物理必修 第三册第九章 静电场及其应用3 电场 电场强度集体备课课件ppt

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1.试探电荷和场源电荷(1)试探电荷:用来研究电场各点性质的点电荷。(2)场源电荷:激发电场的带电体所带的电荷,也称为源电荷。2.电场强度(1)定义:放入电场中某点的试探电荷受到的静电力跟它的电荷量之比,叫作该点的电场强度。(2)定义式
(3)单位:N/C。(4)方向: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,与负电荷 在该点所受静电力的方向相反。 (5)物理意义:电场强度反映电场本身的力的性质,其大小由产生电场的场源电荷和位置决定,与试探电荷无关。
1.点电荷的电场(1)场强公式 (2)适用条件:真空中的静止点电荷。(3)方向:若场源电荷Q是正电荷,某点电场强度E的方向由Q指向该点,即背离Q(图甲);若场源 电荷Q是负电荷,某点电场强度E的方向由该点指向Q(图乙)。
(3)方向:若场源电荷Q是正电荷,某点电场强度E的方向由Q指向该点,即背离Q(图甲);若场源 电荷Q是负电荷,某点电场强度E的方向由该点指向Q(图乙)。
2.电场强度的叠加(1)叠加原理:如果场源是多个点电荷,则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。(2)合成法则:同一直线上的场强的叠加,可简化为求代数和;不在同一直线上的两个或多个场强的叠加,用平行四边形定则求合场强。 
1.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。2.电场线的特点(1)不闭合:电场线从正电荷或无限远出发,终止于无限远或负电荷。(2)不相交:同一电场中两条电场线不相交。(3)同一电场中,电场线密的地方场强强,电场线疏的地方场强弱。(4)电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向。3.匀强电场(1)定义:如果电场中各点的电场强度的大小相等、方向相同,这个电场就叫作匀强电场。(2)电场线:匀强电场的电场线是疏密均匀的平行直线。
知识辨析1.将一试探电荷放到电场中的P点,由E= 可得该处场强大小为50 N/C,若将该试探电荷拿走,P点的场强变为零吗?2.在点电荷产生的电场中,以点电荷为球心的同一球面上各点的电场强度有何特点?3.电场线上某点的切线方向和带正电的试探电荷在该点时的运动方向一定相同吗?
一语破的1.P点的场强不为零。电场强度由产生电场的场源电荷和位置决定,与试探电荷无关,拿走试 探电荷,P点场强不变。2.在点电荷产生的电场中,以点电荷为球心的同一球面上各点的电场强度大小相等,方向沿半 径向外(正电荷),或沿半径向内(负电荷)。3.不一定。电场线上某点的切线方向是带正电的试探电荷在该点时的受力方向,与试探电荷 运动方向无关。
1.场强的叠加原理是:空间存在多个场源电荷时,电场中某点的场强等于各个场源电荷单独在 该点产生的场强的矢量和,运算满足矢量运算法则——平行四边形定则或三角形定则。求解 时一般先确定各场源电荷在空间某点产生的场强(包括大小和方向),然后结合各场强的特点, 利用平行四边形定则逐一合成,求出矢量和。如图所示,求解半径为R的圆周上等间距分布着的三个电荷量均为q的点电荷a、b、c在圆心O处产生的合场强时,先分别求出a、b、c三个点电荷在O处产生的场强,场强大小为Ea=Eb=Ec= ,方向分别为由a指向O、由b指向O、由O指向c;再求出Ea、Eb的矢量和,大小为 ,方向由O指向c,最后与Ec合成,合场强大小为 ,方向由O指向c。
2.另外一种考查方式为已知一个点电荷以及某点合场强的大小或方向,求另一个点电荷或另 一点的场强大小,解决方法为:用公式E= 表示各点电荷在已知点产生的场强的大小,然后根据该点的合场强及矢量运算法则得出答案。
　　有一类产生电场的场源,电荷均匀分布在特定形状的连续带电体中,求解其所产生的电 场,需要用到某些特定的方法,有补偿法、微元法、对称法、等效法等。1.补偿法:当所给的带电体不是一个完整的规则物体时,将该带电体割去或增加一部分,组成 一个规则的整体,从而求出规则带电体在某点产生的电场强度,再通过电场强度的叠加求出 待求不规则物体在该点产生的电场强度。应用此法的关键是“割”“补”后的带电体应当 是我们熟悉的物理模型。静电场中一般对部分球面、部分圆环、有缺口的其他均匀带电体 采用补偿法计算电场强度。
