§选3-1-1-2电场强度

§选3-1-1-2电场强度中国石油天然气管道局中学袁培耀1.感知电场【探究1】下列的几种力，哪些力需要接触才能发生.哪些力不需要接触就能发生？A.弹力B.磁力C.摩擦力D.万有引力E.静电力•力的相互作用可以通过接触产生,也可以不通过接触产生.对于非接触力,人们为了便于表达,仍然认为力的产生依赖着某种媒介,而这种媒介就是人们常说的“场”.譬如:我们可以说磁力的传递是通过磁场,万有引力的传递是通过万有引力场等.现在又学习了一种新的非接触力-----库仑力,因此,也必将面临一种新的场——电场.场的思想是法拉第最富有创造性的思想，是自牛顿以来最重要的发现。——爱因斯坦电荷A电场电荷B激发施力激发施力⑴电荷之间通过电场产生力的作用物质性----客观实在,具有能量和动量.⑵电场是电荷周围存在的特殊的物质⑶电场的力的性质：电场对放入其中的电荷有力的作用,此力称电场力.电场力可移动电荷作功.A电荷的电场对B电荷产生电场力作用,即B电荷在A电荷的电场中受到电场力作用,反之亦然.特殊性----难以被人感知(看不见,摸不着),没有质量,可共享同一空间.＋Q＋qFA＋qFBAB场源电荷：产生电场的电荷必备条件①体积充分小②电量足够小【探究2】你有什么办法感知电荷周围存在的电场呢？⑷电场可以被感知(探测)检验电荷思考:相同的小球在不同的位置所受作用力不一样，说明了什么？其本质原因又是什么呢？那么如何来描述电场的强弱呢？如何来研究电场？•对于像电场这样,看不见摸不到,但又客观存在的物质,可以根据它表现出来的性质来研究它,这是物理学中常用的研究方法.2.描述电场强弱的研究⑴定性研究【思考2】在场源电荷Q形成的电场中的A点放入检验电荷q,可感知A点电场的存在,当移走q，A点的电场还存在吗？【思考1】同一电荷在电场中不同点受力大小不同,说明了什么?同一电荷在电场中不同点受力方向不同,说明了什么?【结论】一个电场中,不同位置电场强弱不同,不同位置电场方向不同,电场的存在与否跟放入电场中的检验电荷无关.场源电荷与检验电荷---①用于产生电场的电荷叫场源电荷,用于探测电场的存在与电场性质的电荷叫检验电荷,检验电荷必须具备条件-------电荷量足够小(不影响原电场为原则）形状足够小(视为点电荷）⑵定量研究F1=21rkQqF2=22rkQqF3=23rkQq2332211rkQqFqFqF如图所示，在+Q电场中A、B、C三点分别放入电荷q1、q2、q3,比较它们所受电场力.位置ABC电量电场力qqqFF/4F/92q2q2q2F/9F/22F3q3q3q3F3F/4F/3电场力电量F/qF/9qF/4q①电场中同一点,试探电量q越大,F越大,但F与q的比值不变.说明电场与放入的电荷q无关.----电场强弱与检验电荷无关②电场中不同点,F/q不同,F/q越大处,电场越强.--------F/q反映了电场的强弱.故可用F/q表描述电场强弱.3.电场强度⑴定义：放入电场中某点的检验电荷所受的电场力F跟它的电量q的比值，叫该点的电场强度，简称场强，用E表示.⑵.定义式：E=qFF——电场力国际单位：牛（N）q——检验电荷电量国际单位:库（C）E——电场强度国际单位:牛/库（N/C）⑶方向:规定场强方向为正电荷在该点所受电场力方向.跟负电荷在该点所受电场力F的方向相反.⑷物理意义:描述该点的电场强弱和方向,是描述电场的力的性质的物理量.电场中某点的电场强度数值上等于单位正电荷在那里所受的电场力.⑸性质:场强是反映电场本身特性的物理量，与是否存在试探电荷、试探电荷的正负、电量及受到的电场力均无关-----即场源电荷Q固定,则电场在空间分布是固定的,对于场中某固定点,F/q比值仅与Q、r有关,与试探电荷无关,⑹电荷在电场中的电场力---F=qE(决定式)，F与q、E有关，方向：正电荷受力方向与E方向相同，负电荷受力方向与E方向相反。[课堂练习]电场中有一点P，下列哪些说法是正确的？A.若放在P点的检验电荷的电量减半,则P点的场强减半.B.