[科目] 物理
[关键词] 教案/电场 电场强度
[年级] 高二
[文件] jan25.doc
[标题] 高二物理电场和电场强度
[内容]
高二物理电场和电场强度
【教学结构】
一. 电场，是物质的一种特殊形态.
1.电荷周围存在电场.分析库仑力:QA对QB的作用力,是在其周围产生电场,通过电场作用给B.
2.电场力,QB在QA产生的电场中受到的力.电荷在电场中受到的力称为电场力.同一电荷在不同电场中或在同一电场不同位置所受电场力的大小和方向均可能不同.
二. 电场强度.描述电场力的性质的物理量
1. 电场的强弱,电荷q放在电场A处所受电场力为FA,放置B处受电场力为FB,若FA＞FB到A处电场比B处强.
2. 电场强度:描述电场强弱的物理量.
.放入电场中某一点的电荷受到的电场力跟它电量的比值,叫这点的电场强度,简称为场强.其物理意义为:单位电量的电荷在电场中受到的电场力.这是物理中常用的一种方法.同于单位时间物体的位移表示物体运动快慢.
3. 场强是描述电场性质的物质的物理量,只由电场决定,与检验电荷无关.例如在A点场强 , 与q的大小无关,与 是否存在无关.不能理解为 成正比,与 成反比.
4. 场强是矢量.其大小按定义式 计算即可,其方向为正电荷的受力方向为该点场强方向.其单位为 .
5. 电场强度和电场力是两个不同的物理量,就像速度和位移是完全不同的两个概念.最
根本不同的是:场强是表示电场的性质的物理量,电场力是电荷在电场中受的电场的作用力.还应在大小、方向、单位等诸方面加以比较，它们的关系是 或 .
6. 点电荷在真空中电场的场强.在点电荷Q形成的电场中,距Q为r处放入点电荷q,如
图1所示,q受的电场力即库仑力 ,根据场强定义或该处场强为 ,r可取任意值,因此 即为点电荷在真空中场强公式,Q为场源电量,r为某点到场源的距离.k为静电常数.其方向,若Q为正;+q受力方向如图所示,即为该点场强方向,若Q为负,场强方向与图示方向相反.若把+q换成-q,所受电场力方向正与场强方向相反.
注意: 是适用于点电荷在真空中的电场.而 适用各种电场.
7.场强可以合成分解,并遵守平行四边形法则,如图示2所示.QA与QB在C处的场强分别为EA、EB,E即是EA与EB的合成场强.若在C处放一个-q点电荷,所受电场力方向应与E反方向.
三. 电场线
1.电场线是描述电场强度分布的一族曲线.描述方法:用曲线的疏密描述电场的强弱,用曲线某点的切线方向表示该点场强方向.
2. 电场的特点:
(1) .在静电场中,电场线从正电荷起,终于负电荷,不闭合曲线.
(2) .电场线不能相交,否则一点将有两个场强方向.
(3) .电场线不是电场里实际存在的线,是为使电场形象化的假想线.
3. 点电荷的电场线.
图3、图4为正、负点电荷电场线的分布，应熟悉.
从图5可看出,E1为+Q在A处的场强,E2为－Q在A处的场强,E为E1与E2的合场强,正好为电场线在A的切线。两个点电荷形成的电场中,每条电场线上每个点符合上述的关系。
4.匀强电场
(1) .定义:在电场的某一区域里,如果各点场强大小和方向都相同,这个区域的电场叫匀强电场.
(2) .电场线如图6所示.电场线互相平行的直线,线间距离相等.
(3) .两块靠近、正对且等大平行的金属板,分别带等量
正负电荷时,它们之间的电场是匀强电场.边缘附近除外.
四. 电场中的导体.
1. 导体的特征:导体内部有大量可以自由移动的电荷.金属导体可自由移动是自由电子.
2. 静电感应:导体内的自由电荷是电场的作用而重新分布的现象.
认真分析如图所示的物理过程:把金属导体置于匀强电场中.金
属导体中自由电子在电场力作用向左运动,达到左外表面,而右外表面带正电.金属导体外表面带的等量正负电荷称为感应电荷,感应电荷形成电场E的方向与电场E方向相反向左,E随着感应电荷增加而变大,当E=E时,导体内场强为零,
自由电子不受电场力作用,停止定向运动.达到静电平衡.
静电平衡:导体中(包括表面)没有电荷走向移动的状态叫静电平衡.
3. 在导体处于静电平衡状态时有
(1) .在导体内部的场强处处为零
(2) .导体表面任何一点场强方向与该点表面垂直.
(3) .电荷只能分布在外表面上.
4. 利用处于静电平衡状态时,导体内部场强处处为零的特点,利用金属网罩(金属包皮)把外
电场遮住,使内部不受电场影响即静电屏数.
【解题点要】
例一. 在电场中A处放点电荷q,其受电场力为F,方向向左,则A处场强大小为 ,
方向为 .若将A处放点电荷为－2q,则该处电场强度将 ,方向将 .
解析:根据电场强度定义式 .场度方向向左,在A处放－2q点电荷.该处场强大小,方向都不变.注意:场强是表示电场性质的物理量.是由电场决定,与点电荷电量无关,与点电荷电性无关.
