探究電場(chǎng)的力的性質(zhì)

第2章電場(chǎng)與示波器2.1探究電場(chǎng)的力的性質(zhì)123理解電場(chǎng)強(qiáng)度的概念及公式，并會(huì)進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算.會(huì)用電場(chǎng)線表示電場(chǎng)，并熟記幾種常見(jiàn)電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布特征.理解點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度及場(chǎng)強(qiáng)疊加原理．一、電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度1．在空間中有一電場(chǎng)，把一帶電荷量為q的試探電荷放在電場(chǎng)中的A點(diǎn)，該電荷受到的靜電力為F.若把帶電荷量為2q的點(diǎn)電荷放在A點(diǎn)，則它受到的靜電力為多少？若把帶電荷量為nq的點(diǎn)電荷放在該點(diǎn)，它受到的靜電力為多少？2．結(jié)合問(wèn)題設(shè)計(jì)1思考電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)受到的靜電力F與電荷所帶電荷量q有何關(guān)系？答案F與q成正比，即F與q的比值為定值。[要點(diǎn)提煉]電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式是E＝F/q，它是表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向的物理量：1．電場(chǎng)強(qiáng)度的唯一性：決定于電場(chǎng)本身，與是否放入試探電荷、放入電荷的電性、電荷量的多少均無(wú)關(guān)(填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”)。2．電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量性：電場(chǎng)強(qiáng)度的方向與在該點(diǎn)的正電荷所受靜電力的方向相同，與負(fù)電荷的受力方向相反。所以比較電場(chǎng)強(qiáng)度是否相同時(shí)，一定要考慮大小和方向兩個(gè)因素。QQqnqFnFQ2q2F

答案比值法定義的特點(diǎn)是被定義的物理量與作比值的兩個(gè)量無(wú)關(guān)，只取決于物質(zhì)、電阻、電場(chǎng)本身的性質(zhì)。二、點(diǎn)電荷的電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加1．如圖所示，在正點(diǎn)電荷Q的電場(chǎng)中有一試探電荷q，已知q到Q的距離為r，Q對(duì)q的作用力是多大？Q在q所在位置產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度是多大？方向如何？體積小，電量少.一般帶正電F

2．如果再有一正點(diǎn)電荷Q′＝Q，放在如圖所示的位置，q所在位置的電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度多大？F1

F2F矢量合成[要點(diǎn)提煉](2)方向：沿某點(diǎn)和Q的連線，Q為正電荷時(shí)，沿連線向外，Q為負(fù)電荷時(shí)，沿連線向里。如果以Q為中心，r為半徑作一球面，則球面上各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等。當(dāng)Q為正電荷時(shí)，E的方向沿半徑向外；當(dāng)Q為負(fù)電荷時(shí)，E的方向沿半徑向里。2．場(chǎng)強(qiáng)是矢量，當(dāng)空間存在多個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)時(shí)，電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和。三、電場(chǎng)線勻強(qiáng)電場(chǎng)1．電場(chǎng)線是如何表示電場(chǎng)方向和強(qiáng)弱的？2．電場(chǎng)線是真實(shí)存在的嗎？能不能相交？切線：方向疏密強(qiáng)弱假想的曲線若相交，則有兩個(gè)方向，與唯一性矛盾[要點(diǎn)提煉]1．電場(chǎng)線的特點(diǎn)有:(1)起始于無(wú)限遠(yuǎn)或正電荷，終止于負(fù)電荷或無(wú)限遠(yuǎn)．(2)任意兩條電場(chǎng)線不相交。(3)在同一幅圖中，電場(chǎng)線的疏密表示場(chǎng)強(qiáng)的大小，電場(chǎng)線某點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向。2．勻強(qiáng)電場(chǎng)中各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等，方向相同；電場(chǎng)線是距離相等的平行直線。[延伸思考]

