电场的力的性质.ppt

1 1元电荷、点电荷元电荷、点电荷 (1)(1)元电荷：元电荷：e e1.61.610101919 C C，所有带电体的电，所有带电体的电荷量都是元电荷的荷量都是元电荷的 ，其中，其中质子质子、正电子、正电子的电荷量与元电荷相同。电子的电荷量的电荷量与元电荷相同。电子的电荷量q q1.61.610101919 C C。 (2)(2)点电荷：代表带电体的有一定电荷量的点，点电荷：代表带电体的有一定电荷量的点，忽略带电体的大小和形状的忽略带电体的大小和形状的理想化模型理想化模型。 整数倍整数倍 当带电体间的距离比它们自身的当带电体间的距离比它们自身的_大得多，以致带电体的形状和大小及电荷分布大得多，以致带电体的形状和大小及电荷分布状况对它们之间的相互作用力的影响可以状况对它们之间的相互作用力的影响可以_时，带电体才可以视为点电荷时，带电体才可以视为点电荷 带电体很小，不一定可视为点电荷，带电带电体很小，不一定可视为点电荷，带电体很大，也不一定不能视为点电荷体很大，也不一定不能视为点电荷大小大小忽略不计忽略不计2 2电荷守恒定律电荷守恒定律(1)(1)内容：电荷既不能创生，也不能消失，只能从内容：电荷既不能创生，也不能消失，只能从物体的一部分物体的一部分_到另一部分，或者从一个物体到另一部分，或者从一个物体_到另一个物体，在到另一个物体，在_的过程中电荷的总量的过程中电荷的总量保持不变保持不变(2)(2)起电方法：摩擦起电、起电方法：摩擦起电、 _ _ 、接触起、接触起电电(3)(3)带电实质：物体带电的实质是带电实质：物体带电的实质是_ _ 转移转移转移转移转移转移感应起电感应起电得失电子或者电得失电子或者电荷的转移荷的转移 把两个相同的金属小球接触一下再分开一把两个相同的金属小球接触一下再分开一小段距离，发现两球间相互排斥，则这两个金属小段距离，发现两球间相互排斥，则这两个金属小球原来的带电情况可能是小球原来的带电情况可能是( () )A A两球原来带有等量异种电荷两球原来带有等量异种电荷B B两球原来带有同种电荷两球原来带有同种电荷C C两球原来带有不等量异种电荷两球原来带有不等量异种电荷D D两球中原来只有一个带电两球中原来只有一个带电 （1 1）内容：内容： 中两个静止点电荷之间的中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成相互作用力，与它们的电荷量的乘积成 ，与它们的距离的二次方成，与它们的距离的二次方成 ，作用力的，作用力的方向在它们的连线上。方向在它们的连线上。 （2 2）表达式：）表达式：F F_，式中，式中k k_ _ NmNm2 2/C/C2 2，叫静电力常量，叫静电力常量 真空真空正比正比反比反比9.0109 3. 3. 库仑定律库仑定律（3 3）适用条件：）适用条件： 中的中的 。 、在空气中，两个点电荷的作用力近似等于在空气中，两个点电荷的作用力近似等于真空中的情况，可以直接应用公式。真空中的情况，可以直接应用公式。 、当两个带电体的间距远大于本身的大小时当两个带电体的间距远大于本身的大小时 ，可以把带电体看成点电荷。，可以把带电体看成点电荷。4 4库仑力的方向：由相互作用的两个带电体决定库仑力的方向：由相互作用的两个带电体决定，且同种电荷相互，且同种电荷相互 ，为，为 ；异；异种电荷相互种电荷相互 ，为，为 。真空真空点电荷点电荷排斥排斥斥力斥力吸引吸引引力引力如图所示，两个质量均为如图所示，两个质量均为m m的完全相同的金属球的完全相同的金属球壳壳a a与与b b，壳层的厚度和质量分布均匀，将它们分，壳层的厚度和质量分布均匀，将它们分别固定于绝缘支座上，两球心间的距离为别固定于绝缘支座上，两球心间的距离为l l，为，为球半径的球半径的3 3倍若使它们带上等量异种电荷，两倍若使它们带上等量异种电荷，两球电量的绝对值均为球电量的绝对值均为Q Q，那么，那么，a a、b b两球之间的万有引力两球之间的万有引力F F引引、库仑力库仑力F F库库分别为分别为 ( () )两个分别带有电荷量为两个分别带有电荷量为Q Q和和3Q3Q的相同金属小球的相同金属小球( (均可视为点电荷均可视为点电荷) )，固定在相距为，固定在相距为r r的两处，它们的两处，它们间库仑力的大小为间库仑力的大小为F F。