全面認(rèn)識(shí)電場(chǎng)doc

1、全面認(rèn)識(shí)“電場(chǎng)”于維周電場(chǎng)是電磁學(xué)中最基本的概念學(xué)生對(duì)電場(chǎng)的認(rèn)識(shí)普遍感到困難，這主要是由于電場(chǎng)太抽象、概念性強(qiáng)、綜合性強(qiáng)那么，如何全面認(rèn)識(shí)電場(chǎng)呢？    一、首先要認(rèn)識(shí)電場(chǎng)的物質(zhì)性和基本特性    電場(chǎng)的物質(zhì)性主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：（1）電場(chǎng)是一種特殊物質(zhì)，是一種不以人的感官所感覺(jué)的客觀存在電場(chǎng)具有物質(zhì)的一般共性，這就是電場(chǎng)跟一般物質(zhì)一樣都具有能量和動(dòng)量電場(chǎng)的能量叫做電場(chǎng)能（電場(chǎng)能有別于電勢(shì)能，電勢(shì)能是電荷在電場(chǎng)中，由電荷和電場(chǎng)共同具有的一種系統(tǒng)能量）（2）電場(chǎng)的產(chǎn)生是有物質(zhì)基礎(chǔ)的，靜電場(chǎng)是由靜止的電荷（相對(duì)觀察者而言）產(chǎn)生的，感應(yīng)電場(chǎng)

2、是由變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的    電場(chǎng)與一般物質(zhì)又不同：（1）電場(chǎng)沒(méi)有質(zhì)量（2）電場(chǎng)具有方向性（3）電場(chǎng)具有其它物質(zhì)不具有的基本特性    電場(chǎng)的基本特性：電場(chǎng)對(duì)處在電場(chǎng)中的電荷有電場(chǎng)力的作用（力的特性），電場(chǎng)力對(duì)電荷有做功的本領(lǐng)（能的特性）    人們從認(rèn)識(shí)電場(chǎng)力的特性出發(fā)，引入了電場(chǎng)強(qiáng)度的概念：電場(chǎng)強(qiáng)度是從力的方面表示電場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量（矢量）電場(chǎng)中某點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向，是由產(chǎn)生電場(chǎng)的“場(chǎng)源電荷”的電量、電荷分布情況、空間位置以及介質(zhì)決定的這一點(diǎn)從點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度表達(dá)式可以看出，電場(chǎng)中某點(diǎn)

3、的電場(chǎng)強(qiáng)度，數(shù)值上等于檢驗(yàn)電荷在該點(diǎn)受到的電場(chǎng)力與檢驗(yàn)電荷電量的比值，即此式是電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式，但不是電場(chǎng)強(qiáng)度的決定式，不能理解為電場(chǎng)強(qiáng)度與電場(chǎng)力成正比，與電量成反比實(shí)際上電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向跟檢驗(yàn)電荷受到的電場(chǎng) 力的大小和方向無(wú)關(guān)是電場(chǎng)本身的屬性    電荷在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力，是由電荷的電量和它所在處的電場(chǎng)強(qiáng)度決定的（）同一電荷在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力跟電荷所在處的電場(chǎng)強(qiáng)度成正比    人們從認(rèn)識(shí)電場(chǎng)的能的特性出發(fā)，引入了電勢(shì)和電勢(shì)差的概念：電場(chǎng)力對(duì)電荷可以做功，因此，電荷在電場(chǎng)中具有做功的本領(lǐng)，具有能電荷在電場(chǎng)中所具有的

4、能叫做電勢(shì)能，簡(jiǎn)稱為電能電勢(shì)能跟重力勢(shì)能相似，是電荷和電場(chǎng)共同具有的一種系統(tǒng)能量，電勢(shì)能是由電荷所在處電場(chǎng)的性質(zhì)和電荷的電量所決定的（），而表示電場(chǎng)的這種能的性質(zhì)的物理量就是電勢(shì)電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)是由電場(chǎng)本身決定的，由產(chǎn)生電場(chǎng)的“場(chǎng)源電荷”、空間位置和零電勢(shì)點(diǎn)的選取所決定（電勢(shì)是相對(duì)量）電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)，數(shù)值上等于檢驗(yàn)電荷在該點(diǎn)的電勢(shì)能跟檢驗(yàn)電荷電量的比值，即（定義式）靜電力跟重力相 似都是保守力，靜電力做功與電荷的運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān)，由電荷在電場(chǎng)中初、末位置電勢(shì)的差值 和電荷的電量所決定，即ab（ab）ab從上式可看出，電勢(shì)差（電壓）是反映了電場(chǎng)力做功本領(lǐng)的物理量靜電場(chǎng)力做功跟電勢(shì)能的關(guān)系，類似于重

