第3節(jié)電場及其描述 (4).ppt

1、學習目標： 1知道電場的物質(zhì)性，電荷間的相互作用是通過電場發(fā)生的。 2理解場源電荷、檢驗電荷的概念 3理解電場強度，會根進行有關(guān)的計算。知道電場強度是矢量及方向規(guī)定。 4能根據(jù)庫侖定律和電場強度的定義推導點電荷場強的計算式，并能用此公式進行有關(guān)的計算。 5知道電場線的物理意義，會用電場線描述電場的強弱和方向，熟記典型電場線的分布特征。 重點難點： 1電場強度概念的理解 2電場強度公式的應用以及用電場線描述電場.,1.3電場及其描述,復習提問: 1.庫侖定律的內(nèi)容、表達式、方向、條件？ 2 .在什么情況下，帶電體可當作點電荷處理？,庫侖定律,1、內(nèi)容：真空中兩個點電荷之間的相互作用力,與它們的電

2、荷量的乘積成正比,與它們的距離的二次方成反比,作用力的方向在它們的連線上.,2、表達式（大小）：,K靜電力常量：k=9.0109Nm2/C2,3方向：在它們的連線上。 同種電荷 異種電荷 4適用條件: 真空中(空氣中近似成立) ； 點電荷.,2 .在什么情況下，帶電體可當作點電荷處理？ 帶電體本身的線度遠小于帶電體間的距離！,在我們學過的力中，哪些是接觸力，哪些是非接觸力？,兩電荷不直接接觸，它們之間的相互作用是怎樣產(chǎn)生的? 觀點1：超距作用 ， 觀點2：場的作用， 哪種觀點正確？,猜一猜,一電場 電荷之間的相互作用是通過特殊形式的物質(zhì)電場發(fā)生的，電荷的周圍都存在電場. 1概念：電荷周圍存在的

3、一種特殊物質(zhì) 提問：既然場是物質(zhì)，為什么我們看不到呢？ 答：物質(zhì)的存在有兩種形式 a實體（由分子組成）：看得見，摸得著。 b場：看不見，摸不著，不以人的感官意識為轉(zhuǎn)移的客觀存在。 場客觀存在的例證？（手機怎樣接收信號） 特殊性物質(zhì)性,問題：下面請同學們以電荷A與電荷B間相互作用為例，說明電荷A是怎樣對電荷B施加力的作用的，電荷B又是怎樣對電荷A施加力的作用的？ 生：電荷A對電荷B的作用，實際上是電荷A的電場對電荷B的作用；電荷B對電荷A的作用，實際上是電荷B的電場對電荷A的作用,電荷在其周圍空間產(chǎn)生電場，靜止的電荷產(chǎn)生的電場是靜電場。 2：靜電場：靜止電荷產(chǎn)生的電場 3：基本性質(zhì)：電場對處在場

4、中的電荷有力的作用，此力稱電場力 用什么方法可以檢驗空間存在看不見又摸不著的電場？,把一個帶電體放入其中，看是否受到力的作用。,a場源電荷：產(chǎn)生電場的電荷。 提出問題：為什么要提出場源電荷呢？ b檢驗電荷（又叫試探電荷）：放在我們所研究的電場中，用來檢驗該電場性質(zhì)的電荷。 檢驗電荷必須具備的條件： （1）點電荷； （2）電量足夠小。 提出問題：為什么檢驗電荷必須具備以上兩個條件？,A點：,B點：,F/q這個比值由電荷q在電場中的位置所決定，跟電荷q無關(guān)，是反映電場性質(zhì)的物理量。,實驗表明，在電場中的同一點，比值F/q是恒定的；在電場中的不同點，比值F/q一般是不同的。,在物理學中，就用比值F/

5、q來表示電場的強弱。,二電場強度 1定義：放入電場中某一點的電荷受到的電場力跟它的電量的比值叫該點的電場強度，簡稱場強 2定義式： （適用于所有電場） F電場力國際單位：牛（N） q電量國際單位：庫（C） E電場強度國際單位：牛庫（NC） 3單位：NC 4物理意義：描述電場強弱和電場方向的物理量，表征電場力的性質(zhì) 。 5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E是矢量。,+Q,+q,A,FA,EA,+Q,-q,A,FA,EA,根據(jù)規(guī)定：負電荷在電場中某點受到的靜電力的方向跟該點的場強方向相反。,物理學中規(guī)定：電場中某點的場強度方向跟正電荷在該點所受的靜電力

