江苏省淮安市涟水中学高中物理 1.3 电场强度课件 新人教版选修31.ppt

3 电场强度 一 电场1 电场 电场是在存在的一种 是传递电荷间相互作用的 2 静电场 电荷周围的电场称为静电场 3 性质 电场的基本性质是对 无论电荷静止或运动 电荷周围 特殊物质 静止 放入其中的电荷有力的作用 特别提醒 1 电场是一种特殊物质 并非由分子 原子组成 但客观存在 2 电荷间的相互作用是通过电场发生的 电荷a电场电荷b 二 电场强度1 概念 放入电场中某点的点电荷所受与它的的比值 简称场强 2 物理意义 表示电场的 3 定义式及单位 e 单位 符号 4 方向 电场强度的方向与所受电场力的方向相同 静电力 电荷量 强弱 牛 顿 每库 仑 n c 正电荷 特别提醒 1 试探电荷 检验电荷 用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的电荷 是研究电场的工具 2 场源电荷 源电荷 激发或产生我们正在研究的电场的电荷 2 方向 q为正电荷时 e的方向由q指向 q是负电荷时 e的方向由p指向q p 2 电场强度的叠加 1 电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的 这种关系叫做电场强度的叠加 2 比较大的带电体的电场 可把带电体分做若干小块 每小块看成点电荷 用点电荷电场叠加的方法计算带电体的电场 3 电场的可叠加性也是电场与普通物质的重要区别 场强的叠加本质是矢量叠加 所以应该用定则计算 矢量和 平行四边形 四 电场线及其特点1 电场线 电场线是画在电场中的一条条 曲线上每点的表示该点的电场强度方向 电场线不是实际存在的线 是为了而假想的线 有方向的曲线 切线方向 形象描述电场 2 几种特殊的电场线 熟记五种特殊电场的电场线分布 如下图所示 3 电场线的特点 1 电场线从 或 出发 终止于 或 2 电场线在电场中不 3 在同一电场里 电场线的地方场强越大 4 的电场线是均匀分布的平行直线 正电荷 无穷远 无穷远 负电荷 相交 密 匀强电场 五 匀强电场1 定义 电场中各点电场强度的大小相等 方向相同的电场 2 特点 1 场强方向处处相同 电场线是平行直线 2 场强大小处处相等 要求电场线疏密程度相同 即电场线间隔相等 在电场中某处放入电荷量为 4 0 10 9c的点电荷时 它受到的电场力的大小为3 0 10 4n 方向水平向右 求该处电场强度的大小和方向 如果把这个点电荷移走 该处的电场强度大小是多少 答案 7 5 104n c方向水平向左7 5 104n c 2 对电场强度的理解 1 电场强度两个公式的对比 2 对公式e kq r2的理解 r 0时 e 是错误的 因为已失去了 点电荷 这一前提 在以q为中心 以r为半径的球面上 各点的场强大小相等 但方向不同 在点电荷q的电场中不存在场强相等的两点 解析 电场对处于其中的电荷施加电场力的作用 是电场的一个基本性质 为了描述电场力的性质 引入了物理量电场强度e e反映了电荷周围存在的特殊物质即电场本身的特性 试探电荷的引入仅仅是用来检验这一特性 因此与试探电荷存在与否无关 物理学中的点电荷是一种理想化的模型 对实际的带电体在满足它本身的线度远小于问题中所涉及的空间距离时 都可看成是点电荷 但当r 0时 再也不能把电荷看成是点电荷了 即e kq r2 在r 0时已不适用 答案 d 3 对电场线的理解 1 对电场线的理解 电场中任何两条电场线都不能相交 电场线也不闭合 因为电场中任一点的场强的大小和方向都是唯一确定的 如果两条电场线相交 就不能唯一地确定出场强的方向 同时在相交点处电场线密不可分 因而也不可能反映出场强的大小 电场线的疏密电场线的疏密程度表示电场强度的大小 电场线越密的地方 场强越大 电场线越稀疏的地方 场强越小 电场线是为描述电场而引入的一种假想曲线 实际上电场中并不存在电场线 