若P点没有检验电荷，则P点的场强为零.C.P点的场强越大,则同一电荷在P点受到的电场力越大.D.P点的场强方向为检验电荷在该点的受力方向.G.电场强度E与F成正比,跟q成反比C[课堂练习]空间存在电场，在电场中的A点放入电量为2×10-9C的正电荷，电荷受到方向向右大小为4×10-4N的电场力，A点的场强大小为__________，方向__________.若在该点改放电量为4×10-9C的负电荷，电荷受到的电场力大小为___________，方向______；此时A点的场强大小为____________；方向______.如果不在A点放电荷，该点的场强大小为__________2×105V/m向右8×10-4N向左2×105V/m向右2×105V/m例题.如图所示，A为带正电Q的金属板，沿金属板的垂直平分线，在距板r处放一质量为m、带电荷量为q的小球，小球受水平向右的电场力偏转θ角而静止．小球用绝缘细线悬挂于O点，试求小球所在处的电场强度．答案mgtanθq，方向水平向右点评解答此题常出现的错误，是把带电金属板A视为点电荷，由点电荷的场强公式求得小球所在处的场强E＝kQr2.要注意，带电金属板的大小和形状与两带电体间的距离相比是不能忽视的．另外，电场强度是矢量，不仅要求出大小，还要明确方向．-Q●Pr+Q●PrEPEP⑴研究方法:在P点引入试探电荷+q,应用库仑定律、电场强度定义式、电场强度方向的规定等规律研究。⑵点电荷电场场强大小的决定式：⑶方向：若场源电荷为正,背离场源电荷---正电荷·发散;若场源电荷为负,指向场源电荷----负电荷·收敛⑷适用条件：仅适应于真空中的点电荷4.点电荷电场的场强Q:场源电荷r:场点到Q的距离2rQkE+....-....[探究3]点电荷是最简单的场源电荷.设一个点电荷的电荷量为+Q,与之相距为r的A点放一试探电荷,所带电荷量为+q.试用所学的知识推导A点的场强的大小,并确定场强的方向.若所放试探电荷为-2q，结果如何？如果移走所放的试探电荷呢？练习真空中,A、B两点上分别放置异种点电荷Q1、Q2,已知两电荷电量分别为Q1=-1×10-2C,Q2=2×10-2C,两点电荷间引力为10N,移开Q1，则Q2在A处产生的电场场强大小是_____N/C，方向__________;若移开Q2,则Q1在B处产生的电场场强大小____N/C,方向__________.1000B向A,远离AB向A,指向A500练习.关于电场，下列叙述正确的是()A.以点电荷为圆心,r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C.在电场中某点放入检验电荷q，该点的场强为E＝F/q，取走q后，该点场强不为零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①物理意义和适应范围不同：E=F/q----定义式,适应一切电场；E=KQ/r2--------点电荷电场决定式,只适应真空中的点电荷.②E=F/q中，q是放入电场中的试验电荷，E的大小、方向与q无关.E=KQ/r2中,Q是产生电场的电荷，E的大小与Q有关,与Q成正比,与r2成反比[思考与讨论]下列关于电场强度的说法中，正确的是：A、E=F/q只适用于真空中点电荷产生的电场B、由E=F/q知，电场中某点的电场强度E与检验电荷在电场中该点所受的电场力成正比C、F=KQ1Q2/r2得，公式E=kQ1/r2是点电荷Q1产生的电场在点电荷Q2处的场强大小。D、由公式F=kQ/r2可知，在离点电荷非常近的地方（r→0），电场强度E可达无穷大⑸E=F/q与E=KQ/r2比较思考与讨论:如图所示,在正点电荷与负点电荷产生的电场中有一点A,求A点的电场强度5.电场强度的叠加⑵电场叠加原理-----电电场中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．Q1Q2AE1E2E⑴电场强度是矢量，几个电场共同存在于某空间时，某处的合场强计算应遵循矢量的运算定则．