高中物理《電場強度》課件

歡迎進入物理課堂 電場強度和電場線 一 電荷守恒定律二 庫侖定律例195年上海高考 P114 例2 三 電場強度1 電場例32 電場強度例4例5例63 點電荷的電場強度例7P114 練24 勻強電場5 電場的疊加01年全國13例9四 電場線 例10 綜合應用例11P114 練304年廣東1004年天津1704年廣東1304年春季1903年全國理綜152005年上海物理卷4 電場強度和電場線 一 電荷守恒定律 1 電荷守恒定律電荷既不能創(chuàng)造 也不能消滅 只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體 或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分 這個結(jié)論叫做電荷守恒定律 是物理學中重要的基本定律之一 2 使物體帶電 起電 的方法有 摩擦起電 接觸起電 感應起電 3 元電荷電子和質(zhì)子帶有等量的異種電荷 電荷量e 1 60 10 19C 電荷量e稱為元電荷 e的數(shù)值最早是由美國科學家密立根實驗測得的 Z x x k 二 庫侖定律 1 庫侖定律 法國物理學家1785年真空中兩個點電荷之間相互作用的電力 跟它們的電荷量的乘積成正比 跟它們的距離的二次方成反比 作用力的方向在它們的連線上 電荷間這種相互作用的電力叫做靜電力或庫侖力 2 公式 如果用Q1和Q2表示兩個點電荷的電荷量 用r表示它們之間的距離 用F表示它們之間的相互作用力 則庫侖定律的公式如下 k是一個常量 叫做靜電力常量 3 點電荷 如果帶電體間的距離比它們自身的大小大得多 以致帶電體的形狀和大小對相互作用力的影響可以忽略不計 這樣的帶電體就可以看作點電荷 例1 兩個半徑相同的金屬小球 帶電量之比為1 7 相距為r 兩者相互接觸后再放回原來的位置上 則相互作用力可能為原來的 A 4 7B 3 7C 9 7D 16 7 分析 設兩小球的電量分別為q與7q 則原來相距r時的相互作用力為F 7kq2 r2 由于兩球的電性未知 接觸后相互作用力的計算可分兩種情況 1 兩球電性相同 相互接觸時兩球電量平均分布 每球帶電量為4q 則F1 16kq2 r2 16 7F 2 兩球電性不同 相互接觸時電荷先中和再平分 每球帶電量3q 則F2 9kq2 r2 9 7F C D 95年上海高考 一半徑為R的絕緣球殼上均勻地帶有電量為 Q的電荷 另一電量為 q的點電荷放在球心O上 由于對稱性 點電荷所受力的為零 現(xiàn)在球殼上挖去半徑為r r R 的一個小圓孔 則此時置于球心的點電荷所受力的大小和方向?qū)⑷绾?已知靜電力恒量為k 分析 由于球殼上均勻帶電 原來每條直徑兩端相等的一小塊面上的電荷對球心 q的力互相平衡 現(xiàn)在球殼上A處挖去半徑為r的小圓孔后 其他直徑兩端電荷對球心 q的力仍互相平衡 剩下的就是與A相對的B處 半徑也等于r的一小塊圓面上電荷對它的力F 如圖所示 B處這一小塊圓面上的電量為 由于半徑r R 可以把它看成點電荷 根據(jù)庫侖定律 它對中心 q的作用力大小為 其方向由球心指向小孔中心 三 電場強度 1 電場 a 電場是電荷周圍存在的特殊物質(zhì) b 只要有電荷存在 電荷的周圍就存在著電場 c 電荷之間的相互作用是通過電場發(fā)生的 d 電場的基本性質(zhì)是它對放入其中的電荷有力的作用 這種力叫做電場力 2 電場強度 a 定義 放入電場中某點的電荷所受的電場力F跟它的電荷量q的比值 叫做該點的電場強度 簡稱場強 用E表示電場強度 則有 E F q b 電場強度的單位是牛頓 庫侖 N C 或伏特 米 V m 如果1C的電荷在電場中的某點受到的電場力是1N 這一點的電場強度就是1N C c 電場強度是矢量 電場中某點的場強的方向跟正電荷在該點所受的電場力的方向相同 負電荷在電場中某點所受的電場力的方向跟該點的場強的方向相反 d 某點的電場強度跟放在這點的試探電荷的大小 正負 有無都無關 z xx k 例3 下面關于電場的敘述正確的是 A 兩個未接觸的電荷發(fā)生了相互作用 一定是電場引起的B 只有電荷發(fā)生相互作用時才產(chǎn)生電場C 只要有電荷存在 