也谈两等量同种点电荷电场的电场线
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对等量异种点电荷和等量同种点电荷电场中电场强度变化情况的研究[摘要]:本文用点电荷电场强度的计算公式以及场强的叠加原理,讨论了等量异种点电荷和等量同种点电荷电场中电场强度变化的情况。
[关键词]:电场强度,等量异种,等量同种,点电荷,叠加原理[正文]等量异种点电荷和等量同种点电荷形成的电场的电场线如图1所示。
图1根据电场线的疏密程度,我们可以知道电场中两点间的电场强度关系。
在实际处理问题时,最常见的又是两点电荷连线上的场强变化情况以及连线的中垂线上电场强度的变化情况,我们将就此展开讨论。
一、等量异种点电荷的电场1.二者连线上电场强度的变化情况如图2所示,设两点电荷电荷量的绝对值都是q ,二者间的距离为2a ,我们讨论与连线中点O 的距离为x (a x <<0)的A 点的电场强度。
如图所示,由点电荷的场强公式及电场的叠加原理知,A 点的电场强度为: ()()22a x kq a x kq E ++-= 可见E 是x 的函数,对x 求导,有:图2()()()()[]()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--=+-+---=-3323112212'x a x a kq x a x a kq E 由于,所以0'>E ,所以在a x <<0上,E 是增函数。
这说明x 的数值越大,即A 点离两点电荷连线的中点O 越远,场强越大。
由对称性可知,当A 位于O 点右边时,有同样的结果。
总之,从连线中点沿连线向两电荷移动时,电场强度逐渐增大,二者连线上中点位置的场强最小。
2.二者连线的中垂线上电场强度的变化情况如图3所示,我们研究二者连线的中垂线上与垂足O 相距x 的点A 的电场强度。
由对称性知,两点电荷在此处产生的场强的大小相等,方向如图所示。
由点电荷的场强公式和场的叠加原理知: θcos 222⋅+⋅=x a kq E 而 22cos x a a+=θ由上面两式可得:()23222x a kqaE +=从上式可以看出,当x 增大时,E 减小。
一.等量异种同种电荷产生电场电场线场强关系1.等量异种点电荷形成的电场中电场线的分布特点(1)两点电荷连线上各点,电场线方向从正电荷指向负电荷.(2)两点电荷连线的中垂面(中垂线)上,电场线方向均相同,即场强方向均相同,且总与中垂面(线)垂直.在中垂面(线)上到O点等距离处各点的场强相等(O为两点电荷连线中点).(3)在中垂面(线)上的电荷受到的静电力的方向总与中垂面(线)垂直,因此,在中垂面(线)上移动电荷时静电力不做功.(4) 等量异种点电荷连线上以中点O场强最小,中垂线上以中点O的场强为最大;(5)等量异种点电荷连线和中垂线上关于中点对称处的场强相同;2.等量同种点电荷形成的电场中电场线的分布特点(1)两点电荷连线中点O处场强为零,此处无电场线.(2)中点O附近的电场线非常稀疏,但场强并不为零.(3)两点电荷连线中垂面(中垂线)上,场强方向总沿面(线)远离O(等量正电荷).(4)在中垂面(线)上从O点到无穷远,电场线先变密后变疏,即场强先变强后变弱.(5)等量同种点电荷连线上以中点电场强度最小,等于零.因无限远处场强E∞=0,则沿中垂线从中点到无限远处,电场强度先增大后减小,之间某位置场强必有最大值.(6)等量同种点电荷连线和中垂线上关于中点对称处的场强大小相等、方向相反.PS:等量异种电荷和等量同种电荷连线上以及中垂线上电场强度各有怎样的规律?(1)等量异种点电荷连线上以中点O场强最小,中垂线上以中点O的场强为最大;等量同种点电荷连线上以中点电场强度最小,等于零.因无限远处场强E∞=0,则沿中垂线从中点到无限远处,电场强度先增大后减小,之间某位置场强必有最大值.(2)等量异种点电荷连线和中垂线上关于中点对称处的场强相同;等量同种点电荷连线和中垂线上关于中点对称处的场强大小相等、方向相反.二.等量异种同种电荷产生电场电势等势面1.等量异种点电荷的电场:是两簇对称曲面,两点电荷连线的中垂面是一个等势面.如图1-4-6所示.在从正电荷到负电荷的连线上电势逐渐降低,φA>φA′;在中垂线上φB=φB ′.2.等量同种点电荷的电场:是两簇对称曲面,如图1-4-7所示,在AA′线上O点电势最低;在中垂线上O点电势最高,向两侧电势逐渐降低,A、A′和B、B′对称等势.。
