高中物理電場(chǎng)強(qiáng)度課件新人教版選修

高中物理電場(chǎng)強(qiáng)度本課件將帶領(lǐng)大家探索電場(chǎng)強(qiáng)度這一重要的物理概念，從定義、單位到應(yīng)用，全面了解電場(chǎng)強(qiáng)度的本質(zhì)和意義。電場(chǎng)強(qiáng)度概念電場(chǎng)強(qiáng)度概述電場(chǎng)強(qiáng)度是描述電場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量，它反映了電場(chǎng)對(duì)放入其中的電荷的作用力大小和方向。電場(chǎng)強(qiáng)度定義電場(chǎng)強(qiáng)度定義為單位正電荷在電場(chǎng)中受到的力，它是一個(gè)矢量，方向與正電荷所受電場(chǎng)力方向一致。電場(chǎng)強(qiáng)度的定義1定義公式電場(chǎng)強(qiáng)度E=F/q，其中F為電荷在電場(chǎng)中受到的力，q為電荷量。2力與電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系電場(chǎng)強(qiáng)度E反映了電場(chǎng)對(duì)放入其中的電荷的作用力大小，電荷量q越大，受到的力F也越大。電場(chǎng)強(qiáng)度的單位單位牛頓每庫(kù)侖電場(chǎng)強(qiáng)度的單位是牛頓每庫(kù)侖(N/C)，表示單位正電荷在電場(chǎng)中受到的力。單位伏特每米電場(chǎng)強(qiáng)度還可以用伏特每米(V/m)表示，與電勢(shì)差和距離有關(guān)，二者之間存在轉(zhuǎn)換關(guān)系。電場(chǎng)強(qiáng)度的向量性質(zhì)矢量性質(zhì)電場(chǎng)強(qiáng)度是一個(gè)矢量，具有大小和方向，可以用箭頭表示，箭頭方向代表電場(chǎng)方向。方向與力一致電場(chǎng)強(qiáng)度方向與正電荷在該點(diǎn)受到的電場(chǎng)力方向一致，負(fù)電荷受到的電場(chǎng)力方向相反。電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加1疊加原理多個(gè)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)疊加，每個(gè)電荷單獨(dú)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量疊加，得到該點(diǎn)的總電場(chǎng)強(qiáng)度。2矢量疊加電場(chǎng)強(qiáng)度疊加遵循矢量疊加法則，即用平行四邊形法則或三角形法則進(jìn)行疊加。3疊加結(jié)果疊加結(jié)果即為該點(diǎn)處電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向，該點(diǎn)處電場(chǎng)強(qiáng)度矢量的箭頭代表總電場(chǎng)強(qiáng)度方向。均勻電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度均勻電場(chǎng)特點(diǎn)均勻電場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度大小處處相等，方向處處相同，可以用一條平行直線表示。電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算均勻電場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度大小等于電勢(shì)差與距離的比值，即E=U/d。應(yīng)用場(chǎng)景平行板電容器兩極板之間形成的電場(chǎng)可以近似看作均勻電場(chǎng)，可以用該公式進(jìn)行計(jì)算。點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度1庫(kù)侖定律點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度大小與電荷量成正比，與距離的平方成反比，方向指向電荷所在的點(diǎn)。2電場(chǎng)強(qiáng)度公式E=kQ/r2，其中k為靜電力常量，Q為點(diǎn)電荷的電荷量，r為距離。3應(yīng)用場(chǎng)景點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)是高中物理中最常見(jiàn)的電場(chǎng)模型，可以用于理解電場(chǎng)的基本性質(zhì)。電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算1計(jì)算方法電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算方法主要依賴于庫(kù)侖定律和電場(chǎng)疊加原理。2應(yīng)用場(chǎng)景例如，計(jì)算多個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度，可以先計(jì)算每個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度，再進(jìn)行矢量疊加。3注意事項(xiàng)計(jì)算時(shí)要注意電荷的正負(fù)，以及電場(chǎng)強(qiáng)度方向的確定。電場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量1電場(chǎng)儀利用電場(chǎng)儀可以測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度，電場(chǎng)儀可以測(cè)量出電場(chǎng)中每一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向。