【高中物理ppt课件】3-1_电场及其描述.ppt

1919世纪世纪3030年代，法拉第提出：在电荷的周围存在着由它产生的年代，法拉第提出：在电荷的周围存在着由它产生的电场电场，处在电场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场给予，处在电场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场给予的。的。电荷电荷电荷电荷电场电场电场以及磁场已被证明是一种客观存在，并且是互相联系的，电场以及磁场已被证明是一种客观存在，并且是互相联系的，统称为统称为电磁场电磁场。变化的电磁场以有限的速度变化的电磁场以有限的速度光速，在空间传播。光速，在空间传播。它和分子、原子组成的实物一样具有能量、质量，因而场与实它和分子、原子组成的实物一样具有能量、质量，因而场与实物是物质存在的两种不同形式。物是物质存在的两种不同形式。本章只讨论静止电荷产生的电场，称为本章只讨论静止电荷产生的电场，称为静电场静电场。第三节第三节第三节第三节 电场及其描述电场及其描述电场及其描述电场及其描述一一一一.电场电场电场电场1.1.电场是一种特殊形态的物质电场是一种特殊形态的物质电场是一种特殊形态的物质电场是一种特殊形态的物质2.2.电场的基本性质：电场的基本性质：电场的基本性质：电场的基本性质：对放入其中的电荷具有力的作用对放入其中的电荷具有力的作用（电荷和电荷间的作用力是通过电场来实现的）（电荷和电荷间的作用力是通过电场来实现的）3.3.电荷周围存在电场电荷周围存在电场电荷周围存在电场电荷周围存在电场第三节第三节第三节第三节 电场及其描述电场及其描述电场及其描述电场及其描述电荷电荷电荷电荷q q1 1电荷电荷电荷电荷q q2 2电场电场电场的基本性质：对放入其中的电荷有力的作用。电场的基本性质：对放入其中的电荷有力的作用。电场的强弱是电场的强弱是与位置有关的。与位置有关的。实验中的带电小球是用来检验电场是否存在及其强弱分布情况实验中的带电小球是用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的，称为的，称为试探电荷试探电荷，或，或检验电荷检验电荷；试探电荷的电量应足够小；试探电荷的电量应足够小；(不至于影响原电场分布不至于影响原电场分布)试探电荷的线度应足够小；试探电荷的线度应足够小；(可以研究电场中各点情况可以研究电场中各点情况)被检验的电场是电荷被检验的电场是电荷Q所激发的，所以电荷所激发的，所以电荷Q称为称为场源电荷场源电荷，或，或源电荷源电荷。电荷量和尺寸充分小电荷量和尺寸充分小第三节第三节第三节第三节 电场及其描述电场及其描述电场及其描述电场及其描述怎样来描述电场的强弱呢？怎样来描述电场的强弱呢？能否用试探电荷所受的静电力来表示电场的强弱？能否用试探电荷所受的静电力来表示电场的强弱？不同电荷量的试探电荷，即使在电场的同一点，受到的静电力不同电荷量的试探电荷，即使在电场的同一点，受到的静电力也不相同。也不相同。第三节第三节第三节第三节 电场及其描述电场及其描述电场及其描述电场及其描述实验表明：实验表明：不同的试探电荷不同的试探电荷在电场中某个位置所受的力不同，但在电场中某个位置所受的力不同，但在电在电场中同一点电荷所受到的力场中同一点电荷所受到的力F与试探电荷的电荷量的比值是一定与试探电荷的电荷量的比值是一定值；而值；而在电场的不同位置，这个比值一般说来是不一样的。在电场的不同位置，这个比值一般说来是不一样的。1 1、电场强度：、电场强度：放入电场中某点的电荷所受的力放入电场中某点的电荷所受的力F F与它的电荷量与它的电荷量q q的比值，叫做这点的电场强度（场强）的比值，叫做这点的电场强度（场强）。