电场强度与电场线.docx

1、电场强度与电场线电场强度和电场线一、电场:()电荷之间的相互作用是通过特别形式的物质电场发生的,电荷的周围都存在电场。特别性:不同于生活中常见的物质,看不见,摸不着,无法称量,能够叠加、物质性:是客观存在的,具有物质的基本属性质量和能量。(2)基本性质:主要表现在以下几方面引入电场中的任何带电体都将受到电场力的作用,且同一点电荷在电场中不同点处受到的电场力的大小或方向都估计不一样、电场能使引入其中的导体产生静电感应现象。当带电体在电场中移动时,电场力将对带电体做功,这表示电场具有能量。二、电场强度(E):同一电荷q在电场中不同点受到的电场力的方向和大小一般不同,这是什么因素造成的？()关于试探

2、电荷和场源电荷注意:试探电荷是一种理想化模型,它是电量特别小的点电荷,将其放入电场后对原电场强度无影响指出:尽管可用同一电荷q在电场中各点所受电场力F的大小来比较各点的电场强弱,然而电场力F的大小还和电荷q的电量有关,因此不能直截了当用电场力的大小表示电场的强弱、实验表明:在电场中的同一点,电场力与电荷电量成正比,比值F/q由电荷q在电场中的位置所决定,跟电荷电量无关,是反映电场性质的物理量,因此我们用这个比值F/来表示电场的强弱、(2)电场强度定义:电场中某一点的电荷受到的电场力F跟它的电荷量q的比值,叫做该点的电场强度,简称场强、用E表示。公式(大小):E=F/q (适用于所有电场)单位:

3、/ 意义方向性:物理学中规定,电场中某点的场强方向跟正电荷在该点所受的电场力的方向相同、指出:负电荷在电场中某点所受的电场力的方向跟该点的场强方向相反、唯一性和固定性电场中某一点处的电场强度E是唯一的,它的大小和方向与放入该点电荷q无关,它决定于电场的源电荷及空间位置,电场中每一点对应着的电场强度与是否放入电荷无关。三、(真空中)点电荷周围的电场、电场强度的叠加(1)点电荷周围的电场大小:E=Q/r (只适用于点电荷的电场)方向:假如是正电荷,E的方向就是沿着P的连线并背离;假如是负电荷:E的方向就是沿着PQ的连线并指向Q、说明:公式EkQr中的Q是场源电荷的电量,r是场中某点到场源电荷的距离

4、。 理解:空间某点的场强是由产生电场的场源电荷和该点距场源电荷的距离决定的,与检验电荷无关、（2）电场强度的叠加原理:某点的场强等于该点周围各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和、要点提炼公式E=与E=的对比理解项目意义适用条件Q或的意义公式中各量的关系电场强度的定义式任何电场是试探电荷E用与的比值来表示,但大小与F、q大小无关k点电荷的场强公式点电荷在真空中Q是场源电荷E不仅由Q、决定且E,四、电场线()电场线:电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线,曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度的方向。(2)电场线的基本性质电场线上每点的切线方向就是该点电场强度的方向、电场线的疏密反映电场强度

5、的大小(疏弱密强)。静电场中电场线始于正电荷或无穷远,止于负电荷或无穷远。它不封闭,也不在无电荷处中断、任意两条电场线可不能在无电荷处相交(包括相切) 指出:电场线是为了形象描述电场而引入的,电场线不是实际存在的线。常见电场的电场线电场电场线图样简要描述正点电荷发散状负点电荷会聚状等量同号电荷相斥状等量异号电荷相吸状匀强电场平行的、等间距的、同向的直线五、匀强电场(1)定义:电场中各点场强的大小相等、方向相同的电场就叫匀强电场。(2)匀强电场的电场线:是一组疏密程度相同(等间距)的平行直线、例如,两等大、正对且带等量异种电荷的平行金属板间的电场中,除边缘附近外,就是匀强电场、 如图、对电场强度

6、的概念的理解【例1】(单项)电场中有一点P,下列说法中正确的有A、若放在P点的电荷的电量减半,则点的场强减半、若P点没有检验电荷,则P点场强为零C、P点的场强越大,则同一电荷在P点受到的电场力越大、点的场强方向为放在该点的电荷的受力方向【例2】如图所示,在一带负电的导体A附近有一点B,如在B处放置一个q12。010 C的电荷,测出其受到的静电力F1大小为。01 ,方向如图,则处场强是多大？假如换用一个q。0107的电荷放在B点,其受力多大?此时B处场强多大？图2、点电荷的电场强度【例1】在真空中有两个点电荷q和q2,分别位于A和B,q为10- C,q2为-810-8 。AB=A=2m,求(1)

