电场线的性质和应用(学士论文)

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1、电场线的性质和应用徐泽心摘要本文就是利用一些简单的电场和一些具体的例题系统深入的探讨一下电场线的性质以及它在定性分析电场和解题中的应用。关键词电场线电场性质应用1.引言伟大的物理学家法拉第在电学方面的贡献最为显著。在他生涯的晚年，他提出电场力存在于电荷或带电导体附近的空间里，第一次提出场的思想，建立了电场的概念。法拉第又提出电场线的概念，这个概念帮助世人能够将抽象的电场形象化，对于电力机械装置在十九世纪的发展有重大的影响。而这些装置在之后的十九世纪中主宰了整个工程与工业界。他在笔记本中写下：“我终于在‘阐释一条电力曲线’－或者说‘力线’－及‘磁化光线’中

2、取得成功。”[1]2.电场线的性质2.1电场线的定义及一般性质2.1.1电场线的定义为形象地描述场强的分布，在电场中人为地画出一些有方向的曲线，曲线上一点的切线方向表示该点场强的方向。电场线的疏密程度与该处场强大小成正比。电场是一种物质，电场线不是客观存在的一种物质，而是我们人为地画出的形象描述电场分布的辅助工具。2.1.2电场线一般性质的要点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，但是实验没有证实电场线的真是存在，电场线是假想的。②（静电场中）电场线不是闭合曲线，电场线起始于正电荷（或无穷远

3、处），终止于负电荷（或无穷远处），不形成闭合曲线。在没有电荷的空间，电场线具有不相交、不相切、不中断的特点。③（感应电场中）电场线是闭合曲线，闭合的电场线包围磁感线。④电场线与场强的关系：电场线上每一点的切线方向和该点电场强度的方向一致。电场线的疏密反映电场的强弱，电场线密集的地方场强强，稀疏的地方场强弱。10⑤电场线与电势的关系：电场线方向是电势降低方向，而且是降低最快的方向，电场线与等势面在相交处垂直。⑥电场线与运动轨迹的关系：一般情况下，电场线并非是正电荷受电场力作用而运动的轨道。因为电荷运动方向(即速度方向)不一定沿力的方向。2.2一些简单电场电

4、场线的分布及简单性质2.2.1孤立点电荷周围电场图1，正电荷电场线分布和负电荷电场线分布正（负）电荷。电场线：直线，起于正电荷（无穷远），终止于无穷远（负电荷）。场强：离场源电荷越远，场强越小；与场源电荷等距的各点组成的球面上场强大小相等，方向不同。电势：离场源电荷越远，电势越低（高）；与场源电荷等距的各点组成的球面是等势面，每点的电势为正（负）。等势面：以场源电荷为球心的一簇簇不等间距的球面，离场源电荷越近，等势面越密。2.2.2等量异种电荷和等量同种电荷周围电场图2，等量异种电荷电场线分布和等量同种正电荷电场线分布。等量异种电场线：大部分是曲线，起于

5、正电荷，终止于负电荷；有三条电场线是直线。电势：中垂面有正电荷的一边每一点电势为正，有负电荷的一边每一点电势为负。连线上场强：以中点最小不等于零；关于中点对称的任意两点场强大小相等，方向相同，都是由正电荷指向负电荷；由连线的一端到另一端，先减小再增大。连线上电势：由正电荷到负电荷逐渐降低，中点电势为零。中垂线场强：以中点最大；关于中点对称的任意两点场强大小相等，方向相同，都是与中垂线垂直，由正电荷指向负电荷；由中点至无穷远处，逐渐减小。中垂线电势：中垂面是一个等势面，电势为零。等量同种正电荷电场线：大部分是曲线，起于正电荷，终止于无穷远；有两条电场线是直

6、线。10电势：每点电势为正值。连线上场强：以中点最小为零；关于中点对称的任意两点场强大小相等，方向相反，都是指向中点；由连线的一端到另一端，先减小再增大。连线上电势：由连线的一端到另一端先降低再升高，中点电势最低不为零。中垂线场强：以中点最小为零；关于中点对称的任意两点场强大小相等，方向相反，都沿着中垂线指向无穷远处；由中点至无穷远处，先增大再减小至零，必有一个位置场强最大。中垂线电势：中点电势最高，由中点至无穷远处逐渐降低至零。2.2.3正点电荷与带负电平行板图3，正电荷与负平行板电场线分布电场线：大部分是曲线，起始于正电荷终止于无穷远或负平行板。场强

7、：正电荷由中心向四周逐渐减小，平行板由中点向四周逐渐减小。2.2.4平行板电容器之间的均匀电场。 图4，平行板电容器电场线分布电场线：是疏密相同的平行的直线。场强：处处相等。电势：由正极板向负极板逐渐减小。等势面：垂直于电场线的系列平面，等势面均匀分布。电荷在其中受到恒定电场力作用，带电粒子在其中只受电场力时做匀变速运动。3.电场线的一些应用3.1利用电场线可以判断电场强度大小和方向。电场线的疏密表示电场的强弱，电场线密的地方场强大，电场线疏的地方场强小。例1：一块厚为d的金属板位于点电荷的电场中（如图5），则图中，ɑ，b，c三点的场强的大小关系为（）。

8、分析从图中电场线的分布可以看出ɑ点处电场线分布最密，c点处电场线分布最疏(没有电