1、第第3节节 电场及其描述电场及其描述精彩回眸精彩回眸2如图如图131所示，人通过绳子拉小车可以所示，人通过绳子拉小车可以使小车向前运动；而用带电的橡胶棒靠近细水流时，使小车向前运动；而用带电的橡胶棒靠近细水流时，虽然棒与水流没有接触，但水流却发生了偏移！是虽然棒与水流没有接触，但水流却发生了偏移！是什么什么“传递传递”了棒与水流间的相互作用？了棒与水流间的相互作用？答案答案：通过电场这种物质：通过电场这种物质图图1-3-1一、电场一、电场1电场的产生：电场的产生：电荷周围存在着特殊物质电荷周围存在着特殊物质_，电荷间的相互作用是通过，电荷间的相互作用是通过_发生的发生的2电场的基本性质：电场的
2、基本性质：对放入电场中的对放入电场中的_有有力的作用力的作用3电场力：电场力：电场对放入其中的电荷有力的作用，电场对放入其中的电荷有力的作用，这种力叫做这种力叫做_二、电场的描述二、电场的描述1试探电荷试探电荷定义：放入电场中探测定义：放入电场中探测_性质的电荷性质的电荷新知梳理新知梳理电场电场电场电场电荷电荷电场力电场力电场电场2电场强度电场强度(1)定义：放入电场中某点的电荷受到的定义：放入电场中某点的电荷受到的_跟跟它的它的_的比值的比值(2)定义式：定义式：E_.在国际单位制中，电场强度在国际单位制中，电场强度的单位为的单位为V/m或或_.适用于适用于_电场电场(3)方向：电场中某点的
3、电场强度的方向与方向：电场中某点的电场强度的方向与_电荷电荷在该点受到的电场力的方向相在该点受到的电场力的方向相_，与，与_电荷在该点受电荷在该点受到的电场力的方向相到的电场力的方向相_(4)物理意义：描述电场物理意义：描述电场_、_和电场力的物和电场力的物理量理量(5)场强是矢量：场强的合成遵守场强是矢量：场强的合成遵守_定则定则电场力电场力F电荷量电荷量qN/C静静正正同同负负反反强弱强弱方向方向平行四边形平行四边形3点电荷的场强点电荷的场强(1)公式：公式：_，Q为真空中点电荷的带电荷为真空中点电荷的带电荷量，量，r为该点到点电荷为该点到点电荷Q的距离的距离(2)方向：若方向：若Q为正电
4、荷，场强方向沿为正电荷，场强方向沿Q和该点的和该点的连线指向该点；若连线指向该点；若Q为负电荷，场强方向沿为负电荷，场强方向沿Q和该点和该点的连线指向的连线指向Q.(3)适用条件：适用条件：_4匀强电场匀强电场电场中各点的场强电场中各点的场强_和和_都相同都相同真空中的点电荷真空中的点电荷大小大小方向方向三、电场线三、电场线1电场线是画在电场中的一条条有电场线是画在电场中的一条条有_的曲线，的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向2电场线的特点电场线的特点(1)电场线从正电荷或无限远出发，终止于电场线从正电荷或无限远出发，终止于_ _(2)电
5、场线在电场中不电场线在电场中不_，不，不_，这是因为，这是因为在电场中任意一点的电场强度不可能有两个方向在电场中任意一点的电场强度不可能有两个方向(3)在同一幅图中，电场强度较大的地方电场线较在同一幅图中，电场强度较大的地方电场线较_，电场强度较小的地方电场线较，电场强度较小的地方电场线较_，因此可以用电，因此可以用电场线的疏密来表示电场强度的相对大小场线的疏密来表示电场强度的相对大小方向方向无限远无限远或负电荷或负电荷相交相交闭合闭合疏疏密密(4)几种常见电场的电场线如图几种常见电场的电场线如图132所示所示图图1-3-21电场中某点的电场强度电场中某点的电场强度E是唯一的，是由电是唯一的，