2 2、公式：、公式：E E=F F/q q3 3、单位：、单位：牛每库（牛每库（N/CN/C）；伏每米（伏每米（V/mV/m）；1V/m=1N/C1V/m=1N/C4 4、方向：、方向：电场强度是矢量电场强度是矢量其方向跟其方向跟正电荷正电荷在该点所受的静电力的方向在该点所受的静电力的方向相同相同；跟；跟负电荷负电荷在在该点所受的静电力的方向该点所受的静电力的方向相反相反比值定义法比值定义法第三节第三节第三节第三节 电场及其描述电场及其描述电场及其描述电场及其描述点电荷是最简单的场源电荷，它激发的电场有什么特点呢？点电荷是最简单的场源电荷，它激发的电场有什么特点呢？式中式中Q Q是场源电荷大小是场源电荷大小如果以如果以Q Q为中心作一个球面，则球面上各点的电场强度大小相等。为中心作一个球面，则球面上各点的电场强度大小相等。第三节第三节第三节第三节 电场及其描述电场及其描述电场及其描述电场及其描述5 5、物理意义：、物理意义：场强反映电场的力的性质，由电场本身决定，与有无放入场强反映电场的力的性质，由电场本身决定，与有无放入试探电荷及电量多少无关试探电荷及电量多少无关。【例例例例题题题题1 1】场场电电荷荷Q=210-4C,是是正正点点电电荷荷,检检验验电电荷荷q=-210-5C，是是负电荷，它们相距负电荷，它们相距r=2m且都在真空中，如图所示。求：且都在真空中，如图所示。求：(1)q受的电场力。受的电场力。(2)q所在的所在的B点的场强点的场强EB。(3)只将只将q换为换为=410-5C的正点电荷，再求受力及的正点电荷，再求受力及B点的场强。点的场强。(4)将受力电荷拿去后再求将受力电荷拿去后再求B点场强。点场强。QqABr第三节第三节第三节第三节 电场及其描述电场及其描述电场及其描述电场及其描述【例题例题例题例题2 2】关于电场，下列叙述正确的是：关于电场，下列叙述正确的是：A.以点电荷为圆心，以点电荷为圆心，r为半径的球面上，各点的场强都相同为半径的球面上，各点的场强都相同B.正电荷周围的电场一定比负电荷周围的电场强度大正电荷周围的电场一定比负电荷周围的电场强度大C.在电场中某点放入检验电荷在电场中某点放入检验电荷q，该点的场强为，该点的场强为EF/q，取，取走走q后，该点场强不变后，该点场强不变D.电荷在电场中某点所受电场力很大，则该点电场一定很大电荷在电场中某点所受电场力很大，则该点电场一定很大【答案答案答案答案】C C第三节第三节第三节第三节 电场及其描述电场及其描述电场及其描述电场及其描述三三三三.电场叠加原理电场叠加原理电场叠加原理电场叠加原理如果在空间同时存在多个点电荷，这时在空间某一点的如果在空间同时存在多个点电荷，这时在空间某一点的场强等于各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。场强等于各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。【例题例题例题例题3 3】如图所示，正点电荷如图所示，正点电荷Q1、负点电荷、负点电荷Q2在在P点产生的点产生的合场强如何确定？合场强如何确定？第三节第三节第三节第三节 电场及其描述电场及其描述电场及其描述电场及其描述四四四四.电场的形象化描述电场的形象化描述电场的形象化描述电场的形象化描述电场线电场线电场线电场线 1.1.概念概念:电场线是用来形象地描述电场强弱与方向特性的一簇电场线是用来形象地描述电场强弱与方向特性的一簇曲线曲线.(.(电场线是假想的，实际电场中并不存在电场线是假想的，实际电场中并不存在.).)2.2.