7、q1在D点产生的场强大小(2)q2在D点产生的场强大小图3(3)求出D点场强大小、方向如何?【例】 在真空中点放一个电荷Q=+1、0109C,直线M通过点,M的距离r=0c,点放一个点电荷q1、1010 C,如图4所示,求:图4()q在M点受到的作用力;(2)M点的场强;(3)拿走q后M点的场强;()若MN0 cm,则N点的场强多大?【例3】 如图所示,真空中,带电荷量分别为+Q和Q的点电荷、相距r,则:图5(1)两点电荷连线的中点O的场强为多大?()在两点电荷连线的中垂线上,距A、B两点都为r的点的场强如何?3、电场线【例1】如图3所示是点电荷Q周围的电场线,图中A到Q的距离小于B到Q的距离

8、、以下判断正确的是( )图3A、是正电荷,A点的电场强度大于点的电场强度B、是正电荷,A点的电场强度小于B点的电场强度C。Q是负电荷,A点的电场强度大于B点的电场强度D、Q是负电荷,点的电场强度小于B点的电场强度【即学即练】。电场强度的定义式为EFq( )A、该定义式只适用于点电荷产生的电场B。F是检验电荷所受到的力,是产生电场的电荷的电荷量C、场强的方向与F的方向相同D、由该定义式可知,场中某点电荷所受的电场力大小与该点场强的大小成正比2。为已知电场中的一固定点,在A点放一电荷量为q的电荷,所受电场力为,A点的场强为E,则( )。若在A点换上-q,A点场强方向发生变化、若在A点换上电荷量为2

9、q的电荷,A点的场强将变为2C、若在A点移去电荷q,A点的场强变为零D、A点场强的大小、方向与q的大小、正负、有无均无关3、关于电场线的说法,正确的是( )A、电场线的方向,就是电荷受力的方向B、正电荷只在电场力作用下一定沿电场线运动C、电场线越密的地方,同一电荷所受电场力越大D、静电场的电场线不估计是闭合的、 如图6所示,带箭头的直线是某一电场中的一条电场线,在这条线上有A、B两点,用A、EB表示A、B两处的场强,则( )图6A。、B两处的场强方向相同、因为A、B在一条电场线上,且电场线是直线,因此EAE、电场线从A指向B,因此AEB、不知、B附近电场线的分布情况,E、B的大小不能确定【达标

10、提升】、在电场中A处放点电荷+q,其受电场力为F,方向向左,则处场强大小 ,方向为 ;若将A处放点电荷为-2,则该处电场强度大小为 ,方向为 、2、真空中有一电场,在电场中的P点放一电量为09C的试探电荷,它受到的电场力 21-5N,则P点的场强度 N/C;把试探电荷的电量减少为210-C,则检验电荷所受的电场力为 N。 假如把这个试探电荷取走,则P点的电场强度为 N。3、真空中,A,B两点上分别设置异种点电荷1、2,已知两点电荷间引力为1,Q1=1。0102C,2=2、00-2C。则Q在A处产生的场强大小是_NC,方向是_;则Q1在处产生的场强的大小是_N/C,方向是_、4、关于电场强度E的

11、说法正确的是( )A、电场中某点的场强方向跟正电荷在该点所受的电场力的方向相同;B、依照E=F/可知,电场中某点的电场强度与电场力F成正比,与电量q成反比;C、E是矢量,与的方向一致;D、公式E=kQ对任何电场都适用。、在电场中某一点,当放入正电荷时受到的电场力向右,当放入负电荷时受到电场力向左,下列说法正确的是:( )A、当放入正电荷时,该点的场强向右,当放入负电荷时,该点的场强向左B、只有在该点放入电荷时,该点才有场强C。该点的场强方向一定向右 D、以上说法均不正确6、(多项)下列说法中正确的是:( )A、只要有电荷存在,电荷周围就一定存在着电场B、电场是一种物质,它与其他物质一样,是不依

