高中物理 静电场 电场 电场强度和电场线课件 教科版选修31.ppt

静电场电场电场强度和电场线 两电荷不直接接触 它们之间的相互作用是怎样产生的 b a 1837年法拉第提出 场 的概念 英国物理学家法拉第 1791 1867 电荷之间通过电场发生相互作用 电场 产生 作用于 产生 作用于 q 任何带电体的周围都存在电场 一 电场 1 任何带电体的周围都存在着电场 2 电场是看不见摸不着 但电场是客观存在的 是一种特殊物质形态 3 基本性质 电场对放入其中的电荷有力的作用 电场力 问题 怎样描述电场的强弱呢 二 电场强度 1 研究方法 引入检验电荷 理想化模型 电量特点 q q大小特点 大小忽略不计 场源电荷 形成电场的电荷 电场对放入其中的电荷有电场力的作用 q q 检验电荷 体积比较小 带电量也比较小 它的引入不会影响原电场的部分 场源电荷 产生电场的电荷 试探电荷 检验电荷 指 放入电场中探测电场性质的电荷 q p f1 f2 f3 f4 q1 q2 q3 q4 电荷量 q1 q2 q3 q4 如何描述电场的强弱程度 实验发现 在电场中的同一点 检验电荷的电量q发生变化 它所受的电场力的大小f也随之变化 成正比的变化 而电场力的大小f与检验电荷电量q的比值不变 即 这个比值不随检验电荷电量变化 说明它与检验电荷无关 它只与电场中这点 p 的位置有关 2 电场强度 e 1 定义 放入电场中某点的检验电荷所受到的电场力f跟它的电荷量q的比值 2 定义式 3 单位 牛 库 n c 4 矢量性 规定 电场强度的方向与正检验电荷在该点所受电场力方向相同 与负检验电荷在该点所受电场力方向相反 5 对电场强度理解 a e f q为定义式 适用于一切电场 b 电场强度是反映电场强弱和方向的物理量 c 由电场本身性质决定 与检验电荷的正负 电荷量的大小及受到电场力都无关 d 数值上等于单位电荷在该点所受的电场力 1 由电场强度的定义式可知 在电场中的同一点 a 电场强度e与f成正比 跟q成反比 b 无论检验电荷的q值 不为零 如何变化 f与q的比值始终不变 c 电场中某一点的场强为零 则处在该点的电荷受到的电场力一定为零 d 一个不带电的小球在p点受到的电场力为零 则p点的场强一定为零 答案 bc 讲练结合 讲练结合 2 电场中有一点p 下列说法正确的是a 若放在p点的检验电荷的电量减半 则p点的场强减半 b 若p点没有检验电荷 则p点的场强为零 c p点的场强越大 则同一电荷在p点受到的电场力越大 d p点的场强方向为检验电荷在该点的受力方向 答案 c 问题 点电荷的场强如何 真空中有一个电荷量为 q的点电荷 利用电场强度定义和库仑定律 推导真空中点电荷周围某点的电场强度 真空中点电荷电场强度公式 三 点电荷电场强度 1 点电荷场强的大小 注意 q 场源电荷 r 研究的点到场源电荷的距离 2 场强方向 正点电荷电场方向背离电荷 负点电荷电场方向指向电荷 q q f e q q f e 按照规定 负电荷在电场中某点受到的电场力的方向跟该点的场强方向相反 3 场强方向 q q f e q q e f 物理学中规定 电场中某点的电场强度的方向跟正电荷在该点所受的静电力的方向相同 3 在电荷q 8 10 9c的电场中有点a 在a点放入点电荷q 4 10 9c q受到电场力f 8 10 5n 方向向右 1 求a点场强大小 方向 2 求a到q的距离r 3 若将q取走 求a点场强 4 若在a点放入q 2 10 9c的负电荷 求a点场强大小和方向 5 求q 受到的电场力 2 104n c 向右 6 10 2m 2 104n c 向右 2 104n c 向右 4 10 5n 向左 讲练结合 4 a为带电的金属板 电荷量为 q 