场的基本性质.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,专题五 电场和磁场,第,1,课时 场的基本性质,基 础 回 扣,1.,库仑定律,:,真空中两个点电荷之间相互作用的静电,力,跟它们的电荷量的乘积成,跟它们的距离,的二次方成反比,作用力的方向在,.,即,:,F,=,其中,k,为静电力常量,大小为,9,10,9,Nm,2,/C,2,.,成立条件,:,(,空气中也近似成立,);,即带电体的形状和大小对相互作用力的,正比,它们的连线上,真空中,点电,荷,影响可以忽略不计,.,对带电导体球,距离近了以后,电荷会重新分布,不能再用球心间距代替,r,.,2.,电场的最基本的性质是对放入其中的电荷,.,电场强度,E,是描述电场的力的性质的物理量,.3.,对电场强度的三个公式的理解,(1),E,=,是电场强度的,式,适用于,电场,.,电场中某点的场强是确定值,其大小和方向与试探,电荷,q,无关,.,试探电荷,q,充当,“,测量工具,”,的作用,.,(2),E,=,是真空点电荷所形成的电场的决定式,.,E,由场源电荷,Q,和场源电荷到某点的距离,r,决定,.,有力的,作用,定义,任何,(3),E,=,是场强与电势差的关系式,只适用于,注意式中,d,为两点间沿电场方向的距离,.,4.,电场强度的叠加,电场强度是矢量,当空间的电场是由几个点电荷共,同激发的时候,空间某点的电场强度等于每个点电,荷单独存在时所激发的电场在该点的场强的,.,5.,电势能是电荷与所在电场所共有的,;,电势、电势差,是由电场本身因素决定的,与试探电荷无关,.,电势能、电势具有相对性,与,的选取有,关,;,电势能的改变、电势差具有绝对性,与电势零,点的选取无关,.,匀强,电场,矢量,和,电势零点,6.,磁场是一种特殊物质,存在于磁极和,周围,磁,场对放入磁场中的磁体或电流有,的作用,.,7.,带电粒子在磁场中的受力情况,(1),磁场只对,电荷有力的作用,对,电荷,无力的作用,.,磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力,.(2),洛伦兹力的大小和方向,:,其大小为,F,=,qvB,sin,注意,:,为,v,与,B,的夹角,.,F,的方向仍由,判,定,但四指的指向应为正电荷运动的方向或负电荷,运动方向的反方向,.,8.,洛伦兹力做功的特点,由于洛伦兹力始终和速度方向垂直,所以洛伦兹力,但洛伦兹力的分力可以做功,.,电流,力,运动,静止,左手定则,永不做功,9.,静电力做功与电势能改变的关系,静电力对电荷做正功,电势能,静电力对电荷,做负功,电势能,且电势能的减小量等于静电,力做功的多少,即,W,=-,E,正电荷沿电场线移动或,负电荷逆电场线移动,静电力均做正功,故电势能,减少,;,而正电荷逆电场线移动或负电荷沿电场线移,动,电势能均增大,.,10.,等势面与电场线的关系,(1),电场线总是与等势面垂直,且从高电势等势面,指向低电势等势面,.,(2),电场线越密的地方,等差等势面也越密,.,(3),沿等势面移动电荷,静电力,沿电场线移,动电荷,静电力一定做功,.,减少,增加,不做功,思 路 方 法,1.,重视物理学的科学研究方法,.,本部分内容的主要研,究方法有,:(1),理想化模型,.,如点电荷、电场线、等,势面,;(2),法,.,电场强度、电势的定义方,法是定义物理量的一种重要方法,;(3),的方法,.,电场和重力场的比较,;,静电力和重力的比较,;,带电,粒子在电场中的运动和平抛运动的类比,.,2.,静电力做功的求解方法,:(1),由功的定义,W,=,F,l,求,;(2),利用结论,“,静电力做功等于电荷,的负值,”,来求,即,W,=-,E,;(3),利用,W,AB,=,求,.,比值定义,类比,电势能增,量,qU,AB,题型,1,电场性质的理解,例,1 (2009,台州市第二次调考,),如图,5-1-1,所示,带电量为,Q,的正点电荷固定在倾角,为,30,的光滑绝缘斜面底部的,C,点,斜面上有,A,、,B,两点,且,A,、,B,和,C,在同一直线上,A,和,C,相距为,L,B,为,AC,中点,.,现将一带电小球从,A,点静止释放,当带电小球运动到,B,点时速度正好又为零,.,若该带电小球在,A,点处的加速度大小为,.,求,:,(1),小球到,B,时加速度大小,.,(2),B,和,A,两点电势差,.