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1、第2章电场与示波器 第2章电场与示波器 2 1探究电场的力的性质 目标导航1 掌握电场强度的矢量性 重点 2 掌握电场强度矢量的叠加 并能进行简单的计算 重点 难点 3 掌握用电场线描述电场的方法 重点 一 电场1 电场 周围存在着由它产生的电场 场是 存在的一种形态 2 电场力 电场最基本的性质是能够对场中的电荷有 的作用 这个力叫做 3 静电场 相对于观察者静止的电荷的电场称为 电荷 物质 力 电场力 静电场 二 怎样描述电场1 定量描述电场 1 试探电荷 是一种理想化的物理模型 试探电荷的电荷量和尺寸都必须充分小 以至于放入电场时可以忽略对原来电场的影响 能确切地反映它在电场中的位置 2
2、 电场强度 定义 电场中某点的电荷所受到的 跟它的 的比值 叫做电场在该点的电场强度 简称 用E表示 定义式 点电荷的场强公式 电场力F 电荷量q 场强 方向 电场中某点电场强度的方向跟 在该点所受电场力的方向相同 单位 该单位为导出单位 由力的单位和电量的单位共同决定 物理意义 反映电场 的物理量 描述电场力的性质 正电荷 N C 强弱 想一想提示 不相同 q是试探电荷 Q是场源电荷 2 形象描述电场 1 电场线 在电场中画出的一些有方向的曲线 在这些曲线上 每一点的切线方向都表示该点的 方向 这样的曲线叫 用电场线的 来大致表示电场强度的大小 2 物理模型 电场线是为了形象地描述电场而假想
3、的线 电场中实际 这些线 电场强度 电场线 疏密 并不存在 3 匀强电场 场强的大小和方向都相同的电场叫做 电场 三 电场的叠加原理许多点电荷在某点的合场强 等于各点电荷的电场在该点场强的 可以表示为E合 E1 E2 En 这叫做电场的叠加原理 四 匀强电场中金属导体的电荷分布 匀强 矢量和 1 静电平衡 物理学中将导体中没有电荷移动的状态叫做 2 导体的内部场强 处在静电平衡下的导体 内部场强处处为 3 在导体表面附近 电场线与表面的关系 4 电荷分布 处于静电平衡下的导体 电荷只分布在导体的 静电平衡 零 垂直 外表面 要点1对电场强度的理解 学案导引 一检验电荷q 4 10 9C 在电场
4、中P点受到的电场力F 6 10 7N 求 1 P点的场强 2 没有检验电荷时P点的场强 3 放一电荷量为q 1 2 10 6C的电荷在P点 其受到的电场力F 是多大 答案 1 1 5 102N C 2 1 5 102N C 3 1 8 10 4N 变式训练 要点2对电场线的理解 学案导引1 电场线是电场中真实存在的线吗 2 电场线如何描述场的方向和强弱 1 常见电场的电场线分布情况 图2 1 1 2 电场线不是电荷的运动轨迹 1 电场线是为了形象地描述电场而引入的假想曲线 规定电场线上某点的场强方向沿该点的切线方向 也就是正电荷在该点受电场力产生的加速度的方向 2 运动轨迹是带电粒子在电场中实
5、际通过的径迹 径迹上每点的切线方向为粒子在该点的速度方向 结合力学知识 可以知道物体的速度方向不一定与加速度的方向一致 因此电场线不一定是粒子的运动轨迹 3 在满足以下条件时 电场线与带电粒子的运动轨迹重合 电场线是直线 带电粒子只受电场力作用 或受其他力 但其他力的合力为零或其他力的合力的方向沿电场线所在直线 带电粒子初速度为零或初速度方向沿电场线所在的直线 3 电场线的疏密和场强的关系的常见情况按照电场线的画法的规定 场强大的地方电场线密 场强小的地方电场线疏 在图中EA EB 图2 1 2 但若只给一条直电场线 如图2 1 3所示 则无法由疏密程度来确定A B两点的场强的大小 对此情况可
6、有多种推理判断 图2 1 3 若是正点电荷电场中的一根电场线 则EA EB 若是负点电荷电场中的一根电场线 则EA EB 若是匀强电场中的一根电场线 则EA EB 特别提醒 1 两条电场线间的空白处存在电场 电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向 2 电场中任何两条电场线都不能相交 电场线也不闭合 3 带电粒子在电场中的运动轨迹由带电粒子所受合外力与初速度共同决定 某静电场中的电场线如图2 1 4所示 带电粒子在电场中仅受电场力作用 其运动轨迹如图中虚线所示 由M运动到N 以下说法正确的是 A 这个电场可能是负点电荷形成的B 粒子必定带正电荷 图2 1 4 C 粒子在M点所受的电场力比在N点