沿金属板的垂直平分线 在距板r处有一质量为m 电荷量为q的小球 小球用绝缘丝线悬挂于o点 受水平向右的电场力偏转 角而静止 试求小球所在处的电场强度 讲练结合 定义式 适用于一切电场 决定式 仅对真空静止点电荷的电场适用 q是检验电荷 e与q无关 q是场源电荷 e与q成正比 仅指电荷在电场中的受力 是反映电场本身的力的性质的物理量 其大小表示电场的强弱 定义式 计算式 e的大小只决定于电场本身 与电荷q无关 f的大小由放在电场中某点的电荷q和该点的场强e共同决定 e是矢量 其方向与正电荷 q 在该点受到的电场力的方向相同 f是矢量 其方向对于正电荷 q f与e同向 对于负电荷 q f与e反向 e的单位 f的单位 e f q f qe 牛 库 n c 牛 n 问题 如何求合电场场强 可以用矢量运算的平行四边形定则求合电场场强 四 电场的叠加 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矢量和 遵循平行四边形定则 电场叠加 使用平行四边形定则 1 如图 p点的场强 等于 q1在该点产生的场强e1和 q2在该点产生的场强e2的矢量和 q1 q2 例 如图所示 真空中有两个点电荷q1 3 0 10 8c和q2 3 0 10 8c 它们相距0 1m a点与两个点电荷的距离r相等 r 0 1m 求 1 电场中a点的场强 2 在a点放入q 1 10 6c求它所受的电场力 1 2 7 104n c 2 2 7 10 2n 问题 电场强度可以表示出电场中各点场的强弱和方向 但是太抽象 能否用几何图线对电场进行形象 直观的描述呢 五 电场线 1 引入 电场线是人为的 假想的一簇曲线 2 电场虽然抽象但它是客观存在的物质 电场线虽然形象 但它是假想的曲线 点电荷的电场线分布特点 3 几种常见电场中电场线的分布及特点1 正 负点电荷的电场中电场线的分布 a 正电荷的电场线从正电荷出发延伸到无限远 b 负电荷的电场线无限远处延伸到负电荷 c 离点电荷越近 电场线越密 场强越大d 以点电荷为球心作个球面 电场线处处与球面垂直 在此球面上场强大小处处相等 方向不同 特点 a 等量异种电荷的电场线从正电荷出发到负电荷终止 b 两点电荷连线中垂面 中垂线 上 场强方向均相同 且总与中垂面 中垂线 垂直 2 等量异种点电荷形成的电场中的电场线分布 c 在中垂面 中垂线 上 与两点电荷连线的点0等距离各点场强相等 等量异种电荷 两电荷连线上 在两电荷连线中点o处场强最小 从o点向两侧逐渐增大 数值关于o点对称 中垂线上 在o点 即x 0处 e最大 x越大 即距o点越远e越小 两侧电场强度数值关于o点对称 3 等量同种点电荷形成的电场中电场中电场线分布情况 特点 a 等量同种电荷的电场线从正电荷出发延伸到无限远 或从无限远延伸到负电荷b 两点电荷连线中点o处场强为0c 两点电荷连线中点附近的电场线非常稀疏 但场强并不为0d 两点电荷连线的中点到无限远电场线先变密后变疏 等量同种电荷 连线上 在两电荷连线中点o处场强为0 从o点向两侧逐渐增大 数值关于o点对称 方向相反 中垂线上 从中点沿中垂线向两侧 电场强度的数值先增大后减小 两侧方向相反 关于o点对称的点数值相等 4 匀强电场 特点 a 匀强电场是大小和方向都相同的电场 故匀强电场的电场线是平行等距同向的直线b 电场线的疏密反映场强大小 电场方向与电场线平行 3 带等量异种电荷平行金属板间的电场线分布 等量异种电荷平行金属板间的电场线 平行板间匀强电场的电场线 几种常见电场的电场线分布 3 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 电场线越稀的地方 场强越小 4 