2024-2025年《金牌学案》物理人教版必修第3册教师用书配套Word课件：03　第一章　第三节　电场　电场强度.docx

第三节　电场　电场强度1．知道电场的物质性，电荷间的相互作用是通过电场发生的．2．理解电场强度、掌握电场强度的矢量性，会进行点电荷场强的叠加与计算．3．知道常见的几种电场，理解电场线及特点．4．通过比值定义法及假想电场线的思维方法，探究描述电场力的性质的方法技巧，体会科学探究在物理研究方面的意义．知识点一　电场1．电场：电荷的周围存在着由它产生的电场．电荷之间的相互作用是通过电场发生的．2．电场的基本性质：电场对处于其中的其他电荷有力的作用．3．静电场：静止场源电荷在其周围产生的电场．知识点二　电场强度1．试探电荷与场源电荷(1)试探电荷：电量和体积足够小的电荷，放入电场后几乎不影响原电场的分布．(2)场源电荷：产生电场的电荷．2．电场强度(1)定义：放入电场某点处的试探电荷受到的电场力F与它的电量q之比．(2)定义式：E＝Fq．(3)单位：牛顿每库仑，符号为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电场力的方向相同或与负电荷在该点所受的电场力的方向相反．(5)物理意义：描述电场的力的性质，与试探电荷受到的电场力大小无关．(6)匀强电场：电场中某一区域内，各点电场强度的大小相等、方向相同的电场．知识点三　点电荷的电场1．点电荷的电场(1)公式：E＝kQr2．(2)方向：以Q为中心任意作一球面，若Q为正电荷，E的方向沿半径向外；若Q为负电荷，E的方向沿半径向内．2．电场强度叠加：如果在空间中同时存在多个点电荷，这时在空间某点的场强等于各点电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和．知识点四　电场线1．电场线(1)定义：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)特点：①电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷，是不闭合曲线．②任意两条电场线都不相交，因为电场中任意一点的电场强度方向具有唯一性．③在同一幅图中，电场线的疏密反映了电场强度的相对大小，电场线越密的地方电场强度越大．④电场线不是实际存在的线，而是为了形象地描述电场而假想的线．2．几种常见电场的电场线熟记五种特殊电场的电场线分布，如图所示．1．思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)(1)电场是人们为了解释电荷间的作用力，人为创造的，并不真实存在． (×)(2)由公式E＝Fq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． (×)(3)沿电场线的方向，电场强度必定越来越小． (×)2．填空如图所示，真空中有两个点电荷Q1＝＋4.0×10-8 C和Q2＝－1.0×10-8 C，分别固定在x坐标轴的x＝0和x＝6 cm的位置上，则x轴上除了无穷远处，电场强度为零的位置是 x＝12 cm 处．在装有蓖麻油的玻璃器皿里撒上一些细小的头发屑，再加上电场，头发屑会重新排列．图甲是头发屑在一对等量异种电荷形成的电场中的排列情况；图乙是头发屑在一对等量同种电荷形成的电场中的排列情况．观察这两幅图，谈谈你的认识．提示：头发屑的排列体现了它的受力方向，而电场力的方向刚好与该点的电场线相切． 考点1　电场强度的理解和计算1．电场的性质(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：电场强度描述了电场的强弱，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．2．公式E＝Fq和E＝kQr2的比较适用范围一切电场真空中点电荷的电场本质区别定义式决定式意义及用途给出了一种量度电场强弱的方法指明了点电荷场强大小的决定因素Q或q意义q表示引入电场的检验(或试探)电荷的电荷量Q表示产生电场的点电荷的电荷量关系理解E用F与q的比值来表示，但E的大小与F、q大小无关E不仅用Q、r来表示，且E∝Q，E∝1r23．计算电场强度的几种方法方法适用情况用定义式E＝Fq求解常用于涉及试探电荷或带电体的受力情况用E＝kQr2求解仅适用于真空中的点电荷产生的电场【典例1】　关于电场强度的概念，下列说法正确的是(　　)A．由E＝Fq可知，某电场的场强E与q成反比，与F成正比B．电场中某一点的场强与放入该点的试探电荷的正负无关C．正、负试探电荷在电场中同一点受到的电场力方向相反，所以某一点场强方向与放入试探电荷的正负有关D．电场中某一点不放试探电荷时，该点场强等于零B　[E＝Fq是电场强度的定义式，某电场的电场强度E与试探电荷的电荷量q、试探电荷受的电场力F无关，故A错误；电场中某一点的电场强度取决于电场本身，与放入该点的试探电荷的正负无关，故B正确；电场中某一点电场强度方向与正试探电荷受到的电场力方向相同，与负试探电荷受到的电场力方向相反，正、负试探电荷在电场中同一点受到的电场力方向相反，则某一点电场强度方向与放入试探电荷的正负无关，故C错误；某点不放试探电荷时，该点的电场依然存在，故D错误．]【典例2】　如图甲所示，在真空中的O点放置一个带电荷量为＋Q的点电荷，以O为原点，沿Ox方向建立坐标轴，A、B为坐标轴上两点，其中A点的坐标为0.90 m．测得放在A、B两点的试探电荷受到的电场力大小F与其电荷量q的关系如图乙中a、b所示．已知静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2，求：(1)A点的电场强度大小与点电荷的电荷量Q．(2)B点的坐标值．