两小球相互接触后将其固定。两小球相互接触后将其固定距离变为距离变为r/2r/2，则两球间库仑力的大小为，则两球间库仑力的大小为 ( () )库仑力作用下的平衡问题库仑力作用下的平衡问题1 1、使用库仑定律解决平衡问题的注、使用库仑定律解决平衡问题的注意事项：一是明确库仑定律的意事项：一是明确库仑定律的适用条件适用条件；二是知道完全相同的带电小球接触时电二是知道完全相同的带电小球接触时电荷量的荷量的分配规律分配规律；三是进行；三是进行受力分析受力分析，灵活应用平衡条件。灵活应用平衡条件。2 2、电荷的分配规律、电荷的分配规律(1)(1)两个相同的导体球，两个相同的导体球，一个带电一个带电，一，一个个不带电不带电，接触后电荷量，接触后电荷量平分平分；(2)(2)两个相同导体球带两个相同导体球带同种电荷同种电荷，先接，先接触再分离，则电荷量触再分离，则电荷量平分平分；(3)(3)两个相同导体球带两个相同导体球带异种电荷异种电荷，先接，先接触再分离，则其电荷量触再分离，则其电荷量先中和再平先中和再平分分 3 3、三个自由点电荷的平衡问题：、三个自由点电荷的平衡问题： (1) (1)条件：两个点电荷在第三个点电荷处的合条件：两个点电荷在第三个点电荷处的合场强为零，或每个点电荷受到的两个库仑力必须场强为零，或每个点电荷受到的两个库仑力必须大小相等，方向相反。大小相等，方向相反。 （2 2）规律：）规律：“三点共线三点共线”三个点电荷分三个点电荷分布在同一条直线上；布在同一条直线上；“两同夹异两同夹异”正负电荷正负电荷相互间隔；相互间隔； “ “两大夹小两大夹小”中间电荷的电荷量最小；中间电荷的电荷量最小； “近小远大近小远大”中间电荷靠近电荷量较小中间电荷靠近电荷量较小的电荷。的电荷。如图所示，悬挂在如图所示，悬挂在O O点的一根不可伸长的绝缘细点的一根不可伸长的绝缘细线下端有一个带电荷量不变的小球线下端有一个带电荷量不变的小球A A。在两次实。在两次实验中，均缓慢移动另一带同种电荷的小球验中，均缓慢移动另一带同种电荷的小球B B。当。当B B到达悬点到达悬点O O的正下方并与的正下方并与A A在同一水平线上，在同一水平线上，A A处处于受力平衡时，悬线偏离竖直方向的角度为于受力平衡时，悬线偏离竖直方向的角度为，若两次实验中若两次实验中B B的电荷量分别为的电荷量分别为q q1 1和和q q2 2，分别为分别为3030和和4545。则。则 为为 ( () )A A2 2B B3 3C C2 2 D D3 321qq33如图所示，如图所示，A A、B B、C C分别表示在一条直线上的分别表示在一条直线上的三个点电荷，已知三个点电荷，已知A A、B B之间的距离为之间的距离为L L，B B、C C之间的距离为之间的距离为4L4L，且每个电荷都处于平衡状态，且每个电荷都处于平衡状态，则下列说法错误的是则下列说法错误的是( () )A.AA.A和和B B为异种电荷，为异种电荷，A A和和C C为同种电荷为同种电荷B.B.如果如果A A为正电荷，则为正电荷，则B B、C C为负电荷为负电荷C.AC.A、B B、C C电荷量的绝对值相比，电荷量的绝对值相比，B B最小最小D.AD.A、C C两电荷在两电荷在B B处产生的合电场强度为零处产生的合电场强度为零4 4、电场、电场（1 1）. .概念：电场是一种概念：电场是一种_，它存在于电荷，它存在于电荷的周围，电荷间的作用是通过的周围，电荷间的作用是通过_发生的发生的（2 2）. .特性：电场的最基本性质是对特性：电场的最基本性质是对_有力的作用有力的作用（3 3）. .电场强度电场强度对力的性质的描述对力的性质的描述 概念：描述电场的力的性质的物理量试探概念：描述电场的力的性质的物理量试探电荷在电场中某个位置所受的电荷在电场中某个位置所受的_跟它的跟它的_的比值，叫做该点的电场强度的比值，叫做该点的电场强度物质物质电场电场放入其中的电荷放入其中的电荷电场力电场力电荷量电荷量电场强度电场强度(1)(1)定义式：定义式：E E ，适用于，适用于 ，是矢量，单位：是矢量，单位：N/CN/C或或 . .