6、方向相同。,電場強度既有大小又有方向,+Q,+q,F,E,+Q,-q,F,E,根據(jù)規(guī)定：負電荷在電場中某點受到的電場力的方向跟該點的場強方向相反。,場強的矢量性：,-Q,+q,F,E,-Q,-q,E,F,例 在圖2中標出A、B、C、D四點的電場強度的方向 正點電荷電場中某點電場強度方向沿連線背離Q；負點電荷電場中某點電場強度方向 沿連線指向Q,6、電場力 （1）、大?。篎qE （2）、方向： 正電荷的電場力方向與場強方向相同 負電荷的電場力方向與場強方向相反,特別提醒：電場強度和電場力不同，電場強度描述的是電場的力的性質(zhì)，而電場力的研究對象則是電場中的電荷,僅指電荷在電場中的受力,是反映電場本

7、身的力的性質(zhì)的物 理量，其大小表示電場的強弱,定義式：,計算式：,E的大小只決定于電場本身，與電荷q無關(guān),F的大小由放在電場中某點的電荷q和該點的場強E共同決定,E是矢量，其方向與正電荷 (+q)在該點受到的電場力的方向相同,F是矢量，其方向?qū)τ谡姾?+q),F與E同向；對于負電荷(-q),F與E反向,E的單位：,F的單位：,E=F/q,F=qE,牛/庫 (N/C),牛 (N),特別提醒：電場強度和電場力不同，電場強度描述的是電場的力的性質(zhì)，而電場力的研究對象則是電場中的電荷,例：在真空中A點有一正點電荷Q=2.010-4C，把試探點電荷q=2.010-5C的負電荷置于B點，它們相距r=2m

8、，如圖所示。求： （1）q受的電場力； （2）q所在B點的電場強度； （3）只將q點電荷換成q/=4.010-5C的正電荷，再求q/受力和B點的場強； （4）將受力電荷拿走，再求B點場強。 （5）若將Q拿走呢？,圖4,答案。 （1）9N （2）4.5105N/C （3）4N, 4.5105N/C （4）4.5105N/C （5）0 小結(jié)：E的唯一性和固定性 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(guān)，它決定于場源電荷及空間位置，電場中每一點對應的電場強度與是否放入電荷無關(guān).,例在真空中O點放一個點電荷Q1.0 109C，直線MN通過O點，OM的距離r30 cm，M點

9、放一個點電荷q1.01010C，如圖所示，求： (1)q在M點受到的作用力 (2)M點的場強 (3)拿走q后M點的場強 (4)M、N兩點的場強哪點大？ (5)如果把Q換成1.0109 C的點電荷，情況又如何？,【答案】見精講精析,例：將一個帶電量為2105C的電荷放入點電荷Q的電場中的P點時，受到的電場力為2 10-2N，則P點的電場強度為 ，如果P點和Q點相距10厘米，則Q的電量為 。 答案：10-7N/C，1/9C,三、點電荷的電場,解析在點電荷Q形成的電場中，在距離Q為r的P點放一試探電荷q,1、點電荷的電場,大小：,三點電荷的電場 1點電荷電場（推導見課本） 大?。?（只適用于點電荷的

10、電場） 方向：如果是正電荷，E的方向就是沿著連線并背離+Q；如果是負電荷，E的方向就是沿著PQ的連線并指向-Q,-,定義式，適用于一切電場,僅對點電荷的電場適用,q是檢驗電荷，E與q無關(guān),Q是場源電荷，E與Q成正比,2,思考感悟,提示：不一樣，q是檢驗電荷，Q是場源電荷,例下列對公式 的幾種不同理解，正確的是() A當r0時，E B當r時，E0 C某點的場強與點電荷Q的大小無關(guān) D在以點電荷Q為中心、r為半徑的球面上，各處的電場強度都相同 答案：B,例(2011年杭州高二檢測)真空中距點電荷(電量為Q)為r的A點處，放一個帶電量為q(qQ)的點電荷，q受到的電場力大小為F，則A點的場強為()

