全面認識電場doc

1、全面認識“電場”于維周電場是電磁學中最基本的概念學生對電場的認識普遍感到困難，這主要是由于電場太抽象、概念性強、綜合性強那么，如何全面認識電場呢？    一、首先要認識電場的物質(zhì)性和基本特性    電場的物質(zhì)性主要表現(xiàn)在兩個方面：（1）電場是一種特殊物質(zhì)，是一種不以人的感官所感覺的客觀存在電場具有物質(zhì)的一般共性，這就是電場跟一般物質(zhì)一樣都具有能量和動量電場的能量叫做電場能（電場能有別于電勢能，電勢能是電荷在電場中，由電荷和電場共同具有的一種系統(tǒng)能量）（2）電場的產(chǎn)生是有物質(zhì)基礎(chǔ)的，靜電場是由靜止的電荷（相對觀察者而言）產(chǎn)生的，感應電場

2、是由變化的磁場產(chǎn)生的    電場與一般物質(zhì)又不同：（1）電場沒有質(zhì)量（2）電場具有方向性（3）電場具有其它物質(zhì)不具有的基本特性    電場的基本特性：電場對處在電場中的電荷有電場力的作用（力的特性），電場力對電荷有做功的本領(lǐng)（能的特性）    人們從認識電場力的特性出發(fā)，引入了電場強度的概念：電場強度是從力的方面表示電場強弱和方向的物理量（矢量）電場中某點電場強度的大小和方向，是由產(chǎn)生電場的“場源電荷”的電量、電荷分布情況、空間位置以及介質(zhì)決定的這一點從點電荷產(chǎn)生的電場的電場強度表達式可以看出，電場中某點

3、的電場強度，數(shù)值上等于檢驗電荷在該點受到的電場力與檢驗電荷電量的比值，即此式是電場強度的定義式，但不是電場強度的決定式，不能理解為電場強度與電場力成正比，與電量成反比實際上電場中某點的電場強度的大小和方向跟檢驗電荷受到的電場 力的大小和方向無關(guān)是電場本身的屬性    電荷在電場中受到的電場力，是由電荷的電量和它所在處的電場強度決定的（）同一電荷在電場中受到的電場力跟電荷所在處的電場強度成正比    人們從認識電場的能的特性出發(fā)，引入了電勢和電勢差的概念：電場力對電荷可以做功，因此，電荷在電場中具有做功的本領(lǐng)，具有能電荷在電場中所具有的

4、能叫做電勢能，簡稱為電能電勢能跟重力勢能相似，是電荷和電場共同具有的一種系統(tǒng)能量，電勢能是由電荷所在處電場的性質(zhì)和電荷的電量所決定的（），而表示電場的這種能的性質(zhì)的物理量就是電勢電場中某點的電勢是由電場本身決定的，由產(chǎn)生電場的“場源電荷”、空間位置和零電勢點的選取所決定（電勢是相對量）電場中某點的電勢，數(shù)值上等于檢驗電荷在該點的電勢能跟檢驗電荷電量的比值，即（定義式）靜電力跟重力相 似都是保守力，靜電力做功與電荷的運動路徑無關(guān)，由電荷在電場中初、末位置電勢的差值 和電荷的電量所決定，即ab（ab）ab從上式可看出，電勢差（電壓）是反映了電場力做功本領(lǐng)的物理量靜電場力做功跟電勢能的關(guān)系，類似于重

5、力做功跟重 力勢能的關(guān)系，即靜電場力做功等于電勢能的減少量（abab）    電場強度、電勢和電勢差都是表示電場性質(zhì)的物理量，因此它們之間必然存在著一定聯(lián)系，電場強度的方向就是電勢降落最快的方向，電場強度的大小等于沿電場方向單位長度電勢的降落（電勢差）對于勻強電場：或，式中是電荷在電場中初、末位置間的位移在電場方向上的投影    二、要正確認識和靈活運用電場線    電場是抽象的，電場線是人們?yōu)榱诵蜗蟮胤从畴妶龆氲奈锢砟Ｐ陀捎陟o電場是有源場，所以靜電場的電場線是“有始有終”的非閉合曲線電場線由正電荷發(fā)

6、出，終止于負電荷或無窮遠，或從無窮遠發(fā)出，終止于負電荷帶電體發(fā)出（或收集）電場線的條數(shù)，由帶電體的電量決定帶電體所帶的電量越多，它發(fā)出（或收集）的電場線就越多電場線上各點的切線方向表示各點的電場強度的方向，電場線的密疏程度表示電場強度的大小，電場線越密的區(qū)域，電場強度就越大沿著電場線電勢逐漸降低，逆著電場線電勢逐漸升高跟電場線垂直的面叫做等勢面，在同一等勢面上各點的電勢相等    關(guān)于電場線有兩個問題須弄清    （1）電場線與電荷在電場中運動軌跡的區(qū)別：電場線上各點的切線方向是電場強度的方向，或正電荷受到的電場力的方向，而電荷運動軌