其周圍就存在電場D A電荷受到B電荷的作用 是B電荷的電場對A電荷的作用 ACD 例4 A為已知電場中的一固定點 在A點放一電量為q的電荷 所受電場力為F A點的場強為E 則 A 若在A點換上 q A點場強方向發(fā)生變化B 若在A點換上電量為2q的電荷 A點的場強將變?yōu)?EC 若在A點移去電荷q A點的場強變?yōu)榱鉊 A點場強的大小 方向與q的大小 正負 有無均無關 D 例5 電場強度的定義式為E F q A 該定義式只適用于點電荷產(chǎn)生的電場B F是試探電荷所受到的力 q是產(chǎn)生電場的電荷電量C 場強的方向與F的方向相同D 由該定義式可知 電場中某點電荷所受的電場力大小與該點場強的大小成正比 D z xx k 例6 下列關于電場強度的敘述正確的是 A 電場中某點的場強在數(shù)值上等于單位電荷受到的電場力B 電場中某點的場強與該點試探電荷所受的電場力成正比C 電場中某點的場強方向就是試探電荷在該點所受電場力的方向D 電場中某點的場強與該點有無試探電荷無關 AD 3 點電荷電場的場強 在點電荷Q形成的電場中 在距離Q為r的M點的場強E的大小為 場強大小跟場源電荷Q成正比 跟與場源距離r的平方成反比 上式只適用于點電荷 4 勻強電場 各點場強大小和方向都相同的電場 例7 對公式E kQ r2的幾種不同理解 錯誤的是 A 當r 0時 E B 當r 時 E 0C 某點的場強與點電荷Q的大小無關D 在以點電荷Q為中心 r為半徑的球面上 各處的電場強度都相同 ACD z xx k 5 電場的疊加如果有幾個點電荷同時存在 它們電場就互相疊加 形成合電場 這時某點的場強等于各個電荷單獨存在時在該點產(chǎn)生的場強的矢量和 這叫做電場的疊加原理 如圖所示 q1 q2 q3分別表示在一條直線上的三個點電荷 已知q1與q2之間的距離為l1 q2與q3之間的距離為l2 且每個電荷都處于平衡狀態(tài) 1 如q2為正電荷 則q1為電荷 q3為電荷 2 q1 q2 q3三者電量大小之比是 01年全國13 解 q2為正電荷 每個電荷都要平衡 即三個電荷處的場強都為0 所以q1與q3必須為負電荷 在q1處 在q2處 在q3處 聯(lián)列解以上三式得 例9 如圖示 在真空中有相距r的兩個等量異種電荷的點電荷A和B M N為A B連線上的兩點 它們與A均相距r 2 則M N兩點場強大小之比為 A 2 3B 8 9C 4 9D 2 9 解 q在M點的場強方向向 大小為 左 E1 4kq r2 E1 q在M點的場強方向向 大小為 右 E2 4kq 9r2 E1 9 EM E1 E2 8E1 9 q在N點的場強方向向 大小為 右 E1 4kq r2 E1 q在N點的場強方向向 大小為 右 E2 4kq r2 E1 EN E1 E2 2E1 EM EN 4 9 C z xx k 四 電場線 1 定義 如果在電場中畫出一些曲線 使曲線上每一點的切線方向都跟該點的場強方向一致 這樣的曲線就叫做電場線 曲線的密疏表示該點場強的大小 2 電場線的特點 a 能反映場強的大小和方向 b 始于正電荷或無窮遠處 終于負電荷或無窮遠處 但不閉合 c 電場中的任意兩條電場線都不相交 或相切 d 電場線和帶電粒子的運動軌跡是兩回事 3 常見的幾種電場線的分布情況 例10 關于電場線的說法 正確的是 A 電場是客觀存在的物質(zhì) 但電場線是人為引入的B 沿電場線方向 電場強度越來越小C 電場中的電場線有時可以相切 但絕不能相交D 電場線就是初速度為0的帶電粒子在電場中運動的軌跡E 電場線的方向 就是電荷受力的方向F 正電荷只在電場力作用下一定沿電場線運動電場線越密的地方 同一電荷所受電場力越大靜電場的電場線不可能是閉合的 AGH P114 3 如圖所示勻強電場方向豎直向下 場強大小為E 三個質(zhì)量分別為m 2m 3m的小球A B C 其中B球帶正電Q A C兩球不帶電 用絕緣線連接懸于O點 問 1 當三球均處于靜止狀態(tài)時 A B之間的細線的張力等于多少 2 當把OA段細線剪斷的瞬間 A B之間的細線的張力又等于多少 解 1 對BC整體 受力如圖 T1 5mg QE 2 剪斷OA AB球一起下落 C自由下落 對AB整體受力如圖 3mg