高二物理第三講場強和電勢講義

1、第三講 場強和電勢學習目的和要求：1理解電場強度的概念及其定義式，會根據電場強度的定義式進行有關的計算，并掌握其方向的判定方法2能根據庫侖定律和電場強度的定義式推導點電荷場強的計算式，運用此公式進行有關的計算并能進行簡單的疊加計算3理解靜電力做功的特點、電勢能的概念、電勢能與電場力做功的關系。4.理解電勢的概念，知道電勢是描述電場的能的性質的物理量。明確電勢能、電勢、靜電力的功、電勢能的關系。了解電勢與電場線的關系，了解等勢面的意義及與電場線的關系。重點：1.掌握場強的大小定性判斷以及方向的分析方法，并能進行簡單的定量計算 2.掌握電場做功以及電勢能之間的相互關系，并能夠判斷電勢能的變化 3掌

2、握電勢的大小方向的判斷方法，并能夠進行簡單的計算 4掌握場強和電勢的綜合分析運用難點：掌握場強，電勢以及電勢能之間的相互關系，并能夠進行相關分析電場 電場強度電荷間的相互作用力是怎樣產生的？電場：（根據重力和重力場來學習）電荷之間的相互作用是通過特殊形式的物質電場發(fā)生的，電荷的周圍都存在電場.特殊性：不同于生活中常見的物質，看不見，摸不著，無法稱量，可以疊加.物質性：是客觀存在的，具有物質的基本屬性質量和能量.基本性質：主要表現(xiàn)在以下幾方面引入電場中的任何帶電體都將受到電場力的作用，且同一點電荷在電場中不同點處受到的電場力的大小或方向都可能不一樣.電場能使引入其中的導體產生靜電感應現(xiàn)象.當帶電

3、體在電場中移動時，電場力將對帶電體做功，這表示電場具有能量.可見，電場具有力和能的特征電場強度（可以類似與g來學習）定義：電場中某一點的電荷受到的電場力F跟它的電荷量q的比值，叫做該點的電場強度，簡稱場強用E表示。公式（大?。篍=F/q （適用于所有電場）單位：N/C 提出問題：電場強度是矢量，怎樣表示電場的方向呢？方向性：物理學中規(guī)定，電場中某點的場強方向跟正電荷在該點所受的電場力的方向相同指出：負電荷在電場中某點所受的電場力的方向跟該點的場強方向相反唯一性和固定性電場中某一點處的電場強度E是唯一的，它的大小和方向與放入該點電荷q無關，它決定于電場的源電荷及空間位置，電場中每一點對應著的電

4、場強度與是否放入電荷無關.3、（真空中）點電荷周圍的電場、電場強度的疊加（1）點電荷周圍的電場（根據庫侖定律推導）大?。篍=kQ/r2 （只適用于點電荷的電場）方向：如果是正電荷，E的方向就是沿著PQ的連線并背離Q；如果是負電荷：E的方向就是沿著PQ的連線并指向Q說明：公式E=kQ/r2中的Q是場源電荷的電量，r是場中某點到場源電荷的距離空間某點的場強是由產生電場的場源電荷和該點距場源電荷的距離決定的，與檢驗電荷無關提出問題：如果空間中有幾個點電荷同時存在，此時各點的場強是怎樣的呢？ （2）電場強度的疊加原理：某點的場強等于該點周圍各個電荷單獨存在時在該點產生的場強的矢量和4、電場線（1）電場

5、線：電場線是畫在電場中的一條條有方向的曲線，曲線上每點的切線方向表示該點的電場強度的方向。（2）電場線的基本性質電場線上每點的切線方向就是該點電場強度的方向.電場線的疏密反映電場強度的大小(疏弱密強).靜電場中電場線始于正電荷或無窮遠，止于負電荷或無窮遠.它不封閉，也不在無電荷處中斷.任意兩條電場線不會在無電荷處相交(包括相切)介紹各種點電荷電場線的分布情況。5、勻強電場(1)定義：電場中各點場強的大小相等、方向相同的電場就叫勻強電場.(2)勻強電場的電場線：是一組疏密程度相同(等間距)的平行直線.例如，兩等大、正對且?guī)У攘慨惙N電荷的平行金屬板間的電場中，除邊緣附近外，就是勻強電場.常見電場的