5、力做功跟重 力勢(shì)能的關(guān)系，即靜電場(chǎng)力做功等于電勢(shì)能的減少量（abab）    電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)和電勢(shì)差都是表示電場(chǎng)性質(zhì)的物理量，因此它們之間必然存在著一定聯(lián)系，電場(chǎng)強(qiáng)度的方向就是電勢(shì)降落最快的方向，電場(chǎng)強(qiáng)度的大小等于沿電場(chǎng)方向單位長(zhǎng)度電勢(shì)的降落（電勢(shì)差）對(duì)于勻強(qiáng)電場(chǎng)：或，式中是電荷在電場(chǎng)中初、末位置間的位移在電場(chǎng)方向上的投影    二、要正確認(rèn)識(shí)和靈活運(yùn)用電場(chǎng)線    電場(chǎng)是抽象的，電場(chǎng)線是人們?yōu)榱诵蜗蟮胤从畴妶?chǎng)而引入的物理模型由于靜電場(chǎng)是有源場(chǎng)，所以靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線是“有始有終”的非閉合曲線電場(chǎng)線由正電荷發(fā)

6、出，終止于負(fù)電荷或無(wú)窮遠(yuǎn)，或從無(wú)窮遠(yuǎn)發(fā)出，終止于負(fù)電荷帶電體發(fā)出（或收集）電場(chǎng)線的條數(shù)，由帶電體的電量決定帶電體所帶的電量越多，它發(fā)出（或收集）的電場(chǎng)線就越多電場(chǎng)線上各點(diǎn)的切線方向表示各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向，電場(chǎng)線的密疏程度表示電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，電場(chǎng)線越密的區(qū)域，電場(chǎng)強(qiáng)度就越大沿著電場(chǎng)線電勢(shì)逐漸降低，逆著電場(chǎng)線電勢(shì)逐漸升高跟電場(chǎng)線垂直的面叫做等勢(shì)面，在同一等勢(shì)面上各點(diǎn)的電勢(shì)相等    關(guān)于電場(chǎng)線有兩個(gè)問(wèn)題須弄清    （1）電場(chǎng)線與電荷在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的區(qū)別：電場(chǎng)線上各點(diǎn)的切線方向是電場(chǎng)強(qiáng)度的方向，或正電荷受到的電場(chǎng)力的方向，而電荷運(yùn)動(dòng)軌

7、跡上各點(diǎn)的切線方向是電荷的運(yùn)動(dòng)方向由于物體的運(yùn)動(dòng)方向是由物體所受到的合外力和物體的初速度決定的，所以電場(chǎng)線與電荷在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡一般是不重合的，只有在某些特殊情況下兩者才重合    （2）電荷沿電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能和動(dòng)能的變化之間的關(guān)系是：電場(chǎng)力做功是由電荷的電量和初、末位置的電勢(shì)差決定正電荷沿電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力做正功，電荷的電勢(shì)能一定減少負(fù)電荷沿電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力做負(fù)功，電荷的電勢(shì)能一定增加電荷動(dòng)能的變化則由合外力做功所決定電場(chǎng)力做正功，合外力不一定做正功，電荷的動(dòng)能不一定增加同理，電場(chǎng)力做負(fù)功，電荷的電勢(shì)能不一定減少若電荷在電場(chǎng)中只受電場(chǎng)力作用，則電

8、荷的動(dòng)能的增量，才等于電場(chǎng)力對(duì)電荷所做的功    我們不僅要正確認(rèn)識(shí)電場(chǎng)線，而且要善于運(yùn)用電場(chǎng)線來(lái)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題    例1 如圖1所示，MN是兩個(gè)等量正電荷連線的中垂線，有一負(fù)點(diǎn)電荷從很遠(yuǎn)處沿MN方向向O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中（只受電場(chǎng)力作用），下列說(shuō)法正確的是    點(diǎn)電荷的加速度逐漸增大    點(diǎn)電荷的動(dòng)能逐漸增大    點(diǎn)電荷先加速后減速    點(diǎn)電荷的電勢(shì)能在O點(diǎn)最大圖1   

9、; 解析 點(diǎn)電荷的加速度由所受電場(chǎng)力決定，而電場(chǎng)力跟電場(chǎng)強(qiáng)度成正比畫出同種正電荷的電場(chǎng)線如圖1中帶箭頭的虛線所示（只畫出部分電場(chǎng)線）從圖中可以看出，電場(chǎng)線沿MN從很遠(yuǎn)處到O點(diǎn)的過(guò)程中，其密度是先變大后變小，方向不變，所以電場(chǎng)強(qiáng)度也是先變大后變小，點(diǎn)電荷的加速度是先變大后變小，加速度的方向不變，選項(xiàng)是錯(cuò)誤的由于負(fù)電荷逆著電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力做正功，電荷的電勢(shì)能減小，動(dòng)能增大所以，選項(xiàng)正確，選項(xiàng)錯(cuò)誤    三、要弄清靜電場(chǎng)和感應(yīng)電場(chǎng)的區(qū)別    靜電場(chǎng)和感應(yīng)電場(chǎng)是電場(chǎng)中的兩大類，它們既有相同之處，又有不同之處  