不可能在电场中每个地方都画出电场线 两条电场线间虽是空白 但那些位置仍存在电场 2 等量同种电荷与等量异种电荷连线的中垂线上的电场分布及特点 如右图所示 一电子沿等量异种电荷连线的中垂线由a o b匀速飞过 电子重力不计 若其只受两个力 则电子所受除了电场力以外的另一个力的大小 方向变化情况是 a 先变大后变小 方向水平向左b 先变大后变小 方向水平向右c 先变小后变大 方向水平向左d 先变小后变大 方向水平向右 解析 电子匀速飞过 所受合外力为零 要分析另一个力的大小 方向就要先明确电场力的大小 方向 等量异种电荷电场线分布如右图所示 由图中电场线分布可以看出 从a到o 电场线由疏到密 从o到b电场线由密到疏 所以电子由a o b匀速飞过 电场强度应由小变大 再由大变小 而且方向均为水平向右 沿电场线切线方向 电场力也是先由小变大 再由大变小 电子受力方向应为水平向左 综上所述 可知另一个力方向应为水平向右 大小应先变大后变小 答案 b 1 电场线是否是电荷的运动轨迹 提示 不一定是运动轨迹 电场线是为形象地描述电场而引入的假想曲线 规定电场线上每点的场强方向沿该点的切线方向 也就是正电荷在该点所受电场力的方向 负电荷受力方向与此方向相反 运动轨迹是带电粒子在电场中运动的实际径迹 径迹上每点的切线方向为粒子在该点的速度方向 结合力学知识可知 物体的速度方向不一定与受力方向一致 因此电场线不一定是粒子的运动轨迹 只有当电场线是直线 而且带电粒子又只受电场力作用时 运动轨迹才有可能与电场线重合 2 如何用电场线比较场强的大小 提示 按照电场线画法的规定 场强大处电场线画的密 场强小处电场线画的疏 因此 根据电场线的疏密可以比较场强的大小 例如 甲图中由于a点处比b点处的电场线密 可知ea eb 但若只给一条直电场线 如图乙所示 要比较a b两点的场强大小 则无法由电场线的疏密程度来确定 对此种情况可有多种推断 1 若是正点电荷电场中的一根电场线 由点电荷场强公式可知ea eb 2 若是负点电荷电场中的一根电场线 则有eb ea 3 若是匀强电场中的一根电场线 则有ea eb 当然 对这种情况还有其他的推理判断方法 3 三种电荷的比较 提示 关于电场强度和静电力 以下说法正确的是 a 电荷所受静电力很大 该点电场强度一定很大b 以点电荷为圆心 r为半径的球面上各点的场强相同c 如空间某点的场强为零 则试探电荷在该点受到的静电力也为零d 在电场中某点放入试探电荷q 该点的场强为e f q 取走q后 该点场强仍然为e f q 解析 电场强度是矢量 其性质由场源电荷决定 与试探电荷无关 而静电力则与场强和试探电荷都有关系 逐项分析如下 答案 cd 跟踪发散 1 1 一个试探电荷在电场中某点受到的电场力为f 这点的电场强度为e 在图中能正确反映q e f三者关系的是 解析 电场中某点的电场强度由电场本身的性质决定 与放入该点的试探电荷及其所受电场力无关 a b错误 试探电荷在该点受到的电场力f eq f正比于q c错误 d正确 答案 d 如图所示 真空中 带电荷量分别为 q和 q的点电荷a b相距r 则 1 两点电荷连线的中点o的场强多大 2 在两点电荷连线的中垂线上 距a b两点都为r的o 点的场强如何 反思总结 电场强度是矢量 合成时遵循矢量运算法则 平行四边形定则或三角形定则 常用的方法有图解法 解析法 正交分解法等 对于同一直线上电场强度的合成 可先规定正方向 进而把矢量运算转化成代数运算 跟踪发散 2 1 如图所示 在a b两点上放置两个点电荷 它们的电荷量分别为q1 q2 mn是连接两点的直线 p是直线上的一点 下列哪种情况下p点的场强可能为零 a q1 q2都是正电荷 且q1 q2b q1是正电荷 q2是负电荷 且q1 q2 c q1是负电荷 q2是正电荷 且 q1 q2d q1 q2都是负电荷 且 q1 q2 答案 b 实线为三条未知方向的电场线 