[科目] 物理 [關(guān)鍵詞] 教案/電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度 [年級(jí)] 高二 [文件] jan25.doc [標(biāo)題] 高二物理電場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度 [內(nèi)容] 高二物理電場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度 【教學(xué)結(jié)構(gòu)】 一. 電場(chǎng)，是物質(zhì)的一種特殊形態(tài). 1.電荷周圍存在電場(chǎng).分析庫(kù)侖力:QA對(duì)QB的作用力,是在其周圍產(chǎn)生電場(chǎng),通過(guò)電場(chǎng)作用給B. 2.電場(chǎng)力,QB在QA產(chǎn)生的電場(chǎng)中受到的力.電荷在電場(chǎng)中受到的力稱為電場(chǎng)力.同一電荷在不同電場(chǎng)中或在同一電場(chǎng)不同位置所受電場(chǎng)力的大小和方向均可能不同. 二. 電場(chǎng)強(qiáng)度.描述電場(chǎng)力的性質(zhì)的物理量 1. 電場(chǎng)的強(qiáng)弱,電荷q放在電場(chǎng)A處所受電場(chǎng)力為FA,放置B處受電場(chǎng)力為FB,若FA＞FB到A處電場(chǎng)比B處強(qiáng). 2. 電場(chǎng)強(qiáng)度:描述電場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量. .放入電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電荷受到的電場(chǎng)力跟它電量的比值,叫這點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,簡(jiǎn)稱為場(chǎng)強(qiáng).其物理意義為:單位電量的電荷在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力.這是物理中常用的一種方法.同于單位時(shí)間物體的位移表示物體運(yùn)動(dòng)快慢. 3. 場(chǎng)強(qiáng)是描述電場(chǎng)性質(zhì)的物質(zhì)的物理量,只由電場(chǎng)決定,與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān).例如在A點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng) , 與q的大小無(wú)關(guān),與 是否存在無(wú)關(guān).不能理解為 成正比,與 成反比. 4. 場(chǎng)強(qiáng)是矢量.其大小按定義式 計(jì)算即可,其方向?yàn)檎姾傻氖芰Ψ较驗(yàn)樵擖c(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向.其單位為 . 5. 電場(chǎng)強(qiáng)度和電場(chǎng)力是兩個(gè)不同的物理量,就像速度和位移是完全不同的兩個(gè)概念.最 根本不同的是:場(chǎng)強(qiáng)是表示電場(chǎng)的性質(zhì)的物理量,電場(chǎng)力是電荷在電場(chǎng)中受的電場(chǎng)的作用力.還應(yīng)在大小、方向、單位等諸方面加以比較，它們的關(guān)系是 或 . 6. 點(diǎn)電荷在真空中電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng).在點(diǎn)電荷Q形成的電場(chǎng)中,距Q為r處放入點(diǎn)電荷q,如 圖1所示,q受的電場(chǎng)力即庫(kù)侖力 ,根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)定義或該處場(chǎng)強(qiáng)為 ,r可取任意值,因此 即為點(diǎn)電荷在真空中場(chǎng)強(qiáng)公式,Q為場(chǎng)源電量,r為某點(diǎn)到場(chǎng)源的距離.k為靜電常數(shù).其方向,若Q為正;+q受力方向如圖所示,即為該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向,若Q為負(fù),場(chǎng)強(qiáng)方向與圖示方向相反.若把+q換成-q,所受電場(chǎng)力方向正與場(chǎng)強(qiáng)方向相反. 注意: 是適用于點(diǎn)電荷在真空中的電場(chǎng).而 適用各種電場(chǎng). 7.場(chǎng)強(qiáng)可以合成分解,并遵守平行四邊形法則,如圖示2所示.QA與QB在C處的場(chǎng)強(qiáng)分別為EA、EB,E即是EA與EB的合成場(chǎng)強(qiáng).