歡迎進(jìn)入物理課堂 第2章電場與示波器 第2章電場與示波器 2 1探究電場的力的性質(zhì) 目標(biāo)導(dǎo)航1 掌握電場強(qiáng)度的矢量性 重點(diǎn) 2 掌握電場強(qiáng)度矢量的疊加 并能進(jìn)行簡單的計算 重點(diǎn) 難點(diǎn) 3 掌握用電場線描述電場的方法 重點(diǎn) 一 電場1 電場 周圍存在著由它產(chǎn)生的電場 場是 存在的一種形態(tài) 2 電場力 電場最基本的性質(zhì)是能夠?qū)鲋械碾姾捎?的作用 這個力叫做 3 靜電場 相對于觀察者靜止的電荷的電場稱為 電荷 物質(zhì) 力 電場力 靜電場 二 怎樣描述電場1 定量描述電場 1 試探電荷 是一種理想化的物理模型 試探電荷的電荷量和尺寸都必須充分小 以至于放入電場時可以忽略對原來電場的影響 能確切地反映它在電場中的位置 2 電場強(qiáng)度 定義 電場中某點(diǎn)的電荷所受到的 跟它的 的比值 叫做電場在該點(diǎn)的電場強(qiáng)度 簡稱 用E表示 定義式 點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式 電場力F 電荷量q 場強(qiáng) 方向 電場中某點(diǎn)電場強(qiáng)度的方向跟 在該點(diǎn)所受電場力的方向相同 單位 該單位為導(dǎo)出單位 由力的單位和電量的單位共同決定 物理意義 反映電場 的物理量 描述電場力的性質(zhì) 正電荷 N C 強(qiáng)弱 想一想提示 不相同 q是試探電荷 Q是場源電荷 2 形象描述電場 1 電場線 在電場中畫出的一些有方向的曲線 在這些曲線上 每一點(diǎn)的切線方向都表示該點(diǎn)的 方向 這樣的曲線叫 用電場線的 來大致表示電場強(qiáng)度的大小 2 物理模型 電場線是為了形象地描述電場而假想的線 電場中實際 這些線 電場強(qiáng)度 電場線 疏密 并不存在 3 勻強(qiáng)電場 場強(qiáng)的大小和方向都相同的電場叫做 電場 三 電場的疊加原理許多點(diǎn)電荷在某點(diǎn)的合場強(qiáng) 等于各點(diǎn)電荷的電場在該點(diǎn)場強(qiáng)的 可以表示為E合 E1 E2 En 這叫做電場的疊加原理 四 勻強(qiáng)電場中金屬導(dǎo)體的電荷分布 勻強(qiáng) 矢量和 1 靜電平衡 物理學(xué)中將導(dǎo)體中沒有電荷移動的狀態(tài)叫做 2 導(dǎo)體的內(nèi)部場強(qiáng) 處在靜電平衡下的導(dǎo)體 內(nèi)部場強(qiáng)處處為 3 在導(dǎo)體表面附近 電場線與表面的關(guān)系 4 電荷分布 處于靜電平衡下的導(dǎo)體 電荷只分布在導(dǎo)體的 靜電平衡 零 垂直 外表面 要點(diǎn)1對電場強(qiáng)度的理解 學(xué)案導(dǎo)引 一檢驗電荷q 4 10 9C 在電場中P點(diǎn)受到的電場力F 6 10 7N 求 1 P點(diǎn)的場強(qiáng) 2 沒有檢驗電荷時P點(diǎn)的場強(qiáng) 3 放一電荷量為q 1 2 10 6C的電荷在P點(diǎn) 其受到的電場力F 是多大 答案 1 1 5 102N C 2 1 5 102N C 3 1 8 10 4N 變式訓(xùn)練 要點(diǎn)2對電場線的理解 學(xué)案導(dǎo)引1 電場線是電場中真實存在的線嗎 2 電場線如何描述場的方向和強(qiáng)弱 1 常見電場的電場線分布情況 圖2 1 1 2 電場線不是電荷的運(yùn)動軌跡 1 電場線是為了形象地描述電場而引入的假想曲線 規(guī)定電場線上某點(diǎn)的場強(qiáng)方向沿該點(diǎn)的切線方向 也就是正電荷在該點(diǎn)受電場力產(chǎn)生的加速度的方向 2 運(yùn)動軌跡是帶電粒子在電場中實際通過的徑跡 徑跡上每點(diǎn)的切線方向為粒子在該點(diǎn)的速度方向 結(jié)合力學(xué)知識 可以知道物體的速度方向不一定與加速度的方向一致 因此電場線不一定是粒子的運(yùn)動軌跡 3 在滿足以下條件時 電場線與帶電粒子的運(yùn)動軌跡重合 電場線是直線 帶電粒子只受電場力作用 或受其他力 但其他力的合力為零或其他力的合力的方向沿電場線所在直線 帶電粒子初速度為零或初速度方向沿電場線所在的直線 3 電場線的疏密和場強(qiáng)的關(guān)系的常見情況按照電場線的畫法的規(guī)定 場強(qiáng)大的地方電場線密 場強(qiáng)小的地方電場線疏 在圖中EA EB 圖2 1 2 但若只給一條直電場線 如圖2 1 3所示 