6、電場線電場電場線圖樣簡要描述正點電荷發(fā)散狀負點電荷會聚狀等量同號電荷相斥狀等量異號電荷相吸狀勻強電場平行的、等間距的、同向的直線電場力與電場強度的區(qū)別于聯(lián)系例題講解【例1】下列說法正確的是：（ ）A、 根據EF/q，可知，電場中某點的場強與電場力成正比B、 根據EkQ/r2 ，可知電場中某點的場強與形成電場的點電荷的電荷量成正比C、 根據場強的疊加原理，可知合電場的場強一定大于分電場的場強D、 電場線就是點電荷在電場中的運動軌跡 【例2】如圖所示，以O為圓心，r為半徑的圓與坐標軸的交點分別為a、b、c、d，空間有與x軸正方向相同的勻強電場E，同時在O點固定一個電荷量為Q的點電荷，如果把一個帶電

7、量為q的試探電荷放在c點，則恰好平衡，那么勻強電場的場強為多少？a、d兩點的實際場強為多少？ 【例1】下列說法正確的是：（ ）A、根據EF/q，可知，電場中某點的場強與電場力成正比B、 根據EkQ/r2 ，可知電場中某點的場強與形成電場的點電荷的電荷量成正比C、 根據場強的疊加原理，可知合電場的場強一定大于分電場的場強D、電場線就是點電荷在電場中的運動軌跡 【解析】這個問題涉及到有關電場的基本概念。EF/q作為電場強度的定義式，給出了電場強度的一種測量方式或方法。而對于電場中的某一確定的點，放在該處的試探電荷的電荷量不同，電荷受到的電場力也不同，但電場力和電荷量的比值卻是不變的，即電場強度與電

8、場力及試探電荷的電荷量無關，而由場源電荷及研究點在場中的位置決定。對于點電荷形成的電場，確定點的場強與形成電場的場源電荷的電量成正比。電場強度是矢量，合場強由平行四邊形法則確定，作為合場強的平行四邊形的對角線不一定比作為分場強的平行四邊形的鄰邊長。只有當電場線是直線，帶電粒子只在電場力的作用下，電荷的初速度為零或初速度方向與電場線重合時，電荷的運動軌跡才會與電場線重合?！敬鸢浮緽【例2】如圖所示，以O為圓心，r為半徑的圓與坐標軸的交點分別為a、b、c、d，空間有與x軸正方向相同的勻強電場E，同時在O點固定一個電荷量為Q的點電荷，如果把一個帶電量為q的試探電荷放在c點，則恰好平衡，那么勻強電場的

9、場強為多少？a、d兩點的實際場強為多少？【解析】圖示空間有勻強電場和點電荷形成的電場，任何一點的場強都是兩個電場在該處場強的合場強。由帶電量為q的試探電荷在c處于平衡可得： 解得勻強電場的場強為：由正點電荷形成的電場場強方向從圓心沿半徑方向向外。故在a點，點電荷場強方向沿x軸正方向；在d點，點電荷場強方向沿y軸的正方向。在a點，為兩個等大、同方向場強的合成，即 在b點，為兩個等大、互相垂直的場強的合成，即 【例3】如圖所示，質量m2.0×10-3kg的帶電小球用絕緣細線豎直地懸掛于電場中，當小球的帶電量為q11.0×10-4C時，懸線中的張力為T11.5×10-2

