13.2 电场 电场强度第一课时.ppt

13 2电场电场强度 第十三章电场 河北师大附中李喜昌 第一课时电场电场强度 1 研究内容 真空中两个点电荷之间的作用力跟哪些因素有关系 有什么关系 3 实验依据 库仑扭秤实验 k 9 0 109n m2 c2 4 适用条件 真空 点电荷 2 三种表述 真空中两个点电荷之间相互作用力 跟它们的电荷量的乘积成正比 跟它们的距离的二次方成反比 作用力的方向在它们的连线上 库仑定律 回首往事 k的物理意义 两个1c的点电荷在真空中相距1m时 它们之间的静电力的大小为9 0 109n q1和q2代绝对值计算 甲同学想给乙同学一个力 可以用什么方法 1 甲乙直接接触 如拳打 脚踢 头顶等 2 也可以用工具 用棍子打 用石头砸 用枪打等 要实现物体间力的作用 可以采取直接接触的方法 也可以采取通过第三者间接作用的方式 除此之外 别无他法 两个磁体不接触 可以产生相互作用力 两个磁体之间是如何实现相互作用的呢 是通过第三者间接作用的方式来实现的 第三者是什么 磁场 磁体a 磁体b 磁场 电荷q1 电荷q2 电场 电场 尽管看不见 摸不到 但它是实际存在的 可以根据它表现出来的性质研究它 认识它 这是物理学中常用的研究方法 问题1电荷之间的相互作用力是如何发生的 1 电荷的周围存在着电场 静止电荷的周围存在着静电场 本章只研究静止电荷产生的电场 静电场 3 电场的基本性质 对放入电场的电荷有力的作用 这种力叫电场力 一 电场 2 电场是一种特殊形态的物质 场 电场 磁场 引力场等 它虽不同于由原子和分子所组成的实物 但也是不依赖于我们的感觉而客观存在的物质 问题2电场看不见 摸不着 如何检验电场的存在 如何检验风的存在 在电场中某点放一个试探电荷 如果受到力的作用 就说明放入点存在电场 反之说明放入点不存在电场 将同一个电荷q 分别放在电场中的不同点 它所受的电场力的大小和方向一般说来是不同的 说明电场中不同点电场的强弱和方向是不同的 把同一个电荷放在一个电场中的不同点 电荷受到的电场力是否相同 问题3怎样描述电场各点的强弱程度 1 试探电荷q 放在我们所研究的电场中 用来检验该电场的性质的电荷 2 试探电荷必须具备的条件 1 点电荷 体积很小 便于研究不同点的电场 2 电量足够小 使得当将试探电荷引入电场中时不改变场电荷的分布 q q fa a b q 方案一 用试探电荷在某点所受的电场力的大小表示电场的强弱 在电场中的同一点 电场的强弱是一定的 不同电量的试探电荷放在该点 所受的电场力是不同的 因为电场力与它所带的电量有关 因此 不能用电场力来表示电场的强弱 方案二 试探电荷在某点受到的电场力跟其电量的比值表示电场的强弱 场源电荷 试探电荷 电量很小 体积很小 不致影响原来的电场 在a点 在b点 比值大 比值小 我们可以用放入电场中某点的电荷所受的电场力f跟它的电荷量q的比值的大小来反映电场的强弱程度 我们把这个比值叫做电场强度 简称场强 a点电场强 b点电场弱 1 定义 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 叫做该点的电场强度 简称场强 用公式表示 2 电场强度是矢量 在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的电场力的方向跟该点的场强方向相反 4 场强是反映电场本身特性的物理量 与是否存在试探电荷 试探电荷的正或负均无关 二 电场强度 3 场强的单位 牛 库 符号是n c 5 电场力f qe 电场力既与电荷电量有关 电场力由电荷的电量和电荷所在处的场强共同决定 问题4真空中点电荷的场强如何 利用电场强度定义和库仑定律 推导真空中点电荷电场中某点的电场强度 真空中点电荷 任意电场 真空中点电荷的电场 2 场强方向 正点电荷电场方向背离场源电荷 负点电荷电场方向指向场源电荷 1 场强大小 与的区别联系 三 真空中点电荷电场中某点的电场强度 任意电场电场强度的定义式 度量式 真空中点电荷场强的决定式 函数式 四 电场的叠加 如果有几个点电荷同时存在 它们电场应互相叠加 形成合电场 这时某点的场强等于各个点电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和 问题5 若真空中有两个或两个以上的点电荷 那么电场中某点的场强怎么求 电场强度 1 引入目的 物理意义 为了反映电场的强弱程度和方向特性 2 量度方式 任意电场电场强度的定义式 度量式 3 决定因素 电场强度e决定于电场本身的性质 其大小和方向由场源电荷q和空间位置 点 共同唯一决定 跟此点有无试探电荷以及试探电荷的电性 电量q 所受电场力f等均无关 真空中点电荷场强的决定式 函数式 4 矢标量 电场中某点的电场强度方向与正电荷在该点所受电场力方向相同 与负电荷在该点所受的电场力方向相反 