2示波器示波器可以用來(lái)觀察電場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的曲線，可以用于研究電場(chǎng)的變化規(guī)律。3探針?lè)▽щ娦∏蚍湃腚妶?chǎng)中，觀察小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，可以間接測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度。電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)的關(guān)系電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)電場(chǎng)強(qiáng)度是電勢(shì)在空間中的變化率，電場(chǎng)強(qiáng)度越大，電勢(shì)變化越快。關(guān)系公式E=-dU/dr，表示電場(chǎng)強(qiáng)度E等于負(fù)的電勢(shì)U對(duì)距離r的導(dǎo)數(shù)。電勢(shì)能與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系電場(chǎng)做功與電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)做功電場(chǎng)對(duì)電荷做功，將電荷從一個(gè)點(diǎn)移到另一個(gè)點(diǎn)，電場(chǎng)力做的功等于電勢(shì)能的減少量。與電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系電場(chǎng)做功與電場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，電場(chǎng)強(qiáng)度越大，電場(chǎng)力做功越大。電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的作用電場(chǎng)力電場(chǎng)對(duì)帶電粒子施加電場(chǎng)力，力的方向與電場(chǎng)強(qiáng)度方向一致或相反，取決于電荷的正負(fù)。運(yùn)動(dòng)軌跡帶電粒子在電場(chǎng)中會(huì)受到電場(chǎng)力的作用，運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)發(fā)生改變，可能做勻速直線運(yùn)動(dòng)，也可能做曲線運(yùn)動(dòng)。帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1運(yùn)動(dòng)規(guī)律帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以用牛頓運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行分析。2加速運(yùn)動(dòng)若電場(chǎng)力方向與粒子運(yùn)動(dòng)方向一致，則粒子將加速運(yùn)動(dòng)，速度不斷增加。3減速運(yùn)動(dòng)若電場(chǎng)力方向與粒子運(yùn)動(dòng)方向相反，則粒子將減速運(yùn)動(dòng)，速度不斷減小。帶電粒子在電場(chǎng)中的力學(xué)分析動(dòng)能定理利用動(dòng)能定理可以分析帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能變化，動(dòng)能變化量等于電場(chǎng)力做的功。能量守恒定律帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，其能量守恒，動(dòng)能和電勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，總能量保持不變。運(yùn)動(dòng)軌跡利用力學(xué)知識(shí)可以分析帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡，可以推導(dǎo)出軌跡方程。靜電平衡條件1定義靜電平衡是指導(dǎo)體內(nèi)部的電荷不再移動(dòng)，導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度為零，電勢(shì)處處相等。2條件導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度為零，導(dǎo)體表面電場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直于表面，導(dǎo)體表面電勢(shì)處處相等。3應(yīng)用靜電平衡條件可以用來(lái)分析導(dǎo)體在電場(chǎng)中的性質(zhì)和作用。通過(guò)靜電平衡條件求電場(chǎng)強(qiáng)度1方法利用靜電平衡條件可以求解導(dǎo)體周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度，例如，可以計(jì)算導(dǎo)體表面電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向。2步驟首先根據(jù)靜電平衡條件確定導(dǎo)體內(nèi)部和表面電場(chǎng)強(qiáng)度，然后利用庫(kù)侖定律或電場(chǎng)疊加原理計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度。