两等量点电荷连线及中垂线上的场强、电势和电势能的情况分析高中物理“电场”这个内容的概念很抽象,学生往往感到很困惑,导致对两点电荷连线及中垂线上的电场强度、电势、电势能的变化情况感到模糊不清,现就将我对这个问题的分析小结如下:这里所指的两点电荷是指靠得很近的两等量同种点电荷和等量异种点电荷。
一、两正点电荷连线及中垂线上的电场强度、电势、电势能的变化1、电场强度(1)两点电荷的连线上两点电荷在空间的电场是由这两个点电荷分别在该点的场强叠加而成。
根据电场强度的决定式2rQkE =,可知E 与r 2成反比,与Q 成正比,而对于正电荷E 的方向背离点电荷。
在其连线上的中点,由于Q 相等,r 相等,即E 大小相等,而两点电荷在的场强方向相反,故合场强为零,如图1所示。
图1由||||212212r Qk r Q kE E E -=-=知,从中点往两边合场强增大,且关于中点对称。
小结:连线中点场强为零,靠近点电荷场强渐强,且关于中点对称,场强方向沿较近点电荷的场强方向。
(2)两点电荷的中垂线上中垂线上的某点的场强由两点电荷分别在该点的场强叠加而成。
由于中垂线上的点到线两端的距离相等,由2rQk E =知|E 1|=|E 2|,即大小相等,方向如图2所示:图2分别把E 1、E 2分解在连线上和中垂线上,连线上的分量大小相等,方向相反,相互抵消,故合场强E 如图2所示。
所以从中垂线上中点往两边场强先是由零增大,但由2rQk E =可知。
r 越大,E 减小,所以合场强又开始减小。
小结:两正电荷的中垂线上电场强度先从中点时的零逐渐增大,当增大到某个值时,又逐渐减小,且两边对称。
2、电势(1)可根据电势与电场线的关系(沿着电场线的方向电势降低)直接判断:连接上,从中点往两边电势升高;中垂线上从中点往两边电势降低。
电场线的分布如图3所示。
图3(2)也可由电势差的定义qW U ABAB =判断。
先看两点电荷的连线上:设一正检验电荷由连线上某点A 向中点O 运动时,如图4所示图4根据W=FS cos θ知,F 与S 的方向相同,故F 做正功,q 又为正电荷,所以 0>=qW U AOAO 即 0>-=O A Ao U ϕϕ故 OA ϕϕ>可知连线上从O 到点电荷电势升高,又由于两边对称,故连线上O 点电势最低。
等量异种点电荷与等量同种电荷电场分布引言电场是电荷在周围空间中产生的一种物理现象,它对电荷具有作用力。
在电场中,电荷会受到电场力的作用,从而产生电场分布。
本文将讨论等量异种点电荷与等量同种电荷的电场分布情况。
等量异种点电荷电场分布等量异种点电荷指的是电量相等但正负性相反的两个点电荷。
我们将分别讨论这两个点电荷在空间中产生的电场分布情况。
电场强度的计算电场强度是表示电场的物理量,用E表示,单位是N/C(牛顿/库仑)。
对于等量异种点电荷,电场强度的计算公式为:E = k * |q| / r^2其中,E为电场强度,k为库仑常数(k = 8.99 × 10^9 N·m2/C2),|q|为电荷的绝对值,r为电荷到某点的距离。
电场线的分布根据电场强度的计算公式,我们可以得出以下结论:1.两个等量异种点电荷的电场线从正电荷指向负电荷,呈现出从正电荷到负电荷的趋势。
2.电场线从正电荷指向负电荷的方向是由电场强度的方向决定的,电场强度的方向是由正电荷指向负电荷。
3.两个电荷之间的电场线是弯曲的,形状类似于椭圆。
4.两个电荷之间的电场线越靠近电荷越密集,电场强度越大。
电势能的计算电势能是表示电场中电荷具有的能量,用U表示,单位是J(焦耳)。