若在C處放一個(gè)-q點(diǎn)電荷,所受電場(chǎng)力方向應(yīng)與E反方向. 三. 電場(chǎng)線 1.電場(chǎng)線是描述電場(chǎng)強(qiáng)度分布的一族曲線.描述方法:用曲線的疏密描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱,用曲線某點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向. 2. 電場(chǎng)的特點(diǎn): (1) .在靜電場(chǎng)中,電場(chǎng)線從正電荷起,終于負(fù)電荷,不閉合曲線. (2) .電場(chǎng)線不能相交,否則一點(diǎn)將有兩個(gè)場(chǎng)強(qiáng)方向. (3) .電場(chǎng)線不是電場(chǎng)里實(shí)際存在的線,是為使電場(chǎng)形象化的假想線. 3. 點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線. 圖3、圖4為正、負(fù)點(diǎn)電荷電場(chǎng)線的分布，應(yīng)熟悉. 從圖5可看出,E1為+Q在A處的場(chǎng)強(qiáng),E2為－Q在A處的場(chǎng)強(qiáng),E為E1與E2的合場(chǎng)強(qiáng),正好為電場(chǎng)線在A的切線。兩個(gè)點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)中,每條電場(chǎng)線上每個(gè)點(diǎn)符合上述的關(guān)系。 4.勻強(qiáng)電場(chǎng) (1) .定義:在電場(chǎng)的某一區(qū)域里,如果各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小和方向都相同,這個(gè)區(qū)域的電場(chǎng)叫勻強(qiáng)電場(chǎng). (2) .電場(chǎng)線如圖6所示.電場(chǎng)線互相平行的直線,線間距離相等. (3) .兩塊靠近、正對(duì)且等大平行的金屬板,分別帶等量 正負(fù)電荷時(shí),它們之間的電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng).邊緣附近除外. 四. 電場(chǎng)中的導(dǎo)體. 1. 導(dǎo)體的特征:導(dǎo)體內(nèi)部有大量可以自由移動(dòng)的電荷.金屬導(dǎo)體可自由移動(dòng)是自由電子. 2. 靜電感應(yīng):導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷是電場(chǎng)的作用而重新分布的現(xiàn)象. 認(rèn)真分析如圖所示的物理過(guò)程:把金屬導(dǎo)體置于勻強(qiáng)電場(chǎng)中.金 屬導(dǎo)體中自由電子在電場(chǎng)力作用向左運(yùn)動(dòng),達(dá)到左外表面,而右外表面帶正電.金屬導(dǎo)體外表面帶的等量正負(fù)電荷稱為感應(yīng)電荷,感應(yīng)電荷形成電場(chǎng)E?的方向與電場(chǎng)E方向相反向左,E?隨著感應(yīng)電荷增加而變大,當(dāng)E?=E時(shí),導(dǎo)體內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)為零, 自由電子不受電場(chǎng)力作用,停止定向運(yùn)動(dòng).達(dá)到靜電平衡. 靜電平衡:導(dǎo)體中(包括表面)沒(méi)有電荷走向移動(dòng)的狀態(tài)叫靜電平衡. 3. 在導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時(shí)有 (1) .在導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零 (2) .導(dǎo)體表面任何一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向與該點(diǎn)表面垂直. (3) .電荷只能分布在外表面上. 4. 利用處于靜電平衡狀態(tài)時(shí),導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零的特點(diǎn),利用金屬網(wǎng)罩(金屬包皮)把外 電場(chǎng)遮住,使內(nèi)部不受電場(chǎng)影響即靜電屏數(shù). 【解題點(diǎn)要】 例一. 在電場(chǎng)中A處放點(diǎn)電荷q,其受電場(chǎng)力為F,方向向左,則A處場(chǎng)強(qiáng)大小為 , 方向?yàn)?.