(,用,Q,和,L,表示,),图,5-1-1,解析,(1)A,点时,:,mg,sin30,-=,ma,A,B,点时,:-,mg,sin30,=,ma,B,把,a,A,=,代入得,a,B,=,(2),由,(1),问可得,=,mg,(,或,q,=),从,A,到,B,由动能定理可得,mg,sin30,+,qU,AB,=0,由以上二式得,U,AB,=-,U,BA,=,答案,（,2,）,关于电势、电势差、电势能、静电力做功的关系这四个量的关系可用图,5-1-2,形象地表示出来,.,说明如下,:,图,5-1-2,(1),电荷克服静电力做了多少功,电势能就增加多少,静电力对电荷做了多少正功,电势能就减少多少,即,W,=-,E,电势能,.,(2),电势具有相对性,因此电势能也具有相对性,与电势零点的选择有关,;,电势差具有绝对性,因此静电力做功具有绝对性,与电势零点的选择无关,.,(3),电势、电势差是由电场本身因素决定的,与检验电荷的有无没有关系,;,电势能是电荷与电场所共有的,.,预测演练,1,(2009,吉林市高三下学期期末复习检测,),如图,5-1-3,所示,实线是一簇未,标明方向的由点电荷,Q,产生的电场,线,若带电粒子,q,(|,Q,|,q,|),由,a,运,动到,b,静电力做正功,.,已知在,a,、,b,两点粒子所受静电,图,5-1-3,解析,若,Q,为正电荷,从,a,b,静电力做正功,说明静电力沿场强方向,q,带正电,;,由于,a,处电场线密,场强,E,a,E,b,所以,F,a,F,b,;,沿电场线方向为电势降低的方向,A,对,;,同理可分析得知,C,也对,.,力大小分别为,F,a,、,F,b,a,、,b,两点电势为,a,、,b,则下列判断正确的是 （）,A.,若,Q,为正电荷,则,q,带正电,F,a,F,b,a,b,B.,若,Q,为正电荷,则,q,带负电,F,a,F,b,a,F,b,a,b,D.,若,Q,为负电荷,则,q,带正电,F,a,b,AC,预测演练,2,(2009,西安市第三次质检,),如图,5-1-4,所示为一匀强电场,某带电粒子从,A,点运动到,B,点,在这一运动过程中,克服重力做的功为,3.0J,静电力做,的功为,2.0J.,则下列说法中正确的,是 （）,A.,粒子带正电,B.,粒子在,A,点的电势能比在,B,点少,2.0J,C.,粒子在,A,点的机械能比在,B,点少,1.0J,D.,粒子在,A,点的动能比在,B,点多,1.0J,图,5-1-4,解析,由运动轨迹和曲线运动的特点可知,静电力方向向右,A,对,;,从,A,B,静电力做正功,E,pA,E,pB,B,错,;,由,于从,A,B,静电力做功为,2.0 J,B,点机械能增加,2J,C,错,;,动能的变化看各力做功的代数和,即,W,=,W,G,+,W,电,=,-1J,D,对,.,答案,AD,题型,2,场的矢量性的理解,例,2,(2009,泰安市第三次适应性,练习,),如图,5-1-5,所示,在等量异种,点电荷形成的电场中,MN,为两点电,荷连线的中垂面,.,在中垂面的右侧,有一点,A,其场强为,E,则在这个电,场中,与,A,点场强相同的点还有 （）,A.,一个点,B.,两个点,图,5-1-5,C.,三个点,D.,四个点,解析,由于场强是矢量,场强相,同既包括大小相等,也要方向相,同,画出等量异种点电荷形成电,场的电场线,可知,A,关于,O,点的对称点,A,处的场强与,A,处相同,.,答案,A,拓展探究,上例中与,A,点场强大小相等的点还有几个,?,答案,三个,1.,等量异种点电荷连线的中垂线是等势线,而电场线,和等势线是垂直的,.,2.,两个点电荷在空间某点所形成的电场应等于每个,点电荷在该点形成电场的矢量和,.,3.,几根通电导线在空间某点所形成的磁场也等于每,根通电导线在该点形成磁场的矢量和,.,4.,场是矢量,场的叠加仍然遵循平行四边形定则,.,预测演练,3,(2009,大连市第二次模拟,),三根完全相同的长直导线互相平行,通以大小,和方向都相同的电流,.,它们的截面,处于一个正方形,abcd,的三个顶点,a,、,b,、,c,处,如图,5-1-6,所示,.,已知每根,通电长直导线在其周围产生的磁,感应强度与距该导线的距离成反比,通电导线,b,在,d,处产生的磁场其磁感应强度大小为,B,则三根通电导线产生的磁场在,d,处的总磁感应强度大小为 （）,A.2,B,B.3,B,C.2.1,B,D.3.8,B,图,5-1-6,解析,a,、,b,、,c,三根导线在,d,处形成,的磁感应强度为,B,a,、,B,b,和,B,c,设正方,形边长为,a,则,B,b,=,B,=,B,a,=,B,c,=,B,a,与,B,c,的矢量和为,B,ac,=,方向与,B,b,相同,如右图所示,总,磁感应强度大小为,B,总,=,B,b,+,B,ac,=3,B,.,答案,B,题型,3,带电粒子在电场内的运动,例,3,(2009,安徽省高考自主命题仿真题三,),如图,5-1-7(a),所示,真空室中电极,K,发出的电子,(,初速不计,),经过,U,0,=1 