12、赖我们的感受而客观存在的东西C、电荷间的相互作用是通过电场而产生的,电场最基本的性质是对处在它里面的电荷有力的作用D。场强的定义式=F/中,F是放入电场中的电荷所受的力,是产生电场的电荷的电量7、(多项)下列说法中正确的是:( )A、电场强度反映了电场的力的性质,因此场中某点的场强与检验电荷在该点所受的电场力成正比B、电场中某点的场强等于F/q,但与检验电荷的受力大小及带电量无关C、电场中某点的场强方向即检验电荷在该点的受力方向、公式=Fq和=r关于任何静电场都是适用的电势能与电势教学目标1、理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与电场力做功的关系。2、理解电势的概念,明白电势是描述电场的

13、能的性质的物理量。3、明确电势能、电势、静电力的功、电势能的关系。一、静电力做功的特点让试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中沿几条不同路径从A点运动到B点,我们来计算这几种情况下静电力对电荷所做的功。W=FAqEAB BcEAB W=1+W+W3+ 其中F=qE|AM分析三种情况下的做功的数据结果,从中找到共同点和不同点,归纳得出相关的物理知识。结论:静电力做的功只与电荷的起始位置和终点位置有关,与电荷经过的路径无关、拓展:该特点关于非匀强电场中也是成立的。二、电势能。电势能:由于移动电荷时静电力做功与移动的路径无关,电荷在电场中也具有势能,这种势能我们叫做电势能。电势能用p表示 (是电荷郁所

14、在的电场所共有的)单位 焦耳j2。讨论:静电力做功与电势能变化的关系通过知识的类比,静电力做的功等于电势能的变化、功是能量变化的量度。电场力做多少功,电势能就变化多少,在只受电场力作用下,电势能与动能相互转化,而他们总量保持不变。WB(EpBEpA)EpA【考虑讨论】对不同的电荷从运动到B的过程中,电势能的变化情况:正电荷从运动到B做正功,即有AB0,则EpAEpB,电势能减少、正电荷顺着电场线的方向其电势能逐渐减少。负电荷从A运动到B做正功,即有WAB0,则EpEB,电势能增加。,电势能增加、负电荷顺着电场线的方向其电势能逐渐降低。、求电荷在某点处具有的电势能问题,请分析求出A点的电势能为多

15、少?:如何求出A点的重力势能呢？进而联系到电势能的求法。则 EpA=A (以B为电势能零点)电荷在某点的电势能,等于静电力把它从该点移动到零势能位置撕所做的功。4。零势能面的选择通常把电荷离场源电荷无限远处的电势能规定为零,或把电荷在大地表面上的电势能规定为零、拓展:求电荷在电场中、B两点具有的电势能高低。将电荷由点移动到B点,依照静电力做功情况判断。若静电力做功为正功,电势能减少,电荷在A点电势能大于在B点的电势能。反之静电力做负功,电势能增加,电荷在A点电势能小于在B点的电势能弄清正、负电荷在电场中电势能的不同特点,判断其做功特点再进行判断。三、电势研究认识了电场强度,电势。是表征电场性质

16、的重要物理量度、通过类比可见,若用左图中的/,或右图中的Epq,它们的值是相同的。EpA=qE场Lo,EpA与q成正比,即电势能跟电荷量的比值pA/q都是相同的。对电场中不同位置,由于L与能够不同,因此这个比值一般是不同的。电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值,是由电场中这点的位置决定的,跟试探电荷本身无关、定义:电荷在电场中某一点的电势能与他的电荷量的比值,叫做这一点的电势。用表示。 表达式:Ep/ (与试探电荷无关)2。电势是标量,它只有大小没有方向,但有正负。、单位:伏特(V) 1J/C物理意义:电荷量为1C的电荷在该点的电势能是1J,则该点的电势就是1V。依照静电力做功的正负,

17、判断电势能的变化,进而判定电势的高低。4、电场线指向电势降低的方向。电势顺线降低;顺着电场线方向,电势越来越低。Ep有零势能面,因此电势也具有相对性。应该先规定电场中某处的电势为零,然后才能确定电场中其他各点的电势。5、零电势位置的规定:电场中某一点的电势的数值与零电势的选择有关,即电势的数值决定于零电势的选择、因此电势 有正负之分,是由于其零电势的选择决定。通常以大地或无穷远默认为零。四、等势面1、等势面:电场中电势相同的各点构成的面、正点电荷和带电平行金属板中的等势面。2、等势面与电场线的关系在同一等势面上各点电势相等,因此在同一等势面上移动电荷,静电力不做功。电场线跟等势面一定垂直,即跟