若將A處放點(diǎn)電荷為－2q,則該處電場(chǎng)強(qiáng)度將 ,方向?qū)?. 解析:根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度定義式 .場(chǎng)度方向向左,在A處放－2q點(diǎn)電荷.該處場(chǎng)強(qiáng)大小,方向都不變.注意:場(chǎng)強(qiáng)是表示電場(chǎng)性質(zhì)的物理量.是由電場(chǎng)決定,與點(diǎn)電荷電量無(wú)關(guān),與點(diǎn)電荷電性無(wú)關(guān). 例二. 如圖8所示,一個(gè)質(zhì)量為30g帶電量 C的半徑極小的小球,用絲線懸掛在某勻強(qiáng)電場(chǎng)中,電力線與水平面平行.當(dāng)小球靜止時(shí),測(cè)得懸線與豎直夾角為30°,由此可知?jiǎng)驈?qiáng)電場(chǎng)方向?yàn)?,電場(chǎng)強(qiáng)度大小為 .(g取 ) 解析:分析小球受力,重力mg豎直向下,絲線拉力T沿絲線方向向上,因?yàn)樾∏蛱幱谄胶鉅顟B(tài),還應(yīng)受水平向左的電場(chǎng)力F.小球帶負(fù)電,所受電場(chǎng)力方向與場(chǎng)強(qiáng)方向向反,所以場(chǎng)強(qiáng)方向水平向右. 小球在三個(gè)力作用之下處于平衡狀態(tài).三個(gè)力的合力必為零.所以 F=mgtg30°又 =mgtg30° E=mgtg30°= 例三. 關(guān)于電場(chǎng)線,下述說(shuō)法中正確的是 A. 電場(chǎng)線是客觀存在的 B. 電場(chǎng)線與電荷運(yùn)動(dòng)的軌跡是一致的. C. 電場(chǎng)線上某點(diǎn)的切線方向與與電荷在該點(diǎn)受力方向可以不同. D. 沿電場(chǎng)線方向,場(chǎng)強(qiáng)一定越來(lái)越大. 解析:電場(chǎng)線不是客觀存在的,是為了形象描述電場(chǎng)的假想線,A選項(xiàng)是錯(cuò)的.B選項(xiàng)也是錯(cuò)的,靜止開始運(yùn)動(dòng)的電荷所受電場(chǎng)力方向應(yīng)是該點(diǎn)切線方向,下一時(shí)刻位置應(yīng)沿切線方向上,可能在電場(chǎng)線上,也可能不在電場(chǎng)線上,軌跡可能與電場(chǎng)線不一致.何況電荷可以有初速度,運(yùn)動(dòng)軌跡與初速度大小方向有關(guān),可能軌跡很多,而電場(chǎng)線是一定的.正電荷在電場(chǎng)中受的電場(chǎng)力方向與該點(diǎn)切線方向相同,而負(fù)電荷所受電場(chǎng)力與該點(diǎn)切線方向相反,選項(xiàng)C是正確的.場(chǎng)強(qiáng)大小與場(chǎng)強(qiáng)的方向無(wú)關(guān),與電場(chǎng)線方向無(wú)關(guān) ,D選項(xiàng)是錯(cuò)的. 本題答案應(yīng)是:C. 例四.在x軸上A、B兩處分別放有兩個(gè)點(diǎn)電荷，A處為－Q,B處為+2Q,在x軸上某處,兩個(gè)電荷各自產(chǎn)生電場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)值為EA和EB,則( ) A.EA=EB之點(diǎn),只有一處,該處合場(chǎng)強(qiáng)為0; B. EA=EB之點(diǎn)有兩處,一處合場(chǎng)強(qiáng)為0,另一處合場(chǎng)強(qiáng)為2EA C. EA=EB之點(diǎn)共有三處,其中兩處合場(chǎng)強(qiáng)為0;另一處合場(chǎng)強(qiáng)為2EA D. EA=EB之點(diǎn)共有三處,其中一處合場(chǎng)強(qiáng)為0,另二處合場(chǎng)強(qiáng)為2EA 解析:根據(jù)題意畫出圖9,在AB之間某點(diǎn)x1,－Q在x1處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng) . +2Q產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng) ,當(dāng) 時(shí),EA=EB，EA方向向左,EB的方向向左,合場(chǎng)強(qiáng)E=2EA.在A點(diǎn)左側(cè)x2處,Ax2=rA,Bx2=rB, 存在, EA=EB,EA的方向向右,EB的方向向左,合場(chǎng)強(qiáng)E=0. 在B點(diǎn)右側(cè)x3處, Ax2＞Bx2, 不可能, EA=EB不存在.所以EA=EB之點(diǎn)有兩處,且合場(chǎng)強(qiáng)一處為0,另一處為2EA,答案應(yīng)選,B. 例五. 如圖10所示,正電荷q在電場(chǎng)力作用下由p向Q做加速運(yùn)動(dòng),而且加速度越來(lái)越大, 那么可以斷定,它所在的電場(chǎng)是圖中哪能一個(gè)?