对于等量异种点电荷,电势能的计算公式为:U = k * |q1| * |q2| / r其中,U为电势能,k为库仑常数,|q1|和|q2|分别为两个电荷的绝对值,r为两个电荷之间的距离。
势能面的分布根据电势能的计算公式,我们可以得出以下结论:1.两个等量异种点电荷之间的势能面是对称的,形状类似于椭球面。
2.势能面越靠近电荷,势能越高。
3.势能面的密集程度与电势能的大小成正比。
等量同种点电荷电场分布等量同种点电荷指的是电量相等且正负性相同的两个点电荷。
我们将分别讨论这两个点电荷在空间中产生的电场分布情况。
电场强度的计算对于等量同种点电荷,电场强度的计算公式与等量异种点电荷相同:E = k * |q| / r^2其中,E为电场强度,k为库仑常数,|q|为电荷的绝对值,r为电荷到某点的距离。
电场线导读:本文电场线,仅供参考,如果觉得很不错,欢迎点评和分享。
教学目标知识目标1、知道什么视电场线,知道用电场线可以形象地表示电场的方向和强弱;2、知道一个点电荷、两个等量点电荷、点电荷与带电平行板间的电场线的分布;3、知道什么视匀强电场,以及匀强电场的电场线的分布;4、知道两块靠近的平行金属板,大小相等,互相正对,分别带有等量的正负电荷,他们之间的电场(除边缘附近外)是匀强电场.教学建议教材分析电场线的要点:1、电场线是假想的:电场线是人们用来形象的描述电场的分布而画出的一簇曲线,虽然实验模拟了这簇曲线的形状,但是实验没有正是电场线的真是存在,电场线是假想的.2、电场线不是闭合曲线:在静电场中,电场线起始于正电荷,终止于负电荷,不形成闭合曲线.3、电场线的每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致.4、电场线的疏密与电场强弱的关系:电场线的疏密程度与场强大小有关,电场线密处电场强,电场线疏处电场弱.5、电场线在空间不相交.注意:在最后归纳相互电场线表达的意义,特别要强调电场线上每一点的切线方向,就是该电的场强方向,强调电场线的疏密与场强大小的关系.重点难点1、重点是电场线的定义,以及电场线的分布2、难点是电场线的特点和匀强电场线的特征关于电场线讲解的教法建议电场线是为形象描述电场中电场强度分布情况而假想的线,是法拉第首先提出的.讲述电场线时,一定要通过实验将抽象的知识具体化,根据条件可用验电羽,或蓖麻油内悬浮头发屑等方法演示正负点电荷产生的电场的电场线,和等量、异种点电荷、等量同种点电荷产生电场的电场线,以及匀强电场的电场线.同时要求学生能够画出正负电荷、等量异种电荷、等量同种点电荷产生的电场和匀强电场的电场线.教学设计示例电场线一、教学目标1、在物理知识方面的要求:(1)掌握用电场线表示电场强度的方法;(2)掌握常见电场的电场线画法;(3)掌握匀强电场.2、通过观察演示实验,概括出经典电场的电场线特点,培养学生的观察概括能力.二、教具感应起电机一个、验电羽两个,两块带有验电羽的绝缘铝板.三、主要教学过程(一)复习提问1、电场强度的定义及其物理意义是什么?2、电场强度的决定因素是什么?3、及有什么联系与区别?4、简述电场强度的叠加原理.(二)引入新课电场看不见,摸不着,想个什么样的方法来形象地描述它呢?在初中,同学们学过磁场,磁场也看不见摸不着;当时用什么方法来形象地描述它呢?用磁感线.磁感线是真实存在的呢?不存在,是假想的.用它来形象、直观地描述磁场强弱和方向.磁感线在条形磁体外部由N极指向S极,内部由S极指向N 极,是闭合曲线,且外部稀疏内部稠密.磁感线有走向,磁感线上某点切线方向为该点磁场方向,也是该点所放小磁针的N极指向,即N极受力方向.磁感线不相交(如图1所示).形象直观地描述磁场用磁感线,形象直观地描述电场呢?(三)教学过程设计1、电场线概念引入英国物理学家法拉第首先引入了电场强度的图象,他在电场中画了一些线,使这些线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致,并使线的疏密表示场强的大小.