高二选修31电场强度和电势讲义

《高二选修31电场强度和电势讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高二选修31电场强度和电势讲义（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1、 教学目标1、 知道电荷间的相互作用是通过电场发生的，初步了解场是物质存在的形式之一；2、 理解电场强度，能用电场强度的定义式进行有关计算；3、 知道点电荷的电场和匀强电场，能推导点电荷的电场强度的表达式，并能运用计算；4、 知道电场线以及如何用电场线描述电场的大小和方向，会用电场线描述各种典型电场；5、 通过实例分析得出电场力做功的特点，能正确利用求解电荷在匀强电场中移动时电场力所做的功；6、 通过对重力做功和电场力做功对比，了解电势能的概念，知道电场力做功与电势能变化之间的关系；7、 知道电势的概念，知道电势和电场强度是反映电场性质的两个物理量；8、知道等势面的概念。2、 重难点1、

2、掌握电场强度的定义式、点电荷的电场强度的决定式；2、 利用求解电荷在匀强电场中移动时电场力所做的功；3、区分电场强度、电势、电势能。3、 知识点梳理1、 电场和电场的基本性质（1） 产生：电场是在电荷周围存在时一种特殊物质，电荷与电荷之间的力的作用通过电场来实现.静止电荷周围的电场称为静电场.（2） 基本性质:电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用.【说明】 电场是一种特殊的物质，看不见摸不着，并非由分子、原子组成，但客观存在. 电荷间的相互作用是通过电场发生的:2、 电场强度（1）定义：放人电场中某点的电荷所受的静电力F跟它的电荷量q的比值叫做该点的电场强度。（2）定义式：【说明】 理解

3、区分“场源电荷（源电荷）”和“检验电荷”.电场强度是由源电荷产生的，由电场本身决定. 是电场强度的定义式，适用于一切电场，但F与q不能决定场强的大小，所以不能说，。定义式仅告诉我们一种测量场强大小的方法，不论在该点是否放人检验电荷，该点场强的大小和方向都是一定的，即E与有无试探电荷、试探电荷的正负、电荷量q和受到的力F无关。(3)单位:V/m，1 N/C=1 V/m.(4)方向:电场中某点场强方向规定为与放在该点的正电荷受到的静电力方向一致，与负电荷受力方向相反.(5)物理意义:描述电场力的性质的物理量，是矢量.(6)变形为表明:如果已知电场中某点的场强E，便可计算在电场中该点放任何电荷量的带

4、电体所受的电场力大小，即场强E是反映电场力性质的物理量.3、 电场力(1)由电场强度的定义式可导出电场力。 电场中每一点的电场强度的大小和方向都唯一地确定了.若知道某点的电场强度的大小和方向，就可求出电荷在该点受的电场力的大小和方向.(2)电场力是由力的性质命名的，与重力、弹力、摩擦力一样，遵循力学的一切规律.(3)电场力是由电荷和场强共同决定的，而场强是由电场本身决定的.4、点电荷电场的场强场源电荷Q与试探电荷q相距为r，则它们相互间的库仑力，所以电荷q处的电场强度。该式是点电荷电场强度的决定式。5、 电场线（1） 定义： 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

5、的电场强度方向. 如图1-3-1表示一条电场线，A、B点的场强方向在各点的切线上，箭头表示各点的场强方向.（2） 特点： 电场线总是从正电荷(或无穷远处)出发，到负电何（或到无穷远处)终止，因此，电场线有起始点和终止点，不是闭合曲线 电场中的电场线永远不会相交. 因为电场中每一点的场强只有一个唯一的方向.如果电场线在电场中某点相交，则交点处相对两条电场线就有两个切线方向，该点处的场强就有两个方向，这是不可能的. 在同一电场里，电场线越密的地方，场强越大，电场线越稀的地方，场强越小.（3）有关电场线认识的两个误区 认为电场线客观存在，或认为是理想化模型.电场中实际并不存在电场线，电场线是形象描述

