在该匀强电场中，用丝线悬挂质量为m的带电小球，丝线跟竖直方向成θ角时小球恰好平衡，小球与负极板距离为b,如图所示，请问：(1)小球带电荷量是多少？(2)若剪断丝线，小球碰到金属板需多长时间？
【例题】用一条绝缘轻绳悬挂一个带电小球，小球的质量为0.01kg，所带电量为+2×10－8C。现加一个水平方向的匀强电场，平衡时绝缘绳与铅垂线成45角，求这个匀强电场的电场强度。
【例题】已知竖直向下的匀强电场为E，一个带电量为q的正电荷从A静止沿半径为R的光滑半圆轨道下滑，问滑到最下端B时，对B的压力为多少？
【例题】如图，质量为m的三个带电小球放置在光滑的绝缘水平面上，彼此间距为L，带电量分别为qA=+10q、qB=-q，若在C球上加一个水平向右的恒力F，使得三球在运动过程中间距始终为L，则恒力F和C球带电量qC各是多少？
【例题】一个质量为m，带有+q电荷量的小球，用长为L的绝缘细线悬吊在竖直向下的场强为E的匀强电场中，如果将细线拉至与竖直方向成θ角，然后将小球无初速度释放，如下图，求小球运动到最低点时细线的拉力多大？
【例题】均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的电场。如图所示，半球面AB上均匀分布着正电荷，总电荷量为q，球面半径为通过半球顶点与球心O的直线，在直线上有两点M、N， 。已知N点的场强大小为E，静电力常量为k，则M点的场强大小为（　　）
【练习1】（2022·黑龙江·肇东市第四中学校高二期末）有关电场的理解，下述正确的是（　　）A．由 可知，电场强度E跟放入的电荷q所受的电场力成正比B．只有当电场中存在试探电荷时，电荷周围才出现电场这种特殊的物质，才存在电场强度C．电场强度是反映电场本身特性的物理量，与是否存在试探电荷无关D．由公式E= 可知，在离带电体很近时，r接近于零，电场强度达无穷大
【练习2】（2022·全国·高二课时练习）(多选)如图所示为真空中两点电荷A、B形成的电场中的部分电场线，已知该电场线关于图中虚线对称，O点为A、B两点电荷连线的中点，a、b为A、B两点电荷连线的中垂线上关于O点对称的两点，则下列说法中正确的是（　　）A．A、B可能为等量同种正点电荷B．A、B可能为电荷量不相等的正电荷C．a、b两点处无电场线，故其电场强度可能为零D．同一试探电荷在a、b两点处所受的电场力大小相等，方向相反
【练习3】（2022·全国·高二单元测试）用轻质柔软绝缘细线，拴一质量为1.0×10－2kg、电荷量为2.0×10－8C的小球，细线的上端固定于O点。现加一水平向右的匀强电场，如图平衡时细线与铅垂线成37°（g取10m/s2，sin37°=0.6，cs37°=0.8），则（　　）A．小球带负电B．匀强电场的场强为1.5×108N/CC．平衡时细线的拉力为0.125ND．平衡时细线的拉力为0.175N
【练习4】（2022·全国·高二课时练习）(多选)用电场线能很直观、很方便地比较电场中各点场强的强弱。如图甲是等量异种点电荷形成电场的电场线，图乙是场中的一些点，O是电荷连线的中点，E、F是连线中垂线上相对O对称的两点，B、C和A、D也相对O对称。则（　　）A． B、C两点场强大小相等，方向相同B．A、D两点场强大小相等，方向相反C．E、O、F三点比较，O点场强最强D．B、O、C三点比较，O点场强最弱
【练习5】（2023·全国·高三专题练习）(多选)在一个点电荷Q的电场中，让x轴与电场中的一条电场线重合，坐标轴上A、B两点的坐标分别为0.3m和0.6m（如图甲所示），在A、B两点分别放置带正电的试探电荷，其受到的静电力跟试探电荷的电荷量的关系分别如图乙中直线a、b所示。已知静电力常量 ，下列说法正确的是（　　）A．A点的电场强度是40N/C，方向沿x轴负方向B．B点的电场强度是2.5N/C，方向沿x轴正方向C．点电荷Q带正电，所在位置为坐标原点D．点电荷Q的带电荷量约为
【练习6】（2022·山东·高考真题）半径为R的绝缘细圆环固定在图示位置，圆心位于O点，环上均匀分布着电量为Q的正电荷。点A、B、C将圆环三等分，取走A、B处两段弧长均为DL的小圆弧上的电荷。将一点电荷q置于OC延长线上距O点为2R的D点，O点的电场强度刚好为零。圆环上剩余电荷分布不变，q为（　　）A．正电荷， B．正电荷，C．负电荷， D．负电荷，