这些线称为电场线.2、几种常见电场的电场线匀强电场(1)点电荷电场的电场线如图2(a)所示,在A点放正电荷Q,研究该电场的电场线.为此在Q的周围B点放上+1C的点电荷q,它受到的电场力方向在A 与B连线上,并且由A指向B,再在A与B连线上取任一点C,放+1C点电荷q,它受的电场力方向仍在连线上,方向由A向C,由于电场线在B与C的切线共线,所以射线AC为一条电场线.同理,由A点出发的所有射线都可以是电场线,但考虑到对电场线的另一要求,它的疏密应表示E的大小,再考虑到空间对称,所以每对相邻电场线间的夹角应该相同,所以电场线应是图2(b)所示的样子.对负电荷Q的电场线,只需将正点电荷Q的电场线反向即可.如图2(c)所示.(2)等量异号点电荷的电场线如图3(a)所示,在A点与B点分别放上点电荷+Q与-Q,并研究它们的电场线的形状.首先研究直线AB上的情况,在A与B之间的连线的任一点放上+1C的点电荷q,q受到两个电荷同时作用,而合力方向在A与B 的连线上,由此可知,线段AB是一条电场线,方向由A指向B,再将q放于B点右侧直线上的任一点,发现q受的合力方向也在AB 连线上,并指向B,所以终止于B点的这条射线也是一条电场线,方向指向B.再将q放于A点左侧直线上的任一点,发现q受的合力方向也在AB直线上,方向由A向外,所以从A点出发的,方向背向A点的这条射线也是一条电场线.A与B连线上的电场线情况如图3(a)所示.再研究线段AB的垂直平分线上的情况.为此在其上任一点放上+1C的点电荷q,它受到的两个点电荷的作用力等大,而合力都垂直,如图3(b)所示.所以通过的所有电场线都应与垂直.再在直线的两侧取D与,使它们对直线成轴对称.将+1C的点电荷q放于D点,它所受的合力指向斜上方;将q放于点,它受的合力指向斜下方.可以看出,从A点出发,经过D、回到B 的一条曲线是一条电场线,如图3(c)所示.同理,在直线AB的上边与下边可以画出许多这样的电场线,但考虑到电场线的疏密应对应场强的弱强的要求,电场线只能画成图3(d)所示的形状.最后应指出,电场线并不只存在于纸面上,而是分布于整个立体空间.要想研究空间某一点的场强情况,只需将纸平面以AB线为轴转动到该点即可.(3)等量同号点电荷电场的电场线用上述的方法也可以得到等量同号点电荷的电场线,如图4所示.分析方法略去.(4)均匀带电的无限大平面电场的电场线图5(a)所示为均匀带正电的无限大平面,在平面上任一点A放+1C点电荷q,它所受电场力方向如何?由于空间对称,可以肯定q受力的方向一定垂直平面a向上,所以垂直平面a的所有向上的、向下的直线,都可能是电场线,但考虑到电场线的疏密应该表示场强的强弱,又考虑到空间对称,因而电场线各处的疏密相同,所以电场线只能画成图5(b)的形状,即电场线是疏密均匀的平行线.对于无限大均匀带负电的平面,电场线形状图5(c)所示.电场线仍是疏密均匀的平行线,只是指向平面.这说明在无限大均匀带电平面的两侧场强大小、方向相同.这种电场称为匀强电场.(5)带有等量异号电荷的无限大平行金属板的电场的电场线如图6(a)所示,带有等量异号电荷的两个无限大平面平行放置,由于对称,每个平面上电荷的分布是均匀的.由场的叠加原理可知,每个带电平面都在它的周围独立地产生电场,而总的电场应为两个分电场的矢量合.图6(b)画出了每个带电平面的电场线,实线代表正电荷的电场线,虚线代表负电荷的电场线.由于它们都是匀强电场,各分场场强大小处处相等,只是方向有差别.在两板之间两场方向相同,叠加后场强增大;在两板外侧,两场方向相反,互相抵消,场强为0,整个电场电场线的形状如图6(c)所示.3、电场线的演示(l)点电荷电场线的演示如图7(a)所示将验电羽与感应起电机的一个放电杆接通,摇动电机,验电羽上丝线会按场强方向排列,因而显示出电场线.可以看出,电场线形状与图2(b)相似.(2)演示等量异号点电荷电场线放好两个验电羽,如图7(b)所示,再用导线将它们分别与起电机的两个导电杆相连,摇动电机,丝线排列在电场方向上,形成类似图3(d)的形状.(3)演示等量同号点电荷电场线如图7(b)所示,再用导线将同一个导电杆与两个验电羽相连,摇动起电机,丝线排成形成类似图4的形状.(4)演示带有等量异性电荷平行金属板的电场线如图7(c)所示用导线将两板分别与起电机的两个放电杆连接,并摇动起电机,丝线就排列在电场线方向上.可以观察到,在两板的中央部分,电场线是平行的,其余边缘部分电场线不平行,如图8所示.这是因为平行金属板并非无限大所致,且非正对面上的丝线不动,原因是外侧.4、总结电场线的性质(l)电场线是假想的,不是真实的.感谢阅读,希望能帮助您!。