6、电场的有效工具，用虚拟的图线描述抽象的物理概念的做法是科学研究中一种重要的思想方法. 电场线跟“质点”“点电荷”这些理想化的模型也不同.“质点”“点电荷”这些理想化的模型包含有某些真实的内容，具有一定的客观性，在一定条件下，考虑对实际物理现象来说是主要的、本质的特性，而忽略次要的、非本质的因素.而“电场线”则完全是假想的、虚构的.但它们都能反映出实际现象的基本规律，为我们的研究提供方便. 认为电场线就是电荷的运动轨迹.6、匀强电场（1）匀强电场的定义如果电场中各点电场强度的大小相等、方向相同，这个电场就叫做匀强电场.【例】两块靠近的平行金属板，大小相等，互相正对，分别带有等量的正负电荷，它们之

7、间的电场除边缘附近外，就是匀强电场，如图1-3-2所示.（2）匀强电场的性质因场强的大小相等、方向相同，故匀强电场的电场线是间距相等的互相平行的直线.带电粒子在匀强电场中受到恒定的电场力作用.如果带电粒子的重力可以忽略，则粒子在匀强电场中只受电场力作用，将做匀变速运动;如果带电粒子的重力不可忽略，则粒子在重力和电场力这两个恒力作用下可能处于平衡状态(重力与电场力平衡)，也可能做匀变速运动.（3） 电场强度的求解方法：定义法； 点电荷场强； 电场的叠加（遵循平行四边形法则）对称法求电场强度； 场强与电势差的关系（后面学到）7、 常见电场的电场线（1） 点电荷电场线图1-3-4、1-3-5 离点电

8、荷越近，电场线越密集，场强越强，即电场线的疏密程度描述场强的大小.方向由点电荷指向无穷远(正);或由无穷远指向点电荷(负). 在正(负)点电荷形成的电场中，不存在场强相同的点. 若以点电荷为球心作一个球面，电场线处处与球面垂直，在此球面上场强大小处处相等，方向各不相同。（2） 等量异种电荷形成的电场1-3-6 两点电荷连线上各点，电场线方向从正电荷指向负电荷，场强大小亦可进行计算.由电场线的分布可知在连线上中点场强最小，越靠近点电荷场强越强。 两点电荷连线的中垂面(中垂线)上，电场线方向均相同，即场强方向均相同，且总与中垂面(线)垂直.在中垂线上到O点等距离处各点的场强相等(O为两点电荷连线中

9、心). 在中垂面(线)上的电荷受到的电场力方向总与中垂面(线)垂直，因此，在中垂面(线)上移动电荷时电场力不做功.（3）等量同种电荷形成的电场1-3-7 两点电荷连线中点O处场强为零，此处无电场线。 中点O处附近的电场线非常稀疏，但场强并不为零，而在中点O处的场强为零. 两点电荷连线中垂面(中垂线)上，场强方向总沿面(线)远离O(等量正电荷)或指向O(等量负电荷). 在中垂面(线)上从0点到无穷远，电场线先变密后变疏，即场强先变强后变弱.8、 静电力做功在电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的起始位置有关，但与电荷经过的路径无关。9、 电势能（1）定义:由于移动电荷时静电力做的功与移动的路径无

10、关.电荷在电场中也具有势能，这种势能叫做电势能，可用表示。（2）静电力做功与电势能变化的关系静电力做功量等于电势能的改变 静电力对电荷做了功，电势能就发生变化，静电力对电荷做了多少功，就有多少电势能转化为其他形式的能，电荷克服静电力做了多少功，就有多少其他形式的能转化为电势能，也就是说，静电力做的功是电势能转化为其他形式的能的量度.静电力做的功等于电势能改变的负值.即静电力做了多少正功，电势能就减少多少;静电力做了多少负功，电势能就增加多少. (3)电势能的大小 和计算重力势能一样，必须取参考点，也就是说，电势能的数值是相对于参考位置来说的.所谓参考位置，就是电势能为零的位置，参考位置的选取是