6、是由电场本身的特性场本身的特性(形成电场的电荷及空间位置形成电场的电荷及空间位置)决定的，决定的，与是否放入试探电荷、放入电荷的电性、电荷量的与是否放入试探电荷、放入电荷的电性、电荷量的多少均无关系多少均无关系2电场强度的定义给出了一种测量或计算电场电场强度的定义给出了一种测量或计算电场中某点的电场强度的方法中某点的电场强度的方法3电场强度描述了电场的强弱，是矢量，其方电场强度描述了电场的强弱，是矢量，其方向跟在该点的正电荷受电场力的方向相同向跟在该点的正电荷受电场力的方向相同如何理解电场强度？如何理解电场强度？区别区别公式公式公式分析公式分析物理含义物理含义引入过程引入过程适用范围适用范围q
7、是试探电荷是试探电荷，此式是测量，此式是测量或计算场强的或计算场强的一种方法一种方法是电场强是电场强度大小的度大小的定义式定义式由比值法引由比值法引入，入，E与与F、q无关无关 ，反映，反映某点电场的某点电场的性质性质适用于一适用于一切电场切电场Q是场源电荷是场源电荷，Q与与r都是都是电场的决定因电场的决定因素素是真空中是真空中点电荷场点电荷场强的决定强的决定式式和和库仑定律库仑定律导出导出适用于真适用于真空中的点空中的点电荷电荷(3)在点电荷在点电荷Q的电场中不存在场强相同的两点的电场中不存在场强相同的两点1真空中的真空中的A、B两点分别放置有异种点电荷两点分别放置有异种点电荷Q1、Q2，已
8、知它们间的库仑力为，已知它们间的库仑力为10 N，电荷量分别，电荷量分别为为Q12104 C，Q22104 C求：求：(1)Q1在在Q2处产生的电场强度处产生的电场强度E1；(2)Q2在在Q1处产生的电场强度处产生的电场强度E2；(3)AB连线的中点连线的中点O处的电场强度处的电场强度E0.答案答案：(1)5104 N/C方向沿方向沿AB的延的延长线方向长线方向(2)5104 N/C方向由方向由A指向指向B(3)4105 N/C方向由方向由A指向指向B1电场线不是电荷的运动轨迹电场线不是电荷的运动轨迹(1)电场线是为形象地描述电场而引入的假想曲电场线是为形象地描述电场而引入的假想曲线，规定电场
9、线上某点的场强方向沿该点的切线方线，规定电场线上某点的场强方向沿该点的切线方向，也就是正电荷在该点受电场力产生的加速度的向，也就是正电荷在该点受电场力产生的加速度的方向方向如何理解电场线？如何理解电场线？(2)运动轨迹是带电粒子在电场中实际通过的径迹，运动轨迹是带电粒子在电场中实际通过的径迹，径迹上每点的切线方向为粒子在该点的速度方向结径迹上每点的切线方向为粒子在该点的速度方向结合力学知识，可以知道物体的速度方向不一定与加速合力学知识，可以知道物体的速度方向不一定与加速度的方向一致，因此电场线不一定是粒子的运动轨度的方向一致，因此电场线不一定是粒子的运动轨迹迹(3)在满足以下条件时，电场线与带
10、电粒子运动轨在满足以下条件时，电场线与带电粒子运动轨迹重合迹重合电场线是直线；电场线是直线；带电粒子只受电场力作用，或受其他力，但方带电粒子只受电场力作用，或受其他力，但方向沿电场线所在的直线；向沿电场线所在的直线；带电粒子初速度为零或初速度方向沿电场线所带电粒子初速度为零或初速度方向沿电场线所在的直线在的直线2电场线的疏密和场强的关系的常见情况电场线的疏密和场强的关系的常见情况按照电场线的画法的规定，场强大的地方电按照电场线的画法的规定，场强大的地方电场线密，场强小的地方电场线疏在图场线密，场强小的地方电场线疏在图133中中EAEB.图图1-3-3图图1-3-4但若只给一条直电场线如图但若只
11、给一条直电场线如图134所示，则所示，则无法由疏密程度来确定无法由疏密程度来确定A、B两点的场强的大小，两点的场强的大小，对此情况可有多种推理判断：对此情况可有多种推理判断：若是正点电荷电场中的一根电场线，则若是正点电荷电场中的一根电场线，则EAEB.若是负点电荷电场中的一根电场线，则若是负点电荷电场中的一根电场线，则EAEB.若是匀强电场中的一根电场线，则若是匀强电场中的一根电场线，则EAEB.2.如图如图135所示为静电场的所示为静电场的一部分电场线的分布，下列说法正一部分电场线的分布，下列说法正确的是确的是 ()A这个电场可能是负点电荷这个电场可能是负点电荷形成的形成的图图1-3-7BC
