第3节 电场 电场强度

第3节电场电场强度核心素养物理观念科学思维科学探究1.知道电场是客观存在的一种特殊物质。

2.掌握电场强度的概念、公式、矢量性及方向的规定。

3.知道电场线，熟记几种常见电场的电场线。

1.领悟比值定义法定义物理量的特点。

2.能根据库仑定律和电场强度的定义式推导点电荷场强的计算式，并能进行有关的计算。

3.在进行场强叠加等计算时培养综合分析能力和知识的迁移能力。

通过实验探究和定量分析，了解电场强度，体会用物理量之比定义新物理量的方法。

知识点一电场[观图助学](1)如图甲所示，F1和F2为电荷q1和q2间的相互作用的库仑力，那么F1和F2各是怎样产生的？(2)弹力和摩擦力都是在两个物体互相接触的情况下产生的。

而两个带电体没有接触，就可以发生静电力的作用。

如图乙所示，带电橡胶棒与水流没有接触，就可以发生静电力的作用。

那么，它们之间的相互作用是通过什么发生的？甲乙1.电场电荷的周围存在着由它产生的电场。

电荷之间的相互作用是通过电场产生的。

2.电场的基本性质电场对放入其中的电荷有力的作用。

由静止的电荷产生的电场，叫作静电场。

[思考判断](1)电场看不见，摸不着，因此电场实际不存在。

(×)(2)电场是一种特殊物质，并非由分子、原子组成，但客观存在。

(√)(3)电荷间的相互作用是通过电场发生的。

(√)知识点二电场强度[观图助学]观察上图，连接小球的细绳与竖直方向的夹角不同，离电荷Q越远，夹角越小，这说明了什么问题？猜想：电场的强弱与哪些因素有关呢？1.试探电荷与场源电荷(1)试探电荷：如上图所示，带电小球q是用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的，称为试探电荷，或检验电荷。

(2)场源电荷：被检验的电场是电荷Q所激发的，电荷Q称为场源电荷，或源电荷。

2.电场强度(1)定义：放入电场中某点的电荷所受的静电力F跟它的电荷量q的比值，叫作该点的电场强度。

(2)定义式：E＝F q。

(3)单位：牛/库(N/C)，伏/米(V/m)。

1 N/C＝1 V/m。

(4)方向：电场强度是矢量，电场中某点的电场强度的方向与正电荷在该点所受的静电力的方向相同。

(5)物理意义：电场强度是描述电场的力的性质的物理量，与试探电荷受到的静电力大小无关。

(1)电场强度既有大小、又有方向，是矢量。

(√)(2)根据电场强度的定义式E ＝Fq 可知，E 与F 成正比，与q 成反比。

(×) (3)根据E ＝Fq ，由于q 有正负，故电场中某点的场强有两个方向。

(×)(4)电场中某点的电场强度与正电荷受力方向相同，当该点放置负电荷时，场强反向。

(×)知识点三 点电荷的电场 电场强度的叠加[观图助学]如图所示，两个带等量正电的点电荷P 、Q 周围都有电场，A 点处于P 的电场中，也处于Q 的电场中，试猜想A 点处的电场强度的大小方向如何？如果把检验电荷＋q 放在A 点，其受力情况如何？ 1.点电荷的电场如图所示，场源电荷Q 与试探电荷q 相距为r ，则它们的库仑力F ＝k Qq r 2＝qk Q r 2，所以电荷q 处的电场强度E ＝F q ＝k Qr 2。

(1)公式：E ＝k Qr 2。

(2)方向：若Q 为正电荷，电场强度方向沿Q 和该点的连线背离Q ；若Q 为负电荷，电场强度方向沿Q 和该点的连线指向Q 。

2.电场强度的叠加(1)电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。

这种关系叫作电场强度的叠加。

(2)如图所示，均匀带电球体(或球壳)外某点的电场强度：E ＝k Qr 2，式中r 是球心到该点的距离(r ≫R )，Q 为整个球体所带的电荷量。

(3)电场强度是矢量，电场强度的叠加本质是矢量叠加，所以应该用平行四边形定则。

[思考判断](1)在E＝Fq中场强大小与q无关，同样在E＝k Qr2中场强大小与Q也无关。

(×)(2)若空间只有两个点电荷，则该空间某点的场强等于这两个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。

(√)(3)由公式E＝k Qr2可知，放入电场中某点检验电荷的电荷量Q越大，则该点的电场强度越大。

(×)知识点四电场线匀强电场[观图助学]在装有蓖麻油的玻璃器皿里撒上一些细小的头发屑，再加上电场，头发屑会重新排列。

图(a)是头发屑在一对等量异种电荷形成的电场中的排列情况；图(b)是头发屑在一对等量同种电荷形成的电场中的排列情况。

观察这两幅图，你认为它们分别有什么特点？1.电场线(1)定义：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。

(2)特点①电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷，是不闭合曲线。

②电场线在电场中不相交，因为电场中任意一点的电场强度方向具有唯一性。

③在同一幅图中，电场线的疏密反映了电场强度的相对大小，电场线越密的地方电场强度越大。

④电场线不是实际存在的线，而是为了形象地描述电场而假想的线。

2.匀强电场(1)定义：电场强度的大小相等、方向相同的电场。

(2)电场线特点：匀强电场的电场线是间隔相等的平行线。

3.几种特殊的电场线分布，如图所示电场线图样简要描述正点电荷光芒四射，发散状负点电荷众矢之的，会聚状等量同号点电荷势不两立，相斥状等量异号点电荷手牵手，心连心，相吸状匀强电场平行的、等间距的、同向的直线(1)电场和电场线都看不见、摸不着，所以它们在实际中都不存在。