10、0; 1 靜電場(chǎng)和感應(yīng)電場(chǎng)的相同點(diǎn)    （1）靜電場(chǎng)和感應(yīng)電場(chǎng)都具有電場(chǎng)的基本特性，即兩種電場(chǎng)對(duì)處在其中的電荷都有電場(chǎng)力的作用它們都具有能量、具有物質(zhì)性    （2）靜電場(chǎng)和感應(yīng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度的定義相同，都可以用來(lái)定義    （3）靜電場(chǎng)和感應(yīng)電場(chǎng)都可以用電場(chǎng)線形象地表示，這兩類電場(chǎng)的電場(chǎng)線與場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系相同   2 靜電場(chǎng)和感應(yīng)電場(chǎng)的不同點(diǎn)    （1）兩類電場(chǎng)的產(chǎn)生原因不同：靜電場(chǎng)是由靜止電荷產(chǎn)生，而感應(yīng)電場(chǎng)則是由變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生  

11、  （2）靜電場(chǎng)是保守場(chǎng)，靜電場(chǎng)力對(duì)電荷做功與電荷運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān)，其電場(chǎng)線是“有始有終”的，如圖所示感應(yīng)電場(chǎng)是非保守場(chǎng)，感應(yīng)電場(chǎng)力對(duì)電荷做功與電荷運(yùn)動(dòng)路徑有關(guān)感應(yīng)電場(chǎng)是渦旋場(chǎng)，其電場(chǎng)線是閉合曲線，如圖所示靜電場(chǎng)可引入電勢(shì)的概念，而感應(yīng)電場(chǎng)不可引入電勢(shì)的概念    （）靜電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度由“場(chǎng)源電荷”的電量和空間位置等因素決定，而感應(yīng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度由磁場(chǎng)的變化率決定圖2      圖3       圖4    例 如圖所示是一個(gè)半徑

12、為的圓    （1）在圓心O處放一個(gè)點(diǎn)電荷，則電子恰好在圓周上以速度做勻速圓周運(yùn)動(dòng)電子運(yùn)動(dòng)一周靜電場(chǎng)力做功是多少？軌道上電場(chǎng)強(qiáng)度的大小是多少？    （）如在垂直圓平面方向加一個(gè)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電子運(yùn)動(dòng)一周，感應(yīng)電場(chǎng)力做功是多少？感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度是多少？（已知電子的質(zhì)量為，電量為）    解析 （1）在圓心O處放一點(diǎn)電荷，電子處在該電荷所產(chǎn)生的電場(chǎng)中，電場(chǎng)力提供電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，由于點(diǎn)電荷的電場(chǎng)的等勢(shì)面是一系列以圓 心O為球心的同心球面，所以電子是在同一等勢(shì)面上運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力對(duì)電子不做功 

13、60;  由于，所以軌道上電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為    （）在垂直圓平面方向上加一均勻變化的磁場(chǎng)，則產(chǎn)生一恒定的感應(yīng)電場(chǎng)，感應(yīng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線是一系列以O(shè)為圓心的同心圓由法拉第電磁感應(yīng)定律得        電子運(yùn)動(dòng)一周感應(yīng)電場(chǎng)所做的功為    ，    又 ·，    所以感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度為       四、導(dǎo)體和絕緣體中的電場(chǎng)   

14、; 導(dǎo)體中存在著大量的自由電荷，對(duì)于金屬導(dǎo)體，即存在著大量的自由電子而絕緣體內(nèi)部只有極少量的自由電荷，絕大多數(shù)電荷是束縛電荷    導(dǎo)體放入電場(chǎng)中，導(dǎo)體中的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下，沿電場(chǎng)力的方向做定向運(yùn)動(dòng)從而使得導(dǎo)體在沿電場(chǎng)方向的兩端出現(xiàn)等量異種電荷，這種電荷叫做感應(yīng)電荷導(dǎo)體內(nèi)部實(shí)際上存在著兩個(gè)電場(chǎng)，當(dāng)導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時(shí)，“原電場(chǎng)”與“感應(yīng)電荷的電場(chǎng)”大小相等、方向相反，它們的合場(chǎng)強(qiáng)為零    例 如圖所示，在正點(diǎn)電荷Q附近放一細(xì)金屬棒，金屬棒長(zhǎng)為L(zhǎng)，金屬棒右端距Q為，求金屬棒兩端的感應(yīng)電荷的電量圖5    解析 金屬棒中自由電子在點(diǎn)電荷的電場(chǎng)作用下向右端堆集，從而使金屬棒兩端感應(yīng)出等量異種電荷由于金屬棒很細(xì)，因此，可將金屬棒兩端的感應(yīng)電荷看成是等量異種點(diǎn)電荷    點(diǎn)電荷在金屬棒中央的電場(chǎng)強(qiáng)度為    0（），    感應(yīng)電荷在金屬棒中央的電場(chǎng)強(qiáng)度為    （），    因?yàn)榻饘賹?dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時(shí)，內(nèi)部各處電場(chǎng)強(qiáng)度為零，所以，0，聯(lián)立解得    （）（）