一、首先要認(rèn)識(shí)電場的物質(zhì)性和基本特性
電場的物質(zhì)性主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:(1)電場是一種特殊物質(zhì),是一種不以人的感官所感覺的客觀存在.電場具有物質(zhì)的一般共性,這就是電場跟一般物質(zhì)一樣都具有能量和動(dòng)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(tǒng)能量).(2)電場的產(chǎn)生是有物質(zhì)基礎(chǔ)的,靜電場是由靜止的電荷(相對(duì)觀察者而言)產(chǎn)生的,感應(yīng)電場是由變化的磁場產(chǎn)生的.
電場與一般物質(zhì)又不同:(1)電場沒有質(zhì)量.(2)電場具有方向性.(3)電場具有其它物質(zhì)不具有的基本特性.
電場的基本特性:電場對(duì)處在電場中的電荷有電場力的作用(力的特性),電場力對(duì)電荷有做功的本領(lǐng)(能的特性).
人們從認(rèn)識(shí)電場力的特性出發(fā),引入了電場強(qiáng)度的概念:電場強(qiáng)度是從力的方面表示電場強(qiáng)弱和方向的物理量(矢量).電場中某點(diǎn)電場強(qiáng)度的大小和方向,是由產(chǎn)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(zhì)決定的.這一點(diǎn)從點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場的電場強(qiáng)度表達(dá)式E=kQ/r2可以看出,電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度,數(shù)值上等于檢驗(yàn)電荷在該點(diǎn)受到的電場力與檢驗(yàn)電荷電量的比值,即E=F/q.此式是電場強(qiáng)度的定義式,但不是電場強(qiáng)度的決定式,不能理解為電場強(qiáng)度與電場力成正比,與電量成反比.實(shí)際上電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度的大小和方向跟檢驗(yàn)電荷受到的電場力的大小和方向無關(guān).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(qiáng)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(qiáng)度成正比.
電場強(qiáng)度、電勢和電勢差都是表示電場性質(zhì)的物理量,因此它們之間必然存在著一定聯(lián)系,電場強(qiáng)度的方向就是電勢降落最快的方向,電場強(qiáng)度的大小等于沿電場方向單位長度電勢的降落(電勢差).對(duì)于勻強(qiáng)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(rèn)識(shí)和靈活運(yùn)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(fù)電荷或無窮遠(yuǎn),或從無窮遠(yuǎn)發(fā)出,終止于負(fù)電荷.帶電體發(fā)出(或收集)電場線的條數(shù),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(diǎn)的切線方向表示各點(diǎn)的電場強(qiáng)度的方向,電場線的密疏程度表示電場強(qiáng)度的大小,電場線越密的區(qū)域,電場強(qiáng)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(diǎn)的電勢相等.
關(guān)于電場線有兩個(gè)問題須弄清.
。1)電場線與電荷在電場中運(yùn)動(dòng)軌跡的區(qū)別:電場線上各點(diǎn)的切線方向是電場強(qiáng)度的方向,或正電荷受到的電場力的方向,而電荷運(yùn)動(dòng)軌跡上各點(diǎn)的切線方向是電荷的運(yùn)動(dòng)方向.由于物體的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)電場力做功與電勢能和動(dòng)能的變化之間的關(guān)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(yùn)動(dòng),電場力做正功,電荷的電勢能一定減少.負(fù)電荷沿電場線運(yùn)動(dòng),電場力做負(fù)功,電荷的電勢能一定增加.電荷動(dòng)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(dòng)能不一定增加.同理,電場力做負(fù)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(dòng)能的增量,才等于電場力對(duì)電荷所做的功.
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