12、点处的场强为零，因为那里没有电场线点处的场强为零，因为那里没有电场线C点电荷点电荷q在在A点所受到的电场力比在点所受到的电场力比在B点所受点所受到的电场力大到的电场力大D负电荷在负电荷在B点时受到的电场力的方向沿点时受到的电场力的方向沿B点点切线方向切线方向解析解析：负点电荷的电场线一定是直线故：负点电荷的电场线一定是直线故A错没有电场线的地方，场强不一定为零，故错没有电场线的地方，场强不一定为零，故B错错A点电场线比点电场线比B点密，所以电荷在点密，所以电荷在A点所受点所受电场力比在电场力比在B点大，故点大，故C正确负电荷的受力方正确负电荷的受力方向与电场线切线方向相反，故向与电场线切线方向
13、相反，故D错错答案答案：C【例例1】下列关于电场强度的说法中，正确的是下列关于电场强度的说法中，正确的是()电场强度的理解电场强度的理解思路点拨思路点拨：根据电场强度的两种表达式适用条：根据电场强度的两种表达式适用条件及物理情景进行判断件及物理情景进行判断答案答案：C答案答案：D【例例2】如图如图136所示所示实线是一簇未标明的由点电荷产实线是一簇未标明的由点电荷产生的电场线，虚线是某一带电粒生的电场线，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹，子通过该电场区域时的运动轨迹，a、b是轨迹上的两点若带电粒是轨迹上的两点若带电粒子在运动中只受电场力作用，根子在运动中只受电场力作用，根据此图可作
14、出正确判断的是据此图可作出正确判断的是 ()图图1-3-6电场线的理解及应用电场线的理解及应用A带电粒子所带电荷的性质带电粒子所带电荷的性质B带电粒子在带电粒子在a、b两点的受力方向两点的受力方向C带电粒子在带电粒子在a、b两点的速度何处较大两点的速度何处较大D带电粒子在带电粒子在a、b两点的加速度何处较大两点的加速度何处较大解析解析：由轨迹的弯曲情况，可知电场力应沿电场：由轨迹的弯曲情况，可知电场力应沿电场线向左，但因不知电场线的方向，故带电粒子所带电线向左，但因不知电场线的方向，故带电粒子所带电荷符号不能确定设粒子从荷符号不能确定设粒子从a运动到运动到b(也可以分析从也可以分析从b到到a的
15、情形，两种分析不影响结论的情形，两种分析不影响结论)，速度方向与电场，速度方向与电场力夹角大于力夹角大于90，故速度减小，由电场线的疏密程度，故速度减小，由电场线的疏密程度知知a点场强大于点场强大于b点场强，带电粒子在点场强，带电粒子在a点受电场力较大，点受电场力较大，从而加速度较大，综上所述从而加速度较大，综上所述B、C、D正确正确答案答案：BCD反思领悟反思领悟：运用电场线分析问题时注意：运用电场线分析问题时注意：(1)电场线密的地方，场强大，电荷在该处受到电场线密的地方，场强大，电荷在该处受到的静电力就大；的静电力就大；(2)如果电荷只受静电力，由牛如果电荷只受静电力，由牛顿第二定律，则
16、静电力大时，电荷的瞬时加速顿第二定律，则静电力大时，电荷的瞬时加速度也大度也大如图如图137所示，带箭所示，带箭头的线段表示某一电场的电场线，头的线段表示某一电场的电场线，在电场力的作用下在电场力的作用下(不计重力不计重力)，一带电粒子径迹如图一带电粒子径迹如图137中中虚线所示，以下判断正确的是虚线所示，以下判断正确的是 ()图图1-3-7AA、B两点相比较，两点相比较，A点场强小点场强小B粒子在粒子在A点时加速度大点时加速度大C粒子带正电粒子带正电D因粒子运动方向不确定，无法判断粒子的电性因粒子运动方向不确定，无法判断粒子的电性解析解析：电场线疏密程度表示场强大小，所以：电场线疏密程度表示