11、人为的，通常取无限远处或大地为参考点设电荷在电场中某点A的电势能为，移到参考点O电场力做功为，则：，规定O为参考点时，就有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时所做的功. 上式告诉我们，电荷在电场中某点的电势能的大小等于把电荷从该点移到电势能为零的点，电场力所做的功。10、 电势（1）定义:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势.（2）电势是标量，只有大小，没有方向. (3)电势的高低:电场线指向电势降低的方向.【说明】 电势的相对性电势是相对的，根据公式，只有先确定了某点的电势为零以后，才能确定电场中其他点的电势.电场中某点的电势跟零电势位置的选择

12、有关.在理论处理问题中，对不是无限大的带电体产生的电场，选择无限远处为零电势;在实际处理问题中，又常取大地为零电势，对于给定的电场，电场中一点只能对应着一个电势. 电势的固有性 电势甲是表示电场能量属性的一个物理量，电场中某点处甲的大小是由电场本身的条件决定的，与在该点处是否放着电荷、电荷的电性、电荷量均无关，这和许多用比值定义的物理量相和前面学过的电场强度 电势是标量电势是碑只有大小、没有方向的物理量，在规定了零电势后，电场中各点的电势可以是正值，也可以是负值.正值表示该点电势高于零电势;负值表示该点电势低于零电势.显然，电势的符号只表示大小，不表示方向.当规定无限远处为零电势后，正电荷产生

13、的电场中各点的电势为正值，负电荷产生的电场中各点的电势为负值且越电荷在A点处具有的电势能。11、 等势面 (l)定义：电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面. （2）几种典型现场的等势面 点电荷电场中的等势面:以点电荷为球心的一簇球面，如图1-4-2所示. 等量异种点电荷电场中的等势面:是两簇对称曲面，如图1-1-3所示.等量同种点电荷电场中的等势面:是两簇对称曲面，如图1-4-4所示. 匀强电场中的等势面:是垂直于电场线的一簇平面，如图1-4-5所示. 形状不规则的带电导体附近的电场线及等势面，如图1-4-6所示. （3）等势面的特点 (3)等势面的特点 等势面一定与电场线垂直，即跟场强的方

14、向垂直. 假若电场线与等势面不垂直，则场强E在等势面上就会产生一个分量，在同一等势面上的两点就会产生电势差，出现了一个矛盾的结论，故等势面一定与电场线垂直. 电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面，两个不同的等势面永远不会相交.相邻两个等势面间的电势差是相等的，但在非匀强电场中，相邻两个等势面间的距离并不恒定，场强大的地方，两个等势面间的距离小，场强小的地方，两个等势面间的距离大.在同一等势面上移动电荷时，电场力不做功.处于静电平衡状态的导体是一个等势体，表面是一个等势面.12、 比较电荷在电场中某两点电势能大小的方法能量守恒法只有电场力做功时，电荷的动能和电势能互相转化，由此可由动能的

15、变化确定电势能变化，即只有电场力做功时，动能减少多少，电势能就增加多少，反之，动能增加多少，电势能就减少多少.13、 电势高低的判断方法电场线法沿电场线方向，电势越来越低。14、 力、电综合问题 （1）只有电场力做功时，动能与电势能相互转化，其总量保持不变，故此时可依动能的变化判断电势能的变化或电场力做的功. (2)电场力做功与路径无关，故解决较复杂问题最后用功能关系来求解. 【例】如图1-4-10所示，一个质量为m、带有电荷量为-q的小物体，可以在水平轨道Ox上运动，O端有一与轨道垂直的固定墙.轨道处于匀强电场中，场强大小为E，方向沿Ox轴正方向，小物体以速度从距O点处沿Ox轨道运动，运动时受到大小不变的摩擦力作用，且，设小物体与墙碰撞时不损失机械能，且电荷量保持不变，求它在停止运动前所通过