2.微元法:微元法是将带电体分成许多电荷元,每个电荷元看成点电荷,先根据点电荷场强公 式求出每个电荷元在某点处产生的场强,再结合对称性和场强叠加原理求出该点的合场强。 如求解均匀带电圆环、带电平面、带电直杆等在某点产生的场强问题,可采用微元法。如 图,求解均匀带电圆环在P点产生的场强时,先将圆环等分成n段,每段看成点电荷,求每段在P点的场强,然后进行场强叠加。
3.对称法:在静电场中,常直接利用空间上对称分布的电荷形成的电场具有对称性的特点,将 复杂的叠加计算问题简化。如上图中,假设在带电圆环另一侧对称位置有一点M,根据对称 性就可知M点的场强和P点的场强大小相等、方向相反。
典例　如图所示,总电荷量为q的正电荷均匀分布在半球壳ACB上【1】,球壳半径为R,CO'为通 过半球壳顶点C和球心O的轴线。P、M为轴线上的两点,距球心O的距离均为2R。在M右侧 轴线上O'点固定一电荷量为Q的负点电荷D【2】,O'、M点间的距离为R,P点的场强为零【3】。已 知均匀带电的封闭球壳在外部空间产生的电场可等效于在球心处带相等电荷量的点电荷在 球壳外部产生的电场【4】,则M点的场强大小为 (　    )A.k +k 
B.k +4k C.k +24k D.k +2k 
信息提取    【2】、【3】点电荷D在P点产生的场强EDP方向向右,左半球壳ACB在P点产生 的场强E左P方向向左,且EDP=E左P。【1】、【4】应用补偿法,将半球壳“补”成完整球壳,带电荷量为+2q,其在球壳外部某点 产生的场强等于球心处电荷量为+2q的点电荷在此位置产生的场强。
思路点拨　解答本题时思路如下:(1)根据EP=0,P点场强为左半球壳ACB及负点电荷D在P点产生的场强的矢量和,求得E左P。(2)补全球壳,根据点电荷场强公式E= 求出完整球壳在P点产生的场强E球P;据E球P=E左P+E右P求出补充的右半球壳在P点产生的场强E右P。(3)结合对称性【6】求出左半球壳ACB在M点产生的场强E左M。(4)根据矢量合成法则【7】求解M点场强EM。
解析    左半球壳ACB在P点产生的场强方向向左,大小为E左P=EDP=k =k (由【2】、【3】和【5】得到);半球壳补完整后(电荷量为+2q)在P点产生的场强方向向左,大小为E球P=k  =k (由【1】、【4】和【5】得到),则补充的右半球壳在P点产生的场强方向向左,大小为E右P=E球P-E左P=k -k ;左半球壳ACB在M点产生的场强方向向右,大小为E左M=E右P=k -k (由【6】得到),故M点的场强大小为EM=E左M+EDM=k +k ,方向向右(由【7】得到),选项C正确。
1.判断电场强度的大小和方向(1)比较电场强度大小:场强大处电场线密,场强小处电场线疏。(2)确定电场强度方向:电场线上任意一点的切线方向就是该点电场强度的方向。2.电场线与带电粒子运动轨迹的关系　　电场线不是带电粒子的运动轨迹,带电粒子在静电力作用下的运动轨迹可能与电场线重 合,也可能不重合。(1)当满足以下三个条件时,带电粒子在电场中的运动轨迹与电场线重合:①电场线为直线;②带电粒子的初速度为零,或初速度方向与电场线平行;③带电粒子仅受静电力或所受其他力合力的方向与电场线平行。
(2)若带电粒子仅受静电力,带电粒子在电场中做曲线运动时,其运动轨迹与电场线一定不重 合。物体做曲线运动时,合力与速度不共线,且指向轨迹的凹侧,这是解决带电粒子仅在静电 力作用下做曲线运动问题的重要依据,具体做法如下:①在轨迹和电场线的交点处,画出电场线的切线,如图所示,结合轨迹弯曲方向判定静电力方 向。 
②画出轨迹的切线,即速度方向,由速度方向与静电力的方向的夹角判断做功情况及速度增 减情况。③结合静电力的方向,由带电粒子的电性判断场强方向,或由场强方向判断带电粒子的电 性。④粒子加速度大小的判断:由电场线的疏密定性判断电场强度的大小,再由a= 定性判断加速度的大小。
典例　如图所示,图中实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线【1】,虚线是某带电粒 子通过该电场区域时的运动轨迹【2】,a、b是轨迹上的两点,若带电粒子在运动过程中只受静 电力作用,根据此图不能做出的判断是 (　    )
A.带电粒子所带电荷的正、负B.带电粒子在a、b两点的受力方向C.带电粒子在a、b两点的加速度何处较大D.带电粒子在a、b两点的速度何处较大