高中物理 2.2 探究电场的力的性质课件 沪科版选修31.ppt

第1课时探究电场的力的性质 一 电场1 电场的产生 电荷周围存在着特殊物质 电荷间的相互作用是通过 发生的 2 电场的基本性质 对放入电场中的 有力的作用 3 电场力 电场对放入其中的电荷有力的作用 这种力叫做 知识梳理 电场 电场 电荷 电场力 二 电场的描述1 试探电荷定义 放入电场中探测 性质的电荷 2 电场强度 1 定义 放入电场中某点的电荷所受的 跟它的 的比值 电场 电场力f 电荷量q 静 v m或n c 3 方向 电场中某点的电场强度的方向与 电荷在该点受到的电场力的方向相 与 电荷在该点受到的电场力的方向相 4 物理意义 描述电场强弱的物理量 电场强度与试探电荷无关 5 场强是矢量 场强的合成遵守 定则 3 点电荷的场强 平行四边形 反 正 同 负 2 方向 若q为正电荷 场强方向 若q为负电荷 场强方向 3 适用条件 4 匀强电场场强的 和 都相同的电场叫做匀强电场 5 电场的叠加原理如果在空间同时存在多个点电荷 这时在空间某一点的场强等于各个电荷 存在时在该点产生的场强的 和 沿q和该点的 连线指向该点 沿q和该点 的连线指向q 真空中的点电荷 大小 方向 矢量 单独 三 电场线1 电场线是在电场中画出的一些有 的辅助曲线 在这些曲线上每点的切线方向表示该点的 方向 2 电场线的特点 1 电场线从正电荷或无限远出发 终止于 2 电场线在电场中不 不 这是因为在电场中任意一点的电场强度不可能有两个方向 方向 电场强度 无限 远或负电荷 相交 闭合 3 在同一幅图中 电场强度较大的地方电场线较 电场强度较小的地方电场线较 因此可以用电场线的疏密来表示电场强度的相对大小 4 几种常见电场的电场线如图2 1 2所示 密 疏 图2 1 2 1 关于电场下列说法中正确的是 a 只要有电荷存在 电荷周围就一定存在着电场b 电场是一种物质 它与其他物质一样 不依赖我们的感觉而客观存在c 电荷间的相互作用是通过电场而产生的 电场最基本的性质是对放在其中的电荷有力的作用d 电场只能存在于真空中和空气中 不可能存在于物体中 基础自测 解析 电荷周围存在着电场 电场对电荷有力的作用 电荷之间的相互作用就是通过电场来实现的 a c正确 电场是一种特殊的物质 在真空中 导体中都能存在 b正确 d错误 故正确答案为a b c 答案 abc a 这个定义式只适用于点电荷产生的电场b 上式中 f是放入电场中的电荷所受的力 q是放入电场中的电荷的电荷量c 上式中 f是放入电场中的电荷所受的力 q是产生电场的电荷的电荷量 可见 电荷间的库仑力就是电场力 库仑定律可表示为 即f12 e1 q2或f21 e2 q1 式中e1就是点电荷q1在点电荷q2处的电场强度 e2就是点电荷q2在点电荷q1处的电场强度 d正确 答案 bd 3 电场中有一点p 下列哪种说法是正确的 a 若放在p点电荷的电荷量减半 则p点的场强减半b 若p点没有试探电荷 则p点场强为零c p点场强越大 则同一电荷在p点所受电场力越大d p点的场强方向为试探电荷在该点受力方向 答案 c 4 图2 1 3是点电荷q周围的电场线 以下判断正确的是 a q是正电荷 a的电场强度大于b的电场强度b q是正电荷 a的电场强度小于b的电场强度 图2 1 3 c q是负电荷 a的电场强度大于b的电场强度d q是负电荷 a的电场强度小于b的电场强度 解析 正点电荷的电场是向外辐射状的 电场线密的地方电场强度大 所以a正确 答案 a 5 关于电场线的下列说法中正确的是 a 电场线上每一点的切线方向都跟电荷在该点的受力方向相同b 沿电场线方向 电场强度越来越小c 电场线越密的地方 同一试探电荷所受的电场力就越大d 在电场中 顺着电场线移动电荷 电荷受到的电场力大小恒定答案 c 课堂互动探究 1 电场强度的三个性质 矢量性 场强是矢量 其大小按定义式计算即可 其方向规定为正电荷在该点所受静电力的方向 唯一性 电场中某一点处的电场强度e的大小和方向是唯一的 其大小和方向取决于场源电荷及空间位置 电场中某点的电场强度e是唯一的 是由电场本身的特性 形成电场的电荷及空间位置 决定的 虽然 但场强e绝不是试探电荷所受的电场力 对电场强度的理解 也不是单位正试探电荷所受的电场力 因为电场强度不是电场力 电场中某点的电场强度 既与试探电荷的电荷量q无关 也与试探电荷的有无无关 因为即使无试探电荷存在 该点的电场强度依然是原有的值 叠加性 若在某一空间中有多个电荷 则空间中某点的场强等于所有电荷在该点产生的电场强度的矢量和 2 对公式的三点理解 公式是电场强度的比值定义式 适用于一切电场 电场中某点的电场强度仅与电场及具体位置 有关 与试探电荷的电荷量 电性及所受电场力f大小无关 所以不能说e f e 公式仅定义了场强的大小 其方向需另外判定 由变形为f qe 表明 如果已知电场中某点的场强e 便可计算在电场中该点放任何电荷量的带电体所受的静电力的大小 3 电场强度的两个计算公式与有什么不同 如何理解 1 关于电场强度的两个计算公式的对比 特别提醒 明确区分 场源电荷 和 试探电荷 电场由场源电荷产生 