《第1節(jié) 電場》講義

《第1節(jié)電場》講義第一講電場知識梳理▼一、電場1、電場的概念-同學們，咱們先來說說電場啊。電場就像是一種很神奇的“場”，它存在于電荷的周圍。就好比每個電荷都有自己的“勢力范圍”，這個“勢力范圍”就是電場啦。當另一個電荷進入這個“勢力范圍”的時候，就會受到力的作用呢。這就像你進入了一個有魔法的區(qū)域，會被一種無形的力量影響。-電場是一種客觀存在的特殊物質(zhì)，雖然咱們看不見也摸不著它，但是它的影響卻是實實在在的哦。2、電場強度-那怎么來描述電場的強弱呢？這就引出了電場強度這個概念。電場強度就是用來表示電場的強弱和方向的物理量。-電場強度的定義是：電場中某點的電場強度等于放在該點的試探電荷所受的電場力與試探電荷的電荷量之比。用公式表示就是：$E=\frac{F}{q}$。這里的$E$就是電場強度，$F$是試探電荷受到的電場力，$q$是試探電荷的電荷量。-電場強度是矢量哦，它的方向跟正電荷在該點所受電場力的方向相同。比如說，有一個正電荷在電場中的某一點，它受到的力的方向就是該點電場強度的方向。那要是負電荷呢？負電荷在電場中某點所受電場力的方向跟該點電場強度的方向相反。這就好比正電荷是順著電場強度的“指揮”走，負電荷是跟電場強度“對著干”呢。-電場強度的單位是牛每庫侖，符號是$N/C$。3、點電荷的電場強度-如果電場是由一個點電荷產(chǎn)生的，那這個點電荷周圍的電場強度怎么計算呢？有個公式：$E=k\frac{Q}{r^{2}}$。這里的$k$是靜電力常量，它的值是$k=9.0\times10^{9}N\cdotm^{2}/C^{2}$，$Q$是產(chǎn)生電場的點電荷的電荷量，$r$是研究的點到點電荷的距離。-這個公式告訴我們，點電荷周圍的電場強度跟點電荷的電荷量成正比，跟距離的平方成反比。就好像一個很強大的電荷（電荷量很大），在它周圍比較近（距離?。┑牡胤?，電場強度就會很大；離得遠了（距離大），電場強度就會變小。這就像一個很有影響力的人，在他身邊的時候能強烈地感受到他的影響力，離得遠了就感覺沒那么強烈了。4、電場線-為了更形象地描述電場，咱們還有個好東西，那就是電場線。電場線是為了直觀地描述電場而引入的假想曲線。-電場線有幾個特點：-電場線從正電荷出發(fā)（或者從無窮遠處出發(fā)），終止于負電荷（或者延伸到無窮遠處）。這就像水流從高處流向低處一樣，電場線也有自己的“流向”。-電場線上某點的切線方向表示該點的電場強度方向。你可以想象自己站在電場線上的某一點，順著電場線的切線方向，就是電場在這個點想把電荷“推”或者“拉”的方向。-電場線的疏密表示電場強度的大小。電場線越密的地方，電場強度越大；電場線越疏的地方，電場強度越小。這就好比在人群密集的地方，那種擁擠的感覺（就像電場強度大），在人群稀疏的地方，就沒那么擁擠（電場強度?。６?、電場中的導(dǎo)體1、靜電感應(yīng)-當導(dǎo)體放在電場中時，會發(fā)生很有趣的現(xiàn)象，叫做靜電感應(yīng)。導(dǎo)體中的自由電子會在電場力的作用下發(fā)生定向移動。比如說，把一個導(dǎo)體放在一個正電荷產(chǎn)生的電場中，導(dǎo)體中的自由電子就會被吸引，向靠近正電荷的一端移動。這樣，導(dǎo)體的兩端就會出現(xiàn)等量異種電荷?？拷姾梢欢藥ж撾?，遠離正電荷一端帶正電。這就像一群小螞蟻（自由電子），看到有好吃的（正電荷的吸引），就都往一個方向跑，結(jié)果就造成了兩端不一樣的情況。2、靜電平衡-隨著自由電子的移動，導(dǎo)體內(nèi)部的電場會發(fā)生變化。當導(dǎo)體內(nèi)部的電場強度為零的時候，就達到了靜電平衡狀態(tài)。這時候?qū)w內(nèi)部沒有凈電荷的定向移動了。就好比小螞蟻們跑著跑著，發(fā)現(xiàn)到處都平衡了，就不再亂跑了。-在靜電平衡狀態(tài)下，導(dǎo)體是個等勢體，它的表面是個等勢面。這是什么意思呢？就是說在導(dǎo)體內(nèi)部或者表面，任意兩點之間的電勢差為零。就像在一個水平的平面上，不管你從哪里到哪里，高度差都是零一樣。經(jīng)典例題▼1、一個點電荷$Q=2\times10^{-6}C$，求距離這個點電荷$r=0.5m$處的電場強度。-咱們知道點電荷的電場強度公式是$E=k\frac{Q}{r^{2}}$，這里$k=9.0\times10^{9}N\cdotm^{2}/C^{2}$，$Q=2\times10^{-6}C$，$r=0.5m$。-那咱們把數(shù)值代進去算一算：$E=9.0\times10^{9}\times\frac{2\times10^{-6}}{0.5^{2}}$$=7.2\times10^{4}N/C$。2、有一個電場，電場線如圖所示（這里假設(shè)是一個簡單的電場線圖，比如從一個正電荷發(fā)出的電場線圖），請判斷$A$、$B$兩點電場強度的大小和方向。-首先看電場線的疏密，從圖上看，$A$點的電場線比$B$點的電場線密。根據(jù)電場線疏密表示電場強度大小的知識，咱們就知道$E_{A}>E_{B}$。-再看電場強度的方向，電場線的切線方向就是電場強度的方向，在$A$點，電場線切線方向向外（假設(shè)是正電荷產(chǎn)生的電場），在$B$點，電場線切線方向也是向外，所以$A$、$B$兩點電場強度方向都是向外。3、把一個不帶電的導(dǎo)體放在一個電場強度為$E$的勻強電場中，發(fā)生靜電感應(yīng)后，導(dǎo)體內(nèi)部的電場強度變?yōu)槎嗌伲?當導(dǎo)體達到靜電平衡時，導(dǎo)體內(nèi)部的電場強度為零。這是因為導(dǎo)體中的自由電子在電場力作用下移動，產(chǎn)生了一個與外電場等大反向的電場，兩者疊加后，內(nèi)部電場強度就為零了?；迎h(huán)節(jié)：老師：同學們，那我問個問題啊，如果有兩個點電荷，電荷量一樣，一個是正電荷，一個是負電荷，它們周圍的電場強度分布有什么相同和不同之處呢？（讓同學們思考一會兒，然后請同學回答）同學：（回答內(nèi)容）老師：嗯，回答得不錯。那我再問個問題，如果把一個導(dǎo)體放在變化的電場中，還會有靜電平衡狀態(tài)嗎？（再讓同學們思考回答）重點：1、電場強度的概念、公式以及矢量性。這是理解電場的關(guān)鍵，尤其是電場強度的定義公式$E=\frac{F}{q}$和點電荷電場強度公式$E=k\frac{Q}{r^{2}}$。2、電場線的特點。通過電場線可以直觀地了解電場的分布情況，所以要掌握電場線與電場強度大小、方向的關(guān)系。3、靜電感應(yīng)和靜電平衡的概念。這是電場中導(dǎo)體的重要特性，理解起來可能有點抽象，需要重點關(guān)注。難點：1、電場強度概念的理解。電場