高二物理電場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度

1、第10單元：電場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度 【教學(xué)結(jié)構(gòu)】一. 電場(chǎng)，是物質(zhì)的一種特殊形態(tài). 1.電荷周?chē)嬖陔妶?chǎng).分析庫(kù)侖力:對(duì)的作用力,是在其周?chē)a(chǎn)生電場(chǎng),通過(guò)電場(chǎng)作用給B. 2.電場(chǎng)力,在產(chǎn)生的電場(chǎng)中受到的力.電荷在電場(chǎng)中受到的力稱為電場(chǎng)力.同一電荷在不同電場(chǎng)中或在同一電場(chǎng)不同位置所受電場(chǎng)力的大小和方向均可能不同.二.電場(chǎng)強(qiáng)度.描述電場(chǎng)力的性質(zhì)的物理量1. 1.電場(chǎng)的強(qiáng)弱,電荷q放在電場(chǎng)A處所受電場(chǎng)力為FA,放置B處受電場(chǎng)力為FB,若FAFB到A處電場(chǎng)比B處強(qiáng).2. 2.電場(chǎng)強(qiáng)度:描述電場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量. .放入電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電荷受到的電場(chǎng)力跟它電量的比值,叫這點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,簡(jiǎn)稱為場(chǎng)強(qiáng).其物理意義為:單位電

2、量的電荷在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力.這是物理中常用的一種方法.同于單位時(shí)間物體的位移表示物體運(yùn)動(dòng)快慢.3. 3.場(chǎng)強(qiáng)是描述電場(chǎng)性質(zhì)的物質(zhì)的物理量,只由電場(chǎng)決定,與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān).例如在A點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng),與q的大小無(wú)關(guān),與是否存在無(wú)關(guān).不能理解為成正比,與成反比.4. 4.場(chǎng)強(qiáng)是矢量.其大小按定義式計(jì)算即可,其方向?yàn)檎姾傻氖芰Ψ较驗(yàn)樵擖c(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向.其單位為.5. 5.電場(chǎng)強(qiáng)度和電場(chǎng)力是兩個(gè)不同的物理量,就像速度和位移是完全不同的兩個(gè)概念.最根本不同的是:場(chǎng)強(qiáng)是表示電場(chǎng)的性質(zhì)的物理量,電場(chǎng)力是電荷在電場(chǎng)中受的電場(chǎng)的作用力.還應(yīng)在大小、方向、單位等諸方面加以比較，它們的關(guān)系是或.6. 6.點(diǎn)電荷在真空中電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng).

3、在點(diǎn)電荷Q形成的電場(chǎng)中,距Q為r處放入點(diǎn)電荷q,如圖1所示,q受的電場(chǎng)力即庫(kù)侖力,根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)定義或該處場(chǎng)強(qiáng)為,r可取任意值,因此即為點(diǎn)電荷在真空中場(chǎng)強(qiáng)公式,Q為場(chǎng)源電量,r為某點(diǎn)到場(chǎng)源的距離.k為靜電常數(shù).其方向,若Q為正;+q受力方向如圖所示,即為該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向,若Q為負(fù),場(chǎng)強(qiáng)方向與圖示方向相反.若把+q換成-q,所受電場(chǎng)力方向正與場(chǎng)強(qiáng)方向相反.注意:是適用于點(diǎn)電荷在真空中的電場(chǎng).而適用各種電場(chǎng). 7.場(chǎng)強(qiáng)可以合成分解,并遵守平行四邊形法則,如圖示2所示.QA與QB在C處的場(chǎng)強(qiáng)分別為EA、EB,E即是EA與EB的合成場(chǎng)強(qiáng).若在C處放一個(gè)-q點(diǎn)電荷,所受電場(chǎng)力方向應(yīng)與E反方向.三. 三.電場(chǎng)線 1

4、.電場(chǎng)線是描述電場(chǎng)強(qiáng)度分布的一族曲線.描述方法:用曲線的疏密描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱,用曲線某點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向.2. 2.電場(chǎng)的特點(diǎn):(1) (1).在靜電場(chǎng)中,電場(chǎng)線從正電荷起,終于負(fù)電荷,不閉合曲線.(2) (2).電場(chǎng)線不能相交,否則一點(diǎn)將有兩個(gè)場(chǎng)強(qiáng)方向.(3) (3).電場(chǎng)線不是電場(chǎng)里實(shí)際存在的線,是為使電場(chǎng)形象化的假想線.3. 3.點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線. 圖3、圖4為正、負(fù)點(diǎn)電荷電場(chǎng)線的分布，應(yīng)熟悉.從圖5可看出,E1為+Q在A處的場(chǎng)強(qiáng),E2為Q在A處的場(chǎng)強(qiáng),E為E1與E2的合場(chǎng)強(qiáng),正好為電場(chǎng)線在A的切線。兩個(gè)點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)中,每條電場(chǎng)線上每個(gè)點(diǎn)符合上述的關(guān)系。 4.勻強(qiáng)電場(chǎng)