(2)(2)点电荷的场强：点电荷的场强：E E ，适用于计，适用于计算算 中的点电荷产生的电场中的点电荷产生的电场(3)(3)方向：规定方向：规定 在电场中某点在电场中某点 的方向为该点的电场强度方向的方向为该点的电场强度方向(4)(4)电场强度的叠加：电场中某点的电场强度为电场强度的叠加：电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的各个点电荷单独在该点产生的电场强度的 任何电场任何电场V/m真空真空正电荷正电荷矢量和矢量和所受电场力所受电场力电场的计算与叠加电场的计算与叠加1 1、 电场强度三个表达式的比较电场强度三个表达式的比较 表达式表达式比较比较公式公式意义意义电场强度电场强度定义式定义式真空中点真空中点电荷电场电荷电场强度的决强度的决定式定式匀强电场匀强电场中中E E与与U U的的关系式关系式适用适用条件条件一切电场一切电场真空；真空；点电荷点电荷匀强电场匀强电场决定决定因素因素由电场本由电场本身决定，身决定，与与q q无关无关由场源电荷由场源电荷Q Q和和场源电荷到该场源电荷到该点的距离点的距离r r共同共同决定决定由电场本身由电场本身决定，决定，d d为为沿电场方向沿电场方向的距离的距离相同相同点点矢量，遵守平行四边形定则，单位：矢量，遵守平行四边形定则，单位：1 N/C1 N/C1 V/m1 V/m 如图所示，在某一点电荷如图所示，在某一点电荷Q Q产生的电场中，产生的电场中，有有a a、b b两点，其中两点，其中a a点的场强大小为点的场强大小为E Ea a，方，方向与向与abab连线成连线成3030角；角；b b点的场强大小为点的场强大小为E Eb b，方向与方向与abab连线成连线成6060角则关于角则关于a a、b b两点场两点场强大小及电势高低，下列说法中正确的是强大小及电势高低，下列说法中正确的是 如图所示，位于正方形四个顶点处分别固定如图所示，位于正方形四个顶点处分别固定有点电荷有点电荷A A、B B、C C、D D，四个点电荷的带电量均为，四个点电荷的带电量均为q q，其中点电荷，其中点电荷A A、C C带正电，点电荷带正电，点电荷B B、D D带负电，带负电，试确定过正方形中心试确定过正方形中心O O并与正方形垂直的直线上到并与正方形垂直的直线上到O O点距离为点距离为x x的的P P点处的电场强度的大小和方向。点处的电场强度的大小和方向。(2012(2012安徽高考安徽高考) )如图所示，半径为如图所示，半径为R R的均匀带的均匀带电圆形平板，单位面积带电量为电圆形平板，单位面积带电量为，其轴线上任，其轴线上任意一点意一点P(P(坐标为坐标为x)x)的电场强度可以由库仑定律和的电场强度可以由库仑定律和电场强度的叠加原理求出：电场强度的叠加原理求出： ，方向沿方向沿x x轴现考虑单位面积带电量为轴现考虑单位面积带电量为0 0的无限的无限大均匀带电平板，从其中间挖去一半径为大均匀带电平板，从其中间挖去一半径为r r的圆板，的圆板，如图所示则圆孔轴线上任意一点如图所示则圆孔轴线上任意一点Q(Q(坐标为坐标为x)x)的的电场强度为电场强度为( () )(1)(1)电场强度是从力的角度反映电场本身性质的物理量，其电场强度是从力的角度反映电场本身性质的物理量，其大小、方向是由电场本身决定的大小、方向是由电场本身决定的(2)(2)E E与试探电荷的正、负以及是否放入无关与试探电荷的正、负以及是否放入无关(3)(3)电场强度的叠加满足平行四边形定则电场强度的叠加满足平行四边形定则(4)(4)电场强度的方向电场强度的方向沿电场线的切线方向沿电场线的切线方向与正电荷在电场中的受力方向相同与正电荷在电场中的受力方向相同1 1对电场强度的进一步理解对电场强度的进一步理解(1)(1)电荷处在电场中一定受到电场力的作用电荷处在电场中一定受到电场力的作用(2)(2)电场力的大小由电场力的大小由E