几种常见电荷的电场线及等势面特点一.孤立点电荷的电场线和等势面(1)点电荷电场的电场线(2)点电荷电场中的等势面形状:点电荷电场中的等势面是以点电荷为球心的一族球面二.等量异种点电荷的电场线和等势面(1)等量异种点电荷电场线场强特点:①在等量异种电荷连线的中垂线上,从中央到两侧,场强减弱,关于中点对称的位置场强相同,场强方向垂直于中垂线指向负电荷一侧.②在两电荷的连线上,中点场强最弱;关于中点对称的位置场强相同。
(2)等量异种点电荷电场中的等势面等势面形状:是两簇对称曲面。
电势特点:①等量异种电荷连线的中垂面是一个等势面,且电势为零。
②从正电荷一端到负电荷一端电势逐渐降。
在中垂面靠近正电荷一侧,电势为正,在中垂面靠近负电荷一侧,电势为负。
三.等量同种点电荷电场的电场线和等势面(1)等量同种点电荷电场线场强特点②在等量同种电荷连线的中垂线上,从中央到两侧,场强先增强后减弱。
场强方向与中垂线平行。
③在两电荷的连线上,中点场强最弱;关于中点对称的位置场强大小相同。
等势面形状:是两簇对称曲面。
电势特点:等量同种正电荷在两电荷的连线上,中点电势最低;在两电荷连线的中垂线上,中央电势最高,从中央到两侧,电势逐渐降低。
等量同种负电荷在两电荷的连线上,中点电势最高;在两电荷连线的中垂线上,中央电势最低,从中央到两侧,电势逐渐升高。
四.匀强电场的电场线和等势面(1)匀强电场的电场线场强特点:场强处处相同(2)匀强电场中的等势面等势面形状:匀强电场的等势面是垂直于电场线的一族平面。
等量电荷形成的电场中场强和电势的特点等量电荷形成的电场中场强和电势的特点一、等量异种点电荷形成的电场特点(1)两点电荷连线上各点,电场线方向从正电荷指向负电荷.(2)两点电荷连线的中垂面(中垂线)上,电场线方向均相同,即场强方向均相同,且总与中垂面(线)垂直.在中垂面(线)上到O点等距离处各点的场强相等(O为两点电荷连线中点)(3)在中垂面(线)上的电荷受到的静电力的方向总与中垂面(线)垂直,因此,在中垂面(线)上移动电荷时静电力不做功.(4) 等量异种点电荷连线上以中点O场强最小,中垂线上以中点O 的场强为最大(5)等量异种点电荷连线和中垂线上关于中点对称处的场强相同;(6)关于正电荷对称的两点,延长线上的电势比连线上的电势高,关于负电荷对称的两点,延长线上的电势比连线上的电势低。
再正电荷周围的电势大于零,负电荷周围的电势小于零。
(7等量异种电荷连线的中垂线上任意一点电势均为零即等量异种电荷的连线的中垂线(面)是零势线(面)二、等量同种点电荷形成的电场中电场线的特点(1)两点电荷连线中点O处场强为零,此处无电场线.(2)中点O附近的电场线非常稀疏,但场强并不为零.(3)两点电荷连线中垂面(中垂线)上,场强方向总沿面(线)远离O(等量正电荷).(4)在中垂面(线)上从O点到无穷远,电场线先变密后变疏,即场强先变强后变弱.(5)等量同种点电荷连线上以中点电场强度最小,等于零.因无限远处场强E∞=0,则沿中垂线从中点到无限远处,电场强度先增大后减小,之间某位置场强必有最大值.(6)等量同种点电荷连线和中垂线上关于中点对称处的场强大小相等、方向相反. (7)等量同种正电荷形成的电场,若取无穷远处电势为零,电场中各点的电势都大于零;关于两电荷连线的中点O 对称的任意两点电势相等,在两电荷连线上,越接近中点,电势越低,中点是连线上电势的最低点,但不为零。
在连线的延长线上,关于某电荷对称的两点电势不相等,连线上的电势高于延长线上的电势(叠加)。