5、(1) (1).定義:在電場(chǎng)的某一區(qū)域里,如果各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小和方向都相同,這個(gè)區(qū)域的電場(chǎng)叫勻強(qiáng)電場(chǎng).(2) (2).電場(chǎng)線如圖6所示.電場(chǎng)線互相平行的直線,線間距離相等.(3) (3).兩塊靠近、正對(duì)且等大平行的金屬板,分別帶等量正負(fù)電荷時(shí),它們之間的電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng).邊緣附近除外.四. 電場(chǎng)中的導(dǎo)體.1. 1.導(dǎo)體的特征:導(dǎo)體內(nèi)部有大量可以自由移動(dòng)的電荷.金屬導(dǎo)體可自由移動(dòng)是自由電子.2. 2.靜電感應(yīng):導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷是電場(chǎng)的作用而重新分布的現(xiàn)象.認(rèn)真分析如圖所示的物理過(guò)程:把金屬導(dǎo)體置于勻強(qiáng)電場(chǎng)中.金屬導(dǎo)體中自由電子在電場(chǎng)力作用向左運(yùn)動(dòng),達(dá)到左外表面,而右外表面帶正電.金屬導(dǎo)體外表面帶的等量

6、正負(fù)電荷稱為感應(yīng)電荷,感應(yīng)電荷形成電場(chǎng)E¢的方向與電場(chǎng)E方向相反向左,E¢隨著感應(yīng)電荷增加而變大,當(dāng)E¢=E時(shí),導(dǎo)體內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)為零,自由電子不受電場(chǎng)力作用,停止定向運(yùn)動(dòng).達(dá)到靜電平衡. 靜電平衡:導(dǎo)體中(包括表面)沒(méi)有電荷走向移動(dòng)的狀態(tài)叫靜電平衡.3. 3.在導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時(shí)有(1) (1).在導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零(2) (2).導(dǎo)體表面任何一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向與該點(diǎn)表面垂直.(3) (3).電荷只能分布在外表面上.4. 4.利用處于靜電平衡狀態(tài)時(shí),導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零的特點(diǎn),利用金屬網(wǎng)罩(金屬包皮)把外電場(chǎng)遮住,使內(nèi)部不受電場(chǎng)影響即靜電屏數(shù).【解題點(diǎn)要】例一. 例一

7、.在電場(chǎng)中A處放點(diǎn)電荷q,其受電場(chǎng)力為F,方向向左,則A處場(chǎng)強(qiáng)大小為 ,方向?yàn)?.若將A處放點(diǎn)電荷為2q,則該處電場(chǎng)強(qiáng)度將 ,方向?qū)?.解析:根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度定義式.場(chǎng)度方向向左,在A處放2q點(diǎn)電荷.該處場(chǎng)強(qiáng)大小,方向都不變.注意:場(chǎng)強(qiáng)是表示電場(chǎng)性質(zhì)的物理量.是由電場(chǎng)決定,與點(diǎn)電荷電量無(wú)關(guān),與點(diǎn)電荷電性無(wú)關(guān).例二. 例二.如圖8所示,一個(gè)質(zhì)量為30g帶電量C的半徑極小的小球,用絲線懸掛在某勻強(qiáng)電場(chǎng)中,電力線與水平面平行.當(dāng)小球靜止時(shí),測(cè)得懸線與豎直夾角為30°,由此可知?jiǎng)驈?qiáng)電場(chǎng)方向?yàn)?,電場(chǎng)強(qiáng)度大小為 .(g取)解析:分析小球受力,重力mg豎直向下,絲線拉力T沿絲線方向向上,因?yàn)樾∏蛱幱?/p>

8、平衡狀態(tài),還應(yīng)受水平向左的電場(chǎng)力F.小球帶負(fù)電,所受電場(chǎng)力方向與場(chǎng)強(qiáng)方向向反,所以場(chǎng)強(qiáng)方向水平向右.小球在三個(gè)力作用之下處于平衡狀態(tài).三個(gè)力的合力必為零.所以F=mgtg30°又 =mgtg30°E=mgtg30°=例三. 例三.關(guān)于電場(chǎng)線,下述說(shuō)法中正確的是A. A.電場(chǎng)線是客觀存在的B. B.電場(chǎng)線與電荷運(yùn)動(dòng)的軌跡是一致的.C. C.電場(chǎng)線上某點(diǎn)的切線方向與與電荷在該點(diǎn)受力方向可以不同.D. D.沿電場(chǎng)線方向,場(chǎng)強(qiáng)一定越來(lái)越大.解析:電場(chǎng)線不是客觀存在的,是為了形象描述電場(chǎng)的假想線,A選項(xiàng)是錯(cuò)的.B選項(xiàng)也是錯(cuò)的,靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的電荷所受電場(chǎng)力方向應(yīng)是該點(diǎn)切線方向

