高中物理 第一章 静电场 3电场电场强度和电场线课件 教科版选修31.ppt

3电场电场强度和电场线 在力学中 我们所学过的弹力 摩擦力都是接触力 只有相互接触的两个物体之间才有可能产生弹力 摩擦力 脚踢球 脚对球的力直接作用在球上 狗拉雪橇 狗对雪橇的拉力是通过绳子作用的 以上这些例子中 力都是存在于直接接触的物体之间 那么 两个电荷之间并不接触 它们之间的相互作用力是如何实现的呢 1 理解电场的概念 知道电荷之间通过电场发生相互作用 2 理解电场强度的概念及其定义式 能推导点电荷场强的计算式 并能进行有关的计算 重点 3 掌握电场线的性质 熟记几种典型电场的电场线分布 法拉第提出 电荷周围存在电场 电荷 电荷 力的作用 通过电场 归纳 电荷与电荷之间通过电场发生相互作用 一 电场 a电荷的电场对b电荷产生力的作用 即b电荷在a电荷的电场中受到电场力的作用 反之亦然 电场的基本性质 电场对处在其中的电荷有力的作用 这种力叫做电场力 电荷a 电荷b f 电场 f 那么 我们如何来比较电场的强弱呢 用电荷所受的电场力比较行吗 q q fa q fb a b 用来检验电场性质的电荷 这个电荷的存在与否不影响要检验的电场情况 带电体用做检验电荷要满足两个条件 1 电荷量要充分小 放入电场之后 不影响原来要研究的电场分布 2 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 便于研究电场中各点的情况 如图 空间存在电场 我们如何利用检验电荷比较各点的电场强弱 讨论交流 可以用哪个物理量确切表示电场的强弱呢 二 电场强度 带电量分别为q 2q 3q的检验电荷依次放在a b两点 请分别确定检验电荷所受电场力的大小 在b点受力 在a点受力 3q 2q q 电荷电量 对表中的数据分别进行横向和纵向的对比分析 并据此说明能否用电荷所受的电场力和电量的比值表示电场的强弱 1 定义 电场中某一点的电荷受到的电场力f跟它的电荷量q的比值 叫做该点的电场强度 简称场强 用e表示 2 公式 e f q 比值法 3 单位 n c 4 电场强度是矢量物理学中规定 电场中某点的场强方向跟正电荷在该点所受的电场力方向相同 负电荷在电场中某点所受电场力的方向跟该点的场强方向相反 特别注意 电场中某一点的场强大小和方向有唯一确定的值 与所放检验电荷的电性无关 与所放检验电荷所带的电荷量多少无关 与该点有无电荷无关 例题 电场中某点的场强大小为4 10 n c 电荷量为 5 10 c的点电荷在该点受到的电场力是多大 解 f eq 4 10 n c 10 c 10 n 注 计算时 只代入绝对值 算出力的大小 力的方向由放入电荷与已知点电荷的正负来确定 思考 真空中 距离某电荷r处的场强大小如何计算 三 真空中点电荷的场强 1 决定式 q 产生电场的点电荷 r 电场中某点到q的距离 只适用于 真空中 点电荷 2 方向 e kq r2 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 求电场中a点的场强 a点与两个点电荷之间的距离r相等 r 0 1m e1 e2 e 例题2 e e1cos60 e2cos60 2e1cos60 2kq1cos60 r2 代入数值得e 2 7 104n c 解析 点电荷q1 q2在a点产生的场强分别为e1 e2 它们的大小相等 方向如图所示 a点的场强为两个场强的合场强 电场是一种客观存在的物质 但是它看不见 摸不到 非常抽象 不便交流和研究 想一想 引入目的 为了形象化地反映和描述电荷周围的电场 物理意义 电场线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致 某一区域电场线的疏密反映了这一区域场强的大小 电场虽然抽象但它是客观物质 电场线虽然形象但它是主观想象 实际并不存在 四 电场线 带电 为什么 静电斥力 形状大致显出电场线的分布 