《理化综合基础 教学课件 ppt 作者 茆有柏 程宏琦 第5章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《理化综合基础 教学课件 ppt 作者 茆有柏 程宏琦 第5章（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章 电 场,第一节 电 场 强,一、两种电荷 人类对于电现象的认识开始很早。公元前人们就已经知道摩擦过的琥珀会吸引丝线，人们把这种现象叫做摩擦起电。在生活中，我们经常会遇到此类现象：空气干燥时，用塑料梳子梳头，头发会随着梳子飘起来；夜晚脱毛衣时，会看到闪光。这都是由摩擦起电造成的。我们还已经知道，自然界中只有两种电荷：正电荷和负电荷。用丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷叫正电荷，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带的电荷叫负电荷。,大量事实说明：电荷既不能创造，也不能被消灭，它们只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分。这个结论叫做电荷守恒定律。它是物理学中重要的基本定律之一。 我们知
2、道，电子带有最小的负电荷，质子带有最小的正电荷，它们的电量的绝对值相等。一个电子的电量,所有的实验还表明，任何带电的粒子，所带电量或者等于电子或质子的电量，或者是它们的电量的整数倍，因此，人们自然地把1.60210-19C叫做元电荷。科学家在研究原子、原子核以及基本粒子时，为了方便，常常用元电荷作为电量的单位。,二、库仑定律 实验表明，电荷之间的作用力，随着距离的增大而减小，随着电荷量的增大而增大。一般来说，带电体之间的作用力的大小，不但与带电体之间的距离及它们所带的电量有关，还跟带电体的形状和大小都有关。但是，如果带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状和大小对相互作用力的影响
3、可以忽略，这样的带电体就可以看做点电荷。 法国物理学家库仑(17361806)用实验研究了静止的点电荷间的相互作用力，于1785年发现了后来用他的名字命名的定律。,库仑实验的结果是：在真空中两个点电荷之间的作用力跟它们的电量的乘积成正比，跟它们之间的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。这就是库仑定律。电荷间的这种作用力叫做静电力，又叫做库仑力。 如果用Q1、Q2表示两个点电荷的电量，用r表示它们之间的距离，用F表示它们间的静电力，库仑定律就可以写成下面的公式：,式中，k是常量，叫静电力常量，它的数值和单位由式中各量的单位决定。 在国际单位制中，电荷量的单位用C，距离的单位用m，力的
4、单位用N,三、电场和电场强 我们知道，任何力的作用都离不开物质。手推桌子，手对桌子的推力直接作用在桌子上；马拉车，马对车的拉力是通过绳子作媒介。这时我们不禁会想：两个电荷相互作用时并不直接接触，那么，带电体到底通过什么发生相互作用呢？ 将同一个电荷放在电场中的不同位置，通过上百年的探讨争论，人们发现，实际上，电荷周围存在着一种叫做电场的物质，电荷通过电场与其他电荷发生作用，因而库仑力又称电场力。在电场中的不同位置，同一电荷受到的作用力一般是不同的，说明不同位置的电场有强弱的差别，我们用电场强度来表示空间一点电场的强弱。电场强度是由电场本身决定的物理量，它的单位是牛每库，符号为N/C。,电场强度
5、跟力一样，也是矢量。我们规定电场中某点的场强方向跟正电荷在该点所受电场力的方向相同。 如果电场中某一点的电场强度为E，则电荷q在这点所受的电场力为,四、电场线 我们用电场强度来描述电场的大小和方向，但是电场强度的概念很抽象。我们在初中曾用磁感线形象地描述磁场，与此类似，我们用电场线来形象地描述电场。 电场线是这样一些曲线，它上面每一点的切线方向都跟这点电场强度的方向一致。图5-1是一条电场线，它上面的A、B点处的场强EA、EB在过该点的切线上，方向如图中箭头所示。,图5-2是点电荷的电场线，从图中可以看出，离产生电场的电荷较近的地方，也就是场强越大的地方，电场线越密。所以，用电场线来表示电场时
6、，场强越大的地方电场线越密，场强越小的地方电场线越稀。,五、匀强电场 如果电场的某区域中各点场强的大小和方向都相同，这个区域的电场叫做匀强电场。在匀强电场中，各处电荷受到的电场力的大小和方向都是相同的。匀强电场中的电场线是一些在空间分布均匀、互相平行的直线。在模拟电场线的实验中，如果所用的电极是两块靠得很近的平行金属板，当这两块金属板带有等量异种电荷时，两板间就会出现分布均匀且互相平行的电场线，除边缘部分外，两板间的电场可看成是匀强电场(见图5-3)。,第二节 *电势差 电势,一、电势差 我们在初中学过电压，这里讲的电势差就是电压。电势差是电学中一个很重要的物理量，因为它跟电场力移动电荷做功有