注意：独立性----各个场源产生的电场互不干扰.同时性------只有同时作用在同一区域内的电场才可以进行叠加.[练习1]如图所示,点电荷q与9q静止于真空中,相距r,它们均为正电荷,求:⑴连线中点A的场强;⑵求场强为0的点的位置;⑶求两电荷场强相等的点的位置.[练习2]根据电场叠加原理,比较等量异种电荷和等量同种电荷:⑴连线上的场强分布;⑵连线中垂线上的场强分布.[例题]真空中有两个点电荷Q1=+3.0×10-8C和Q2=－3.0×10-8C，它们相距0.1m，A点与两个点电荷的距离r相等,r=0.1m.求：⑴电场中A点的场强;⑵在A点放入电量q=－1×10-6C,求它受的电场力.E=2.7×104N/C方向平行于Q1与Q2连线向左[练习3]如图所示，中子内有一个电荷量为＋e的上夸克和两个电荷量为－e的下夸克，3个夸克都分布在半径为r的同一圆周上，且间距相等，则3个夸克在其圆心处产生的电场强度大小为()qFEVmF/q反映电场本身的力的属性m/v反映物质本身的质量分布属性同一材料的实心物体,不论所取样本的质量m多大,m/v是一定的在电场中的同一点,不论所放电荷的电量q多大,比值F/q是恒定的这种变化中的不变量，往往更能揭示事物的本质特征！[思考]比较电场强度E=F/q与重力加速度g=G/m有什么相同点和不同点.由此理解比值法定义物理量.mGg??比较项目电场强度E电场力F含义反映电场中各点的力的性质的物理量电场对其中电荷的作用力公式E=F/qF=qE决定因素E的大小只决定于电场本身，与电荷q无关，在电场中不同的点，E的大小一般是不同的F的大小由电场中某点的电荷q该点的场强共同决定，F与q成正比方向对于确定的电场，其中各点的场强都有确定的方向——正电荷的受力方向同一电荷受力的方向因在电场中的位置而异；同一位置则因受力电荷的电性而异单位N/C、v/mN复习思考:•1、什么是电场强度？它的大小、方向由什么决定？•2、正电荷周围电场强度的强弱、方向如何？•3、如图，等量异种电荷Q1Q2试画出图中a、b、c三点的场强方向？（作出示意图）abc为了反映和描述抽象的电场,由英国物理学家法拉第首先引入了形象的描述电场分布的图线.6.电场线在电场中，画出一系列的从正电荷出发到负电荷终止的曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致，并使线的疏密表示场强的大小．这些曲线就叫做电场线。⑵实验模拟电场线形状⑴引入和定义说明:模拟图中的线条不是电场线,而是电场中的小带电体受电场力排列而成的.虽然实验模拟了这簇曲线的形状，但是实验没有证实电场线的真实存在，电场线是假想的．注意：电场线不是电场里实际存在的线，而是形象地描述电场的假想的线，电场虽然抽象但它是客观存在的物质，电场线虽然形象，但它仅是假想的线．①点电荷的电场线分布⑵几种常见的带电体周围的电场线分布正电荷的电场线从正电荷出发延伸到无限远．负电荷的电场线从无限远处延伸到负电荷．②两个等量点电荷的电场线分布等量同种电荷的电场线从正电荷出发延伸到无限远,或从无限远延伸到负电荷.等量异种电荷的电场线从正电荷出发到负电荷终止．③点电荷与带电平板的电场线分布电场线在平板表面处重直平板表面④带等量异种电荷平行金属板间的电场线分布．⑶匀强电场①在电场的某一区域，如果场强的大小和方向都相同，这区域的电场叫做匀强电场。②产生条件：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，它们之间的电场除边缘附近外就是匀强电场。③匀强电场的电场线是间隔相等的平行的直线。⑴电场线并不是电场中实际存在的线，而是形象地描述电场的假想的线.是人们研究场的一种方法。⑵任何两条电场线在空间不会相交,不能相切---电场中某处的场强大小和方向是惟一确定的，如果两条电场线相交就不能惟一地确定出场强方向，同时在相交点处由于电场线密不可分，因而也不可能反映出场强的大小．⑶电场线上任一点的切线方向表示该点的场强方向,过电场线上某点的切线方向是指跟电场线的行进方向一致