則無法由疏密程度來確定A B兩點(diǎn)的場強(qiáng)的大小 對此情況可有多種推理判斷 圖2 1 3 若是正點(diǎn)電荷電場中的一根電場線 則EA EB 若是負(fù)點(diǎn)電荷電場中的一根電場線 則EA EB 若是勻強(qiáng)電場中的一根電場線 則EA EB 特別提醒 1 兩條電場線間的空白處存在電場 電場線上某點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的場強(qiáng)方向 2 電場中任何兩條電場線都不能相交 電場線也不閉合 3 帶電粒子在電場中的運(yùn)動軌跡由帶電粒子所受合外力與初速度共同決定 某靜電場中的電場線如圖2 1 4所示 帶電粒子在電場中僅受電場力作用 其運(yùn)動軌跡如圖中虛線所示 由M運(yùn)動到N 以下說法正確的是 A 這個電場可能是負(fù)點(diǎn)電荷形成的B 粒子必定帶正電荷 圖2 1 4 C 粒子在M點(diǎn)所受的電場力比在N點(diǎn)所受的電場力大D 粒子在M點(diǎn)的加速度大于它在N點(diǎn)的加速度 思路點(diǎn)撥 解答本題時應(yīng)把握以下四點(diǎn) 1 點(diǎn)電荷的電場線是直線 2 電荷的受力方向為其運(yùn)動曲線彎曲方向 3 電場線的疏密表示電場的強(qiáng)弱 4 電荷受力大小與場強(qiáng)大小有關(guān) 場強(qiáng)越大 受力越大 答案 B 方法指引 這類問題首先要根據(jù)帶電粒子軌跡彎曲方向 判斷出受力情況 第二步把電場線方向 受力方向與電性相聯(lián)系 第三步把電場線疏密和受力大小 加速度大小相聯(lián)系 變式訓(xùn)練2 如圖2 1 5所示 空間有一電場 電場中有兩個點(diǎn)a和b 下列表述正確的是 A 該電場是勻強(qiáng)電場B a點(diǎn)的電場強(qiáng)度比b點(diǎn)的大C b點(diǎn)的電場強(qiáng)度比a點(diǎn)的大D 正電荷在a b兩點(diǎn)受力方向相同 圖2 1 5 解析 選B 勻強(qiáng)電場的電場線是等間距的平行線 故A錯 a點(diǎn)電場線比b點(diǎn)電場線密 故B正確 C錯誤 a b兩點(diǎn)電場線的切線方向不同 故場強(qiáng)方向不同 電場力方向不同 D錯誤 要點(diǎn)3電場的疊加 學(xué)案導(dǎo)引1 電場疊加滿足的運(yùn)算規(guī)則是什么 2 等量同種電荷或等量異種電荷空間場如何分布 1 場強(qiáng)的疊加 1 同一直線上的場強(qiáng)疊加時 方向相同的兩個電場的合場強(qiáng)等于兩場強(qiáng)之和 方向與各場強(qiáng)方向一致 方向相反的兩個電場的合場強(qiáng)等于兩場強(qiáng)之差 方向與場強(qiáng)大的那個分場強(qiáng)的方向一致 2 不在同一直線上的場強(qiáng)疊加時 其合場強(qiáng)的計算遵守平行四邊形定則 2 等量異種電荷連線上 連線的中垂線上電場強(qiáng)度的變化情況 1 兩點(diǎn)電荷連線上各點(diǎn)電場強(qiáng)度的方向由該點(diǎn)指向負(fù)電荷 從正點(diǎn)電荷到負(fù)點(diǎn)電荷場強(qiáng)先變小后變大 兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)O是連線上場強(qiáng)最小的點(diǎn) 2 兩點(diǎn)電荷連線的中垂線上 各點(diǎn)場強(qiáng)方向均相同 且垂直于中垂線指向負(fù)電荷一側(cè) 從O點(diǎn)沿中垂線往兩側(cè)場強(qiáng)逐漸減小 3 關(guān)于O點(diǎn)對稱的點(diǎn)的場強(qiáng)等大同向 見圖甲中的A與A B與B 圖2 1 6 3 等量同種電荷連線上 連線的中垂線上電場強(qiáng)度的變化情況 1 兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)O處場強(qiáng)為零 從O點(diǎn)往兩側(cè) 場強(qiáng)逐漸增大 2 從O點(diǎn)沿中垂線往兩側(cè) 電場線先變密后變疏 場強(qiáng)先變大后變小 3 兩點(diǎn)電荷連線中垂線上各點(diǎn)的電場強(qiáng)度的方向與中垂線平行 4 關(guān)于O點(diǎn)對稱的點(diǎn)的電場強(qiáng)度等大反向 見圖乙中的A與A B與B 在真空中 電荷量均為q的異種點(diǎn)電荷相距r 則 1 兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)的場強(qiáng)如何 