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1、第三节电场电场强度新 课 程 标 准学 业 质 量 目 标1.知道电场是一种物质。2.了解电场强度,体会用物理量之比定义新物理量的方法。3.用电场线描述电场。合格性考试1.知道电场是客观存在的一种特殊物质。2.掌握电场强度的概念、公式、矢量性及方向的规定。3.知道电场线,熟记几种常见电场的电场线。选择性考试1.领悟比值定义法定义物理量的特点。2.能根据库仑定律和电场强度的定义式推导点电荷场强的计算式,并能进行有关的计算。3.在进行场强叠加等计算时培养综合分析能力和知识的迁移能力。必备知识自主学习一、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产生的。2.电场的基本
2、性质:电场对放入其中的电荷有力的作用。3.静电场:静止电荷产生的电场,叫作静电场。二、电场强度1.试探电荷与场源电荷:(1)试探电荷:放入电场中探测电场性质的电荷叫作试探电荷。(2)场源电荷:激发电场的带电体所带的电荷叫作场源电荷,或源电荷。2.电场强度:(1)定义:放入电场中某点的电荷所受的电场力F跟它的电量q的比值,叫作该点的电场强度。(2)定义式:E=。(3)单位:牛每库,符号为N/C。(4)方向: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电场力的方向相同。(5)物理意义:电场强度是描述电场的力的性质的物理量,与试探电荷受到的电场力大小无关。三、点电荷的电场1.点电荷
3、是一种理想化的物理模型。2.点电荷的电场:(1)公式:E=k。(2)方向: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。3.电场强度叠加原理: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。四、电场线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(a)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(b)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,你认为它们有什么特点?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。1.电场线:(1)定义
4、: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: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。电场线在电场中不相交,因为电场中任意一点的电场强度方向具有唯一性。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。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.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。 (1)电场强度既有大小,又有方向,是矢量。()(2)根据电场强度的定义式E=可知,E与F成正比,与q成反比。()(
5、3)根据E=,由于q有正负,故电场中某点的场强有两个方向。()(4)电场中某点的电场强度与正电荷受力方向相同,当该点放置负电荷时,场强反向。()(5)由公式E=k可知,放入电场中某点检验电荷的电荷量Q越大,则该点的电场强度越大。()(6)电场和电场线都看不见、摸不着,所以它们在实际中都不存在。()(7)电场线可以描述电场的强弱也能描述电场的方向。()关键能力合作学习知识点一电场强度的含义和表达式1.公式E=与E=的区别:公式E=E=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适用范围一切电场真空中点电荷的电场Q或q的意义q表示引入电场的试探电荷的电荷
6、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EQ,E提醒:(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正电荷指向无穷远,负点电荷的电场方向由无穷远指向负电荷。2.电场强度的叠加:电场强度是矢量,合成时遵循矢量运算法则(平行四边形定则或三角形定则),常用的方法有图解法、解析法、正交分解法等;对于同一直线上电场强度的合成,可先规定正方向,进而把矢量运算转化成代数运算。以点电荷为球心的球面上各点电场强度处处相同吗?为什么?提示:不同
