高中物理《探究電場(chǎng)的力的性質(zhì)》課件4 滬科選修3-1

歡迎進(jìn)入物理課堂 第2章電場(chǎng)與示波器 第2章電場(chǎng)與示波器 2 1探究電場(chǎng)的力的性質(zhì) 目標(biāo)導(dǎo)航1 掌握電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量性 重點(diǎn) 2 掌握電場(chǎng)強(qiáng)度矢量的疊加 并能進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算 重點(diǎn) 難點(diǎn) 3 掌握用電場(chǎng)線描述電場(chǎng)的方法 重點(diǎn) 一 電場(chǎng)1 電場(chǎng) 周?chē)嬖谥伤a(chǎn)生的電場(chǎng) 場(chǎng)是 存在的一種形態(tài) 2 電場(chǎng)力 電場(chǎng)最基本的性質(zhì)是能夠?qū)?chǎng)中的電荷有 的作用 這個(gè)力叫做 3 靜電場(chǎng) 相對(duì)于觀察者靜止的電荷的電場(chǎng)稱(chēng)為 電荷 物質(zhì) 力 電場(chǎng)力 靜電場(chǎng) 二 怎樣描述電場(chǎng)1 定量描述電場(chǎng) 1 試探電荷 是一種理想化的物理模型 試探電荷的電荷量和尺寸都必須充分小 以至于放入電場(chǎng)時(shí)可以忽略對(duì)原來(lái)電場(chǎng)的影響 能確切地反映它在電場(chǎng)中的位置 2 電場(chǎng)強(qiáng)度 定義 電場(chǎng)中某點(diǎn)的電荷所受到的 跟它的 的比值 叫做電場(chǎng)在該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度 簡(jiǎn)稱(chēng) 用E表示 定義式 點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式 電場(chǎng)力F 電荷量q 場(chǎng)強(qiáng) 方向 電場(chǎng)中某點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向跟 在該點(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向相同 單位 該單位為導(dǎo)出單位 由力的單位和電量的單位共同決定 物理意義 反映電場(chǎng) 的物理量 描述電場(chǎng)力的性質(zhì) 正電荷 N C 強(qiáng)弱 想一想提示 不相同 q是試探電荷 Q是場(chǎng)源電荷 2 形象描述電場(chǎng) 1 電場(chǎng)線 在電場(chǎng)中畫(huà)出的一些有方向的曲線 在這些曲線上 每一點(diǎn)的切線方向都表示該點(diǎn)的 方向 這樣的曲線叫 用電場(chǎng)線的 來(lái)大致表示電場(chǎng)強(qiáng)度的大小 2 物理模型 電場(chǎng)線是為了形象地描述電場(chǎng)而假想的線 電場(chǎng)中實(shí)際 這些線 電場(chǎng)強(qiáng)度 電場(chǎng)線 疏密 并不存在 3 勻強(qiáng)電場(chǎng) 場(chǎng)強(qiáng)的大小和方向都相同的電場(chǎng)叫做 電場(chǎng) 三 電場(chǎng)的疊加原理許多點(diǎn)電荷在某點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng) 等于各點(diǎn)電荷的電場(chǎng)在該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的 可以表示為E合 E1 E2 En 這叫做電場(chǎng)的疊加原理 四 勻強(qiáng)電場(chǎng)中金屬導(dǎo)體的電荷分布 勻強(qiáng) 矢量和 1 靜電平衡 物理學(xué)中將導(dǎo)體中沒(méi)有電荷移動(dòng)的狀態(tài)叫做 2 導(dǎo)體的內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng) 處在靜電平衡下的導(dǎo)體 內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為 3 在導(dǎo)體表面附近 電場(chǎng)線與表面的關(guān)系 4 電荷分布 處于靜電平衡下的導(dǎo)體 電荷只分布在導(dǎo)體的 靜電平衡 零 垂直 外表面 要點(diǎn)1對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的理解 學(xué)案導(dǎo)引 一檢驗(yàn)電荷q 4 10 9C 在電場(chǎng)中P點(diǎn)受到的電場(chǎng)力F 6 10 7N 求 1 P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng) 2 沒(méi)有檢驗(yàn)電荷時(shí)P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng) 3 放一電荷量為q 