电场线的特征电场线的特征静电场的电场线静电场的电场线起于正电荷止于负电荷起于正电荷止于负电荷，孤立的正电荷，孤立的正电荷（或负电荷）的电场线止于（或起于）无穷远处点（或负电荷）的电场线止于（或起于）无穷远处点.(.(单向的单向的,非闭合的非闭合的)电场线电场线不不会会相交相交，也不会相切，也不会相切.电场线电场线疏密疏密反映电场反映电场强弱强弱,电场线电场线密密的地方场强的地方场强大大，电场，电场线线疏疏的地方场强的地方场强小小.电场线上每一点的电场线上每一点的切线方向切线方向，都和该点的，都和该点的场强方向场强方向一致一致.特点：特点：a a、离点电荷越近、离点电荷越近,电场线越密电场线越密,场强越大场强越大.b b、以点电荷为球心作个球面、以点电荷为球心作个球面,电场线处处与球面垂直电场线处处与球面垂直,在此在此球面上场强大小处处相等，方向不同球面上场强大小处处相等，方向不同.3.3.几种常见电场中电场线的分布及特点几种常见电场中电场线的分布及特点正、负点电荷的电场中电场线的分布正、负点电荷的电场中电场线的分布特点：特点：a a、沿点电荷的连线、沿点电荷的连线,场强先变小后变大场强先变小后变大.b b、两点电荷连线中垂面（中垂线）上、两点电荷连线中垂面（中垂线）上,场强方向均相同场强方向均相同,且总且总与中垂面（中垂线）垂直与中垂面（中垂线）垂直.等量异种点电荷形成的电场中的电场线分布等量异种点电荷形成的电场中的电场线分布c c、在中垂面（中垂线）上、在中垂面（中垂线）上,与两点电荷连线的中点与两点电荷连线的中点0 0等距离各点等距离各点场强相等场强相等.等量同种点电荷形成的电场中电场中电场线分布情况等量同种点电荷形成的电场中电场中电场线分布情况特点：特点：a a、两点电荷连线中点、两点电荷连线中点O O处场强为处场强为0.0.b b、两点电荷连线中点附近的电场线非常稀疏，但场强并、两点电荷连线中点附近的电场线非常稀疏，但场强并不为不为0.0.c c、两点电荷连线的中点到无限远电场线先变密后变疏、两点电荷连线的中点到无限远电场线先变密后变疏.匀强电场匀强电场特点：特点：a a、匀强电场是大小和方向都相同的电场，故匀强电场的电场、匀强电场是大小和方向都相同的电场，故匀强电场的电场线是线是平行等距平行等距的直线的直线.b b、电场线的疏密反映场强大小，电场方向与电场线平行、电场线的疏密反映场强大小，电场方向与电场线平行.例、如图，是静电场的一部分电场线的分布，下列说法正确的例、如图，是静电场的一部分电场线的分布，下列说法正确的是：（是：（）A A、这个电场只能是负电荷的电场、这个电场只能是负电荷的电场B B、点电荷、点电荷q q在在A A、B B两处受到的电场力两处受到的电场力F FB BFFA AC C、点电荷、点电荷q q在在A A、B B两处的加速度大小，两处的加速度大小，a aA AaaB B（不计重力）（不计重力）D D、负电荷在、负电荷在B B点处受到的电场力方向沿点处受到的电场力方向沿B B点切线方向点切线方向ABB例、如图为一条电场线，下列说法正确的是：（例、如图为一条电场线，下列说法正确的是：（）A、EA一定大于一定大于EBB、因电场线是直线，所以是匀强电场，故、因电场线是直线，所以是匀强电场，故 EA=EBC、A点电场方向一定由点电场方向一定由A指向指向BD、AB两点的场强方向不能确定两点的场强方向不能确定ABC C例、正检验电荷例、正检验电荷q q在电场中在电场中P P点处开始向点处开始向Q Q点作减速运动，且运点作减速运动，且运动的加速度值越来越小（重力不计），则可以确定它所处的电动的加速度值越来越小（重力不计），则可以确定它所处的电场可能是：（场可能是：（）ABCDPQPQPQPQCa ab bA AB