[科目] 物理 [關鍵詞] 教案/電場 電場強度 [年級] 高二 [文件] jan25.doc [標題] 高二物理電場和電場強度 [內容] 高二物理電場和電場強度 【教學結構】 一. 電場，是物質的一種特殊形態. 1.電荷周圍存在電場.分析庫侖力:QA對QB的作用力,是在其周圍產生電場,通過電場作用給B. 2.電場力,QB在QA產生的電場中受到的力.電荷在電場中受到的力稱為電場力.同一電荷在不同電場中或在同一電場不同位置所受電場力的大小和方向均可能不同. 二. 電場強度.描述電場力的性質的物理量 1. 電場的強弱,電荷q放在電場A處所受電場力為FA,放置B處受電場力為FB,若FA＞FB到A處電場比B處強. 2. 電場強度:描述電場強弱的物理量. .放入電場中某一點的電荷受到的電場力跟它電量的比值,叫這點的電場強度,簡稱為場強.其物理意義為:單位電量的電荷在電場中受到的電場力.這是物理中常用的一種方法.同于單位時間物體的位移表示物體運動快慢. 3. 場強是描述電場性質的物質的物理量,只由電場決定,與檢驗電荷無關.例如在A點場強 , 與q的大小無關,與 是否存在無關.不能理解為 成正比,與 成反比. 4. 場強是矢量.其大小按定義式 計算即可,其方向為正電荷的受力方向為該點場強方向.其單位為 . 5. 電場強度和電場力是兩個不同的物理量,就像速度和位移是完全不同的兩個概念.最 根本不同的是:場強是表示電場的性質的物理量,電場力是電荷在電場中受的電場的作用力.還應在大小、方向、單位等諸方面加以比較，它們的關系是 或 . 6. 點電荷在真空中電場的場強.在點電荷Q形成的電場中,距Q為r處放入點電荷q,如 圖1所示,q受的電場力即庫侖力 ,根據場強定義或該處場強為 ,r可取任意值,因此 即為點電荷在真空中場強公式,Q為場源電量,r為某點到場源的距離.k為靜電常數.其方向,若Q為正;+q受力方向如圖所示,即為該點場強方向,若Q為負,場強方向與圖示方向相反.若把+q換成-q,所受電場力方向正與場強方向相反. 注意: 是適用于點電荷在真空中的電場.而 適用各種電場. 7.場強可以合成分解,并遵守平行四邊形法則,如圖示2所示.QA與QB在C處的場強分別為EA、EB,E即是EA與EB的合成場強.若在C處放一個-q點電荷,所受電場力方向應與E反方向. 三. 電場線 1.電場線是描述電場強度分布的一族曲線.描述方法:用曲線的疏密描述電場的強弱,用曲線某點的切線方向表示該點場強方向. 2. 電場的特點: (1) .在靜電場中,電場線從正電荷起,終于負電荷,不閉合曲線. (2) .電場線不能相交,否則一點將有兩個場強方向. (3) .電場線不是電場里實際存在的線,是為使電場形象化的假想線. 3. 點電荷的電場線. 圖3、圖4為正、負點電荷電場線的分布，應熟悉. 從圖5可看出,E1為+Q在A處的場強,E2為－Q在A處的場強,E為E1與E2的合場強,正好為電場線在A的切線。兩個點電荷形成的電場中,每條電場線上每個點符合上述的關系。 4.勻強電場 (1) .定義:在電場的某一區域里,如果各點場強大小和方向都相同,這個區域的電場叫勻強電場. (2) .電場線如圖6所示.電場線互相平行的直線,線間距離相等. (3) .兩塊靠近、正對且等大平行的金屬板,分別帶等量 正負電荷時,它們之間的電場是勻強電場.邊緣附近除外. 四. 電場中的導體. 1. 導體的特征:導體內部有大量可以自由移動的電荷.金屬導體可自由移動是自由電子. 2. 靜電感應:導體內的自由電荷是電場的作用而重新分布的現象. 認真分析如圖所示的物理過程:把金屬導體置于勻強電場中.金 屬導體中自由電子在電場力作用向左運動,達到左外表面,而右外表面帶正電.金屬導體外表面帶的等量正負電荷稱為感應電荷,感應電荷形成電場E?的方向與電場E方向相反向左,E?隨著感應電荷增加而變大,當E?=E時,導體內場強為零, 自由電子不受電場力作用,停止定向運動.達到靜電平衡. 靜電平衡:導體中(包括表面)沒有電荷走向移動的狀態叫靜電平衡. 3. 在導體處于靜電平衡狀態時有 (1) .在導體內部的場強處處為零 (2) .導體表面任何一點場強方向與該點表面垂直. (3) .電荷只能分布在外表面上. 4. 利用處于靜電平衡狀態時,導體內部場強處處為零的特點,利用金屬網罩(金屬包皮)把外 電場遮住,使內部不受電場影響即靜電屏數. 【解題點要】 例一. 在電場中A處放點電荷q,其受電場力為F,方向向左,則A處場強大小為 , 方向為 .若將A處放點電荷為－2q,則該處電場強度將 ,方向將 . 解析:根據電場強度定義式 .場度方向向左,在A處放－2q點電荷.該處場強大小,方向都不變.注意:場強是表示電場性質的物理量.是由電場決定,與點電荷電量無關,與點電荷電性無關. 