各种电场线的模拟 正点电荷的电场线分布 发散状中心对称图形 起始于正电荷 终止于无穷远处 在以正点电荷为球心的球面上 电场线疏密程度相同 但方向各不相同 球面半径越大 球面上电场线分布越疏 会聚状中心对称图形 负点电荷的电场线分布 起始于无穷远处 终止于负电荷 在以负点电荷为球心的球面上 电场线疏密相同 但方向各不相同 球面半径越大 球面上电场线分布越疏 像黑洞一样把周围物体全吸进来 两个等量异种点电荷的电场线分布 像灯笼一样和谐对称 起始于正电荷 终止于负电荷 两点电荷连线的中垂线上 电场线方向均与中垂线垂直 等量异种点电荷连线上以中点电场线最疏 中垂线上以中点的电场线最密 两点电荷的连线上或中垂线上到两点电荷连线中点等距离处各点的电场线疏密相同 方向相同 两个等量同种点电荷的电场线分布 两军对垒排兵布阵完毕 起始于正电荷 终止于无穷远处 在中垂线上从两电荷连线中点到无穷远 电场线先变密后变疏 等量同种点电荷连线和中垂线上关于中点对称处的电场线疏密相同 方向相反 关于两电荷连线和中垂线的轴对称图形 正点电荷与带负电金属板间的电场线分布 天女散花垂柳 起始于正电荷 终止于负电荷 电场线与金属板的表面处处垂直 关于点电荷到金属板的垂线为对称轴的轴对称图形 带等量异种电荷平行金属板间的电场线分布 起始于正电荷 终止于负电荷 除边缘外 两个金属板之间的电场线疏密均匀 方向相同 为平行等距同向直线 株距行距都相等的树林 匀强电场 1 电场线上每一点切线方向为该点场强方向 电场线越密的地方 场强越大 电场线越稀的地方 场强越小 2 电场线是不封闭的曲线 电场线总是从正电荷 或者从无穷远 出发到负电荷终止 或者延伸到无穷远 电场线不会在没有电荷的地方中断 3 任意两条电场线都不相交4 仅在电场力作用下 电场线一般不是电荷的运动轨迹 小结 电场线的性质 例题3 图中实线是一簇由正点电荷产生的电场线 虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹 带电粒子在从a到b的运动过程中只受电场力作用 根据此图可作出的正确判断是 a 带电粒子的电性b 带电粒子在a b两点的受力方向c 带电粒子在a b两点的速度方向d 带电粒子在a b两点的速度何处较大 abcd 先画出入射点的轨迹切线 即画出初速度的方向 再根据轨迹的弯曲方向确定电场力的方向 进而利用力学研究的方法来解决有关问题 会根据给定一簇电场线和带电粒子的运动轨迹 分析推断有关问题 2 电场强度 4 电场线 熟记几种典型电场的电场线分布 1 电场 电荷的周围存在电场 电场的基本性质 对处在其中的电荷有力的作用 公式 e f q 3 点电荷场强公式 e kq r2 检验电荷 所带电量小体积小 问题讨论 电场线一定不能相交 对吗 如果相交 交点就会有两个切线方向 而同一点场强的方向是唯一的 返回 练习1 真空中有一电场 在电场中的p点放一电量为4 10 9c的检验电荷 它受到的电场力为2 10 5n 则p点的场强为n c 把检验电荷的电量减少为2 10 9c 则检验电荷所受的电场力为n 如果把这个检验电荷取走 则p点的电场强度为n c 5 103 1 10 5 5 103 练习2 由电场强度的定义式e f q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点处的场强一定为零 bc 练习3 2013 海南高考 如图 电荷量为q1和q2的两个点电荷分别位于p点和q点 己知在p q连线上某点r处的电场强度为零 且pr 2rq 则 a q1 2q2b q1 4q2c q1 2q2d q1 4q2 b 练习4 如图所示 ab是某电场中的一条电场线 在电场线上p处自由释放一个负检验电荷时 它沿直线向b点处运动 对此现象下列判断中正确的是 不计电荷重力 a 电荷向b做匀加速运动b 电荷向b做加速度越来越小的运动c 电荷向b做加速度越来越大的运动d