Ba a例、如图例、如图a a所示，所示，ABAB是一个点电荷产生的电场的电场线，图是一个点电荷产生的电场的电场线，图b b则是则是在电场线上在电场线上a a、b b两处的检验电荷的电荷量大小与所受电场力大小两处的检验电荷的电荷量大小与所受电场力大小之间的函数图线，则：（之间的函数图线，则：（）A A、点电荷是正电荷，位置在、点电荷是正电荷，位置在B B侧侧B B、点电荷是正电荷，位置在、点电荷是正电荷，位置在A A侧侧C C、点电荷是负电荷，位置在、点电荷是负电荷，位置在A A侧侧D D、点电荷是负电荷，位置在、点电荷是负电荷，位置在B B侧侧q qF Fb bB B图a图b有同学说有同学说,电场线就是带电粒子在电场中运动的轨迹电场线就是带电粒子在电场中运动的轨迹.这一说法这一说法对吗对吗?为什么为什么?结论结论:电场线与带电粒子在电场中的运动轨迹之间没有必然联系电场线与带电粒子在电场中的运动轨迹之间没有必然联系.答答:不对不对.因为电场线是为了形象描述电场而引入的一组曲线因为电场线是为了形象描述电场而引入的一组曲线.只有下述条件同时满足时二者才重合只有下述条件同时满足时二者才重合电场线是电场线是直线直线;带电粒子初速为带电粒子初速为零零或速度与电场线或速度与电场线共线共线;带电粒子带电粒子仅受仅受电场力作用电场力作用,带电粒子才沿电场线运动带电粒子才沿电场线运动.【例例例例题题题题4 4】在在水水平平向向右右的的匀匀强强电电场场中中，有有一一轻轻质质棒棒AB，A端端固固定定在在一一个个可可以以自自由由转转动动的的轴轴上上，B端端固固定定一一个个大大小小可可以以忽忽略略的的质质量量为为m的的带带电电量量为为q的的小小球球，当当棒棒静静止止后后与与竖竖直直方方向向的的夹夹角角为为，如如图图所所示示。则则该该q为为 电电荷荷，匀匀强强电电场场的的场场强强为为 。【答案答案答案答案】正；正；正；正；第三节第三节第三节第三节 电场及其描述电场及其描述电场及其描述电场及其描述【答案答案答案答案】【例题例题例题例题5 5】如图，质量为如图，质量为m、带电量为、带电量为+q的带电小球，用的带电小球，用长为长为L的绝缘细线悬挂在水平方向的匀强中，将悬线拉至的绝缘细线悬挂在水平方向的匀强中，将悬线拉至水平释放小球沿着弧线摆过水平释放小球沿着弧线摆过600到到B点速度为点速度为0。求：电场强度和求：电场强度和B点拉力点拉力AB第三节第三节第三节第三节 电场及其描述电场及其描述电场及其描述电场及其描述【答案答案答案答案】【例例例例题题题题6 6】如如图图，质质量量为为m，带带电电量量+q的的小小球球被被长长为为l的的绝绝缘缘细细绳绳拴拴住住，在在AB间间摆摆动动，当当小小球球摆摆动动到到C点点时时突突然然加加上上一一个个竖竖直直向向上上的的匀匀强强电电场场E=mg/q，求求：小小球球再再次次摆摆动动到到C点时绳子的拉力？点时绳子的拉力？第三节第三节第三节第三节 电场及其描述电场及其描述电场及其描述电场及其描述【例例例例题题题题7 7】如如图图所所示示，竖竖直直放放置置的的两两块块足足够够大大的的带带电电平平行行板板间间形形成成一一个个水水平平向向右右的的匀匀强强电电场场区区域域，场场强强E。在在两两板板间间用用绝绝缘缘细细线线悬悬挂挂一一个个质质量量为为m的的带带电电小小球球，静静止止时时小小球球偏偏离离竖竖直方向的夹角直方向的夹角。求。求:小球的带电量和电性；小球的带电量和电性；悬线的拉力；悬线的拉力；此时剪断绳子，则经过多少时间，小球到达右板。此时剪断绳子，则经过多少时间，小球到达右板。【答案答案答案答案】带正电，带正电，带正电，带正电，第三节第三节第三节第三节 电场及其描述电场及其描述电场及其描述电场及其描述