1 2 10 6C的電荷在P點(diǎn) 其受到的電場(chǎng)力F 是多大 答案 1 1 5 102N C 2 1 5 102N C 3 1 8 10 4N 變式訓(xùn)練 要點(diǎn)2對(duì)電場(chǎng)線的理解 學(xué)案導(dǎo)引1 電場(chǎng)線是電場(chǎng)中真實(shí)存在的線嗎 2 電場(chǎng)線如何描述場(chǎng)的方向和強(qiáng)弱 1 常見(jiàn)電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布情況 圖2 1 1 2 電場(chǎng)線不是電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡 1 電場(chǎng)線是為了形象地描述電場(chǎng)而引入的假想曲線 規(guī)定電場(chǎng)線上某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向沿該點(diǎn)的切線方向 也就是正電荷在該點(diǎn)受電場(chǎng)力產(chǎn)生的加速度的方向 2 運(yùn)動(dòng)軌跡是帶電粒子在電場(chǎng)中實(shí)際通過(guò)的徑跡 徑跡上每點(diǎn)的切線方向?yàn)榱Ｗ釉谠擖c(diǎn)的速度方向 結(jié)合力學(xué)知識(shí) 可以知道物體的速度方向不一定與加速度的方向一致 因此電場(chǎng)線不一定是粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡 3 在滿足以下條件時(shí) 電場(chǎng)線與帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡重合 電場(chǎng)線是直線 帶電粒子只受電場(chǎng)力作用 或受其他力 但其他力的合力為零或其他力的合力的方向沿電場(chǎng)線所在直線 帶電粒子初速度為零或初速度方向沿電場(chǎng)線所在的直線 3 電場(chǎng)線的疏密和場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系的常見(jiàn)情況按照電場(chǎng)線的畫(huà)法的規(guī)定 場(chǎng)強(qiáng)大的地方電場(chǎng)線密 場(chǎng)強(qiáng)小的地方電場(chǎng)線疏 在圖中EA EB 圖2 1 2 但若只給一條直電場(chǎng)線 如圖2 1 3所示 則無(wú)法由疏密程度來(lái)確定A B兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)的大小 對(duì)此情況可有多種推理判斷 圖2 1 3 若是正點(diǎn)電荷電場(chǎng)中的一根電場(chǎng)線 則EA EB 若是負(fù)點(diǎn)電荷電場(chǎng)中的一根電場(chǎng)線 則EA EB 若是勻強(qiáng)電場(chǎng)中的一根電場(chǎng)線 則EA EB 特別提醒 1 兩條電場(chǎng)線間的空白處存在電場(chǎng) 電場(chǎng)線上某點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向 2 電場(chǎng)中任何兩條電場(chǎng)線都不能相交 電場(chǎng)線也不閉合 3 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡由帶電粒子所受合外力與初速度共同決定 某靜電場(chǎng)中的電場(chǎng)線如圖2 1 4所示 帶電粒子在電場(chǎng)中僅受電場(chǎng)力作用 其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中虛線所示 由M運(yùn)動(dòng)到N 以下說(shuō)法正確的是 A 這個(gè)電場(chǎng)可能是負(fù)點(diǎn)電荷形成的B 粒子必定帶正電荷 圖2 1 4 C 粒子在M點(diǎn)所受的電場(chǎng)力比在N點(diǎn)所受的電場(chǎng)力大D 粒子在M點(diǎn)的加速度大于它在N點(diǎn)的加速度 思路點(diǎn)撥 解答本題時(shí)應(yīng)把握以下四點(diǎn) 1 點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線是直線 2 電荷的受力方向?yàn)槠溥\(yùn)動(dòng)曲線彎曲方向 3 電場(chǎng)線的疏密表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱 4 電荷受力大小與場(chǎng)強(qiáng)大小有關(guān) 場(chǎng)強(qiáng)越大 受力越大 答案 B 方法指引 這類(lèi)問(wèn)題首先要根據(jù)帶電粒子軌跡彎曲方向 判斷出受力情況 第二步把電場(chǎng)線方向 受力方向與電性相聯(lián)系 第三步把電場(chǎng)線疏密和受力大小 加速度大小相聯(lián)系 變式訓(xùn)練2 如圖2 1 5所示 空間有一電場(chǎng) 電場(chǎng)中有兩個(gè)點(diǎn)a和b 