E与与q q共同决定共同决定( (F FEqEq) )(3)(3)正电荷所受电场力的方向与电场强度的方向相正电荷所受电场力的方向与电场强度的方向相同，负电荷所受电场力的方向与电场强度的方向同，负电荷所受电场力的方向与电场强度的方向相反相反2 2对电场力的进一步理解对电场力的进一步理解 电场线电场线形象描述电场形象描述电场(1)(1)概念：概念：为了形象地描述为了形象地描述 _ 中各点电场强度中各点电场强度的强弱及方向，在电场中假想的一些曲线，曲线上的强弱及方向，在电场中假想的一些曲线，曲线上每一点的每一点的_都跟该点的电场强度方向一致，都跟该点的电场强度方向一致，曲线的曲线的_表示电场的强弱表示电场的强弱(2)(2)特点特点电场线是起源于电场线是起源于_电荷或无穷远处，终止电荷或无穷远处，终止于无穷远处或于无穷远处或_电荷；电荷；电场线在电场中不电场线在电场中不 _ _ ；电场强度较大的地方电场线电场强度较大的地方电场线_，电场强度，电场强度较小的地方电场线较小的地方电场线_；电场电场切线方向切线方向疏密疏密正电荷正电荷负电荷负电荷不相交、不相切不相交、不相切较密较密较疏较疏电场线上每一点的切线方向表示该点的电场线上每一点的切线方向表示该点的_的方向的方向沿电场线方向电势逐渐沿电场线方向电势逐渐 ；电场线和等势面在相交电场线和等势面在相交处处 场强方向场强方向降低降低相互垂直相互垂直(2)(2)几种典型电场的电场线几种典型电场的电场线 对电场线的理解及应用对电场线的理解及应用1.1.孤立点电荷的电场孤立点电荷的电场 (1)(1)正正( (负负) )点电荷的电场线呈空间球对称分点电荷的电场线呈空间球对称分布指向外布指向外( (内内) )。 (2)(2)离点电荷越近，电场线越密离点电荷越近，电场线越密( (场强越大场强越大) ) (3)(3)以点电荷为球心作一球面，则电场线处以点电荷为球心作一球面，则电场线处处与球面垂直，在此球面上场强大小相等，处与球面垂直，在此球面上场强大小相等，但方向不同。但方向不同。2 2两种等量点电荷的电场比较两种等量点电荷的电场比较比较比较等量异种点电荷等量异种点电荷等量同种点电荷等量同种点电荷形状形状连线中点连线中点O O处的场强处的场强大小大小最小，指向负电最小，指向负电荷一方荷一方为零为零连线上的场强大小连线上的场强大小沿连线先变小，沿连线先变小，再变大再变大沿连线先变小，再沿连线先变小，再变大变大沿中垂线由沿中垂线由O O点向外点向外场强大小场强大小O O点最大，向外逐点最大，向外逐渐减小渐减小O O点最小，向外先变点最小，向外先变大后变小大后变小 (1)(1)判断电场力的方向判断电场力的方向正电荷的受力方向和电场正电荷的受力方向和电场线在该点切线方向相同，负电荷的受力方向和电场线在该点切线方向相同，负电荷的受力方向和电场线在该点切线方向相反；线在该点切线方向相反；(2)(2)判断电场强度的大小判断电场强度的大小( (定性定性)电场线密处电场电场线密处电场强度大，电场线疏处电场强度小，进而可判断电荷强度大，电场线疏处电场强度小，进而可判断电荷受力大小和加速度的大小；受力大小和加速度的大小；(3)(3)判断电势的高低与电势降低的快慢判断电势的高低与电势降低的快慢沿电场线沿电场线的方向电势逐渐降低，电场强度的方向是电势降低的方向电势逐渐降低，电场强度的方向是电势降低最快的方向；最快的方向；(4)(4)判断等势面的疏密判断等势面的疏密电场越强的地方，等差等电场越强的地方，等差等势面越密集；电场越弱的地方，等差等势面越稀势面越密集；电场越弱的地方，等差等势面越稀疏疏3.3.电场线的应用电场线的应用4 4电场线与带电粒子在电场中运动轨迹的电场线与带电粒子在电场中运动轨迹的关系关系 一般情况下带电粒子在电场中的运动轨一般情况下带电粒子在电场中的运动轨迹不会与电场线重合，只有同时满足以下迹不会与电场线重合，只有同时满足以下三个条件时，两者才会重合。三个条件时，两者才会重合。