(×)(2)电场线可以描述电场的强弱也能描述电场的方向。

(√)(3)电场线不是实际存在的线，而是为了形象地描述电场而假想的线。

(√)(4)沿电场线方向电场强度越来越小。

(×)电荷之间通过电场相互作用试探电荷：电荷量和体积都很小的点电荷。

场源电荷(源电荷)：产生电场的电荷。

不同的电荷q在电场的同一点所受的电场力F是不同的，但该点的电场强度是确定的。

库仑力的实质是电场力。

如果以Q为中心，r为半径作一球面，则球面上各点的电场强度大小相等。

当Q 为正电荷时，场强E的方向沿半径向外，如图甲所示；当Q为负电荷时，场强E 的方向沿半径向内，如图乙所示。

图中P点的电场强度，等于电荷＋Q1在该点产生的电场强度E1与电荷－Q2在该点产生的电场强度E2的矢量和。

电场线不会相交，如果电场线相交，在交点处有两个“切线方向”，就会得出同一点电场方向不唯一的错误结论。

电场线是为了形象研究电场，人为画出的一些线，在电场中任何区域均可画电场线。

而没画电场线的地方，即两条电场线之间的空白区域也有电场。

两块等大、靠近、正对的平行金属板，带等量异种电荷时，它们之间的电场除边缘附近外就是匀强电场。

核心要点对电场强度的理解[观察探究]把同一试探电荷放在电场中的不同位置，由图可知，该试探电荷在不同点所受的静电力的大小和方向不相同，这说明各点的电场的强弱和方向不相同。

(1)用什么物理量表征电场的强弱？如何定义这个物理量？(2)同一位置，放不同试探电荷，试探电荷受力越大，则该位置场强越强吗？答案(1)电场强度，可以通过试探电荷受力来定义。

(2)E与F无关，E与试探电荷q无关。

[探究归纳]1.电场强度的性质矢量性电场强度E是表示静电力的性质的一个物理量。

规定正电荷受力方向为该点场强的方向唯一性电场中某一点的电场强度E是唯一的，它的大小和方向与放入该点的电荷q无关，它决定于形成电场的电荷(场源电荷)及空间位置叠加性如果有几个静止电荷在空间同时产生电场，那么空间某点的场强是各场源电荷单独存在时在该点所产生的场强的矢量和2.对电场强度公式E＝Fq的理解(1)公式E ＝Fq 是电场强度的比值定义式，该式给出了测量电场中某一点电场强度的方法。

应当注意，电场中某一点的电场强度由电场本身决定，与是否测量及如何测量无关。

比值定义法是用两个或多个已知物理量“相比”的方式来定义一个新的物理量的方法。

以下物理量都是用比值定义法来定义的：速度(v ＝ΔxΔt )、加速度(a ＝Δv Δt )、密度(ρ＝m V )、比热容(c ＝Qm Δt )。

(2)公式E ＝Fq 可变形为F ＝qE ：电场强度E 与电荷量q 的乘积等于静电力的大小；正电荷所受静电力方向与电场强度方向相同，负电荷所受静电力方向与电场强度方向相反。

温馨提示E ＝F q 与E ＝k Qr 2的比较[例1] 一检验电荷q ＝＋4×10－9 C ，在电场中某点P 受到的静电力大小为F ＝6×10－7 N ，方向水平向右。

求： (1)P 点的电场强度；(2)没有检验电荷时P 点的电场强度；(3)若将检验电荷换为q ′＝－1.2×10－6 C ，再放于P 点，此检验电荷所受的静电力F ′。

解析 (1)根据电场强度的定义式E ＝Fq ， 得P 点的电场强度大小为E ＝F q ＝6×10－74×10－9N/C ＝1.5×102 N/C 。

由于检验电荷电性为正，则P 点电场强度的方向与其所受静电力的方向相同，为水平向右。

(2)电场强度是描述电场的物理量，跟有无检验电荷无关，所以没有检验电荷时，P 点的电场强度大小仍为1.5×102 N/C ，方向为水平向右。

(3)由E ＝Fq 得F ＝qE故F ′＝q ′E ＝1.2×10－6×1.5×102 N ＝1.8×10－4 N负电荷所受静电力的方向与该点场强的方向相反，所以F ′方向为水平向左。

答案 (1)1.5×102 N/C ，方向水平向右 (2)1.5×102 N/C ，方向水平向右 (3)1.8×10－4 N ，方向水平向左[针对训练1] 如图所示，在一带负电的导体A 附近有一点B ，如在B 处放置一个q 1＝－2.0×10－8 C 的电荷，测出其受到的静电力F 1大小为4.0×10－6 N ，方向如图，则 (1)B 处场强多大？方向如何？(2)如果换成一个q 2＝＋4.0×10－7 C 的电荷放在B 点，其受力多大？此时B 处场强多大？(3)如果将B 处电荷拿走，B 处的场强是多大？解析 (1)由场强公式可得E B ＝F 1|q 1|＝4.0×10－62.0×10－8N/C ＝200 N/C ，因为是负电荷，所以场强方向与F 1方向相反。

(2)q 2在B 点所受静电力F 2＝q 2E B ＝4.0×10－7×200 N ＝8.0×10－5 N ，方向与场强方向相同，也就是与F 1方向相反。

此时B 处场强仍为200 N/C ，方向与F 1方向相反。

(3)某点场强大小与有无试探电荷无关，故将B 处电荷拿走，B 点场强大小仍为 200 N/C 。