全面認識“電場”

編輯: 逍遙路 關鍵詞: 高中物理 來源: 高中學習網
    電場是電磁學中最基本的概念.學生對電場的認識普遍感到困難,這主要是由于電場太抽象、概念性強、綜合性強.那么,如何全面認識電場呢?
  
  一、首先要認識電場的物質性和基本特性
  
  電場的物質性主要表現在兩個方面:(1)電場是一種特殊物質,是一種不以人的感官所感覺的客觀存在.電場具有物質的一般共性,這就是電場跟一般物質一樣都具有能量和動量.電場的能量叫做電場能(電場能有別于電勢能,電勢能是電荷在電場中,由電荷和電場共同具有的一種系統能量).(2)電場的產生是有物質基礎的,靜電場是由靜止的電荷(相對觀察者而言)產生的,感應電場是由變化的磁場產生的.
  
  電場與一般物質又不同:(1)電場沒有質量.(2)電場具有方向性.(3)電場具有其它物質不具有的基本特性.
  
  電場的基本特性:電場對處在電場中的電荷有電場力的作用(力的特性),電場力對電荷有做功的本領(能的特性).
  
  人們從認識電場力的特性出發(fā),引入了電場強度的概念:電場強度是從力的方面表示電場強弱和方向的物理量(矢量).電場中某點電場強度的大小和方向,是由產生電場的“場源電荷”的電量、電荷分布情況、空間位置以及介質決定的.這一點從點電荷產生的電場的電場強度表達式E=kQ/r2可以看出,電場中某點的電場強度,數值上等于檢驗電荷在該點受到的電場力與檢驗電荷電量的比值,即E=F/q.此式是電場強度的定義式,但不是電場強度的決定式,不能理解為電場強度與電場力成正比,與電量成反比.實際上電場中某點的電場強度的大小和方向跟檢驗電荷受到的電場力的大小和方向無關.是電場本身的屬性.
  
  電荷在電場中受到的電場力,是由電荷的電量和它所在處的電場強度決定的(F=qE).同一電荷在電場中受到的電場力跟電荷所在處的電場強度成正比.

  電場強度、電勢和電勢差都是表示電場性質的物理量,因此它們之間必然存在著一定聯系,電場強度的方向就是電勢降落最快的方向,電場強度的大小等于沿電場方向單位長度電勢的降落(電勢差).對于勻強電場:E=U/d或U=Ed,式中d是電荷在電場中初、末位置間的位移在電場方向上的投影.
  
  二、要正確認識和靈活運用電場線
  
  電場是抽象的,電場線是人們?yōu)榱诵蜗蟮胤从畴妶龆氲奈锢砟P停捎陟o電場是有源場,所以靜電場的電場線是“有始有終”的非閉合曲線.電場線由正電荷發(fā)出,終止于負電荷或無窮遠,或從無窮遠發(fā)出,終止于負電荷.帶電體發(fā)出(或收集)電場線的條數,由帶電體的電量決定.帶電體所帶的電量越多,它發(fā)出(或收集)的電場線就越多.電場線上各點的切線方向表示各點的電場強度的方向,電場線的密疏程度表示電場強度的大小,電場線越密的區(qū)域,電場強度就越大.沿著電場線電勢逐漸降低,逆著電場線電勢逐漸升高.跟電場線垂直的面叫做等勢面,在同一等勢面上各點的電勢相等.
  
  關于電場線有兩個問題須弄清.
  
 。1)電場線與電荷在電場中運動軌跡的區(qū)別:電場線上各點的切線方向是電場強度的方向,或正電荷受到的電場力的方向,而電荷運動軌跡上各點的切線方向是電荷的運動方向.由于物體的運動方向是由物體所受到的合外力和物體的初速度決定的,所以電場線與電荷在電場中的運動軌跡一般是不重合的,只有在某些特殊情況下兩者才重合.
  
 。2)電荷沿電場線運動電場力做功與電勢能和動能的變化之間的關系是:電場力做功是由電荷的電量和初、末位置的電勢差決定.正電荷沿電場線運動,電場力做正功,電荷的電勢能一定減少.負電荷沿電場線運動,電場力做負功,電荷的電勢能一定增加.電荷動能的變化則由合外力做功所決定.電場力做正功,合外力不一定做正功,電荷的動能不一定增加.同理,電場力做負功,電荷的電勢能不一定減少.若電荷在電場中只受電場力作用,則電荷的動能的增量,才等于電場力對電荷所做的功.

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