2 在兩電荷垂直平分線上到兩點(diǎn)電荷距離均為r的點(diǎn)的場強(qiáng)又如何 思路點(diǎn)撥 根據(jù)點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式和場強(qiáng)的疊加原理分析 計算 圖2 1 7 答案 見精講精析 方法指引 此題屬場強(qiáng)疊加類問題 解決此類問題的基本思路 1 明確有幾個場源 電荷 在你所考查的空間或位置激發(fā)電場 2 分析各個場源在你所考查的位置或空間激發(fā)電場的強(qiáng)弱和方向 3 根據(jù)電場疊加原理 多個場源激發(fā)電場的合場強(qiáng)應(yīng)等于各個電場單獨(dú)存在時在該點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)的矢量和 各個場強(qiáng)方向若在一條直線上 可用代數(shù)運(yùn)算法 如果不在一條直線上用矢量合成的平行四邊形定則來運(yùn)算 變式訓(xùn)練3 2012 海門高二檢測 已知四個點(diǎn)電荷q q q q分別分布于邊長為a的正方形的四個頂點(diǎn)A B C D處 如圖2 1 8所示 則正方形中心的場強(qiáng)大小為 圖2 1 8 電場強(qiáng)度與力學(xué)綜合問題 經(jīng)典案例 10分 2012 東營高二檢測 在一個點(diǎn)電荷Q形成的電場中 坐標(biāo)軸上A B兩點(diǎn)的坐標(biāo)分別為2 0m和5 0m 放在A B兩點(diǎn)的試探電荷受到的電場力方向都跟x軸的正方向相同 電場力的大小跟試探電荷所帶電荷量的關(guān)系圖像如圖2 1 9中直線a b所示 放在A點(diǎn)的電荷帶正電 放在B點(diǎn)的電荷帶負(fù)電 求 1 B點(diǎn)的電場強(qiáng)度的大小和方向 2 試判斷點(diǎn)電荷Q的電性 并說明理由 3 點(diǎn)電荷Q的位置坐標(biāo) 圖2 1 9 審題指導(dǎo) 解此題的關(guān)鍵要看清F q圖像中的信息和O A B三點(diǎn)在x軸上的位置 答案 1 2 5N C沿x軸負(fù)方向 2 帶負(fù)電理由見解題樣板 3 2 6m 0 名師點(diǎn)評 1 電場的特性是對放入其中的電荷有力的作用 因正 負(fù)電荷受電場力方向相反 故規(guī)定正電荷受力方向為該點(diǎn)場強(qiáng)方向 2 借助圖像考查的力 電綜合問題中 看清圖像意義 提取圖像信息是正確解題的關(guān)鍵 1 何謂 凈電荷 凈電荷 與 靜電荷 有何區(qū)別 提示 所謂 凈電荷 并不是指靜電荷 我們知道金屬導(dǎo)體中有大量的自由電子 它們帶有負(fù)電荷 還有很多失去外層電子的正離子 它們帶有正電荷 這些都可以叫 靜電荷 但是當(dāng)導(dǎo)體不帶電時 導(dǎo)體的正負(fù)電荷數(shù)是相等的 我們說導(dǎo)體不帶有 凈電荷 當(dāng)我們用某種方式使導(dǎo)體的自由電子數(shù)減少 這時導(dǎo)體就具有了多余的正電荷 我們就說導(dǎo)體帶有正的 凈電荷 反之就說導(dǎo)體帶有負(fù)的 凈電荷 可見所謂 凈電荷 是指整個導(dǎo)體或?qū)w的某部分 靜電感應(yīng)時 的正負(fù)電荷之差 舉個例子 也就是一個導(dǎo)體 一邊帶了 5q的電荷量 一邊帶了 3q的電荷量 那么整個導(dǎo)體的凈電荷就為 2q 2 靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零 是否可以說導(dǎo)體內(nèi)部沒有電場 提示 不能說導(dǎo)體內(nèi)部沒有電場 因為導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度為零 是指合場強(qiáng)為零 事實上 導(dǎo)體內(nèi)部每一點(diǎn)都有兩個場強(qiáng) 只是疊加的結(jié)果使得該點(diǎn)合場強(qiáng)為零 由此我們可以得到如下結(jié)論 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體 感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)任一點(diǎn)的場強(qiáng)E 與外電場在該點(diǎn)的場強(qiáng)E0大小相等 方向相反 即E E0 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全