7、。以点电荷为球心的球面上电场强度处处大小相等,但方向不同,所以电场强度不同。【典例】关于电场中某点的电场强度大小和方向的描述,下列说法正确的是()A.由E=可知,若q减半,则该处电场强度变为原来的2倍B.电场中某点的电场强度为零,则在该点的电荷受到的电场力可以不为零C.一个不带电的小球在P点受到的电场力为零,则P点的电场强度不一定为零D.电场中某点的电场强度方向就是该点所放电荷受到的电场力方向【解题探究】(1)电场强度反映谁的属性?与试探电荷是否有关? 提示:反映电场本身属性,由电场本身决定,与试探电荷无关。(2)电场强度的方向如何确定?提示:规定正电荷受电场力方向为电场强度的方向。【解析】选
8、C。E=为电场强度的定义式,电场中某点的电场强度只由电场本身决定,与是否引入试探电荷q及q的大小、正负无关,A错误;由E=可得F=Eq,当E为零时,F一定为零,B错误;不带电的小球即使放在电场中,也不会受到电场力的作用,C正确;因为所放电荷电性不知道,若所放电荷为正电荷,则电场强度方向与受力方向相同,若为负电荷,则电场强度方向与受力方向相反,故D错误。1.(教材二次开发P18【练习】T2改编)点电荷A和B,分别带正电和负电,电荷量大小分别为4Q和Q,在A、B连线上,如图所示,电场强度为零的地方在()A.A和B之间B.A的右侧C.B的左侧D.A的右侧及B的左侧都有可能【解析】选C。A和B之间两点
9、产生的电场强度方向均向左,电场强度不可能为零,故A错误。A的右侧,A产生的电场强度向右,B产生的电场强度向左,电场强度方向相反,而且由题知A的电量大于B的电量,且A较近,由点电荷电场强度公式E=k可知,在同一点A的电场强度一定大于B的电场强度,所以电场强度不可能为零,故B错误。在B的左侧,A产生的电场强度向左,B产生的电场强度向右,电场强度方向相反,但由于A的电量大于B的电量,且A较远,由点电荷场强公式E=k可知,在同一点电场强度大小可能相等,所以电场强度可能为零,故C正确。由上可知D错误。2.一检验电荷q=+410-9 C,在电场中某点P受到的电场力大小为F=610-7 N,方向水平向右。求
10、:(1)P点的电场强度;(2)没有检验电荷时P点的电场强度;(3)若将检验电荷换为q=-1.210-6 C,再放于P点,此检验电荷所受的电场力F。【解析】(1)根据电场强度的定义式E=,得P点的电场强度大小为E= N/C=1.5102 N/C。由于检验电荷电性为正,则P点电场强度的方向与其所受电场力的方向相同,为水平向右。(2)电场强度是描述电场的物理量,跟有无检验电荷无关,所以没有检验电荷时,P点的电场强度大小仍为1.5102 N/C,方向为水平向右。(3)由E=得F=qE故F=|q|E=1.210-61.5102 N=1.810-4 N负电荷所受电场力的方向与该点电场强度的方向相反,所以F
11、方向为水平向左。答案:(1)1.5102 N/C,方向水平向右(2)1.5102 N/C,方向水平向右(3)1.810-4 N,方向水平向左【加固训练】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点产生的电场强度方向相同,由A指向B。A、B两点电荷在O点产生的电场强度为EA=EB=,故O点的电场强度为EO=2EA=,方向由AB。(2)如图乙所示,EA=EB=,由矢量图所形成的等边三角形可知,O点的电场强度EO=E
12、A=EB=,方向与AB的中垂线垂直指向右方,即EO与EO同向。答案:(1)方向由AB(2)方向与EO同向知识点二电场线的性质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。(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。2.两个等量点电荷的电场特征:比较项目等量异种点电荷等量同种点电荷电场线分布图连线上中点O处的电场强度最小但不为零,指向负电荷一侧为零连线上的电场强度大小(从左到右)先变小,再变大先变小
13、,再变大沿中垂线由O点向外的电场强度大小O点最大,向外逐渐减小O点最小,向外先变大后变小提醒:按照电场线的画法的规定,电场强度大的地方电场线密,电场强度小的地方电场线疏,但若只给一条直电场线,如图所示,则无法由疏密程度来确定A、B两点的电场强度大小,对此情况可有多种推理判断:(1)若是正点电荷电场中的一条电场线,则EAEB。(2)若是负点电荷电场中的一条电场线,则EAEdEaEc,故选项C正确,A错误;由于电场线是曲线,由a点静止释放的正电荷不可能沿电场线运动,故选项B错误;电场线的切线方向为该点电场强度的方向,a点和b点的切线不在同一条直线上,故选项D错误。电场线与带电粒子在电场中的运动轨迹的关系(1)电场线是为了形象地描述电场而引入的假想曲线,规定电场线上每点的切线方向为该点的电场强度方向,也是正电荷在该点的受力方向(与负电荷受力方向相反)。(2)运动轨迹是带电粒子在电场中实际通过的径迹,径迹上每点的切线方向为粒子在该点的速度方向。轨迹凹侧为粒子受力方向。(3)电场线不是带电粒子在电场中的运动轨迹。(4)电场线与带电粒子运动轨迹重合需满足三个条件。电场线是直线;带电粒子只受电场力作用,或受其他力,但其他力的方向沿电场线所在直线;带电粒子的初速度为零或初速度方向沿电场线所在直线。
