高中物理《探究電場的力的性質(zhì)》課件4 滬科選修3-1

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歡迎進入物理課堂 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) 目標導航1 掌握電場強度的矢量性 重點 2 掌握電場強度矢量的疊加 并能進行簡單的計算 重點 難點 3 掌握用電場線描述電場的方法 重點 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 電場強度 定義 電場中某點的電荷所受到的 跟它的 的比值 叫做電場在該點的電場強度 簡稱 用E表示 定義式 點電荷的場強公式 電場力F 電荷量q 場強 方向 電場中某點電場強度的方向跟 在該點所受電場力的方向相同 單位 該單位為導出單位 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 每一點的切線方向都表示該點的 方向 這樣的曲線叫 用電場線的 來大致表示電場強度的大小 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 電場強度 電場線 疏密 并不存在 3 勻強電場 場強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電荷在某點的合場強 等于各點電荷的電場在該點場強的 可以表示為E合 E1 E2 En 這叫做電場的疊加原理 四 勻強電場中金屬導體的電荷分布 勻強 矢量和 1 靜電平衡 物理學中將導體中沒有電荷移動的狀態(tài)叫做 2 導體的內(nèi)部場強 處在靜電平衡下的導體 內(nèi)部場強處處為 3 在導體表面附近 電場線與表面的關系 4 電荷分布 處于靜電平衡下的導體 電荷只分布在導體的 靜電平衡 零 垂直 外表面 要點1對電場強度的理解 學案導引 一檢驗電荷q 4 10 9C 在電場中P點受到的電場力F 6 10 7N 求 1 P點的場強 2 沒有檢驗電荷時P點的場強 3 放一電荷量為q 1 2 10 6C的電荷在P點 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 變式訓練 要點2對電場線的理解 學案導引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)定電場線上某點的場強方向沿該點的切線方向 也就是正電荷在該點受電場力產(chǎn)生的加速度的方向 2 運動軌跡是帶電粒子在電場中實際通過的徑跡 徑跡上每點的切線方向為粒子在該點的速度方向 結合力學知識 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動軌跡 3 在滿足以下條件時 電場線與帶電粒子的運動軌跡重合 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的關系的常見情況按照電場線的畫法的規(guī)定 場強大的地方電場線密 場強小的地方電場線疏 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兩點的場強的大小 對此情況可有多種推理判斷 圖2 1 3 若是正點電荷電場中的一根電場線 則EA EB 若是負點電荷電場中的一根電場線 則EA EB 若是勻強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 電場線上某點的切線方向表示該點的場強方向 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 其運動軌跡如圖中虛線所示 由M運動到N 以下說法正確的是 A 這個電場可能是負點電荷形成的B 粒子必定帶正電荷 圖2 1 4 C 粒子在M點所受的電場力比在N點所受的電場力大D 粒子在M點的加速度大于它在N點的加速度 思路點撥 解答本題時應把握以下四點 1 點電荷的電場線是直線 2 電荷的受力方向為其運動曲線彎曲方向 3 電場線的疏密表示電場的強弱 4 電荷受力大小與場強大小有關 場強越大 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 變式訓練2 如圖2 1 5所示 空間有一電場 電場中有兩個點a和b 下列表述正確的是 A 該電場是勻強電場B a點的電場強度比b點的大C b點的電場強度比a點的大D 正電荷在a b兩點受力方向相同 圖2 1 5 解析 選B 勻強電場的電場線是等間距的平行線 故A錯 a點電場線比b點電場線密 故B正確 C錯誤 a b兩點電場線的切線方向不同 故場強方向不同 電場力方向不同 D錯誤 要點3電場的疊加 學案導引1 電場疊加滿足的運算規(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 場強的疊加 1 同一直線上的場強疊加時 方向相同的兩個電場的合場強等于兩場強之和 方向與各場強方向一致 方向相反的兩個電場的合場強等于兩場強之差 方向與場強大的那個分場強的方向一致 2 不在同一直線上的場強疊加時 其合場強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度的變化情況 1 兩點電荷連線上各點電場強度的方向由該點指向負電荷 從正點電荷到負點電荷場強先變小后變大 兩點電荷連線的中點O是連線上場強最小的點 2 兩點電荷連線的中垂線上 各點場強方向均相同 且垂直于中垂線指向負電荷一側(cè) 從O點沿中垂線往兩側(cè)場強逐漸減小 3 關于O點對稱的點的場強等大同向 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度的變化情況 1 兩點電荷連線的中點O處場強為零 從O點往兩側(cè) 場強逐漸增大 2 從O點沿中垂線往兩側(cè) 電場線先變密后變疏 場強先變大后變小 3 兩點電荷連線中垂線上各點的電場強度的方向與中垂線平行 4 關于O點對稱的點的電場強度等大反向 見圖乙中的A與A B與B 在真空中 電荷量均為q的異種點電荷相距r 則 1 兩點電荷連線中點的場強如何 2 在兩電荷垂直平分線上到兩點電荷距離均為r的點的場強又如何 思路點撥 根據(jù)點電荷的場強公式和場強的疊加原理分析 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)電場的合場強應等于各個電場單獨存在時在該點產(chǎn)生的場強的矢量和 各個場強方向若在一條直線上 可用代數(shù)運算法 如果不在一條直線上用矢量合成的平行四邊形定則來運算 變式訓練3 2012 海門高二檢測 已知四個點電荷q q q q分別分布于邊長為a的正方形的四個頂點A B C D處 如圖2 1 8所示 則正方形中心的場強大小為 圖2 1 8 電場強度與力學綜合問題 經(jīng)典案例 10分 2012 東營高二檢測 在一個點電荷Q形成的電場中 坐標軸上A B兩點的坐標分別為2 0m和5 0m 放在A B兩點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系圖像如圖2 1 9中直線a b所示 放在A點的電荷帶正電 放在B點的電荷帶負電 求 1 B點的電場強度的大小和方向 2 試判斷點電荷Q的電性 并說明理由 3 點電荷Q的位置坐標 圖2 1 9 審題指導 解此題的關鍵要看清F q圖像中的信息和O A B三點在x軸上的位置 答案 1 2 5N C沿x軸負方向 2 帶負電理由見解題樣板 3 2 6m 0 名師點評 1 電場的特性是對放入其中的電荷有力的作用 因正 負電荷受電場力方向相反 故規(guī)定正電荷受力方向為該點場強方向 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 我們知道金屬導體中有大量的自由電子 它們帶有負電荷 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 但是當導體不帶電時 導體的正負電荷數(shù)是相等的 我們說導體不帶有 凈電荷 當我們用某種方式使導體的自由電子數(shù)減少 這時導體就具有了多余的正電荷 我們就說導體帶有正的 凈電荷 反之就說導體帶有負的 凈電荷 可見所謂 凈電荷 是指整個導體或?qū)w的某部分 靜電感應時 的正負電荷之差 舉個例子 也就是一個導體 一邊帶了 5q的電荷量 一邊帶了 3q的電荷量 那么整個導體的凈電荷就為 2q 2 靜電平衡狀態(tài)的導體內(nèi)部場強處處為零 是否可以說導體內(nèi)部沒有電場 提示 不能說導體內(nèi)部沒有電場 因為導體內(nèi)部電場強度為零 是指合場強為零 事實上 導體內(nèi)部每一點都有兩個場強 只是疊加的結果使得該點合場強為零 由此我們可以得到如下結論 處于靜電平衡狀態(tài)的導體 感應電荷在導體內(nèi)任一點的場強E 與外電場在該點的場強E0大小相等 方向相反 即E E0 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全