11、E=F/QE=F/q A B C D 答案：B,例(2011年廈門高二質(zhì)檢)關(guān)于電場，下列說法正確的是() A由 知，若q減半，則該處場強為原來的2倍 B由 知，E與Q成正比，而與r2成反比 C由 知，在以Q為球心、r為半徑的球面上，各處場強都相同 D電場中某點場強方向就是該點所放電荷受到的電場力的方向 答案:B,例電場中一點P，下列說法正確的是() A若放在P點的電荷的電荷量減半，則P點的場強減半 BP點沒有試探電荷，則P點場強為0 CP點場強越大，則同一電荷在P點受到的電場力越大 DP點場強方向為放在該點的電荷的受力方向,解析：選C.場強E與F、q無關(guān)，不管電場中某點是否有檢驗電荷或檢驗電

12、荷的電荷量有多大,對電場本身都無影響，所以A、B均不對電場力F與E、q成正比，E、q越大F越大，所以C對場強方向與正電荷放在該點所受電場力的方向相同，與負電荷所受電場力的方向相反,所以D不對,由上面例題可見：電場強度概念能定量描述各點電場的性質(zhì)。但電場中各點場強的大小和方向的分布是非常復雜的，我們?nèi)绾畏奖愣中蜗蟮亓私怆妶鲋懈鼽c場強的分布情況呢？最好畫圖。法拉第為我們提供了一種很好的方法，就是用電場線來形象地描述電場。,四電場線,1定義：在電場中繪出一些有方向的曲線，曲線上每點的切線方向表示該點的電場強度的方向，這樣的曲線叫電場線。 2電場線是描述電場強度分布的一族曲線.描述方法:用曲線的疏密

13、描述電場的強弱,用曲線某點的切線方向表示該點場強方向. 3實驗觀察各種電場的電場線：,4常見電荷電場線的分布 圖131,特點：,a、離點電荷越近，電場線越密，場強越大 b、以點電荷為球心作個球面，電場線處處與球面垂直，在此球面上場強大小處處相等，方向不同。,幾種常見電場中電場線的分布及特點 1、正、負點電荷的電場中電場線的分布,特點：,a、沿點電荷的連線，場強先變小后變大,b、兩點電荷連線中垂面（中垂線）上，場強方向均相同，且總與中垂面（中垂線）垂直,等量異種點電荷形成的電場中的電場線分布,c、在中垂面（中垂線）上，與兩點電荷連線的中點0等距離各點場強相等。,等量同種點電荷形成的電場中電場中電

14、場線分布情況,特點：,a、兩點電荷連線中點O處場強為0 b、兩點電荷連線中點附近的電場線非常稀 疏，但場強并不為0 c、兩點電荷連線的中點到無限遠電場線先變密后變疏,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.如圖14.3-1. 其場強（邊緣除外）大小處處相等，方向與板垂直，從正板到負板。,圖10,思考感悟 電場線是電場中實際存在的線嗎？兩條電場線之間的空白區(qū)域有電場嗎？ 提示：電場線是為了形象描述電場而假想

15、的線，不是實際存在的電荷周圍無論有無電場線，電場都是客觀存在的,電場線具有以下特點： 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，是不閉合的曲線。 在靜電場中，電場線不中斷，電場線也不會相交。(包括相切)。 電場線是為了形象地描述電場而假想的線，雖然可以用實驗模擬電場線的分布，但是電場線并不存在。 一般來講電場線不是帶電粒子在電場中的運動軌跡,電場線不是電荷的運動軌跡 (1)電場線是為形象地描述電場而引入的假想曲線，規(guī)定電場線上某點的場強方向沿該點的切線方向，也就是正電荷在該點受電場力產(chǎn)生的