两条电场线不能相交 5 电场线是不闭合的 4 电场线的特点 1 电场线始于正电荷 终止于负电荷 无穷远处 2 电场线上每一点的切线方向跟该点的场强方向一致 2 电场线是不闭合的 a 在静电场中 电场线起始于正电荷 终止于负电荷 不形成闭合曲线 b 等量的异种电荷的电场线也是不闭合的 c 电场线起始于正电荷 终止于负电荷 并没有闭合 通俗一点讲就是没有形成一个圈 1 两条电场线不能相交 电场线上某点的切线方向为该点的电场强度的方向 如果两条电场线相交 则在交点处电场强度的方向就有两个 分别为两条电场线在此点的切线方向 这是不可能的 因为电场强度是矢量 问题 电场线是带电粒子的运动轨迹吗 电场中并不存在 是为了研究电场方便而人为引入的 粒子在电场中的运动轨迹 是客观存在的 曲线上各点的切线方向即为该点的场强方向 同时也是正电荷在该点的受力方向 即正电荷在该点产生加速度的方向 轨迹上每一点的切线方向即为粒子在该点的速度方向 但加速度的方向与速度的方向不一定相同 小结 电场线与带电粒子运动轨迹重合的必须同时具备的条件 1 电场线是直线 2 带电粒子只受电场力 或受其他力 但方向沿电场线所在直线 3 带电粒子初速度为零或初速度方向沿电场线所在的直线 六 匀强电场 1 匀强电场 电场强度的大小和方向处处相同的电场 叫做匀强电场 2 匀强电场的电场线 是一组等间隔的平行线 3 匀强电场的实例 两块靠近的平行金属板 大小相等 互相正对 分别带有等量的正负电荷 它们之间电场除边缘附近外是匀强电场 1 如图所示的是一个点电荷周围的电场线 下列判断中正确的是 a 该点电荷为负电荷 距点电荷越近处电场强度越大b 该点电荷为负电荷 距点电荷越近处电场强度越小c 该点电荷为正电荷 距点电荷越近处电场强度越大d 该点电荷为正电荷 距点电荷越近处电场强度越小 c 讲练结合 2 如图5是某静电场的一部分电场线的分布情况 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点处受到的电场力比在b点处受到的电场力大c 点电荷q在a点处的瞬时加速度比在b处的瞬时加速度小 不计重力 d 负电荷在b点处受到的电场力的方向沿b点切线方向 b 讲练结合 3 两个等量异种电荷 a b为它们的连线上的两点 c d为连线中垂线上的两点 o为其垂足 a b c d四点到o点的距离都相等 则a b c d四点的场强的大小关系为 ea eb eoeo ec ed方向相同 讲练结合 4 两个等量同种正电荷 a b为它们的连线上的两点 c d为连线中垂线上的两点 o为其垂足 a b c d四点到o点的距离都相等 则a b两点的场强的大小关系为 c d两点的场强的大小关系为 eo 0ea eb 方向相反ec ed 方向相反 讲练结合 5 如图所示 有一水平方向的匀强电场 场强大小为9000n c 在电场内一水平面上作半径为10cm的圆 圆上取a b两点 ao沿e方向 bo oa 另在圆心处放一电量为10 8c的正点电荷 则a处场强大小ea n c b处的场强大小eb n c 方向 图11 答案 01 3 104斜向与场强方向夹角45 讲练结合 知识小结 1 电场强度是反映电场力的性质的物理量 其大小为放入电场中某点的电荷所受的电场力f跟它的电荷量q的比值 2 场强的定义式 任意电场 e f q q是检验电荷3 场强的决定式 真空中点电荷 e kq r2 q是场源电荷4 电场中某点的场强等于该点周围各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和 5 电场线不是电场里实际存在的线 而是形象地描述电场的假想的线 电场虽然抽象但它是客观存在的物质 电场线虽然形象但