17、场强大小，所以A对；对；由由FEq得粒子所受电场力得粒子所受电场力F与与E成正比，所以成正比，所以FAFB，又因为又因为Fma，所以，所以a又与又与F成正比，成正比，aAaB，B错；假错；假设粒子从设粒子从A向向B运动，则速度方向沿轨迹的切线方向，运动，则速度方向沿轨迹的切线方向，若粒子带正电，则受力沿电场线方向，因为物体做曲若粒子带正电，则受力沿电场线方向，因为物体做曲线运动时轨迹偏向力的方向，与题意不符，所以粒子线运动时轨迹偏向力的方向，与题意不符，所以粒子带负电；若粒子从带负电；若粒子从B向向A运动，速度方向沿轨迹切线方运动，速度方向沿轨迹切线方向，若粒子带正电，受力仍沿电场线方向，轨迹
18、偏转向，若粒子带正电，受力仍沿电场线方向，轨迹偏转方向与题意不符，所以粒子带负电，由以上分析可得，方向与题意不符，所以粒子带负电，由以上分析可得，粒子带负电，粒子带负电，C、D均不对均不对答案答案：A【例例3】如图如图138所示，质量所示，质量为为m的带电小球用绝缘线悬挂于的带电小球用绝缘线悬挂于O点，点，并处在水平向左的匀强电场中，场强并处在水平向左的匀强电场中，场强为为E，球静止时丝线与竖直方向的夹，球静止时丝线与竖直方向的夹角为角为，求：，求：电场中的力学规律的应用电场中的力学规律的应用图图1-3-8(1)小球带何种电荷，电荷量是多少？小球带何种电荷，电荷量是多少？(2)若烧断丝线，则小
19、球将做什么运动？若烧断丝线，则小球将做什么运动？(设电场设电场范围足够大范围足够大)思路点拨思路点拨：解本题的关键是对小球进行正确的：解本题的关键是对小球进行正确的受力分析，分析中要注意研究对象多受了一个电场受力分析，分析中要注意研究对象多受了一个电场力，其分析方法不变力，其分析方法不变解析解析：(1)如图所示，由如图所示，由平衡条件得平衡条件得F电电qEmgtan，所以，所以qmgtan/E，因小，因小球受到向左的电场力，所以小球受到向左的电场力，所以小球带正电球带正电答案答案：见解析：见解析反思领悟反思领悟：力、电综合问题分析方法：该类：力、电综合问题分析方法：该类问题的分析方法与力学中的
20、分析方法相同，只是问题的分析方法与力学中的分析方法相同，只是在受力分析时，要正确加上电场力，即可根据其在受力分析时，要正确加上电场力，即可根据其状态状态(平衡或加速平衡或加速)结合牛顿运动定律或功能关系结合牛顿运动定律或功能关系进行求解具体步骤如下：明确研究对象；进行求解具体步骤如下：明确研究对象；将研究对象隔离，分析其所受全部外力；根据将研究对象隔离，分析其所受全部外力；根据平衡条件或牛顿定律平衡条件或牛顿定律(或动能定理或动能定理)列出方程；列出方程；解方程求出结果解方程求出结果如图如图139所示，所示，在场强为在场强为E，方向竖直向，方向竖直向下的匀强电场中的竖直平下的匀强电场中的竖直平
21、面内，有一绝缘光滑的半面内，有一绝缘光滑的半圆形轨道，在轨道的最高圆形轨道，在轨道的最高点点A处有一质量为处有一质量为m、电荷、电荷量为量为q带正电的小球使带正电的小球使小球由静止开始滑下，试小球由静止开始滑下，试求小球经过最低点求小球经过最低点B时，时，对轨道的压力对轨道的压力N的大小的大小图图1-3-9解析解析：小球由：小球由A运动到运动到B的过程中，只有重力的过程中，只有重力和电场力对小球做功，由动能定理得：和电场力对小球做功，由动能定理得：在在B点，小球加速度竖直向上，即向心加速度，点，小球加速度竖直向上，即向心加速度，有：有：由、解得由、解得N3(mgqE)由牛顿第三定律知，小球对轨道的压力与轨道由牛顿第三定律知，小球对轨道的压力与轨道对小球的支持力对小球的支持力N等大反向故等大反向故N3(mgqE)答案答案：3(mgqE)真空中点电荷周围的场强真空中点电荷周围的场强(2)方向：方向：Q为正电荷时，为正电荷时，E的方向由的方向由Q指向无穷指向无穷远；远；Q是负电荷时，是负电荷时，E的方向由无穷远指向负电荷的方向由无穷远指向负电荷创新拓展创新拓展解析解析：设相距为：设相距为l的的A、B两点电荷的电量分两点电荷的电量分别为别为Q、Q.P点到点到A(或或B)的距离为的距离为r，则由点电，则由点电荷的场强公式荷的场强公式答案答案：见解析：见解析