7、跡上各點的切線方向是電荷的運動方向由于物體的運動方向是由物體所受到的合外力和物體的初速度決定的，所以電場線與電荷在電場中的運動軌跡一般是不重合的，只有在某些特殊情況下兩者才重合    （2）電荷沿電場線運動電場力做功與電勢能和動能的變化之間的關(guān)系是：電場力做功是由電荷的電量和初、末位置的電勢差決定正電荷沿電場線運動，電場力做正功，電荷的電勢能一定減少負電荷沿電場線運動，電場力做負功，電荷的電勢能一定增加電荷動能的變化則由合外力做功所決定電場力做正功，合外力不一定做正功，電荷的動能不一定增加同理，電場力做負功，電荷的電勢能不一定減少若電荷在電場中只受電場力作用，則電

8、荷的動能的增量，才等于電場力對電荷所做的功    我們不僅要正確認識電場線，而且要善于運用電場線來分析問題和解決問題    例1 如圖1所示，MN是兩個等量正電荷連線的中垂線，有一負點電荷從很遠處沿MN方向向O點運動，在運動過程中（只受電場力作用），下列說法正確的是    點電荷的加速度逐漸增大    點電荷的動能逐漸增大    點電荷先加速后減速    點電荷的電勢能在O點最大圖1   

9、; 解析 點電荷的加速度由所受電場力決定，而電場力跟電場強度成正比畫出同種正電荷的電場線如圖1中帶箭頭的虛線所示（只畫出部分電場線）從圖中可以看出，電場線沿MN從很遠處到O點的過程中，其密度是先變大后變小，方向不變，所以電場強度也是先變大后變小，點電荷的加速度是先變大后變小，加速度的方向不變，選項是錯誤的由于負電荷逆著電場線運動，電場力做正功，電荷的電勢能減小，動能增大所以，選項正確，選項錯誤    三、要弄清靜電場和感應電場的區(qū)別    靜電場和感應電場是電場中的兩大類，它們既有相同之處，又有不同之處  

10、0; 1 靜電場和感應電場的相同點    （1）靜電場和感應電場都具有電場的基本特性，即兩種電場對處在其中的電荷都有電場力的作用它們都具有能量、具有物質(zhì)性    （2）靜電場和感應電場的電場強度的定義相同，都可以用來定義    （3）靜電場和感應電場都可以用電場線形象地表示，這兩類電場的電場線與場強的關(guān)系相同   2 靜電場和感應電場的不同點    （1）兩類電場的產(chǎn)生原因不同：靜電場是由靜止電荷產(chǎn)生，而感應電場則是由變化的磁場產(chǎn)生  

11、  （2）靜電場是保守場，靜電場力對電荷做功與電荷運動路徑無關(guān)，其電場線是“有始有終”的，如圖所示感應電場是非保守場，感應電場力對電荷做功與電荷運動路徑有關(guān)感應電場是渦旋場，其電場線是閉合曲線，如圖所示靜電場可引入電勢的概念，而感應電場不可引入電勢的概念    （）靜電場的電場強度由“場源電荷”的電量和空間位置等因素決定，而感應電場的電場強度由磁場的變化率決定圖2      圖3       圖4    例 如圖所示是一個半徑

12、為的圓    （1）在圓心O處放一個點電荷，則電子恰好在圓周上以速度做勻速圓周運動電子運動一周靜電場力做功是多少？軌道上電場強度的大小是多少？    （）如在垂直圓平面方向加一個的勻強磁場，電子運動一周，感應電場力做功是多少？感應電場強度是多少？（已知電子的質(zhì)量為，電量為）    解析 （1）在圓心O處放一點電荷，電子處在該電荷所產(chǎn)生的電場中，電場力提供電子做勻速圓周運動的向心力，由于點電荷的電場的等勢面是一系列以圓 心O為球心的同心球面，所以電子是在同一等勢面上運動，電場力對電子不做功 

13、60;  由于，所以軌道上電場強度的大小為    （）在垂直圓平面方向上加一均勻變化的磁場，則產(chǎn)生一恒定的感應電場，感應電場的電場線是一系列以O為圓心的同心圓由法拉第電磁感應定律得        電子運動一周感應電場所做的功為    ，    又 ·，    所以感應電場強度為       四、導體和絕緣體中的電場   

14、; 導體中存在著大量的自由電荷，對于金屬導體，即存在著大量的自由電子而絕緣體內(nèi)部只有極少量的自由電荷，絕大多數(shù)電荷是束縛電荷    導體放入電場中，導體中的自由電荷在電場力的作用下，沿電場力的方向做定向運動從而使得導體在沿電場方向的兩端出現(xiàn)等量異種電荷，這種電荷叫做感應電荷導體內(nèi)部實際上存在著兩個電場，當導體處于靜電平衡狀態(tài)時，“原電場”與“感應電荷的電場”大小相等、方向相反，它們的合場強為零    例 如圖所示，在正點電荷Q附近放一細金屬棒，金屬棒長為L，金屬棒右端距Q為，求金屬棒兩端的感應電荷的電量圖5    解析 金屬棒中自由電子在點電荷的電場作用下向右端堆集，從而使金屬棒兩端感應出等量異種電荷由于金屬棒很細，因此，可將金屬棒兩端的感應電荷看成是等量異種點電荷    點電荷在金屬棒中央的電場強度為    0（），    感應電荷在金屬棒中央的電場強度為    （），    因為金屬導體處于靜電平衡狀態(tài)時，內(nèi)部各處電場強度為零，所以，0，聯(lián)立解得    （）（）