16、加速度的方向 (2)運動軌跡是帶電粒子在電場中實際通過的徑跡，徑跡上每點的切線方向為粒子在該點的速度方向結(jié)合力學知識，可以知道物體的速度方向不一定與加速度的方向一致，因此電場線不一定是粒子的運動軌跡,(3)在滿足以下條件時，電場線與帶電粒子運動軌跡重合 電場線是直線； 帶電粒子只受電場力作用，或受其他力，但方向沿電場線所在直線； 帶電粒子初速度為零或初速度方向沿電場線所在的直線,例下述說法中正確的是（） A、電場線是客觀存在的 B、電場線上某點的切線方向與與電荷在該點受力方向可以不同 C、電場線與電荷運動的軌跡是一致的 D、沿電場線方向,場強一定越來越大. 答案B,例(2011年臺州高二測試)

17、如圖133所示的電場中，A、B兩點的電場強度相同的是(),圖133,解析：選C.A中A、B兩點的電場強度大小相等，但方向不同；B中A、B兩點的電場強度大小不等，方向相同；D中A、B兩點的電場強度大小、方向均不同；C所示的勻強電場中A、B兩點的電場強度大小相等，方向相同,例 如圖所示，帶箭頭的直線是某一電場中的一條電場線，在該直線上有A、B兩點，用EA、EB表示A、B兩處的場強大小，則() AA、B兩處的場強方向不相同 B因為A、B在一條電場線上，且電場線是直線，所以EAEB C電場線從A指向B，所以EAEB D不知A、B附近電場線的分布情況，EA、EB的大小不能確定 答案：D,例(2011年福

18、建調(diào)研)一負電荷由電場中的A點靜止釋放，只受電場力作用，沿電場線運動到B點，它運動的v-t圖象如圖所示，則A、B兩點所在區(qū)域的電場線分布情況可能是() 答案：C,例(2010年湖北省聯(lián)考)有一個負點電荷只受電場力的作用，從電場中的a點由靜止釋放，在它沿直線運動到b點的過程中，動能Ek隨位移s變化的關(guān)系如圖(甲)所示，則能與圖線相對應的電場的電場線分布圖是圖(乙)中的() 解析：根據(jù)動能定理，動能變化量即為末動能EkFs，由題圖(甲)可知斜率F逐漸增大，即場強越來越大，且力F做正功，說明電場沿著ba方向，A錯；由于從ab電場強度越來越大，根據(jù)電場線的疏密可知B、D均錯，C對,例如圖12所示,正電

19、荷q在電場力作用下由p向Q做加速運動,而且加速度越來越大,那么可以斷定,它所在的電場是圖中哪能一個?( ) 答案：D,圖12,例如圖所示，一帶電粒子只受電場力從A飛到B，徑跡如圖中虛線所示，下列說法正確的是（ ） A粒子帶負電 B粒子加速度不斷變小 C粒子在A點時動能較大 DB點場強大于A點場強,例：書P18/例解答略。,例 如圖所示，A為帶正電Q的金屬板，沿金屬板的垂直平分線，在距板r處放一質(zhì)量為m、電荷量為q的小球，小球受水平向右的電場力偏轉(zhuǎn)角而靜止，小球用絕緣細線懸掛于O點，試求小球所在處的電場強度,【精講精析】要求小球所在處的電場強度，可以采用電場強度的定義式，需要求出小球所受到的電場

20、力，可以通過平衡條件求得電場力分析小球受力如圖137所示，由平衡條件得：,圖137,變式訓練為了確定電場中P點場強大小，用細絲線懸掛一個帶負電的小球去探測，當球在P點靜止后，測出懸線與豎直方向夾角為37，如圖138所示，已知P點場強方向是水平方向，小球重力為4.0103 N，帶電荷量為0.01 C，則P點場強大小是多少？勻強電場的方向？ 圖138,解析：對小球受力分析如圖所示，根據(jù)平衡條件可知：,答案：0.3 N/C，電場強度方向水平向左,例：如圖11所示,一個質(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電場中,電場線與水平面平行.當小球靜止時,測得懸線與豎直夾角為30,由此可知勻強電場方向為 ,電場強度大小為 .(g取10m/s2),圖11,