1.點(diǎn)電荷、等量同號(hào)點(diǎn)電荷、等量異號(hào)點(diǎn)電荷電場(chǎng)的電場(chǎng)線有何特點(diǎn)？點(diǎn)電荷（1）點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)中，不存在場(chǎng)強(qiáng)相同的點(diǎn)。（2）若以點(diǎn)電荷為球心作一個(gè)球面，電場(chǎng)線處處與球面垂直。在此球面上場(chǎng)強(qiáng)大小處處相等，方向各不相同。發(fā)散型會(huì)聚型同條線上：同向，不等大同球面上：等大，不同向等量同號(hào)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)：(以等量正點(diǎn)電荷為例)排斥型（1）兩點(diǎn)電荷連線上，中點(diǎn)O處場(chǎng)強(qiáng)為零，向兩側(cè)場(chǎng)強(qiáng)逐漸增大，方向指向中點(diǎn)。（2）兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)O沿中垂面(中垂線)到無(wú)限遠(yuǎn),電場(chǎng)線先變密后變疏，即場(chǎng)強(qiáng)先變大后變小，方向背離中點(diǎn)。OE1E2E1=E2，反向等量異號(hào)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)：（1）兩點(diǎn)電荷連線上的各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向從正電荷指向負(fù)電荷，沿電場(chǎng)線方向場(chǎng)強(qiáng)先變小再變大，中點(diǎn)處場(chǎng)強(qiáng)最小。（2）兩點(diǎn)電荷連線的中垂面(中垂線)上，電場(chǎng)線的方向均相同，即電場(chǎng)強(qiáng)度方向都相同，總與中垂面(或中垂線)垂直且指向負(fù)點(diǎn)電荷一側(cè)。沿中垂面(中垂線)從中點(diǎn)到無(wú)限遠(yuǎn)處，場(chǎng)強(qiáng)大小一直減小，中點(diǎn)處場(chǎng)強(qiáng)最大。向吸型O連線上最疏，中垂線上最密2．電場(chǎng)線和帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡相同嗎？不一定相同.電場(chǎng)線與運(yùn)動(dòng)軌跡不能混為一談，不能認(rèn)為電場(chǎng)線就是帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡．只有當(dāng)電場(chǎng)線是直線，且?guī)щ娏Ｗ又皇莒o電力作用(或受其他力，但方向沿電場(chǎng)線所在直線)，同時(shí)帶電粒子的初速度為零或初速度方向沿電場(chǎng)線所在直線時(shí)，運(yùn)動(dòng)軌跡才和電場(chǎng)線重合，這只是一種特殊情況。一、對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的理解例1如圖所示，在一帶負(fù)電的導(dǎo)體A附近有一點(diǎn)B，若在B處放置一個(gè)q1＝－2.0×10－8C的電荷，測(cè)出其受到的靜電力F1大小為4.0×10－6N，方向如圖，則：(1)B處場(chǎng)強(qiáng)是多少？方向如何？(2)如果換成一個(gè)q2＝4.0×10－7C的電荷放在B點(diǎn)，其受力多大？此時(shí)B處場(chǎng)強(qiáng)多大？E與F反向二、點(diǎn)電荷的電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加例2如圖所示，真空中，帶電荷量分別為＋Q和－Q的點(diǎn)電荷A、B相距r，則：(1)點(diǎn)電荷A、B在中點(diǎn)O產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)分別為多大？方向如何？(2)兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)O的場(chǎng)強(qiáng)為多大？(3)在兩點(diǎn)電荷連線的中垂線上，距A、B兩點(diǎn)都為r的O′點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)如何？EAEB方向：A→B同向相加EA'EB′EO′EO′例3

某電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布如圖所示，下列說(shuō)法正確的是

(

)三、電場(chǎng)線的理解和應(yīng)用A．c點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大于b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度B．若將一試探電荷＋q由a點(diǎn)靜止釋放，它

將沿電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)C．b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大于d點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度D．a(chǎn)點(diǎn)和b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向相同疏密電場(chǎng)線是曲線b點(diǎn)更密一些EaEb切線方向不同電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)弱與方向的描述電場(chǎng)強(qiáng)度點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加平行四邊形定則電場(chǎng)的形象描述——電場(chǎng)線電場(chǎng)線的性質(zhì)幾種常見(jiàn)電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布和特點(diǎn)勻強(qiáng)電場(chǎng)AD2．(電場(chǎng)強(qiáng)度矢量的疊加)N(N＞1)個(gè)電荷量均為q(q＞0)的小球，均勻分布在半徑為R的圓周上，如圖所示．向右移去位于圓周上P點(diǎn)的一個(gè)小球，則圓心O點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為_(kāi)_______，方向__________________．(已知靜電力常量為k)移去前：Eo=0移去后沿OP指向P點(diǎn)3．(場(chǎng)強(qiáng)的應(yīng)用)一試探電荷q＝＋4×10－9C，在電場(chǎng)中P點(diǎn)受到的靜電力F＝6×10－7N．則：(1)P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為_(kāi)_______；(2)將試探電荷移走后，P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為_(kāi)_______；(3)放一電荷量為q′＝1.