某点的电场强度e由场源电荷及该点到场源电荷的距离决定 不能理解成e与f成正比 与q成反比 只适用于真空中的点电荷 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 2 对公式的理解 r 0时 e 是错误的 因为已失去了 点电荷 这一前提 例1 在真空中o点放一个点电荷q 1 0 10 9c 直线mn通过o点 om的距离r 30cm m点放一个点电荷q 1 0 10 10c 如图2 1 4所示 求 1 q在m点受到的作用力 2 m点的场强 3 拿走q后m点的场强 4 m n两点的场强哪点大 解析 1 电场是一种物质 电荷q在电场中受的作用力是电荷q通过它的电场对q的作用力 根据库仑定律 得 图2 1 4 因为q为正电荷 q为负电荷 库仑力是吸引力 所以力的方向沿mo指向q 其方向沿om连线背离q 因为它的方向跟负电荷受电场力的方向相反 3 在m点拿走试探电荷q 有的同学说m点的场强em 0 这是错误的 其原因在于不懂得场强是反映电场的力的性质的物理量 它是由形成电场的电荷q决定的 与试探电荷q是否存在无关 所以m点场强不变 4 m点场强大 答案 1 1 0 10 8n 方向沿mo指向o 2 100n c 方向沿om连线背离o 3 100n c 方向沿om连线背离o 4 m点 题后反思 电场强度与试探电荷的有无 电性 电荷量大小无关 只由电场本身性质决定 关于电场 下列说法中正确的是 答案 b 1 电场线不是电荷的运动轨迹 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受电场力的方向 与负电荷受力方向相反 运动轨迹是带电粒子在电场中实际通过的径迹 径迹上每点的切线方向为粒子在该点的速度方向 结合力学知识我们知道 物体的速度方向不一定与加速度的方向一致 因此电场线不是粒子的运动轨迹 对电场线的理解 只有当电场线是直线 而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 电场线的四个特点 电场线从正电荷或无限远出发 终止于无限远或负电荷 电场线在电场中不相交 不闭合 这是因为在电场中任意一点的电场强度不可能有两个方向 在同一幅图中 电场强度较大的地方电场线较密 电场强度较小的地方电场线较疏 因此可以用电场线的疏密来表示电场强度的相对大小 电场线不是客观存在的曲线 是为了形象地描述电场而假想的曲线 可能通过实验模拟电场线的形状 3 电场线的疏密和场强的关系的常见情况 按照电场线的画法的规定 场强大的地方电场线密 场强小的地方电场线疏 如图2 1 5中ea eb 图2 1 5 图2 1 6 但若只给一条直电场线如图2 1 6所示 a b两点的场强的大小 则无法由疏密程度来确定 对此情况可有多种推理判断 若是正点电荷电场中的一根电场线 则ea eb 若是负点电荷电场中的一根电场线 则有ea eb 若是匀强电场中的一根电场线 则有ea eb 3 几种常见的电场线如图2 1 7所示 图2 1 7 例2 把质量为m的正点电荷q放在电场中 从静止释放 在它运动过程中如果不计重力 下述说法正确的是 a 点电荷运动轨迹必与电场线重合b 点电荷的速度方向 必与所在点的电场线的切线方向一致c 点电荷的加速度方向 必与所在点的电场线的切线方向一致d 点电荷所受的电场力方向 必与所在点的电场线的切线方向一致 解析 正点电荷q由静止释放 如果电场线为直线 电荷将沿电场线方向运动 但如果为曲线 则粒子一定不沿电场线方向运动 a不正确 由于点电荷做曲线运动时 其速度方向与电场力方向不一致 b不正确 而正点电荷的加速度方向 也即点电荷所受电场力方向必与该点场强方向一致 即与所在点的电场线切线方向一致 所以c d正确 答案 cd 题后反思 1 电场线不是运动轨迹 2 电场线切线方向与电荷受力方向不一定相同 但一定在同一直线上 3 同一点电荷在电场线密集的地方受到的电场力更大一些 如图2 1 8所示 是静电场的一部分电场线分布 下列说法中正确的是 a 这个电场可能是负点电荷的电场b 点电荷q在a点受到的电场力比在b点受到的电场力大 图2 1 8 c 点电荷q在a点的瞬时加速度比在b点的瞬时加速度小 不计重力 d 负电荷在b点受到的静电力的方向沿b点e的方向答案 b 1 电场强度是矢量 场强的叠加遵循平行四边形定则 2 若有几个点电荷同时存在 它们产生的电场中任一点的电场强度等于这几个点电荷各自在该点产生的电场强度的矢量和 如图2 1 9所示 电场的叠加 图2 1 9 例3 在场强为e的匀强电场中 取o点为圆心 r为半径作一圆周 在o点固定一电荷量为 q的点电荷 a b c d为相互垂直的两条直径 其中一条沿竖直方向 和圆周的交点 当把一检验电荷 q放在d点恰好平衡 如图2 1 10所示 图2 1 10 1 匀强电场场强e的大小 方向如何 2 检验电荷 q放在点c时 受力fc的大小 方向如何 3 检验电荷 q放在点b时 受力fb的大小 方向如何 题后反思 检验电荷处在匀强电场和点电荷 q产生的电场组成的叠加场中 因此要求检验电荷在电场中某点所受的电场力 首先应确定该点的合场强 要确定