等量同种电荷之间的电场线
摘要:
1.引言
2.等量同种电荷之间的电场线概念
3.等量同种电荷之间的电场线特点
4.等量同种电荷之间的电势变化
5.总结
正文:
一、引言
电场线是描述电场分布的一种图像化方式,它可以帮助我们直观地了解电场的性质和特点。
在同种电荷之间,由于它们之间的相互作用力是斥力,因此它们会产生特定的电场线分布。
本文将从等量同种电荷之间的电场线入手,探讨其特点以及相关的电势变化。
二、等量同种电荷之间的电场线概念
等量同种电荷之间的电场线是指,在空间中存在两个或多个同种电荷时,它们之间产生的电场线。
在这种情况下,电场线的起点是正电荷,终点是负电荷。
三、等量同种电荷之间的电场线特点
等量同种电荷之间的电场线具有以下特点:
1.电场线是从正电荷出发,指向负电荷。
2.电场线的密度表示电场的强度,密度越大,电场强度越大。
3.电场线是直线,因为同种电荷之间的相互作用力是沿着它们之间的连线
方向。
4.在等量同种电荷之间,电场线是关于连线对称的。
四、等量同种电荷之间的电势变化
在等量同种电荷之间,由于它们之间的相互作用力是斥力,因此它们之间的电势会随着距离的增大而减小。
具体来说,当距离为无穷远时,电势为零;而当距离为最近时,电势达到最大值。
因此,等量同种电荷之间的电势变化可以用一个倒数函数来表示。
五、总结
等量同种电荷之间的电场线具有独特的特点,它们可以帮助我们了解同种电荷之间的相互作用力和电势分布。
等量同种和等量异种的电荷
等量同种电荷和等量异种电荷的区别如下:
1. 连线上:O点场强最小,向两侧逐渐变大,电场线方向从正电荷指向负电荷。
在等量异种电荷的电场中,O点场强最小,向两侧逐渐变大,电场线方向从正电荷指向负电荷。
2. 中垂线上:在等量同种电荷的电场中,O点场强最大,向两侧先变大后变小(由于喇叭口)。
而在等量异种电荷的电场中,O点场强最大,向两侧逐渐变小,电场线方向均与连线上电场线方向相同。
3. 电势分布:中垂线为等势面,且等于无穷远处电势。
等量同种电荷的中垂线上各点电势相等;等量异种电荷的中垂线为等势面,且等于无穷远处电势。
总的来说,等量同种电荷和等量异种电荷的电场线和电势分布都有特定的规律。
等量“双电荷”电场线和等势面的分布特点及应用一、等量“双电荷”电场线和等势面的分布特点图一、图二分别为等量异种电荷和等量同种电荷(以正电荷为例)的电场线和等势面分布图。
由图我们可以得出下述结论:1. 它们都是关于两电荷连线及其中垂线对称分布的空间立体图形。
2. 电场线与等势面垂直,电场线从电势高的等势面指向电势较低的等势面。
在图中找两个点,我们可以比较它们的电势的高低,也可以判断在这两点间移动电荷时电场力的做功情况。
(图一)3. 越靠近电荷,电场线越密,场强越强,运用这一点我们可以比较其中两点场强的大小。
4. 等量异种电荷,其连线上场强先减小后增大,中点最小但不为零,电势由高到低。
它们连线的中垂线上,电势相等,都为零(取无穷远处电势为零,下同);而场强由中点向两侧到无穷远,不断减小,到无穷远处为零。
可以看到,电势相等处,场强不一定相等。
(图二)5. 两个带等量正电荷的点电荷,其连线中点处的合场强等于零;但电势不等于零。
此点就是一个场强为零而电势不为零的实例。
连线的中垂线上的电场线指向无穷远处,说明电势不断降低,到无穷远处为零;而场强由零先增大后减小,到无穷远处也为零。
由此可见,电势为零,场强也同为零。
二、“双电荷”电场线和等势面分布特点的应用3. 等量异种点电荷的连线和其中垂线如图五所示,现将一个带负电的检验电荷先从图中a点沿直线移到b点,再从b点沿直线移到c点。
则检验电荷在此全过程中A .所受电场力的方向将发生改变B. 所受电场力的大小恒定C. 电势能一定减小D. 电势能先不变后减小4. 如图六所示,水平平面内有两个点电荷A和B,带等量正电荷Q,在点电荷A、B连线的中垂线上某点P由静止释放一电子,试分析电子运动情况及能量转化情况。