3應(yīng)用該方法可以用來(lái)分析導(dǎo)體在電場(chǎng)中的性質(zhì)和作用，例如，可以解釋導(dǎo)體在電場(chǎng)中會(huì)發(fā)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象。導(dǎo)體表面電場(chǎng)強(qiáng)度的特點(diǎn)1垂直于表面導(dǎo)體表面電場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直于導(dǎo)體表面，這是靜電平衡條件之一。2大小不等導(dǎo)體表面不同位置的電場(chǎng)強(qiáng)度大小可能不同，例如，導(dǎo)體尖端處的電場(chǎng)強(qiáng)度較大。3與電荷分布有關(guān)導(dǎo)體表面電場(chǎng)強(qiáng)度的大小與導(dǎo)體表面電荷分布有關(guān)，電荷密度越高，電場(chǎng)強(qiáng)度越大。尖端放電效應(yīng)現(xiàn)象導(dǎo)體尖端處電場(chǎng)強(qiáng)度較大，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)發(fā)生空氣電離，形成氣體放電現(xiàn)象，稱為尖端放電。應(yīng)用尖端放電效應(yīng)可以用于靜電除塵、避雷針等方面。避雷針工作原理原理避雷針利用尖端放電效應(yīng)，將雷電引向地面，從而保護(hù)建筑物不受雷擊。結(jié)構(gòu)避雷針通常由一根金屬棒組成，棒頂端呈尖銳形狀，底部與接地線連接，接地線將電流導(dǎo)入地下。靜電感應(yīng)現(xiàn)象定義當(dāng)導(dǎo)體靠近帶電體時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)自由電荷會(huì)重新分布，靠近帶電體的一端出現(xiàn)異種電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端出現(xiàn)同種電荷。現(xiàn)象靜電感應(yīng)現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)體兩端出現(xiàn)電勢(shì)差，進(jìn)而產(chǎn)生靜電感應(yīng)電流。靜電感應(yīng)的應(yīng)用1靜電除塵利用靜電感應(yīng)使粉塵帶電，然后利用電場(chǎng)力將粉塵分離，從而實(shí)現(xiàn)除塵。2靜電噴涂利用靜電感應(yīng)使油漆帶電，然后利用電場(chǎng)力將油漆噴涂到金屬表面，從而提高油漆的附著力。3靜電復(fù)印利用靜電感應(yīng)在感光鼓上形成靜電潛像，然后利用墨粉吸附潛像，實(shí)現(xiàn)復(fù)印。電場(chǎng)屏蔽原理定義利用導(dǎo)體或絕緣體將電場(chǎng)包圍起來(lái)，使其外部電場(chǎng)減弱或消失的現(xiàn)象，稱為電場(chǎng)屏蔽。原理導(dǎo)體屏蔽是因?yàn)閷?dǎo)體表面電荷會(huì)重新分布，形成一個(gè)與外部電場(chǎng)方向相反的電場(chǎng)，抵消外部電場(chǎng)的影響。應(yīng)用電場(chǎng)屏蔽在電子器件、通信、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。電場(chǎng)屏蔽的應(yīng)用1電子器件在電子器件中，使用電場(chǎng)屏蔽可以減少外部電磁干擾對(duì)器件的影響，提高器件性能。2通信設(shè)備在通信設(shè)備中，使用電場(chǎng)屏蔽可以減少信號(hào)的衰減和干擾，提高通信質(zhì)量。3醫(yī)療設(shè)備在醫(yī)療設(shè)備中，使用電場(chǎng)屏蔽可以減少電磁輻射對(duì)人體的影響，提高醫(yī)療設(shè)備的安全性和可靠性。靜電力的應(yīng)用1靜電除塵利用靜電感應(yīng)使粉塵帶電，然后利用電場(chǎng)力將粉塵分離，從而實(shí)現(xiàn)除塵。2靜電噴涂利用靜電感應(yīng)使油漆帶電，然后利用電場(chǎng)力將油漆噴涂到金屬表面，從而提高油漆的附著力。3靜電復(fù)印利用靜電感應(yīng)在感光鼓上形成靜電潛像，然后利用墨粉吸附潛像，實(shí)現(xiàn)復(fù)印。靜電場(chǎng)與動(dòng)態(tài)電磁場(chǎng)1靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)是指電荷處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)產(chǎn)生的電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度不隨時(shí)間變化。2動(dòng)態(tài)電磁場(chǎng)動(dòng)態(tài)電磁場(chǎng)是指電荷處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度都隨時(shí)間變化。3聯(lián)系靜電場(chǎng)和動(dòng)態(tài)電磁場(chǎng)是電磁場(chǎng)理論的重要組成部分，它們相互聯(lián)系，相互影響。電磁波的基本性質(zhì)波速電磁波在真空中傳播的速度為光速，約為3×10^8米/秒，在其他介質(zhì)中傳播速度會(huì)減小。波長(zhǎng)和頻率電磁波的波長(zhǎng)和頻率存在反比關(guān)系，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，頻率越低，反之亦然。電磁波的種類與用途種類電磁波按頻率從低到高分為無(wú)線電波、微波、紅外線、可見(jiàn)光、