( ) 解析:帶電體在電場(chǎng)中做加速運(yùn)動(dòng),其電場(chǎng)力方向與加速度方向相同,加速度越來(lái)越大電荷所受電場(chǎng)力應(yīng)越來(lái)越大,電量不變,電場(chǎng)力 ,應(yīng)是E越來(lái)越大.電場(chǎng)線描述電場(chǎng)強(qiáng)度分布的方法是,電場(chǎng)線密度越大,表示場(chǎng)強(qiáng)越大,沿PQ方向.電場(chǎng)線密度增大的情況才符合題的條件.應(yīng)選D. 例六. 如圖11所示,在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的O點(diǎn)放置點(diǎn)電荷Q,其帶電量為 C,此時(shí)距O點(diǎn)10cm處的P點(diǎn),場(chǎng)強(qiáng)恰好為零.求原勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小是多少?若以O(shè)點(diǎn)為圓心,以O(shè)P長(zhǎng)為半徑作一圓,在O點(diǎn)正上方圓周上S點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)的大小是多少?方向如何? 解析:P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)EP=0,應(yīng)為原場(chǎng)E與點(diǎn)電荷Q在P產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)EQ的合場(chǎng)強(qiáng)。E與EQ大小相等方向相反。大小關(guān)系為 .Q在S點(diǎn)產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)大小等于EQ，方向向上，與原場(chǎng)強(qiáng)E垂直，S處場(chǎng)強(qiáng)ES是E與EQ的合場(chǎng)強(qiáng)，如圖12所示。 . 方向:與E成45°角向上. 【課余思考】 1.什么是電場(chǎng)強(qiáng)度?其方向是如何規(guī)定的,寫出場(chǎng)強(qiáng)定義式和點(diǎn)電荷在真空中各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算式? 2. 區(qū)分電場(chǎng)強(qiáng)度,電場(chǎng)力兩個(gè)概念. 【同步練習(xí)】 1. 下列關(guān)于電場(chǎng)強(qiáng)度的敘述正確的是( ) A. 電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)在數(shù)值上等于單位電荷受到的電場(chǎng)力 B.電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)與該點(diǎn)檢驗(yàn)電荷所受電場(chǎng)力成正比 C.電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)與方向就是檢驗(yàn)電荷在該點(diǎn)所受電場(chǎng)力方向 D. 電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)與該點(diǎn)有無(wú)檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān) 2.真空中兩個(gè)帶電量分別為Q和4Q的正點(diǎn)電荷,位于相距為30cm的A、B兩點(diǎn),將另一個(gè)正電荷q置于AB連線上的C點(diǎn),q受的合力恰好為零,C點(diǎn)距A點(diǎn) cm處.若將電荷q取走,C點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為 . 3. 如圖13所示,AB為體積可以忽略的帶電小 球, ，AB相距3cm，在水平外電場(chǎng)作用下AB保持靜止,懸線都沿豎直方向,則外電場(chǎng)的 場(chǎng)強(qiáng) ,方向 ,AB中點(diǎn)處總場(chǎng)強(qiáng)大小為 ,方向?yàn)?. 4.在場(chǎng)強(qiáng)為E,方向豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,有兩個(gè)質(zhì)量均為m的帶電小球,電量分別為+2q和－q.用長(zhǎng)為 的絕緣細(xì)線相連,另用絕緣細(xì)線系住帶正電的小球懸掛于O處,處于平衡狀態(tài),如圖14所示,重力加速度為g,則細(xì)線對(duì)O點(diǎn)的作用力等于 . 【參改答案】1.AD 2.10、O 3. 水平向左、 、水平向右4.2mg+Eq