5. 如图七所示,一电子沿等量异种电荷的中垂线由A-O-B匀速飞过,则电子除受电场力外,所受的另一个力的大小变化和方向的情况是A .先变大后变小,B. 先变大后变小,C. 先变小后变大,D. 先变小后变大,6. 如图八所示,A、B的平面上,对称地在A、B之间取a、b、c、d四点。
也谈两等量同种点电荷电场的电场线
作者:王兴芹郭宗岭
来源:《中学教学参考·理科版》2012年第03期
电场线是人们为形象描述电场中各点电场强度的大小和方向,由电磁学的先驱法拉第倡导采用的假想曲线。
电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线,曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向。
电场线具有如下的基本特点。
(1)电场强度不为零或者说只要有电场的地方,就能画出电场线;
(2)电场线从正电荷或无限远出发,终止于无限远或负电荷;
(3)电场线在电场中不相交,也不相切;
(4)同一幅电场分布图中,电场强度较大的地方电场线较密,电场强度较小的地方电场线较疏;
(5)沿电场线方向,电势降低最快。
根据以上特点,可以很方便地判断某点(或空间)电场的有无,判断电场中某点的电场强度方向,比较电场中不同点的电场强度的大小。
图1 图2
教学实践发现,不少高中教材和教辅材料,给出的两等量同种(以正电荷为例)点电荷周围电场在纸面内(下同)的电场线的图示,都是如图1所示的电场线分布。
相比较,较为准确的图2所示的两等量正点电荷周围电场的电场线分布,均缺少非常关键的两条(或四条)电场线。
我们用试探电荷在两等量正点电荷的电场中进行受力试探,可以发现,在两场源电荷所在的有限空间,除在其连线和中垂线(或面)交点处,试探电荷不受静电力外,其余各点均受静电力作用,由电场线的基本特点可知,图2全面形象地描述了两等量正点电荷周围的电场。
相比图1,补充上的两条(或四条)电场线存在的合理性,从以下两个侧面可以说明。
可以认为分别从两正电荷出发沿其连线的电场线,到无限接近中点时,分别折向中垂线方向,这样说来,相比图1,补充上的电场线为两条。
我们也可以假想,以两场源点电荷连线的中点为球心、半径趋近于零的球面(图中显示的是在纸面上的截面)上有成对的正、负电荷,从场源电荷发出沿其连线的电场线终止于球面上的负电荷,从球面上的正电荷出发的电场线沿中垂线射向无限远,这样说来,相比图1,补充上的电场线为四条。
其实,这两种观点不影响图2所示电场线分布的正确性,只是帮助我们对相对图1补充的电场线,找个存在的借口而已。
图2更全面、直观地显示了电荷量相等的两正点电荷电场的分布情景,特别是以下部位的电场强度及其变化规律。
(1)两点电荷连线中点的电场强度为零;
(2)两点电荷之间连线上,越靠近中点,电场强度越小;
(3)沿两点电荷连线的中垂线,从中点向外,电场强度先增大,后减小。
图3
例题:
如图3所示,在电荷量相等的两正点电荷的电场中,a、b是两场源电荷连线上的两点,点b、c、d位于两场源电荷连线的中垂线上。
以下说法正确的有()。
A.电势φa>φb
B.b点的电场强度E b=0
C.电场强度E c>E d
D.将负电荷从d点移到c点的过程中,静电力做正功
解析:由图2电场线的分布可以判断,只有说法C不妥。
如果c 、d两点均较靠近b 点,则有E c<E d;如果c 、d两点均离b点较远,则有E c>E d;如果c点较靠近b
点,而d点离b点较远,则c 、d两点的电场强度的大小,仅依图2不可比较。
由此知说法正确的是A、B、D。
图4
练习:如图4所示,a、b为真空中两个带等量正电荷的固定的小球,O为a、b连线的中点,c、d为中垂线上的两对称点,且离O点很近,若在c点由静止释放一个电子,关于电子的运动,以下叙述正确的有()。
A.在c→O的过程中,电子做匀加速运动
B.在c→O的过程中,电子做加速度减小的变加速运动
C.在O点电子的速度最大、加速度为零
D.电子在c、d间沿中垂线做往复振动
答案:B、C、D。
(责任编辑易志毅)。