下列表述正確的是 A 該電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng)B a點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比b點(diǎn)的大C b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比a點(diǎn)的大D 正電荷在a b兩點(diǎn)受力方向相同 圖2 1 5 解析 選B 勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線是等間距的平行線 故A錯(cuò) a點(diǎn)電場(chǎng)線比b點(diǎn)電場(chǎng)線密 故B正確 C錯(cuò)誤 a b兩點(diǎn)電場(chǎng)線的切線方向不同 故場(chǎng)強(qiáng)方向不同 電場(chǎng)力方向不同 D錯(cuò)誤 要點(diǎn)3電場(chǎng)的疊加 學(xué)案導(dǎo)引1 電場(chǎng)疊加滿足的運(yùn)算規(guī)則是什么 2 等量同種電荷或等量異種電荷空間場(chǎng)如何分布 1 場(chǎng)強(qiáng)的疊加 1 同一直線上的場(chǎng)強(qiáng)疊加時(shí) 方向相同的兩個(gè)電場(chǎng)的合場(chǎng)強(qiáng)等于兩場(chǎng)強(qiáng)之和 方向與各場(chǎng)強(qiáng)方向一致 方向相反的兩個(gè)電場(chǎng)的合場(chǎng)強(qiáng)等于兩場(chǎng)強(qiáng)之差 方向與場(chǎng)強(qiáng)大的那個(gè)分場(chǎng)強(qiáng)的方向一致 2 不在同一直線上的場(chǎng)強(qiáng)疊加時(shí) 其合場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算遵守平行四邊形定則 2 等量異種電荷連線上 連線的中垂線上電場(chǎng)強(qiáng)度的變化情況 1 兩點(diǎn)電荷連線上各點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向由該點(diǎn)指向負(fù)電荷 從正點(diǎn)電荷到負(fù)點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)先變小后變大 兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)O是連線上場(chǎng)強(qiáng)最小的點(diǎn) 2 兩點(diǎn)電荷連線的中垂線上 各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向均相同 且垂直于中垂線指向負(fù)電荷一側(cè) 從O點(diǎn)沿中垂線往兩側(cè)場(chǎng)強(qiáng)逐漸減小 3 關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱(chēng)的點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)等大同向 見(jiàn)圖甲中的A與A B與B 圖2 1 6 3 等量同種電荷連線上 連線的中垂線上電場(chǎng)強(qiáng)度的變化情況 1 兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)O處場(chǎng)強(qiáng)為零 從O點(diǎn)往兩側(cè) 場(chǎng)強(qiáng)逐漸增大 2 從O點(diǎn)沿中垂線往兩側(cè) 電場(chǎng)線先變密后變疏 場(chǎng)強(qiáng)先變大后變小 3 兩點(diǎn)電荷連線中垂線上各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向與中垂線平行 4 關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱(chēng)的點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度等大反向 見(jiàn)圖乙中的A與A B與B 在真空中 電荷量均為q的異種點(diǎn)電荷相距r 則 1 兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)如何 2 在兩電荷垂直平分線上到兩點(diǎn)電荷距離均為r的點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)又如何 思路點(diǎn)撥 根據(jù)點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式和場(chǎng)強(qiáng)的疊加原理分析 計(jì)算 圖2 1 7 答案 見(jiàn)精講精析 方法指引 此題屬場(chǎng)強(qiáng)疊加類(lèi)問(wèn)題 解決此類(lèi)問(wèn)題的基本思路 1 明確有幾個(gè)場(chǎng)源 電荷 在你所考查的空間或位置激發(fā)電場(chǎng) 