例二. 如圖8所示,一個質量為30g帶電量 C的半徑極小的小球,用絲線懸掛在某勻強電場中,電力線與水平面平行.當小球靜止時,測得懸線與豎直夾角為30°,由此可知勻強電場方向為 ,電場強度大小為 .(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,因為小球處于平衡狀態,還應受水平向左的電場力F.小球帶負電,所受電場力方向與場強方向向反,所以場強方向水平向右. 小球在三個力作用之下處于平衡狀態.三個力的合力必為零.所以 F=mgtg30°又 =mgtg30° E=mgtg30°= 例三. 關于電場線,下述說法中正確的是 A. 電場線是客觀存在的 B. 電場線與電荷運動的軌跡是一致的. C. 電場線上某點的切線方向與與電荷在該點受力方向可以不同. D. 沿電場線方向,場強一定越來越大. 解析:電場線不是客觀存在的,是為了形象描述電場的假想線,A選項是錯的.B選項也是錯的,靜止開始運動的電荷所受電場力方向應是該點切線方向,下一時刻位置應沿切線方向上,可能在電場線上,也可能不在電場線上,軌跡可能與電場線不一致.何況電荷可以有初速度,運動軌跡與初速度大小方向有關,可能軌跡很多,而電場線是一定的.正電荷在電場中受的電場力方向與該點切線方向相同,而負電荷所受電場力與該點切線方向相反,選項C是正確的.場強大小與場強的方向無關,與電場線方向無關 ,D選項是錯的. 本題答案應是:C. 例四.在x軸上A、B兩處分別放有兩個點電荷，A處為－Q,B處為+2Q,在x軸上某處,兩個電荷各自產生電場強度數值為EA和EB,則( ) A.EA=EB之點,只有一處,該處合場強為0; B. EA=EB之點有兩處,一處合場強為0,另一處合場強為2EA C. EA=EB之點共有三處,其中兩處合場強為0;另一處合場強為2EA D. EA=EB之點共有三處,其中一處合場強為0,另二處合場強為2EA 解析:根據題意畫出圖9,在AB之間某點x1,－Q在x1處產生的場強 . +2Q產生的場強 ,當 時,EA=EB，EA方向向左,EB的方向向左,合場強E=2EA.在A點左側x2處,Ax2=rA,Bx2=rB, 存在, EA=EB,EA的方向向右,EB的方向向左,合場強E=0. 在B點右側x3處, Ax2＞Bx2, 不可能, EA=EB不存在.所以EA=EB之點有兩處,且合場強一處為0,另一處為2EA,答案應選,B. 例五. 如圖10所示,正電荷q在電場力作用下由p向Q做加速運動,而且加速度越來越大, 那么可以斷定,它所在的電場是圖中哪能一個?( ) 解析:帶電體在電場中做加速運動,其電場力方向與加速度方向相同,加速度越來越大電荷所受電場力應越來越大,電量不變,電場力 ,應是E越來越大.電場線描述電場強度分布的方法是,電場線密度越大,表示場強越大,沿PQ方向.電場線密度增大的情況才符合題的條件.應選D. 例六. 如圖11所示,在勻強電場中的O點放置點電荷Q,其帶電量為 C,此時距O點10cm處的P點,場強恰好為零.求原勻強電場的場強大小是多少?若以O點為圓心,以OP長為半徑作一圓,在O點正上方圓周上S點的場強的大小是多少?方向如何? 解析:P點場強EP=0,應為原場E與點電荷Q在P產生場強EQ的合場強。E與EQ大小相等方向相反。大小關系為 .Q在S點產生場強大小等于EQ，方向向上，與原場強E垂直，S處場強ES是E與EQ的合場強，如圖12所示。 . 方向:與E成45°角向上. 【課余思考】 1.什么是電場強度?其方向是如何規定的,寫出場強定義式和點電荷在真空中各點場強的計算式? 2. 區分電場強度,電場力兩個概念. 【同步練習】 1. 下列關于電場強度的敘述正確的是( ) A. 電場中某點的場強在數值上等于單位電荷受到的電場力 B.電場中某點的場強與該點檢驗電荷所受電場力成正比 C.電場中某點的場強與方向就是檢驗電荷在該點所受電場力方向 D. 電場中某點的場強與該點有無檢驗電荷無關 2.真空中兩個帶電量分別為Q和4Q的正點電荷,位于相距為30cm的A、B兩點,將另一個正電荷q置于AB連線上的C點,q受的合力恰好為零,C點距A點 cm處.若將電荷q取走,C點場強為 . 3. 如圖13所示,AB為體積可以忽略的帶電小 球, ，AB相距3cm，在水平外電場作用下AB保持靜止,懸線都沿豎直方向,則外電場的 場強 ,方向 ,AB中點處總場強大小為 ,方向為 . 4.在場強為E,方向豎直向下的勻強電場中,有兩個質量均為m的帶電小球,電量分別為+2q和－q.用長為 的絕緣細線相連,另用絕緣細線系住帶正電的小球懸掛于O處,處于平衡狀態,如圖14所示,重力加速度為g,則細線對O點的作用力等于 . 【參改答案】1.AD 2.10、O 3. 水平向左、 、水平向右4.2mg+Eq