从电场中的m点以相同的速度飞出a b两个带电粒子 a b的运动轨迹如右图中的虚线所示 a b只受电场力作用 则 a a一定带正电 b一定带负电b 电场力对a做正功 对b做负功c a的速度将减小 b的速度将增大d a的加速度将减小 b的加速度将增大 解析 由于电场线方向未知 故无法确定a b的电性 a错 电场力对a b均做正功 两带电粒子动能均增大 则速度均增大 b c均错 a向电场线稀疏处运动 电场强度减小 电场力减小 故加速度减小 b向电场线密集处运动 故加速度增大 d正确 答案 d 反思总结 这类问题首先要根据带电粒子轨迹弯曲方向 判断出受力情况 第二步把电场线方向 受力方向与电性相联系 第三步把电场线疏密和受力大小 加速度大小相联系 跟踪发散 3 1 如右图所示 实线表示匀强电场中的电场线 一带电粒子 不计重力 经过电场区域后的轨迹如图中虚线所示 a b是轨迹上的两点 关于粒子的运动情况 下列说法中可能的是 a 该粒子带正电荷 运动方向为由a至bb 该粒子带负电荷 运动方向为由a至bc 该粒子带正电荷 运动方向为由b至ad 该粒子带负电荷 运动方向为由b至a答案 bd 如右图所示 竖直放置的两块足够大的带电平行板间形成一个方向水平向右的匀强电场区域 场强e 3 104n c 在两板间用绝缘细线悬挂一个质量m 5 10 3kg的带电小球 静止时小球偏离竖直方向的夹角 60 g取10m s2 试求 1 小球的电性和电荷量 2 悬线的拉力 3 若小球静止时离右板d 5 10 2m 剪断悬线后 小球经多少时间碰到右极板 反思总结 1 处理三力平衡问题既可用合成法 也可用正交分解法 2 合运动和分运动具有独立性和等时性 跟踪发散 4 1 一粒子质量为m 带电荷量为 q 以初速度v与水平方向成45 射向空间一匀强电场区域 恰做直线运动 求这个匀强电场的最小场强的大小并说明方向 1 在如下图所示的四种电场中 分别标记有a b两点 其中a b两点电场强度大小相等 方向相反的是 a 甲图中与点电荷等距的a b两点b 乙图中两等量异种电荷连线的中垂线上与连线等距的a b两点c 丙图中两等量同种电荷连线的中垂线上与连线等距的a b两点d 丁图中非匀强电场中的a b两点 解析 甲图中与点电荷等距的a b两点 场强大小相同 方向不相反 a错 对乙图来说 根据电场线的疏密及对称性可判断 b点和a点场强大小 方向均相同 b错 丙图中两等量同种电荷连线的中垂线上与连线等距的a b两点 场强大小相同 方向相反 c对 对丁图来说 根据电场线的疏密可判断 b点的场强大于a点的场强 d错 答案 c 2 如右图所示 ab是某个点电荷的一根电场线 在电场线上o点由静止释放一个负电荷 它仅在电场力作用下沿电场线向b点运动 下列判断正确的是 a 电场线由b点指向a点 该电荷做加速运动 加速度越来越小b 电场线由b点指向a点 该电荷做加速运动 其加速度大小变化由题设条件不能确定c 电场线由a点指向b点 电荷做匀加速运动d 电场线由b点指向a点 电荷做加速运动 加速度越来越大 解析 仅由一条电场线是不能确定电场线的疏密情况的 所以无法判定电场力大小变化及加速度大小变化情况 选项a c d错误 负电荷从o点由静止向b点运动 说明其所受电场力由a点指向b点 电场强度方向由b点指向a点 所以选项b正确 答案 b 3 如右图所示 实线是匀强电场的电场线 虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹 a b是轨迹上两点 若带电粒子在运动中只受电场力作用 则由此图可作出正确判断的是 a 带电粒子带负电荷b 带电粒子带正电荷c 带电粒子所受电场力的方向向左d 带电粒子做匀变速运动 解析 由运动轨迹的弯曲特点可知 带电粒子受水平向左的电场力作用 故粒子带负电 由于粒子在匀强电场中运动 则粒子受电场力是恒定的 可知粒子运动的加速度大小