1、第九章第九章 第第 3 节节电场电场电场强度电场强度 【学习目标】【学习目标】 1 通过类比与实验模拟的方法建立电场概念， 知道电荷间的相互作用是通过电场实 现的，知道场是物质存在的形式之一。 2通过电场强度概念的建立过程，进一步体会用物理量之比定义新物理量的方法。 理解电场强度的定义式、单位和方向。 3 知道点电荷形成的电场的电场强度的表达式。 会计算多个点电荷形成的电场的电 场强度。 4 会用电场线描述电场。了解几种典型场的电场线，体会用虚拟的图线描述抽象 物理概念的思想方法。 【课前预习】【课前预习】 一、电场 1产生：电场是电荷周围存在的一种特殊物质。 2基本性质：电场对放入其中的电荷
2、产生力的作用。 3相互作用：电荷之间是通过电场发生相互作用的。 4静电场：静止的电荷产生的电场。 二、电场强度 1试探电荷：为研究电场的性质而引入的电荷量和体积都很小的点电荷。 2场源电荷：激发电场的电荷。 3电场强度 (1)定义：放入电场中某点的试探电荷所受的静电力 F 跟它的电荷量 q 的比值。 (2)定义式：EF q。 (3)单位：牛每库，符号 N/C。 (4)矢标性：电场强度是矢量，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。(与负电荷受力方向相反) (5)物理意义：电场强度是描述电场的力的性质的物理量，与试探电荷受到的静电力 大小无关。 三、点电荷的电场电场强度
3、的叠加 1点电荷的电场 (1)推导： FkQq r2 EF qk Q r2 (2)公式：EkQ r2 (Q 为场源电荷) (3)方向： 若 Q 为正电荷，电场强度方向沿半径方向向外； 若 Q 为负电荷，电场强度方向沿半径方向向内。 2电场强度的叠加 (1)电场中某点的电场强度：是各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。 例如，图中 P 点的电场强度，等于电荷Q1在该点产生的电场强度 E1与电荷Q2 在该点产生的电场强度 E2的矢量和。 (2)均匀带电球体(或球壳)外某点的电场：EkQ r2 ，Q 整个球体所带的电荷量，r 是 球心到该点的距离(rR) 四、电场线 1理解： (1)电场线上每
4、点的切线方向表示该点的电场强度方向 (2)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。 (3)电场线在电场中不相交。(任意一点的电场强度不可能有两个方向) (4)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。 (5)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。 五、匀强电场 1定义：电场强度的大小相等，方向相同的电场。 2电场线特点：匀强电场的电场线是间隔相等的平行线。 3实例：两块等大、靠近、正对的平行金属板，带等量异种电荷时，它们之间的 电场除边缘附近外就是匀强电场。 判一判判一判 (1)试探电荷不产生电场。() (2
5、)电场强度的方向与试探电荷所受电场力的方向可能相同，也可能相反。() (3)以点电荷为球心的球面上各点电场强度处处相同。() (4)公式 EF q与 Ek Q r2中 q 与 Q 含义不同。 () (5)在相邻的两条电场线之间没画电场线的地方有电场。() 【学习过程】【学习过程】 任务一：对任务一：对电场强度的电场强度的理解理解和计算和计算 例 1在真空中 O 点放一个点电荷 Q1.010 9 C，直线 MN 通过 O 点，OM 的距 离 r30 cm，M 点放一个试探电荷 q1.010 10 C，如图所示求： (1)q 在 M 点受到的作用力； (2)M 点的电场强度； (3)拿走 q 后
6、M 点的电场强度； (4)M、N 两点的电场强度哪点大？ 解析根据题意，Q 是场源电荷，q 为试探电荷，为了方便，只用电荷量的绝对 值计算。力和电场强度的方向可通过电荷的正、负判断。 (1)电荷 q 在电场中 M 点所受到的作用力是电荷 Q 通过它的电场对 q 的作用力，根 据库仑定律得 FMkQq r2 9.01091.010 91.01010 0.32 N1.010 8 N 因为 Q 为正电荷，q 为负电荷，库仑力是吸引力，所以力的方向沿 MO 指向 Q。 (2)解法一：M 点的电场强度 EMFM q 1.010 8 1.010 10 N/C100 N/C，其方向沿 OM 连 线背离 Q，
7、因为它的方向与正电荷所受静电力的方向相同。 解法二：将 FMk Qq r2 代入 EMFM q ，得 EMkQ r2 9.01091.010 9 0.32 N/C100 N/C。 (3)电场强度是反映电场力的性质的物理量，它是由形成电场的场源电荷 Q 决定的， 与检验电荷 q 是否存在无关。从 M 点拿走检验电荷 q，该处电场强度大小为 100 N/C， 方向沿 OM 连线背离 Q。 (4)根据公式 Ek Q r2知，M 点电场强度较大。 反思总结反思总结 (1)电场强度的大小和方向取决于电场本身，与试探电荷的存在及大小无关。 (2)电场强度的大小可用 EF q和 E kQ r2 求解，但 E