10、N，則小球所在處的場強為多大？當小球的帶電量為q21.0×10-4C時，懸線中的張力T2為多大？【解析】小球的重力G=mg=2.0×10-2N由題意：繩子拉力T1=1.5×10-2NG故電場力F方向向上且有F+T1=G 得F=G-T1=5×10-3N小球處的場強E=當q2=-1.0×10-4C時，電場力F/=F=5×10-3N，方向向下，此時繩中張力為T2=G+F/=2.5×10-2N課堂練習：1下列說法中正確的是 ( )A電場強度反映了電場力的性質，因此場中某點的場強與試探電荷在該點所受的電場力成正比B電場中某點的場強等于

11、Fq，但與試探電荷的受力大小及電荷量無關C電場中某點的場強方向即試探電荷在該點的受力方向 D公式EFq和EkQ / r對于任何靜電場都是適用的2下列說法中正確的是 ( )A只要有電荷存在，電荷周圍就一定存在著電場B電場是一種物質，與其他物質一樣，是不依賴我們的感覺而客觀存在的東西C電荷間的相互作用是通過電場產生的，電場最基本的性質是對處在它里面的電荷有力的作用D電場是人為設想出來的其實并不存在abcdFq圖13一123在一個電場中a、b、c、d四個點分別引入試探電荷時，電荷所受到的電場力F跟引入電荷的電荷量之間的函數(shù)關系如圖13一12所示，下列說法中正確的是 ( )A這個電場是勻強電場Ba、b

12、、c、d四點的電場強度大小關系是E>E> Ec> EaC同一點的電場強度隨試探電荷電荷量的增加而增加D無法比較以上四點的電場強度值4相距為a的A、B兩點分別帶有等量異種電荷Q、-Q，在A、B連線中點處的電場強度為 ( )A零 BkQ/a，且指向-Q C2kQ/a，且指向-Q D8kQ/a，且指向-Q5以下關于電場和電場線的說法中正確的是 ( )A電場、電場線都是客觀存在的物質，因此電場線不僅在空間相交，也能相切B在電場中，凡是電場線通過的點場強不為零，不畫電場線的區(qū)域場強為零C同一試探電荷在電場線密集的地方所受電場力大D電場線是人們假設的，用以表示電場的強弱和方向，客觀上并不

13、存在+_AoB圖13136如圖1313所示，一電子沿等量異種點電荷的中垂直線由AOB勻速飛進，電子重力不計，則電子所受電場力的大小和方向變化情況是 （ ）A先變大后變小，方向水平向左B先變大后變小，方向水平向右C先變小后變大，方向水平向左D先變小后變大，方向水平向右300ABCEC圖13147如圖1314所示，A、B、C三點為一直角三角形的三個頂點，B30°，現(xiàn)在A、B兩點分別放置q和q,測得C點場強的方向與BA方向平行；則q帶 電，q：q 8如圖1315所示，一質量為m，帶電荷量為-q的小球，在帶有等量異種電荷的兩平行金屬板間處于靜止狀態(tài)，兩平行金屬板間的電場強度為多大？方向如何？

14、圖1315·bacQ1Q2····圖13169如圖1316所示，Q1=2×10-12C，Q2=-4×10-12C，Q1、Q2相距12cm，求a、b、c三點的場強大小和方向，其中a為Q1、Q2的中點，b為Q1左方6cm處點，C為Q2右方6cm的點oacbdExy圖131710如圖1317所示，以O為圓心，以r為半徑的圓與坐標軸的交點分別為a、b、c、d，空間有一與x軸正方向相同的勻強電場E，同時，在O點固定一個電荷量為+Q的點電荷，如果把一個帶電荷量為-q的檢驗電荷放在c點，恰好平衡，那么勻強電場的場強大小為多少？d點的合場強