7、关，而我们利用电就是要利用电流来做功，电流做功实际是电场力移动电荷做功。,在电场里，电荷在电场力作用下也要发生移动，移动过程中电场力也要做功。电荷在电场力作用下从一点移动到另一点时，电场力做功的多少跟这两点间的电势差有关系，电势差越大，所做的功就越多。可见，电势差跟高度差有些相似。如果电荷q在电场中从一点移动到另一点，电场力做的功是W，那么比值W/q就是这两点间的电势差，电势差通常用U表示，即,电荷在电场中两点间移动时，电场力所做的功跟它的电量的比值，叫做这两点间的电势差，也叫电压。 两点间的电势差等于单位电荷从其中一点移动到另一点电场力所做的功。 在国际单位制中，电势差的单位是伏特，简称伏，
8、符号是V。1C电荷从电场中的一点移动到另一点，如果电场力做了1J的功，这两点间的电势差就是1V。 知道了两点间的电势差，利用上面的公式，就可以求出在这两点间移动任意电荷时电场力所做的功，即W=qU。,二、电势 我们平时说室内吊灯的高度为2m，是以室内地面为参考平面说的。地面的高度定为零，吊灯与地面的高度差就是吊灯的高度。类似地，也可以在电场中选择一个参考点，把这一点的电势看做零，这样就可以用电势差定义电场中各点的电势了。 例如，选电场中O点为零电势点，如果A点与O点的电势差为5V，且A点电势高，则A点的电势就是5V；如果B点与O点的电势差为4V，且B点的电势低，则B点的电势就是-4V。,三、电
9、势差和电场强度的关系,场强是跟电场对电荷的作用力相联系的，电势差是跟电场力移动电荷做功相联系的。正像力和功有联系一样，场强和电势差也是有联系的。 在匀强电场中，沿场强方向的两点间的电势差等于场强和这两点间距离的乘积，即,这个等式说明，在匀强电场中，场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上降低的电势差。 测量电场强度时，常常先测出电势差，然后利用电势差和电场强度的关系求出场强。 由上式可以得到场强的另一个单位：伏特米(V/m)。,第四节 电容器 电容,一、电容器 电容器是电子设备的重要元件。在电子技术和电工技术中有很重要的应用。电容器种类很多，变电站里的巨型电容器比人还高，微电子技术中用的电容器小
10、如米粒。 在两个金属板中间夹上一层绝缘物质(也叫电介质)就是一个最简单的电容器。这两个金属板就是电容器的两个极。,电容器的一个极板上所带电量的绝对值，叫做电容器所带的电量。充了电的电容器的两极板之间有电场。 使充电后的电容器失去电荷叫做放电。用一根导线把电容器的两极接通，两极上的电荷互相中和，电容器就不带电了。放电后两极之间不再存在电场。,二、电容 电容器带电时，它的两极之间要产生电势差。对任何一个电容器来说，两极间的电势差都随所带电量的增加而增加。但是，不同的电容器电势差增加1V所需要增加的电量是不同的。 为了表示不同电容器的这种特性，我们把使电容器的两极板间的电势差增加1V所需的电量，叫做
11、电容器的电容。两极板间的电势差增加1V所需的电量多，电容器的电容就大；所需的电量少，电容器的电容就小。因此，电容是表征电容器容纳电荷的本领的物理量。,电容器所带的电荷量Q跟它的两个极板间的电势差U的比值，叫做电容器的电容。电容的符号是C。在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F。一个电容器，如果带1C的电量时，两极间的电势差是1V，这个电容器的电容就是1F。,法这个单位太大，实际上常用较小的单位：微法(F)和皮法(pF)。它们间的换算关系是,三、常用电容器 电容器的电容跟两极板的正对面积、两极板的距离以及两极板间的电介质都有关系。增大两极板正对的面积，电容就增大；减小两极板间的距离，
12、电容也增大。知道了影响电容大小的因素，就可以根据需要制成各种不同的电容器。从构造上看，常用的电容器可分为固定电容器和可变电容器两类(见图5-11，图5-12)。 固定电容器的电容是固定不变的。常用的有纸质电容器和电解电容器。,纸质电容器是在两层锡箔或铝箔中间夹以在石蜡中浸过的纸，一起卷成圆柱体而制成的。改变锡箔或铝箔的面积，可以制成电容大小不同的纸质电容器。,电解电容器是用铝箔作阳极，用铝箔上很薄的一层氧化膜作电介质，用浸渍过电解液的纸作阴极制成的。由于氧化膜很薄，这种电容器的电容较大。电解电容器的极性是固定的，使用时正负极不能接错，也不能接交变电流。,可变电容器的电容是可以改变的，它由两组铝片组成(见图5-12)，固定不动的一组铝片叫定片，可以转动的一组铝片叫动片。转动动片，两组铝片的正对面积发生变化，电容也随着改变。图5-13是电路图中常用的几种电容器的符号。,