8、kQ r2 只适用于点电荷的电场。 变式训练 1-1有关电场强度的理解，下述说法正确的是() A由 EF q可知，电场强度 E 跟放入的电荷 q 所受的电场力成正比 B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由 Ekq r2 可知，在离点电荷很近，r 接近于零时，电场强度达无穷大 D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 变式训练 1-2 (多选)如图是电场中某点的电场强度 E 及所受电场力 F 与放在该点 处的试探电荷所带电荷量 q 之间的函数关系图像，其中正确的是() ABCD 变式训练 1-3真空中，A、B 两点与点电荷 Q 的距
9、离分别为 r 和 3r，则 A、B 两点 的电场强度大小之比为() A31B13 C91D19 变式训练 1-4如图所示，A 为带正电 Q 的金属板，在金属板右侧用绝缘细线悬挂 一质量为 m、电荷量为q 的小球，小球受到水平向右的静电力作用而使细线与竖直方 向成角，且此时小球在金属板的垂直平分线上距板 r 处，试求小球所在处的电场强度。 (重力加速度为 g) 解析分析小球的受力情况，如图所示，由平衡条件可得小球受到 A 板的库仑力 Fmgtan 小球所在处的电场强度 EF q mgtan q 因为小球带正电，所以电场强度的方向为水平向右。 答案 mgtan q ，方向水平向右 任务任务二二：电
10、场强度的叠加电场强度的叠加 例 2直角坐标系 xOy 中，M、N 两点位于 x 轴上，G、H 两点坐标如图所示。M、 N 两点各固定一负点电荷，一电荷量为 Q 的正点电荷置于 O 点时，G 点处的电场强度 恰好为零。静电力常量用 k 表示。若将该正点电荷移到 G 点，则 H 点处场强的大小和 方向分别为() A 3kQ 4a2 ，沿 y 轴正向B 3kQ 4a2 ，沿 y 轴负向 C 5kQ 4a2 ，沿 y 轴正向D 5kQ 4a2 ，沿 y 轴负向 变式训练2-1在等边三角形ABC的顶点B和C处各放一个电荷量相等的点电荷时， 测得 A 处的场强大小为 E，方向与 BC 边平行且由 B 指向
11、 C，如图所示。若拿走 C 处的 点电荷，则下列关于 A 处电场强度的说法正确的是() A大小仍为 E，方向由 A 指向 B B大小仍为 E，方向由 B 指向 A C大小变为E 2，方向不变 D不能得出结论 变式训练 2-2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() A大小为4 2kQ a2 ，方向竖直向上 B大小为2 2kQ a2 ，方向竖直向上 C大小为4 2kQ a2 ，方向竖直向下 D大小为2 2kQ a2 ，方向竖直向下 任务任务三三：对电场线的理解及应用对电场线的理解及应用 例 3 (
12、多选)某静电场中的电场线如图所示，带电粒子在电场中仅受电场力作用， 其运动轨迹如图中虚线所示，由 M 点运动到 N 点，以下说法正确的是() A粒子必定带正电荷 B粒子在 M 点的加速度大于它在 N 点的加速度 C粒子在 M 点的加速度小于它在 N 点的加速度 D粒子在 M 点的动能小于它在 N 点的动能 变式训练 3-1 (多选)如图是某电场区域的电场线分布，A、B、C 是电场中的三个 点，下列说法正确的是() AA 点的电场强度最小 BB 点的电场强度最小 C把一个正点电荷依次放在这三点时，其中放在 B 点时它受到的静电力最大 D把一个负点电荷放在 A 点时，它所受的静电力方向和 A 点的
13、电场强度方向一致 变式训练 3-2如图所示，正电荷 q 在电场力作用下由 P 向 Q 做加速运动，而且加 速度越来越大，那么可以判定，它所在的电场是图中() 答案：D 变式训练 3-3图中画了四个电场的电场线，其中图 A 和图 C 中小圆圈表示一个点 电荷，图 A 中虚线是一个圆，图 B 中几条直线间距相等且互相平行，则在图 A、B、C、 D 中 M、N 两处电场强度相同的是() ABCD 变式训练 3-4一带负电荷的质点，在电场力作用下沿曲线 abc 从 a 运动到 c，已知 质点的速率是递减的。关于 b 点电场强度 E 的方向，下列图示中可能正确的是(虚线是 曲线在 b 点的切线)() ABCD 变式训练 3-5下列关于电场线的说法正确的是() A电场中任何两条电场线都可以相交 B沿电场线的方向，电场强度逐渐减小 C电场线越密的地方电场强度越大 D电场线是带电粒子在电场中运动的轨迹
