高中物理 1.3 电场 电场强度和电场线课件 教科版选修31.ppt

第三节电场电场强度和电场线 第一章静电场 第一章静电场 一 电场1 本质和性质2 静电场 产生的电场 静止的电荷 二 电场强度1 检验电荷 1 定义 用来探测电场是否存在或研究电场的强弱及方向的电荷 2 特点 所带的电荷量要充分小 放入被研究的电场时 应该对原电场不产生影响 体积要充分小 可视为点电荷 在电场中的位置可以准确描述 2 场强 1 物理意义 描述电场 的物理量 从力的角度表征了电场的性质 2 定义 放入电场中一点电荷所受的 跟 的比值 叫做该点的电场强度 3 公式 e 4 单位 符号 5 方向 电场强度是矢量 不仅有大小 而且有 物理学上规定 在电场中某点所受电场力的方向为该点的场强方向 所以负电荷所受电场力的方向与该点场强方向 强弱和方向 电场力 电荷量 牛 库 n c 方向 正电荷 相反 3 匀强电场 电场中如果各点场强的 和 都相同 这样的电场叫匀强电场 4 点电荷的场强 真空中电荷量为q的点电荷在距它为r处某点产生的场强e 大小 方向 提示 表示q1电荷在点电荷q2处的场强大小 三 电场线1 概念 电场线是画在电场中的一条条 曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向 2 特点 1 曲线上切线方向表示该点的场强方向 2 起始于无穷远或 终止于 或 3 任意两条电场线 4 电场线的疏密表示场强的 有方向的曲线 正电荷 无穷远 负电荷 不相交 大小 3 几种常见电场的电场线画法 光芒四射 发散状 众矢之的 会聚状 势不两立 相斥状 手牵手 心连心 相吸状 等间距的 平行状 想一想 2 电场中的电场线为什么不相交 提示 电场中某点的电场强度的大小和方向 根据其客观性是唯一确定的 如果电场线相交 则在交点处将出现两个切线方向 根据画电场线的规定 交点处的电场强度方向是唯一的 所以电场中的电场线在空间是不能相交的 学案导引1 求合场强时能直接相加吗 电场强度的性质及公式比较 1 电场强度的性质 1 矢量性 与正电荷受力的方向相同 2 唯一性 由电场本身的特性决定 3 叠加性 多场共存时 合场强由平行四边形定则求出 定义式 决定式 给出了一种量度电场强弱的方法 指明了点电荷场强大小的决定因素 一切电场 真空中的点电荷的电场 q表示引入电场的检验 或试探 电荷的电荷量 q表示产生电场的点电荷的电荷量 e用f与q的比值来表示 但e的大小与f q的大小无关 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 答案 1 1 0 10 8n沿mo指向q 2 100n c沿om连线背离q 3 100n c沿om连线背离q 4 m点 c 学案导引1 带电粒子的运动轨迹一定与电场线重合吗 2 没有电场线的地方就没有电场吗 1 电场线不存在 它是为了形象描述电场而假设的 是一种科学抽象的物理模型 2 电场线不是带电粒子的运动轨迹 1 电场线上每点的切线方向为该点的场强方向 也是正电荷在该点受力产生的加速度方向 与负电荷受力方向相反 电场线的理解及应用 2 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 3 物体运动速度的方向和它的加速度方向是两回事 不一定相同 4 不能认为电场线就是带电粒子在电场中的轨迹 3 带电粒子的运动轨迹与电场线重合的条件要想使带电粒子的运动轨迹与电场线重合 则必须同时满足下列条件 1 电场线是直线 2 带电粒子只受电场力 或受其他力 但合力方向沿电场线所在直线 3 带电粒子的初速度为零或初速度方向与电场线在同一直线上 4 由电场线的疏密判断场强的大小按照电场线画法的规定 场强大处画电场线密 场强小处画电场线疏 因此根据电场线的疏密就可以比较场强的大小 例如 图甲中由于a点处比b点处的电场线密 可知ea eb 但若只给一条电场线 如图乙 则无法由疏密程度来确定 对此种情况可有多种推理判断 1 若是正点电荷电场中的一条电场线 由点电荷场强公式可知ea eb 2 若是负点电荷电场中的一条电场线 则有eb ea 3 若是匀强电场中的一条电场线 则有ea eb 当然 还可以有其他的推理判断 