15、為多少？a點的合場強為多少電勢和電勢能先來觀察下靜電力做功的特點分析右圖電荷q在場強為E的均強電場中沿不同路徑從A運動到B電場力做功的情況。（1） q沿直線從A到B（2） q沿折線從A到M、再從M到B（3） q沿任意曲線線A到B 結果都一樣即：W=qELAM =qELABcos【結論】：在任何電場中，靜電力移動電荷所做的功，只與始末兩點的位置有關，而與電荷的運動路徑無關。與重力做功類比，引出：2電勢能（1） 電勢能：由于移動電荷時靜電力做功與移動的路徑無關，電荷在電場中也具有勢能，這種勢能叫做電勢能。（2） 靜電力做功與電勢能變化的關系： 靜電力做的功等于電勢能的變化量。寫成式子為：注意： 電

16、場力做正功，電荷的電勢能減??；電場力做負功，電荷的電勢能增加電場力力做多少功，電勢能就變化多少，在只受電場力作用下，電勢能與動能相互轉化，而它們的總量保持不變。（電場力做功正負的判斷方法，看電場力和位移的夾角大小，大于90為負功，小于90為正功。求電荷在電場中A、B兩點具有的電勢能高低將電荷由A點移到B點根據電場力做功情況判斷，電場力做正功，電勢能減小，電荷在A點電勢能大于在B點的電勢能，反之電場力做負功，電勢能增加，電荷在B點的電勢能小于在B點的電勢能。電勢能零點的規(guī)定：若要確定電荷在電場中的電勢能，應先規(guī)定電場中電勢能的零位置。關于電勢能零點的規(guī)定：（大地或無窮遠默認為零）所以：電荷在電場

17、中某點的電勢能，等于靜電力把它從該點移動到零電勢能位置時電場力所有做的功。如上式若取B為電勢能零點，則A點的電勢能為： 3電勢-表征電場性質的重要物理量度 通過研究電荷在電場中電勢能與它的電荷量的比值得出。（1）定義：電荷在電場中某一點的電勢能與它的電荷量的比值，叫做這一點的電勢。用表示。標量，只有大小，沒有方向，但有正負。（2）公式：（與檢驗電荷無關）（3）單位：伏特（V）（4）電勢與電場線的關系：電勢順線降低。（電場線指向電勢降低的方向）（5）零電勢位置的規(guī)定：電場中某一點的電勢的數(shù)值與零電勢的選擇有關，即電勢的數(shù)值決定于零電勢的選擇（大地或無窮遠默認為零）例題講解【例1】如圖81所示，實

18、線是一個電場中的電場線，虛線是一個負檢驗電荷在這個電場中的軌跡，若電荷是從a處運動到b處，以下判斷正確的是     A電荷從a到b加速度減小Bb處電勢能大Cb處電勢高D電荷在b處速度小【例2】將一電量為的點電荷從電場外一點P移至電場中某點A, 電場力做功 ,求A點的電勢.【例3】在靜電場中，下列說法中錯誤的是：（ ）A、 電場強度為零的點，電勢也一定為零B、 電場強度處處相等的區(qū)域內，電勢也一定處處相等C、 只在電場力作用下，正電荷一定從電勢高的地方向電勢低的地方移動D、 沿著電場線方向電勢一定越來越低【例4】如圖所示，a、b為豎直方向上的電場線上的兩點，一帶電質

19、點在a由靜止釋放 ，沿電場線方向向上運動，到b點速度恰好為零，下列說法中正確的是：（ ）A、帶電質點在a、b兩點所受的電場力都是豎直向上的B、a點電勢比b點的電勢高C、帶電質點在a點的電勢能比在b點的電勢能小D、a點的電場強度比b點的電場強度大【例1】如圖81所示，實線是一個電場中的電場線，虛線是一個負檢驗電荷在這個電場中的軌跡，若電荷是從a處運動到b處，以下判斷正確的是     A電荷從a到b加速度減小Bb處電勢能大Cb處電勢高D電荷在b處速度小答案:D【分析解答】由圖81可知b處的電場線比a處的電場線密，說明b處的場強大于a處的場強。根據牛頓第二定律，檢驗電荷