由于场强是矢量 矢量均满足独立性原理和叠加原理 故电场互相叠加 形成合电场 则某点的场强等于各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和 即利用平行四边形定则进行合成 5 单位换算 n c或v m 可以证明1n c 1v m 6 测量方法 根据电场强度的定义式 度量式 进行测量 五 小结 专题一两个场强公式的比较 注意 q是试探电荷的电量 q是场电荷的电量 e与q无关 e与q成正比 与的区别联系 任意电场电场强度的定义式 度量式 真空中点电荷场强的决定式 函数式 1 在真空中有两点a b相距30cm 在a点放入一个点电荷q 在b点放入一个负的检验电荷q1 1 5 10 12c 受到的电场力f 3 10 9n 并沿ab方向 求 取走q1 在b点再放一个q2 3 0 10 12c的正电荷 b点的场强是多大 q的电量多大 q加倍 b点的场强如何变化 b点的场强多大 2 10 8c 2 103n c 2 103n c 4 103n c 任意导体电阻的度量式 柱形金属导体电阻的决定式 2 如图所示 a为带正电q的金属板 沿金属板的垂直平分线 在距板r处放一质量为m 电量为q的小球 小球受水平向右的电场力偏转 角而静止 小球用绝缘丝线悬挂于o点 试求小球所在处的电场强度 方向水平向右 错解 真理是相对的 电场强度是矢量 不仅要求出大小 还要明确方向 3 下列说法中 正确的是 a 公式e f q只适用于真空中点电荷产生的电场b 由公式e f q可知 电场中某点的电场强度e与试探电荷在电场中该点受到的电场力f成正比 与放入试探电荷的电量q成反比c 电场强度的方向就是放入电场中的电荷受到的电场力的方向d 由公式e kq r2可知 在离电荷非常近的地方 r趋近于0 电场强度可达无穷大e 在库仑定律的表达式e kq1q2 r2中 kq2 r2是点电荷q2产生的电场在点电荷q1所在处的场强大小 而kq1 r2是电荷q1产生的电场在点电荷q2所在处的场强大小 答案 e 注意与的适用条件和物理意义 专题二电场强度矢量的叠加问题 电场强度是矢量 矢量的合成应遵循平行四边形定则 如果几个点电荷单独存在时在某点产生的电场强度共线 可以根据符号规则把矢量运算转化为代数运算求该点电场强度 如果几个点电荷单独存在时在某点产生的电场强度不共线 必须根据平行四边形定则把矢量运算转化为一个解三角形的数学问题 其中主要是解直角三角形 而解直角三角形的方法不外乎三角函数和勾股定理 从而求出该点的电场强度 1 在x轴上有两个点电荷 一个带正电q1 一个带负电 q2 且q1 2q2 用e1和e2分别表示两个电荷所产生的场强的大小 则在x轴上 a e1 e2之点只有一处 该点合场强为0b e1 e2之点共有两处 一处合场强为0 另一处合场强为2e2c e1 e2之点共有三处 其中两处合场强为0 另一处合场强为2e2d el e2之点共有三处 其中一处合场强为0 另两处合场强为2e2 答案 b 根据点电荷场强公式 所求点应该离带电量较小的q2近 在q1 q2之间 可有e1与e2大小相等 方向相同的一点 合场强为2e2 在q1 q2延长线上q2的另一侧 可有e1和e2大小相等 方向相反的一点 合场强为0 同一条直线上矢量的合成 若e1和e2表示场强呢 答案 acd 不在同一条直线上矢量的合成 场强的合成遵循平行四边形定则 认真画出场强合成的示意图 从两个点电荷的电量q1 q2入手分析 7 5 异号 由场强的叠加可知 q1和q2为异号电荷 撤去qa ec 为qb在该处产生的场强 由平行四边形定则可求出ec 7 5n c 矢量的合成和分解都遵循平行四边形定则 本题利用矢量三角形和几何三角形相似解题比较简便 专题三运用对称性思想方法求电场强度 只有点电荷的场强才能用公式计算 故有时需根据对称性思想需将非点电荷模型问题转化为点电荷模型 先设想在a b之间补上一小段金属丝 与原金属丝带同种电荷且单位长度上的电量相等 根据对称性 整个金属丝上的电荷在圆心处产生的合场强为零 将a b之间金属丝上的电荷看成点电荷 它所带电量为 它在圆心处产生的场强与原金属丝上电荷在圆心处产生的场强大小相等 方向相反 填补对称叠加等效替换 方向由圆心指向间隙中心 水平向左 kq d2 因为ea 0 故薄板与 q产生的场强在该处大小相等 方向相反 即e板 eq kq d2 同时可知 薄板也带正电 根据薄板形成电场的对称性 薄板在b点的场强也为kq d2 方向水平向左 对称叠加等效替换 答案 d 对p2 均匀带电细杆整个杆的电荷对p2均有场强 叠加后为e2 方向水平向右 由于对p1产生场强的电荷小于对p2产生电场的电荷 所以有e1 e2 若均匀带电细杆带负电荷 同理可得 设均匀带电细杆带正电荷 对p1 均匀带电细杆在p1的左边l 4和右边l 4的电荷在p1点的场强叠