特别提醒 1 电场线不闭合 区别于磁场中的磁感线 2 电场线不相切 否则意味着无限稠密 场强无限大 a 关键提醒 1 根据微粒的v t关系图像可知 微粒做何种规律的运动 2 带负电的微粒所受电场力的方向与电场线的方向一致吗 3 电场线的疏密反映电场哪方面的性质 2 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的运动轨迹如图中虚线所示 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 d 解析 由a b的弯曲方向来看两个带电粒子所带电性一定相反 但却不能判断谁正 谁负 由于电场线方向未知 故无法确定a b的电性 a错误 因力的方向沿电场线且要指向轨迹的凹侧 速度沿轨迹的切线方向 由此知a和b所受的电场力与速度方向都成小于90 夹角 所以电场力对a b均做正功 b c错误 由电场线的疏密知 d正确 学案导引1 等量异种电荷连线上的场强哪里最大 2 等量同种电荷连线上的场强哪里最小 3 如何计算多个点电荷产生的电场的电场强度 电场强度的叠加及特例分析 1 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矢量和 这种关系叫做电场强度的叠加 例如 右图中p点的电场强度 等于电荷 q1在该点产生的电场强度e1与电荷 q2在该点产生的电场强度e2的矢量和 2 比较大的带电体的电场 可把带电体分成若干小块 每小块看成点电荷 用点电荷电场叠加的方法计算 2 特例分析 1 等量异种电荷 两电荷连线的中垂线上 各点的场强方向为由正电荷的一边指向负电荷的一边 且与中垂线垂直 o点的场强最大 从o点沿中垂线向两边逐渐减小 直至无穷远时为零 中垂线上任意一点a与该点关于o点的对称点b的场强大小相等 方向相同 如图甲所示 两电荷的连线上 各点场强的方向由正电荷沿两电荷的连线指向负电荷 o点的场强最小 从o点沿两电荷的连线向两边逐渐增大 两电荷的连线上 任一点c与关于o点对称的点d的场强相同 如图甲所示 甲乙 2 等量同种正电荷 两电荷连线的中垂线上 o点和无穷远处的场强均为零 所以在中垂线上 由o点的零场强开始 沿中垂线向两边场强先变大 后逐渐减小 到无穷远时减小为零 中垂线上任一点a与该点关于o点的对称点b的场强大小相等 方向相反 如图乙所示 两电荷的连线上 在两电荷的连线上 每点场强的方向由该点指向o点 大小由o点的场强为零开始向两端逐渐变大 任意一点c与该点关于o点的对称点d的场强大小相等 方向相反 如图乙所示 两个带等量正电荷的点电荷 o为两电荷连线的中点 a点在中垂线上 若在a点由静止释放一个电子 如图所示 关于电子的运动 下列说法正确的是 a 电子在从a向o点运动的过程中 加速度越来越大 速度越来越大b 电子在从a向o点运动的过程中 加速度越来越小 速度越来越大c 电子运动到o点时 加速度为零 速度最大d 电子通过o点后 速度越来越小 加速度越来越大 一直到速度为零 c 审题指导 审题时应明确以下几点 1 等量正点电荷电场线的分布情况 2 电子带负电 受力方向与电场线反向 解析 o点的场强为零 沿中垂线向两边先变大 达到一个最大值后 再逐渐减小到零 因a点与最大场强点的位置不能确定 当a点在最大场强点的上方时 电子在从a点向o点运动的过程中 加速度先增大后减小 如果a点在最大场强点的下方 电子在向o点运动的过程中 加速度一直减小 但不论a点的位置如何 电子在向o点运动的过程中 都在做加速运动 所以电子的速度一直增大 当到达o点时 o点的场强为零 电子在o点的加速度为零 速度达到最大值 电子通过o点后 运动方向与场强的方向相同 故电子做减速运动 由能量守恒得 当电子运动到a点关于o点的对称点时 速度为零 同样因a点关于o点的对称点与最大场强的位置关系不能确定 故加速度的大小不能确定 故答案应选c b 等效重力场的应用 范例 12分 半径为r的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内 环上套有一质量为m 带正电的珠子 空间存在水平向右的匀强电场 如图所示 珠子所受静电力是其重力的3 4 将珠子从环上最低位置a点由静止释放 则珠子所能