例二. 如图8所示,一个质量为30g带电量 C的半径极小的小球,用丝线悬挂在某匀强电场中,电力线与水平面平行.当小球静止时,测得悬线与竖直夹角为30°,由此可知匀强电场方向为 ,电场强度大小为 .(g取 )
解析:分析小球受力,重力mg竖直向下,丝线拉力T沿丝线方向向上,因为小球处于平衡状态,还应受水平向左的电场力F.小球带负电,所受电场力方向与场强方向向反,所以场强方向水平向右.
小球在三个力作用之下处于平衡状态.三个力的合力必为零.所以
F=mgtg30°又 =mgtg30°
E=mgtg30°=
例三. 关于电场线,下述说法中正确的是
A. 电场线是客观存在的
B. 电场线与电荷运动的轨迹是一致的.
C. 电场线上某点的切线方向与与电荷在该点受力方向可以不同.
D. 沿电场线方向,场强一定越来越大.
解析:电场线不是客观存在的,是为了形象描述电场的假想线,A选项是错的.B选项也是错的,静止开始运动的电荷所受电场力方向应是该点切线方向,下一时刻位置应沿切线方向上,可能在电场线上,也可能不在电场线上,轨迹可能与电场线不一致.何况电荷可以有初速度,运动轨迹与初速度大小方向有关,可能轨迹很多,而电场线是一定的.正电荷在电场中受的电场力方向与该点切线方向相同,而负电荷所受电场力与该点切线方向相反,选项C是正确的.场强大小与场强的方向无关,与电场线方向无关 ,D选项是错的.
本题答案应是:C.
例四.在x轴上A、B两处分别放有两个点电荷，A处为－Q,B处为+2Q,在x轴上某处,两个电荷各自产生电场强度数值为EA和EB,则( )
A.EA=EB之点,只有一处,该处合场强为0;
B. EA=EB之点有两处,一处合场强为0,另一处合场强为2EA
C. EA=EB之点共有三处,其中两处合场强为0;另一处合场强为2EA
D. EA=EB之点共有三处,其中一处合场强为0,另二处合场强为2EA
解析:根据题意画出图9,在AB之间某点x1,－Q在x1处产生的场强 .
+2Q产生的场强 ,当 时,EA=EB，EA方向向左,EB的方向向左,合场强E=2EA.在A点左侧x2处,Ax2=rA,Bx2=rB, 存在, EA=EB,EA的方向向右,EB的方向向左,合场强E=0. 在B点右侧x3处, Ax2＞Bx2, 不可能, EA=EB不存在.所以EA=EB之点有两处,且合场强一处为0,另一处为2EA,答案应选,B.
例五. 如图10所示,正电荷q在电场力作用下由p向Q做加速运动,而且加速度越来越大,
那么可以断定,它所在的电场是图中哪能一个?( )
解析:带电体在电场中做加速运动,其电场力方向与加速度方向相同,加速度越来越大电荷所受电场力应越来越大,电量不变,电场力 ,应是E越来越大.电场线描述电场强度分布的方法是,电场线密度越大,表示场强越大,沿PQ方向.电场线密度增大的情况才符合题的条件.应选D.
例六. 如图11所示,在匀强电场中的O点放置点电荷Q,其带电量为 C,此时距O点10cm处的P点,场强恰好为零.求原匀强电场的场强大小是多少?若以O点为圆心,以OP长为半径作一圆,在O点正上方圆周上S点的场强的大小是多少?方向如何?
解析:P点场强EP=0,应为原场E与点电荷Q在P产生场强EQ的合场强。E与EQ大小相等方向相反。大小关系为 .Q在S点产生场强大小等于EQ，方向向上，与原场强E垂直，S处场强ES是E与EQ的合场强，如图12所示。 .
方向:与E成45°角向上.
【课余思考】
1.什么是电场强度?其方向是如何规定的,写出场强定义式和点电荷在真空中各点场强的计算式?
2. 区分电场强度,电场力两个概念.
【同步练习】
1. 下列关于电场强度的叙述正确的是( )
A. 电场中某点的场强在数值上等于单位电荷受到的电场力
B.电场中某点的场强与该点检验电荷所受电场力成正比
C.电场中某点的场强与方向就是检验电荷在该点所受电场力方向
D. 电场中某点的场强与该点有无检验电荷无关
2.真空中两个带电量分别为Q和4Q的正点电荷,位于相距为30cm的A、B两点,将另一个正电荷q置于AB连线上的C点,q受的合力恰好为零,C点距A点 cm处.若将电荷q取走,C点场强为 .
3. 如图13所示,AB为体积可以忽略的带电小
球, ，AB相距3cm，在水平外电场作用下AB保持静止,悬线都沿竖直方向,则外电场的
场强 ,方向 ,AB中点处总场强大小为 ,方向为 .
4.在场强为E,方向竖直向下的匀强电场中,有两个质量均为m的带电小球,电量分别为+2q和－q.用长为 的绝缘细线相连,另用绝缘细线系住带正电的小球悬挂于O处,处于平衡状态,如图14所示,重力加速度为g,则细线对O点的作用力等于 .
【参改答案】1.AD 2.10、O 3. 水平向左、 、水平向右4.2mg+Eq