18、电场强度的方向垂直。电场线跟等势面垂直,同时由电势高的等势面指向电势低的等势面。等势面越密,电场强度越大、等势面不相交、不相切。、应用等势面:由等势面描绘电场线方法:先测绘出等势面的形状和分布,再依照电场线与等势面的关系,绘出电场线的分电势能与电势习题一、选择题1、在静电场中有、B两点,关于这两点的场强和电势的关系,下列说法正确的是( )A、若场强相等,则电势一定相等B。若电势相等,则场强一定相等C、电势高处场强一定大D、场强大处,电势反而估计低2。关于电势与电势能的说法中正确的有( )A、在电场中,电势越高的地方,电荷在那一点具有的电势能就越大B、在电场中某一点,若放入的电荷电量越大,它所具

19、有的电势能越大C、在正的点电荷电场中的任一点,正电荷所具有的电势能一定大于负电荷所具有的电势能D。在负的点电荷电场中的任一点,正电荷所具有的电势能一定小于负电荷所具有的电势能、如图所示,正电荷在电场中沿某一条电场线从A,此过程有估计是( )。电场力大小不断变化、电场力大小保持不变、电荷克服电场力做功、电荷的电势能不断减小4。在静电场中,下列说法正确的是()A。电场强度为零的点,电势一定为零。电场强度处处相同的区域内,电势也一定处处相同C。只在电场力作用下,正电荷一定从高电势的地方向低电势的地方移动、沿着电场线方向,电势一定越来越低5。关于电势差和电场力做功的说法中,正确的是()A。电势差是关量

20、,电场力做的功是标量B、在两点间移动电荷,电场力不做功,则两点间的电势差为零C、在两点间被移动的电荷的电荷量越少,则两点间的电势差越大D、在两点间移动电荷时,电场力做正功,则两点间的电势差大于零6。有一电场的电场线如图所示,场中A、B两点的场强和电势分别用E、E和A、A表示,则A、EAE、AA 、EAEB、AC、EA、AA D、EAEB、AA、下列说法正确的是( )A。正电行在电场中的电势能为正,负电行在电场中的电势能为负B、电荷在电势为正的点电势能为正,电荷在电势为负的点电势能为负C、电荷克服电场力做多少功,它的电势能就等于多少、不管是否存在其他力对电荷做功,电场力对电荷做多少正功,电荷的电

21、势能就减少多少8、在静电场中,关于场强和电势的说法正确的是()A。电场强度大的地方电势一定高B。电势为零的地方场强也一定为零C、沿电场线方向电势越来越低,场强越来越小D、场强和电势都跟电场中是否存在试探电荷无关9、带正电的小球只受电场力作用,则它在任意一段时间内()A、一定沿着电场线由高电势向低电势方向运动B、一定沿着电场线向电势能减小的方向运动、不一定沿着电场线运动,但一定向低电势方向运动D。不一定沿着电标线运动,也不一定向电势能减小的方向运动0、对UB=V的理解,正确的是()、从A到移动C的电荷,电场力做功1JB、从A到B移动C的正电荷,电场力做功1J。从A到B移动1的负电荷,克服电场力做

22、功1D。从A到B移动1的负电荷,外力做功1J11、如图所示,、b、是某电场中一条电场线上的三个点,电场方向由a指向c,b恰在a、c的正中间,a、b、c三点的电势和场强分别用、和、表示,则下列关系正确的是()A、 B。、 、2、如图所示,A、B为两等量异种点电荷,A带正电,B带负电,在AB的连线上有a、b、c三点,b为连线的中点,b=c,则()A。a点与c点的电场强度相同B、点与c点的电势相同C、b间的电势差与b、c间的电势差相等、点电荷沿、B连线的中垂线移动,电场力不做功13。如图所示的电场中有A、B两点,下列判断正确的是()A、电势,场强B、电势,场强C、将电荷量为q的正电荷从点移到B点,电

23、场力做正功,电势能减少D。将电荷量为的负电荷分别放在A、B两点,电荷具有电势能二、填空题4。如图所示,实线为电场线,虚线为等势线,相邻两等势线间的电势差相等,一正的点电荷经过等势线时,具有动能20J,运动到等势线时动能为零,令,则当该电荷的电势能为4J时,动能为_J、15、如图所示,带电导体表面A点附近场强,B点附近场强,现将一个带与导体同种电荷的点电荷分别放在A、B两处,并从静止开始释放,则点电荷在、B两处加速度大小之比为_,点电荷分别所能获得的最大速率之比为_、若将该点电荷由A移到,电场力做功为_。16。如图所示,a、c、为某电场中的四个等势面,一带正电的粒子飞入电场后,只在电场力作用下沿