7、所受的电场力大D 粒子在M点的加速度大于它在N点的加速度 思路点拨 解答本题时应把握以下四点 1 点电荷的电场线是直线 2 电荷的受力方向为其运动曲线弯曲方向 3 电场线的疏密表示电场的强弱 4 电荷受力大小与场强大小有关 场强越大 受力越大 答案 B 方法指引 这类问题首先要根据带电粒子轨迹弯曲方向 判断出受力情况 第二步把电场线方向 受力方向与电性相联系 第三步把电场线疏密和受力大小 加速度大小相联系 变式训练2 如图2 1 5所示 空间有一电场 电场中有两个点a和b 下列表述正确的是 A 该电场是匀强电场B a点的电场强度比b点的大C b点的电场强度比a点的大D 正电荷在a b两点受力方
8、向相同 图2 1 5 解析 选B 匀强电场的电场线是等间距的平行线 故A错 a点电场线比b点电场线密 故B正确 C错误 a b两点电场线的切线方向不同 故场强方向不同 电场力方向不同 D错误 要点3电场的叠加 学案导引1 电场叠加满足的运算规则是什么 2 等量同种电荷或等量异种电荷空间场如何分布 1 场强的叠加 1 同一直线上的场强叠加时 方向相同的两个电场的合场强等于两场强之和 方向与各场强方向一致 方向相反的两个电场的合场强等于两场强之差 方向与场强大的那个分场强的方向一致 2 不在同一直线上的场强叠加时 其合场强的计算遵守平行四边形定则 2 等量异种电荷连线上 连线的中垂线上电场强度的变
9、化情况 1 两点电荷连线上各点电场强度的方向由该点指向负电荷 从正点电荷到负点电荷场强先变小后变大 两点电荷连线的中点O是连线上场强最小的点 2 两点电荷连线的中垂线上 各点场强方向均相同 且垂直于中垂线指向负电荷一侧 从O点沿中垂线往两侧场强逐渐减小 3 关于O点对称的点的场强等大同向 见图甲中的A与A B与B 图2 1 6 3 等量同种电荷连线上 连线的中垂线上电场强度的变化情况 1 两点电荷连线的中点O处场强为零 从O点往两侧 场强逐渐增大 2 从O点沿中垂线往两侧 电场线先变密后变疏 场强先变大后变小 3 两点电荷连线中垂线上各点的电场强度的方向与中垂线平行 4 关于O点对称的点的电场
10、强度等大反向 见图乙中的A与A B与B 在真空中 电荷量均为q的异种点电荷相距r 则 1 两点电荷连线中点的场强如何 2 在两电荷垂直平分线上到两点电荷距离均为r的点的场强又如何 思路点拨 根据点电荷的场强公式和场强的叠加原理分析 计算 图2 1 7 答案 见精讲精析 方法指引 此题属场强叠加类问题 解决此类问题的基本思路 1 明确有几个场源 电荷 在你所考查的空间或位置激发电场 2 分析各个场源在你所考查的位置或空间激发电场的强弱和方向 3 根据电场叠加原理 多个场源激发电场的合场强应等于各个电场单独存在时在该点产生的场强的矢量和 各个场强方向若在一条直线上 可用代数运算法 如果不在一条直线
11、上用矢量合成的平行四边形定则来运算 变式训练3 2012 海门高二检测 已知四个点电荷q q q q分别分布于边长为a的正方形的四个顶点A B C D处 如图2 1 8所示 则正方形中心的场强大小为 图2 1 8 电场强度与力学综合问题 经典案例 10分 2012 东营高二检测 在一个点电荷Q形成的电场中 坐标轴上A B两点的坐标分别为2 0m和5 0m 放在A B两点的试探电荷受到的电场力方向都跟x轴的正方向相同 电场力的大小跟试探电荷所带电荷量的关系图像如图2 1 9中直线a b所示 放在A点的电荷带正电 放在B点的电荷带负电 求 1 B点的电场强度的大小和方向 2 试判断点电荷Q的电性
12、并说明理由 3 点电荷Q的位置坐标 图2 1 9 审题指导 解此题的关键要看清F q图像中的信息和O A B三点在x轴上的位置 答案 1 2 5N C沿x轴负方向 2 带负电理由见解题样板 3 2 6m 0 名师点评 1 电场的特性是对放入其中的电荷有力的作用 因正 负电荷受电场力方向相反 故规定正电荷受力方向为该点场强方向 2 借助图像考查的力 电综合问题中 看清图像意义 提取图像信息是正确解题的关键 1 何谓 净电荷 净电荷 与 静电荷 有何区别 提示 所谓 净电荷 并不是指静电荷 我们知道金属导体中有大量的自由电子 它们带有负电荷 还有很多失去外层电子的正离子 它们带有正电荷 这些都可以
13、叫 静电荷 但是当导体不带电时 导体的正负电荷数是相等的 我们说导体不带有 净电荷 当我们用某种方式使导体的自由电子数减少 这时导体就具有了多余的正电荷 我们就说导体带有正的 净电荷 反之就说导体带有负的 净电荷 可见所谓 净电荷 是指整个导体或导体的某部分 静电感应时 的正负电荷之差 举个例子 也就是一个导体 一边带了 5q的电荷量 一边带了 3q的电荷量 那么整个导体的净电荷就为 2q 2 静电平衡状态的导体内部场强处处为零 是否可以说导体内部没有电场 提示 不能说导体内部没有电场 因为导体内部电场强度为零 是指合场强为零 事实上 导体内部每一点都有两个场强 只是叠加的结果使得该点合场强为零 由此我们可以得到如下结论 处于静电平衡状态的导体 感应电荷在导体内任一点的场强E 与外电场在该点的场强E0大小相等 方向相反 即E E0