000V,的加速电场后,由小孔,S,沿两水平金属板,A,、,B,间的中心线射入,A,、,B,板长,l,=0.20m,相距,d,=0.02m,加在,A,、,B,两板间的电压,U,随时间,t,变化的,U,t,图线如图,(b),所示,设,A,、,B,间电场可看作是均匀的,且两板外无电场,.,在每个电子通过电场区域的极短时间内,电场可视作恒定的,两板右侧放一记录圆筒,筒的左侧边缘与极板右端距离,b,=0.15m,圆筒绕其竖直轴匀速转动,周期,T,=0.20s,筒的周长,s,=0.20m,筒能接收到通过,A,、,B,板的全部电子,.,图,5-1-7,(1),以,t,=0,时,(,见图,b,此时,U,=0),电子打到圆筒记录纸上的点作为,xy,坐标系的原点,并取,y,轴正方向竖直向上,.,试计算电子打到记录纸上的最高点的,y,坐标和,x,坐标,(,不计重力作用,).,(2),在给出的坐标纸,(,图,c),上定量地画出电子打到记录纸上的点形成的图线,.,解题关键,1.,由于电子通过电场区域的时间很短,电场可视作匀强电场,电子做类平抛运动,.,2.,由于板外无电场,电子将沿切线方向飞出做匀速运动,.,因此,y,坐标应包括两部分,:,一部分是电场内竖直方向匀加速运动的位移,一部分是场外匀速运动的竖直位移,.,解析,(1),计算电子打到记录纸上的最高点坐标,设,v,0,为沿,A,、,B,板中心线射入电场初速度,一个电子的电荷量为,e,则,mv,0,2,=,eU,0,电子在中心方向运动为匀速运动,设电子穿过,A,、,B,板时时间为,t,0,则,l,=,v,0,t,0,电子在垂直,A,、,B,板的方向运动为匀加速直线运动,对于恰能穿过,A,、,B,板的电子在它通过时加在两板间的电压,U,C,应满足,:=,t,0,2,联立式得,U,C,=,U,0,=20V,此电子从,A,、,B,板间射出时沿,y,方向的分速度为,v,y,=,t,0,此后,此电子做匀速直线运动,它打在记录纸上的点最高,则有,=,由以上各式解得,y,=+=2.5cm,从题给的,U,t,图可知,加在两板间的电压,U,的周期,T,0,=0.10s,U,的最大值,U,m,=100V,因为,U,C,U,m,在一个周期,T,0,内,只有开始的一段时间间隔,t,内有电子通过,A,、,B,板,t=,因为电子打在记录纸上的最高点不止一个,根据题中关于坐标原点与起始记录的规定,第,1,个最高点,x,的坐标为,x,1,=,s,=2cm,第,2,个最高点的坐标为,x,2,=12cm,第,3,个最高点的坐标为,x,3,=22cm,因为记录筒的筒周长为,20cm,所以第,3,个最高点已与第,1,个最高点重合,即打到记录纸上的最高点只有两个,它们的坐标分别由式、表示,.,(2),如下图所示,答案,见解析,预测演练,4,(2009,平顶山许昌新乡第三次调研,),如图,5-1-8,甲所示,两个平行金属板,P,、,Q,正对竖直放置,两板间加上如图乙所示的交变电压,.,t,=0,时,Q,板比,P,板电势高,U,0,在两板的正中央,M,点有一电子在静电力作用下由静止开始运动,(,电子所受重力可忽略不计,),已知电子在,0,4,t,0,时间内未与两板相碰,.,则电子速度方向向左且速度大小逐渐增大的时间段是 （）,图,5-1-8,A.0,t,t,0,B.,t,0,t,2,t,0,C.2,t,0,t,3,t,0,D.3,t,0,t,a,B,a,A,B.,粒子在,A,、,B,、,C,三点的动能大小关系,E,k,C,E,k,B,E,k,A,C.,粒子在,A,、,B,、,C,三点的电势能大小关系,E,p,C,E,p,B,E,p,A,D.,粒子由,A,运动到,B,和由,B,运动到,C,静电力做的功相等,解析,A,、,B,、,C,三点的场强关系为,E,C,E,B,E,A,A,对,;,由,A,到,C,的过程,静电力一直做正功,B,对,;,静电力做正功,电势能减小,E,p,C,E,p,B,R,2,粒子将射出磁场区域,.,当,n,=4,=,时,r,=,R,1,=,r,+,R,2,粒子返回,A,点的时间最短,.,此时粒子的运动轨迹如下图所示,.,又粒子做圆周运动的周期,T,=1.31,10,-7,s,t,min,=2,T,=2.62,10,-7,s,答案,(1)(2),21,(3),见解析图,2.62,10,-7,s,返回,