第02讲电场电场强度和静电的防止与利用（教师版）-新高二物理暑假衔接（人教版）.docxVIP

第02讲电场、电场强度和静电的防止与利用

1．认识电场本特征，理解电场强度的物理意义和描述并能区别两种不同情况下电场强度的计算。

2．了解静电的防止与利用

电场强度的含义和表达式

1.公式E=与E=的区别:

公式

E=

E=

本质

区别

定义式

决定式

意义

及用途

给出了一种量度电场强弱的方法

指明了点电荷场强大小的决定因素

适用

范围

一切电场

真空中点电荷的电场

Q或q

的意义

q表示引入电场的试探电荷的电荷量

Q表示产生电场的点电荷的电荷量

关系理解

E用F与q的比值来表示,但E的大小与F、q大小无关

E不仅用Q、r来表示,且E∝Q,E∝

提醒:(1)由E=知,离某点电荷越远的地方电场强度越小。以点电荷为圆心,半径为r的球面上,各点的电场强度大小相等,方向不同。

(2)正点电荷的电场方向由正电荷指向无穷远,负点电荷的电场方向由无穷远指向负电荷。

2.电场强度的叠加:电场强度是矢量,合成时遵循矢量运算法则(平行四边形定则或三角形定则),常用的方法有图解法、解析法、正交分解法等;对于同一直线上电场强度的合成,可先规定正方向,进而把矢量运算转化成代数运算。

二、电场线的性质

1.点电荷的电场线:

(1)点电荷的电场线呈辐射状,正电荷的电场线向外至无限远,负电荷则相反。

(2)以点电荷为球心的球面上,电场线疏密相同,但方向不同,说明电场强度大小相等,但方向不同。

(3)同一条电场线上,电场强度方向相同,但大小不等。实际上,点电荷形成的电场中,任意两点的电场强度都不同。

2.两个等量点电荷的电场特征:

比较项目

等量异种点电荷

等量同种点电荷

电场线分布图

连线上中点O处的电场强度

最小但不为零,指向负电荷一侧

为零

连线上的电场强度大小(从左到右)

先变小,再变大

先变小,再变大

沿中垂线由O点向外的电场强度大小

O点最大,向外逐渐减小

O点最小,向外先变大后变小

三、静电平衡的特点和应用

1.静电平衡的实质:

(1)在达到静电平衡的过程中,外电场引起导体内自由电荷的定向移动使导体两侧出现感应电荷,感应电荷的电场和外电场方向相反,使合场强减小,随着感应电荷的继续增加,合场强逐渐减小,直至合场强为零,自由电荷的定向移动停止。

(2)静电平衡的状态:导体内部的合场强为零,即E合=0。

2.静电平衡状态的特点:

(1)处于静电平衡状态下的导体的特点。

①导体内部某处感应电荷产生的场强E′与周围原电场场强E大小相等,方向相反,两者相互抵消,导体内部处处合场强E合为零,但导体表面的电场强度不为零。

②电场线与导体表面垂直,如果不垂直,该点场强应有沿表面的切向分量,会使导体表面电荷发生移动,与静电平衡状态矛盾。

(2)静电平衡状态下的导体的电荷分布特点。

①净电荷都分布在导体的外表面,导体内部没有净电荷。

②感应电荷分布于导体两端,电性相反,电荷量相等,远同近异,如图甲所示。

③净电荷在导体表面分布不均匀,导体表面尖锐处电荷分布密集,平滑处电荷分布稀疏,凹陷处几乎没有电荷,如图乙所示。

四、尖端放电和静电屏蔽的应用

静电屏蔽的两种情况

类别

导体外部电场不影响导体内部

接地导体内部的电场不影响导体外部

图示

实现过程

因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内的合场强为零,达到静电平衡状态,起到屏蔽外电场的作用

当空腔外部接地时,外表面的感应电荷因接地将传给地球,外部电场消失,起到屏蔽内电场的作用

最终结论

导体内空腔不受外界电荷影响

接地导体空腔外部不受内部电荷影响

本质

静电感应与静电平衡,所以作静电屏蔽的材料只能是导体,不能是绝缘体

提醒:金属材料的物体才能作静电屏蔽器,静电屏蔽的原理是静电平衡,只有金属导体才能处于静电平衡状态。

考点一：电场强度

【例1】在一正交直角坐标系的坐标原点O处有一带正电的点电荷，x轴上0.1m处放一试探电荷，其受力与电量的关系如图所示，y轴上有一点b，其场强为1N/C，则b点的坐标为（）

A（0，0.1m） B.（0，0.2m） C.（0，0.3m） D.（0，0.4m）

【答案】C

考点二：电场线

【例2】如图所示是电子枪部分的原理图，阴极发射的电子在强电场的作用下从阴极飞向阳极，虚线是其中一个电子的运动路线，实线是电场线，A、B、C是电场中的三个点，下列说法正确的是（）

有的电子由静止释放仅在电场力的作用下将沿电场线运动到C点

B.A点的电场强度比B点的电场强度大

C.电子从A运动到B的过程速度增大

D.从A到B电子的加速度不断增大

【答案】BC

【详解】由于C点所在电场线为曲线，电场线不是粒子的运动轨迹，所以在电子由静止释放带电粒子，不可能沿电场线运动到C点，选项A错误；电场线越密集则场强越大，可知A点的电场强度比B点的电场强度大，选项