20、在b處的加速度大于在a處的加速度，A選項錯。由圖81可知，電荷做曲線運動，必受到不等于零的合外力，即Fe0，且Fe的方向應指向運動軌跡的凹向。因為檢驗電荷帶負電，所以電場線指向是從疏到密。再利用“電場線方向為電勢降低最快的方向”判斷a，b處電勢高低關系是UaUb，C選項不正確。根據檢驗電荷的位移與所受電場力的夾角大于90°，可知電場力對檢驗電荷做負功。功是能量變化的量度，可判斷由ab電勢能增加，B選項正確；又因電場力做功與路徑無關，系統(tǒng)的能量守恒，電勢能增加則動能減小，即速度減小，D選項正確?！纠?】將一電量為的點電荷從電場外一點P移至電場中某點A, 電場力做功 ,求A點的電勢.答案

21、:20V解：設設場外一點P的電勢為從P 到A,電場力做的功【例3】在靜電場中，下列說法中錯誤的是：（ ）A.電場強度為零的點，電勢也一定為零B.電場強度處處相等的區(qū)域內，電勢也一定處處相等C.只在電場力作用下，正電荷一定從電勢高的地方向電勢低的地方移動D.沿著電場線方向電勢一定越來越低答案:A、B、C【解析】電場強度和電勢是從不同的角度描述電場性質的兩個物理量，前者從力的角度，后者從能量的角度，兩者之間沒有直接的對于關系。在等量同種電荷形成的電場中，它們連線的中點電場強度為零，但電勢卻不為零；勻強電場的場強處處相等，而沿著電場線方向電勢卻在不斷降低；正電荷在電場中的移動方向還和它的初速度方向有

22、關，如果初速度是逆著電場線方向的，那么它移動的開始階段從低電勢向高電勢。電場線的方向是電勢的降落的方向。綜上所述：A、B、C中的表述都是錯誤的?！纠?】如圖所示，a、b為豎直方向上的電場線上的兩點，一帶電質點在a由靜止釋放 ，沿電場線方向向上運動，到b點速度恰好為零，下列說法中正確的是：（ ）A、帶電質點在a、b兩點所受的電場力都是豎直向上的B、a點電勢比b點的電勢高C、帶電質點在a點的電勢能比在b點的電勢能小D、a點的電場強度比b點的電場強度大答案:A、B、D【解析】帶電質點在a點，由靜止釋放向上運動，說明電場力向上，且應滿足Eaqmg，而又靜止于b點，說明電場力仍向上，用Ebq=mg，選項

23、A、D正確，因不知質點的帶電性質，故無法確定a、b兩點的電勢高低，選項B錯誤，a到b的運動過程中，電場力和重力做功，由動能定理可知，W電+W重=0，因為W重為負值，故W電必為正值，而電場力做正功，電勢能減小，即b點的電勢能小于a點電勢能，選項C錯誤。課堂練習： 1在電場中，已知A點的電勢高于B點的電勢，那么 ( )A把負電荷從A點移到B點，電場力做負功 B把負電荷從A點移到B點，電場力做正功C把正電荷從B點移到A點，電場力做負功 D把正電荷從B點移到A點，電場力做正功圖14132如圖1413所示，Q是帶正電的點電荷，P和P為其電場中的兩點若E、E為P、P兩點的電場強度的大小，、為P、P兩點的電

24、勢，則 ( )AE > E，>BE > E，<CE< E，>DE< E，< 3如圖1414所示的電場線，可判定 ( ) 圖1414A該電場一定是勻強電場BA點的電勢一定低于B點電勢C負電荷放在B點的電勢能比放在A點的電勢能大 D負電荷放在B點所受電場力方向向右AB圖1-4-154圖1415為某個電場中的部分電場線，如A、B兩點的場強分別記為EA EB，電勢分別記為A、B，則 ( ) AEA > EB 、A > B BEA < EB 、A > BCEA <EB 、A <B DEA > EB 、A <B圖14165有兩個完全相同的金屬球A、B，如圖1416，B球固定在絕緣地板上，A球在離B球為H的正上方由靜止釋放