2 分析各個(gè)場(chǎng)源在你所考查的位置或空間激發(fā)電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向 3 根據(jù)電場(chǎng)疊加原理 多個(gè)場(chǎng)源激發(fā)電場(chǎng)的合場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)等于各個(gè)電場(chǎng)單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的矢量和 各個(gè)場(chǎng)強(qiáng)方向若在一條直線上 可用代數(shù)運(yùn)算法 如果不在一條直線上用矢量合成的平行四邊形定則來(lái)運(yùn)算 變式訓(xùn)練3 2012 海門(mén)高二檢測(cè) 已知四個(gè)點(diǎn)電荷q q q q分別分布于邊長(zhǎng)為a的正方形的四個(gè)頂點(diǎn)A B C D處 如圖2 1 8所示 則正方形中心的場(chǎng)強(qiáng)大小為 圖2 1 8 電場(chǎng)強(qiáng)度與力學(xué)綜合問(wèn)題 經(jīng)典案例 10分 2012 東營(yíng)高二檢測(cè) 在一個(gè)點(diǎn)電荷Q形成的電場(chǎng)中 坐標(biāo)軸上A B兩點(diǎn)的坐標(biāo)分別為2 0m和5 0m 放在A B兩點(diǎn)的試探電荷受到的電場(chǎng)力方向都跟x軸的正方向相同 電場(chǎng)力的大小跟試探電荷所帶電荷量的關(guān)系圖像如圖2 1 9中直線a b所示 放在A點(diǎn)的電荷帶正電 放在B點(diǎn)的電荷帶負(fù)電 求 1 B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向 2 試判斷點(diǎn)電荷Q的電性 并說(shuō)明理由 3 點(diǎn)電荷Q的位置坐標(biāo) 圖2 1 9 審題指導(dǎo) 解此題的關(guān)鍵要看清F q圖像中的信息和O A B三點(diǎn)在x軸上的位置 答案 1 2 5N C沿x軸負(fù)方向 2 帶負(fù)電理由見(jiàn)解題樣板 3 2 6m 0 名師點(diǎn)評(píng) 1 電場(chǎng)的特性是對(duì)放入其中的電荷有力的作用 因正 負(fù)電荷受電場(chǎng)力方向相反 故規(guī)定正電荷受力方向?yàn)樵擖c(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向 2 借助圖像考查的力 電綜合問(wèn)題中 看清圖像意義 提取圖像信息是正確解題的關(guān)鍵 1 何謂 凈電荷 凈電荷 與 靜電荷 有何區(qū)別 提示 所謂 凈電荷 并不是指靜電荷 我們知道金屬導(dǎo)體中有大量的自由電子 它們帶有負(fù)電荷 還有很多失去外層電子的正離子 它們帶有正電荷 這些都可以叫 靜電荷 但是當(dāng)導(dǎo)體不帶電時(shí) 導(dǎo)體的正負(fù)電荷數(shù)是相等的 我們說(shuō)導(dǎo)體不帶有 凈電荷 當(dāng)我們用某種方式使導(dǎo)體的自由電子數(shù)減少 這時(shí)導(dǎo)體就具有了多余的正電荷 我們就說(shuō)導(dǎo)體帶有正的 凈電荷 反之就說(shuō)導(dǎo)體帶有負(fù)的 凈電荷 可見(jiàn)所謂 凈電荷 是指整個(gè)導(dǎo)體或?qū)w的某部分 靜電感應(yīng)時(shí) 的正負(fù)電荷之差 舉個(gè)例子 也就是一個(gè)導(dǎo)體 一邊帶了 5q的電荷量 一邊帶了 3q的電荷量 那么整個(gè)導(dǎo)體的凈電荷就為 2q 2 靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零 是否可以說(shuō)導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有電場(chǎng) 提示 不能說(shuō)導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有電場(chǎng) 因?yàn)閷?dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度為零 是指合場(chǎng)強(qiáng)為零 事實(shí)上 導(dǎo)體內(nèi)部每一點(diǎn)都有兩個(gè)場(chǎng)強(qiáng) 只是疊加的結(jié)果使得該點(diǎn)合場(chǎng)強(qiáng)為零 由此我們可以得到如下結(jié)論 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體 感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)E 與外電場(chǎng)在該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)E0大小相等 方向相反 即E E0 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全