9、,下一時(shí)刻位置應(yīng)沿切線方向上,可能在電場(chǎng)線上,也可能不在電場(chǎng)線上,軌跡可能與電場(chǎng)線不一致.何況電荷可以有初速度,運(yùn)動(dòng)軌跡與初速度大小方向有關(guān),可能軌跡很多,而電場(chǎng)線是一定的.正電荷在電場(chǎng)中受的電場(chǎng)力方向與該點(diǎn)切線方向相同,而負(fù)電荷所受電場(chǎng)力與該點(diǎn)切線方向相反,選項(xiàng)C是正確的.場(chǎng)強(qiáng)大小與場(chǎng)強(qiáng)的方向無(wú)關(guān),與電場(chǎng)線方向無(wú)關(guān) ,D選項(xiàng)是錯(cuò)的.本題答案應(yīng)是:C.例四.在x軸上A、B兩處分別放有兩個(gè)點(diǎn)電荷，A處為Q,B處為+2Q,在x軸上某處,兩個(gè)電荷各自產(chǎn)生電場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)值為EA和EB,則( )A.EA=EB之點(diǎn),只有一處,該處合場(chǎng)強(qiáng)為0;B. B. EA=EB之點(diǎn)有兩處,一處合場(chǎng)強(qiáng)為0,另一處合場(chǎng)強(qiáng)為2E

10、AC. C.EA=EB之點(diǎn)共有三處,其中兩處合場(chǎng)強(qiáng)為0;另一處合場(chǎng)強(qiáng)為2EAD. D.EA=EB之點(diǎn)共有三處,其中一處合場(chǎng)強(qiáng)為0,另二處合場(chǎng)強(qiáng)為2EA解析:根據(jù)題意畫(huà)出圖9,在AB之間某點(diǎn)x1,Q在x1處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng).+2Q產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng),當(dāng)時(shí),EA=EB，EA方向向左,EB的方向向左,合場(chǎng)強(qiáng)E=2EA.在A點(diǎn)左側(cè)x2處,Ax2=rA,Bx2=rB,存在, EA=EB,EA的方向向右,EB的方向向左,合場(chǎng)強(qiáng)E=0. 在B點(diǎn)右側(cè)x3處, Ax2Bx2, 不可能, EA=EB不存在.所以EA=EB之點(diǎn)有兩處,且合場(chǎng)強(qiáng)一處為0,另一處為2EA,答案應(yīng)選,B.例五. 例五.如圖10所示,正電荷q在電場(chǎng)力作用

11、下由p向Q做加速運(yùn)動(dòng),而且加速度越來(lái)越大,那么可以斷定,它所在的電場(chǎng)是圖中哪能一個(gè)?( ) 解析:帶電體在電場(chǎng)中做加速運(yùn)動(dòng),其電場(chǎng)力方向與加速度方向相同,加速度越來(lái)越大電荷所受電場(chǎng)力應(yīng)越來(lái)越大,電量不變,電場(chǎng)力,應(yīng)是E越來(lái)越大.電場(chǎng)線描述電場(chǎng)強(qiáng)度分布的方法是,電場(chǎng)線密度越大,表示場(chǎng)強(qiáng)越大,沿PQ方向.電場(chǎng)線密度增大的情況才符合題的條件.應(yīng)選D.例六. 例六.如圖11所示,在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的O點(diǎn)放置點(diǎn)電荷Q,其帶電量為C,此時(shí)距O點(diǎn)10cm處的P點(diǎn),場(chǎng)強(qiáng)恰好為零.求原勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小是多少?若以O(shè)點(diǎn)為圓心,以O(shè)P長(zhǎng)為半徑作一圓,在O點(diǎn)正上方圓周上S點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)的大小是多少?方向如何?解析:P

12、點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)EP=0,應(yīng)為原場(chǎng)E與點(diǎn)電荷Q在P產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)EQ的合場(chǎng)強(qiáng)。E與EQ大小相等方向相反。大小關(guān)系為.Q在S點(diǎn)產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)大小等于EQ，方向向上，與原場(chǎng)強(qiáng)E垂直，S處場(chǎng)強(qiáng)ES是E與EQ的合場(chǎng)強(qiáng)，如圖12所示。.方向:與E成45°角向上.【課余思考】 1.什么是電場(chǎng)強(qiáng)度?其方向是如何規(guī)定的,寫(xiě)出場(chǎng)強(qiáng)定義式和點(diǎn)電荷在真空中各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算式?2. 2.區(qū)分電場(chǎng)強(qiáng)度,電場(chǎng)力兩個(gè)概念.【同步練習(xí)】1. 1.下列關(guān)于電場(chǎng)強(qiáng)度的敘述正確的是( )A. A.電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)在數(shù)值上等于單位電荷受到的電場(chǎng)力B.電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)與該點(diǎn)檢驗(yàn)電荷所受電場(chǎng)力成正比C.電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)與方向就是檢驗(yàn)電荷在該點(diǎn)所受電場(chǎng)力方向D. D.電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)與該點(diǎn)有無(wú)檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān) 2.真空中兩個(gè)帶電量分別為Q和4Q的正點(diǎn)電荷,位于相距為30cm的A、B兩點(diǎn),將另一個(gè)正電荷q置于AB連線上的C點(diǎn),q受的合力恰好為零,C點(diǎn)距A點(diǎn) cm處.若將電荷q取走,C點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為 .3. 3.       如圖13所示,AB為體積可以忽略的帶電小球,，AB相距3cm，在水平外電場(chǎng)作