(1)(1)电场线为直线；电场线为直线；(2)(2)电荷初速度为零，或速度方向与电场线电荷初速度为零，或速度方向与电场线平行；平行；(3)(3)电荷仅受电场力或所受其他力合力的方电荷仅受电场力或所受其他力合力的方向与电场线平行。向与电场线平行。如图所示，如图所示，ABAB是某电场中的一条电场线，在电场是某电场中的一条电场线，在电场线上线上P P处自由释放一个负试探电荷时，它沿直线向处自由释放一个负试探电荷时，它沿直线向B B点运动。对此现象下列判断中正确的是点运动。对此现象下列判断中正确的是( (不计电不计电荷重力荷重力) ) A A电荷向电荷向B B做匀加速运动做匀加速运动B B电荷向电荷向B B做加速度越来越小的运动做加速度越来越小的运动C C电荷向电荷向B B做加速度越来越大的运动做加速度越来越大的运动D D电荷向电荷向B B做加速运动，加速度的变化情况不做加速运动，加速度的变化情况不能确定能确定 一个负点电荷仅受电场力的作用，从一个负点电荷仅受电场力的作用，从某电场中的某电场中的a a点由静止释放，它沿直线运动点由静止释放，它沿直线运动到到b b点的过程中，动能点的过程中，动能EkEk随位移随位移x x变化的关变化的关系图象如图甲所示，则能与图线相对应的系图象如图甲所示，则能与图线相对应的电场线分布图是图乙中的电场线分布图是图乙中的( () ) 在电荷量分别为在电荷量分别为2 2q q和和q q的两个点电荷形成的电场的两个点电荷形成的电场中，电场线分布如图所示，中，电场线分布如图所示， 在两点电荷连线上有在两点电荷连线上有a a、b b 两点，则两点，则 A A在两点电荷之间的连线在两点电荷之间的连线上存在一处电场强度为零的点上存在一处电场强度为零的点 B B在负试探电荷从在负试探电荷从a a点向点向b b点移动过程中所受电场点移动过程中所受电场力先减小后增大力先减小后增大 C C在负试探电荷从在负试探电荷从a a点向点向b b点移动过程中电场力先点移动过程中电场力先做正功做正功, ,后做负功后做负功 D D负试探电荷在负试探电荷在a a点具有的电势能比在点具有的电势能比在b b点具有的电点具有的电势能小势能小 (2010 (2010山东高考山东高考) )某电场的电场线分布如图某电场的电场线分布如图所示，以下说法正确的是所示，以下说法正确的是( () )A Ac c点场强大于点场强大于b b点场强点场强B Ba a点电势高于点电势高于b b点电势点电势C C若将一试探电荷若将一试探电荷q q由由a a点释放，它将沿电场点释放，它将沿电场线运动到线运动到b b点点D D若在若在d d点再固定一点电荷点再固定一点电荷Q Q，将一试探电荷，将一试探电荷q q由由a a移至移至b b的过程中，电势能减小的过程中，电势能减小b b是长为是长为L L的均匀带电细杆，的均匀带电细杆，P P1 1、P P2 2是位于是位于abab所在直线上的两点，位置如所在直线上的两点，位置如图所示图所示abab上电荷产生的静电场在上电荷产生的静电场在P P1 1处处的场强大小为的场强大小为E E1 1，在，在P P2 2处的场强大小为处的场强大小为E E2 2. .则以下说法正确的是则以下说法正确的是( () )A.A.两处的电场方向相同，两处的电场方向相同，E E1 1E E2 2B.B.两处的电场方向相反，两处的电场方向相反，E E1 1E E2 2C.C.两处的电场方向相同，两处的电场方向相同，E E1 1E E2 2D.D.两处的电场方向相反，两处的电场方向相反，E E1 1E E2 2光滑绝缘的水平面上固定着三个带电小光滑绝缘的水平面上固定着三个带电小球球A A、B B、C C，它们的质量均为，它们的质量均为m m，间距均为，间距均为r r，A A、B B带等量正电荷带等量正电荷q.q.现对现对C C球施一水平球施一水平力力F F的同时，将三个小球都放开，如图所的同时，将三个小球都放开，如图所示，欲使得三个小球在运动过程中保持间示，欲使得三个小球在运动过程中保持间距距r r不变，求：不变，求：(1)C(1)C球的电性和电荷量球的电性和电荷量(2)(2)力力F F及小球的加速度及小球的加速度a.a.