QE 3ma a g QE 3m 對B2mg QE T2 2ma T2 QE 3 P114 2如圖示 真空中A B兩點固定兩帶電量都為Q的正點電荷 O點是AB連線的中點 在AO的中點C處放一帶電量為q的負點電荷 現(xiàn)給q向B的初速度v0 則該點電荷可能的運動情況是 A 始終向B運動 減速直至停止B 始終向B運動 先減速后加速C 先向B作減速運動 后向A作加速運動D 在O點兩側(cè)作往復運動 解 EO 0 O點左側(cè)的場強向右 O點右側(cè)的場強向左 設 q的初動能為EK0 從C到O克服電場力做功為W 若EK0 W 恰好減速運動到O點停止 不再受力 若EK0 W 向右減速運動到O點左側(cè)停止 再向A加速 若EK0 W 向右減速運動到O點右側(cè) 再向B加速 ABC 例11 如圖示 在勻強電場中有一質(zhì)量為m 電量為q的小球 從A點由靜止釋放 其運動軌跡為一直線 該直線與豎直方向的夾角為 那么勻強電場的場強大小為 A 唯一值mgtg qB 最大值mgtg qC 最小值mgsin qD 最大值mg q 解 只要重力和電場力的合力沿直線方向 都符合題意 因此有多解 C 04年廣東10 10 在場強為E的勻強電場中固定放置兩個小球1和2 它們的質(zhì)量相等 電荷分別為q1和q2 q1 q2 球1和球2的連線平行于電場線 如圖 現(xiàn)同時放開1球和2球 于是它們開始在電場力的作用下運動 如果球1和球2之間的距離可以取任意有限值 則兩球剛被放開時 它們的加速度可能是 A 大小相等 方向相同B 大小不等 方向相反C 大小不等 方向相同D 大小相等 方向相反 解見下頁 ABC 解 若都為正電荷 且q1 q2 F q2E 受力如圖示 當q2E F q1E Fa同向等大 當q2E F q1E Fa同向不等大 若都為正電荷 且q1 q2 F q2E 受力如圖示 則a反向不等大 若為異種電荷 容易看出 a反向不等大 不可能出現(xiàn)a反向等大的情況 04年天津17 中子內(nèi)有一個電荷量為 2e 3的上夸克和兩個電荷量為 e 3的下夸克 一簡單模型是三個夸克都在半徑為r的同一圓周上 如圖1所示 圖2給出的四幅圖中 能正確表示出各夸克所受靜電作用力的是 B 12分 已經(jīng)證實 質(zhì)子 中子都是由上夸克和下夸克的兩種夸克組成的 上夸克帶電為2e 3 下夸克帶電為 e 3 e為電子所帶電量的大小 如果質(zhì)子是由三個夸克組成的 且各個夸克之間的距離都為l l 1 5 10 15m 試計算質(zhì)子內(nèi)相鄰兩個夸克之間的靜電力 庫侖力 04年廣東13 解 質(zhì)子帶電為 e 所以它是由2個上夸克和1個下夸克組成的 按題意 三個夸克必位于等邊三角形的三個頂點處 這時上夸克與上夸克之間的靜電力應為 代入數(shù)值 得Fm 46N 為斥力 上夸克與下夸克之間的靜電力為 代入數(shù)值 得Fnd 23N 為吸力 04年春季19 如圖 在正六邊形的a c兩個頂點上各放一帶正電的點電荷 電量的大小都是q1 在b d兩個頂點上 各放一帶負電的點電荷 電量的大小都是q2 q1 q2 已知六邊形中心O點處的場強可用圖中的四條有向線段中的一條來表示 它是哪一條 A E1B E2C E3D E4 解 畫出各電荷在O點的電場強度 由電場的合成 Ea Eb Ec的合場強為Ea Eb 方向與Eb相反 可知B正確 B 03年全國理綜15 15 如圖所示 三個完全相同的金屬小球a b c位于等邊三角形的一個頂點上 a和c帶正電 b帶負電 a所帶電量的大小比b的小 已知c受到a和b的靜電力的合力可用圖中四條有向線段中的一條來表示 它應是 A F1B F2C F3D F4 解 畫出c的受力 由平行四邊形定則 B正確 B 4 如圖 帶電量為 q的點電荷與均勻帶電薄板相距為2d 點電荷到帶電薄板的垂線通過板的幾何中心 若圖中a點處的電場強度為零 根據(jù)對稱性 帶電薄板在圖中b點處產(chǎn)生的電場強度大小為 方向 靜電力恒量為k kq d2 水平向左 或垂直薄板向左 2005年上海物理卷4 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全