思路点拨：(1)根据电场力的计算公式结合图像求解A点的电场强度，根据点电荷电场强度的计算公式求解点电荷的电荷量Q．(2)根据图像求解B点的电场强度，根据点电荷电场强度的计算公式求解B点的坐标值．[解析]　(1)根据电场力的计算公式F＝qE可得F-q图像的斜率表示电场强度，则有A点的电场强度大小EA＝ΔFAΔq＝4×10-5-01×10-9-0 N/C＝4×104 N/C根据点电荷电场强度的计算公式可得EA＝kQrA2代入数据解得Q＝3.6×10-6 C．(2)根据电场力的计算公式可得B点的电场强度大小EB＝ΔFBΔq'＝1×10-5-04×10-9-0 N/C＝2.5×103 N/C根据点电荷电场强度的计算公式可得EB＝kQrB2代入数据解得rB＝3.60 m，所以B点的坐标值为xB＝3.60 m．[答案]　(1)4×104 N/C　3.6×10-6 C　(2)3.60 m　求解电场强度的基本方法(1)利用定义式E＝Fq求解．(2)利用点电荷电场强度的决定式E＝kQr2求解．中学阶段大多数情况下只讨论点电荷在真空中的电场分布情况，故通常直接用点电荷电场强度的决定式E＝kQr2求解．[跟进训练]1．在真空中的O点放一个电荷量Q＝＋1.0×10-9 C的点电荷，直线MN通过O点，O、M的距离r＝30 cm，M点放一个电荷量q＝－1.0×10-10 C的试探电荷，如图所示．(静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2)(1)求试探电荷在M点受到的作用力；(2)求M点的场强；(3)求拿走试探电荷后M点的场强；(4)拿走试探电荷后，M、N两点的场强哪个大？[解析]　(1)由库仑定律知，静电力F＝kQqr2＝10-8 N，方向由M指向O．(2)M点的场强E＝Fq＝100 N/C，方向由O指向M．(3)M点的场强与试探电荷无关，由场源电荷决定，即E＝100 N/C，方向由O指向M．(4)根据E＝kQr2知，M点离场源电荷近，电场强度大．[答案]　(1)10-8 N，方向由M指向O　(2)100 N/C，方向由O指向M　(3)100 N/C，方向由O指向M(4)M 考点2　对电场线的理解1．点电荷的电场线(1)点电荷的电场线呈辐射状，正电荷的电场线向外至无限远，负电荷则相反，如图所示．(2)以点电荷为球心的球面上，电场线疏密相同，但方向不同，说明电场强度大小相等，但方向不同．(3)同一条电场线上，电场强度方向相同，但大小不等．实际上，点电荷形成的电场中，任意两点的电场强度都不同．2．等量异种点电荷与等量同种点电荷形成的电场场强分布特点的比较比较项目等量异种点电荷等量同种(正)点电荷电场线分布图连线上的场强大小O点最小，从O点沿连线向两边逐渐变大O点为零，从O点沿连线向两边逐渐变大中垂线上的场强大小O点最大，从O点沿中垂线向两边逐渐变小O点为零，从O点沿中垂线向两边先变大后变小关于O点对称的点A与A′、B与B′的场强等大、同向等大、反向3．电场线与带电粒子运动轨迹的关系(1)电场线不是带电粒子的运动轨迹．(2)同时具备以下条件时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，或初速度沿电场线所在直线；③带电粒子只受电场力，或其他力的合力沿电场线所在直线．(3)只在电场力作用下，以下两种情况带电粒子都做曲线运动，且运动轨迹与电场线不重合：①电场线为曲线；②电场线为直线时，带电粒子有初速度且与电场线不共线．【典例3】　两点电荷形成电场的电场线分布如图所示，A、B是电场线上的两点，下列判断正确的是(　　)A．左边电荷带负电，右边电荷带正电B．两电荷所带电荷量相等C．A、B两点的电场强度大小相等D．若将带负电的试探电荷放在A点，则A点的电场强度方向会反向A　[电场线从正电荷出发到负电荷终止，可知左边电荷带负电，右边电荷带正电，选项A正确；由电场线分布可知，两电荷所带电荷量不相等，选项B错误；因A点电场线较B点密集，可知A点的电场强度大于B点的电场强度，选项C错误；A点的电场强度方向由电场本身决定，与是否放入试探电荷无关，选项D错误．故选A．]　对电场线的理解(1)按照电场线画法的规定，电场强度大处电场线密，电场强度小处电场线疏，根据电场线的疏密可以比较电场强度的大小．(2)根据电场线的定义，电场线上每点的切线方向就是该点电场强度的方向．(3)正电荷所受静电力的方向与电场线的切线方向相同，负电荷所受静电力的方向与电场线的切线方向相反．(4)孤立点电荷形成的电场中不存在电场强度相同的点．[跟进训练]2．如图所示，MN是电场中的一条电场线，一电子从a点运动到b点速度在不断地增大，则下列结论中正确的是(　　)A．该电场是匀强电场B．电场线的方向由N指向MC．电子在a处的加速度小于在b处的加速度D．因为电子从a到b的轨迹跟MN重合，所以电场线就是带电粒子在电场中的运动轨迹B　[仅从一条直的电场线不能判断出该电场是否为匀强电场，因为无法确定电场线的疏密程度，所以该电场可能是匀强电场，可能是正的点电荷形成的电场，也可能是负的点电荷形成的电场，A项错误；电子从a到b做的是加速运动，表明它所受的电场力方向是由M指向N，由于负电荷所受的电场力方向跟场强方向相反，所以电场线的方向由N指向M，B项正确；由于无法判断电场的性质，因此不能比较电子在a、b两处所受电场力的大小，即不能比较加速度的大小，C项错误；电场线不是电荷运动的轨迹，只有在特定的情况下，电场线才可能与电荷的运动轨迹重合，D项错误．] 考点3　电场强度的叠加1．电场强度是矢量，当空间的电场是由多个电荷共同产生时，计算空间某点的电场强度时，应先分析每个电荷单独在该点所产生的场强的大小和方向，再根据平行四边形定则求合场强的大小和方向．2．比较大的带电体产生的电场，可以把带电体分解为若干小块。