24、M点到N点的虚线运动,由此可知,这四个等势面的电势由高到低的排列顺序是_,带电粒子经M和N点时,在_点具有较大的电势能、17、如图所示,A、B、C、D是匀强电场中一正方形的四个顶点,已知A、B、C三点的电势分别为他V,V,V,求D点的电势_、三、计算题8。一个带负电的粒子,=2。0109C,在静电场中的点运动到点,在这过程中,除电场力外,其他力做功为6、0105J,粒子的动能增加了8、0105,求a、b两点间的电势差Uab、9、固定不动的正点电荷,带电量为=1、0-C,点电荷从距无穷远的电势为零处移到距为3、电势为3000V的P点,电场力做功-1、81-3J,求(1)电荷的电荷量。(2)电荷B

25、在P点处所受的电场力大小。()若在P处自由释放电荷B,它能获得的最大动能是多少？1、对电场强度的概念的理解【例】C【例2】思路点拨解答本题应掌握以下三点:(1)电场强度的大小计算和方向判断可分开进行、(2)场强大小可由场强的定义式求解。(3)场强方向与正(负)电荷所受电场力方向相同(反)、解析 由场强公式可得EB= N/C00 NC因为是负电荷,因此场强方向与F1方向相反、q在B点所受静电力F2=q2EB、0720 。0105 N方向与场强方向相同,也就是与F反向。此时B处场强:E NC2/C、答案2 /C8。1-5 N 20 /C2、点电荷的电场强度【例1】【例】 思路点拨 解答本题时,可按

26、以下思路分析:()库仑定律求受力、(2)场强定义求M点场强、(3)场强的决定式求点场强、解析 (1)电场是一种物质,电荷q在电场中M点所受的作用力是电荷Q通过它的电场对q的作用力,依照库仑定律,得Mk=N=1、018 N。因为Q带正电,q带负电,库仑力是吸引力,因此力的方向沿指向Q。(2)由电场强度的定义式得:EM= N/=10 ,方向由指向M、(3)拿走q后点的场强仍为100N/C,方向由O指向。(4)N点的场强E= =EM2N/、答案 (1)1。00-8 N,方向沿O指向(2)100 N/C,方向沿O指向M()10 N/C,沿OM指向M (4)25 N/C【例3】答案 (),方向由AB(2

27、) ,方向由AB解析分别求出+Q和Q在某点的场强大小和方向,然后依照电场强度的叠加原理,求出合场强。(1)如图甲所示,A、B两点电荷在O点产生的场强方向相同,均由B。、两点电荷在O点产生的电场强度EA=B=,因此点的场强为:=2E=。(2)如图乙所示,=,由矢量图所形成的等边三角形可知,点的场=,方向与A、的中垂线垂直,即AB、3、电场线【例】答案 解析正点电荷的电场是向外辐射的,电场线密的地方电场强度大,因此正确。【即学即练】1、答案 D解析 定义式E对任何电场都适用,因此A错;公式中F指检验电荷在这一点所受的电场力大小,是指检验电荷的电荷量,因此错;场强方向与正电荷在该点所受F的方向相同,

28、与负电荷所受F的方向相反,因此C错;由定义式可得,与E成正比,因此D对、2、答案 D解析 场强E是由电场本身的性质决定,与检验电荷所受电场力F和检验电荷带电荷量均无关,与这一点有无电荷也无关,因此、B、C均错,D正确、。答案CD解析 正电荷的受力方向沿着电场线的切线方向,负电荷的受力方向沿着电场线切线的反方向,同时电场线不一定和电荷运动轨迹重合,因此A、B错;电场线的疏密程度表示场强大小,同一电荷所受电场力与场强成正比,因此对;静电场的电场线从正电荷或无穷远出发,到无穷远或负电荷结束,且不闭合,因此D对、答案 D解析 电场线的切线方向指场强方向,因此A对;电场线的疏密程度表示场强大小,只有一条电场线的情况下不能判断场强大小,因此B、错误,D正确、【达标提升】4。 A 5、C 6。ABC7、BC电势能与电势习题答案:选择:、 2、D 3、B 4。 、B 、D 7、D 8、D 9、D0、C 11、A 2。CD1、C填空:1。2、00:1,:1,0、3、,N,4、V。计算:1、-1。0102、(1)6-7C,(