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第九章　静电场及其应用
人教版(2019)高中物理必修3
9.3 电场 电场强度
电场
电荷间相互作用
+
+
+
？
两电荷间相互作用时不直接接触，它们之间的相互作用怎样产生的
法拉第提出“场”描述
电场是电荷周围存在的一种物质
电场
电荷周围总存在着电场
电荷
A
电荷
B
电 场
作用
产生
产生
作用
电场力
电 场
电场的基本性质
电场对放入其中的电荷有力的作用
电场
电磁场
电场和磁场，相互联系统称为电磁场。
变化的电磁场以有限速度——光速，在空间传播。具有能量、质量和动量，是物质存在的一种形式。
静电场
静止的电荷产生的电场—— 静电场。
电场强度
场源电荷
+
如何检验电荷 A 周围有电场？
F
F
检验电荷
点电荷
电量小
电场强度的描述
+
Q
q
F
检验电荷为2q，电场力？
检验电荷为3q，电场力？
………？
检验电荷在该点所受电场力有什么特点？
电场强度
电场强度
① 定义
放入电场中某点的电荷所受的力 F 与它的电荷量 q 的比值，叫做这点的电场强度（场强）。
② 定义式
E =
F
q
—
③ 单位
牛每库（N/C）伏每米（V/m）
④ 方向
跟正电荷在该点所受的静电力的方向相同
跟负电荷在该点所受的静电力的方向相反
电场强度
关于电场强度的几点说明
① 电场强度描述了电场的强弱
② 电场强度是矢量
③ 定义式 适用于一切静电场
E =
F
q
—
④ 电场强度反映了电场本身的性质，与检验电荷无关，由场源电荷及空间位置决定
由电场强度的定义式 E = F/q 可知，在电场中的同一点 （ ）
A. 电场强度 E 与 F 成正比，跟 q 成反比
B. 无论检验电荷的 q 值（不为零）如何变化，F 与 q 的比值始终不变
C. 电场中某一点的场强为零，则处在该点的电荷受到的电场力一定为零
D. 一个不带电的小球在P点受到的电场力为零，则 P 点的场强一定为零
练一练
BC
辨析
在某电场中的 A、B 的两点分别引入不同的试探电荷 q，得到试探电荷所受的电场力 F 随试探电荷量 q 变化如图所示，则下列说法正确的是（ ）
F
q
A
B
0
A. A、B 的场强随电量 q 的增大而增大
B. A 处的场强随电量 q 增大而增大，
B 处的场强随电量 q 增大而减小
C. A、B 的场强随电量 q 的增大而减小
D. 以上说法都不正确
D
A. EA > EB，方向相同
B. EA > EB，方向相反
C. EA < EB，方向相同
D. EA < EB，方向相反
A
三、点电荷的电场
点电荷是最简单的场源电荷，它激发的电场有什么特点呢？
如果以Q为中心作一个球面，则球面上各点的电场强度大小相等
式中Q是场源电荷大小
正点电荷的电场是从正点电荷出发指向无穷远
正点电荷的电场
负点电荷的电场
附：一个半径为R的均匀带电球体(或球壳)在外部产生的电场，与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相同，球外各点的电场强度：
r>R，Q是整个球体所带的电荷量
练一练
真空中 O 点放一个点电荷 Q = 1.0×10－9 C，直线 MN 过 O 点，OM = 30cm，M 点放置一个点电荷q = - 1.0 ×10－10 C，如图所示，求：
(1) q 在 M 点 所受电场力；
(2) M 点的场强；
(3) 拿走 q 后M 点的场强；
(4) 比较M、N点场强？
x
+
Q
O
M
N
1.0×10－8 N 方向指向O
100 N/C 方向背离O
100 N/C 方向背离O
EM > EN 方向相同
电场强度
两个公式的比较
r2
kQ
—
—
E =
F
—
E =
q
式源
适用范围
电荷的意义
定义式
决定式
一切电场
真空中点电荷电场
q 是检验电荷，E 与 q 无关
Q 是场源电荷，E 与 Q 有关
练一练
有关电场强度的理解中正确的是（ ）
A. 由E = F/q 可知，电场强度E跟放入的电荷q 所受电场力成正比
B. 当电场中存在检验电荷时，电荷 周围才出现电场，才存在场强
C. 由E = kQ/r2 可知，在离点电荷很近，r → 0时，场强达到无穷大
D. 电场强度反映了电场本身特性的物理量，与是否存在检验电荷无关
D
四、电场强度的叠加
电场强度的叠加：
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。
P点的电场强度，等于+Q1在该点产生的电场强度E1与-Q2在该点产生的电场强度E2的矢量和。
如果场源电荷不只是一个点电荷，那么电场强度又是多少呢？
电场强度
电场强度的叠加
如图所示，真空中有两个点电荷 Q1 = +3.0×10-8C和Q2 = -3.0×10-8C，它们相距 0.1m， A 点与两个点电荷的距离 r 相等，
Q1
Q1
r
A
r
r
r = 0.1m 。求
A 点电场强度。
E = 2.7 × 104 N/C
① 等量同种电荷中垂线上各点场强特点
② 等量异种电荷中垂线上各点场强特点
练习
两个固定的异号点电荷，电量给定但大小不等，用 E1 和 E2 分别表示两个点电荷产生的电场强度的大小，则在通过两点电荷的直线上，E1 = E2的点 ( )
A. 有三个，其中两处合场强为零
B. 有三个，其中一处合场强为零
C. 只有两个，其中一处合场强为零
D. 只有一个，该处合场强不为零
C
五、电场线
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。
形象描述电场的强弱及方向即形象描述电场的分布情况
1、作用:
2、定义：
3、常见电荷的电场线分布：
模拟点电荷的电场线
正电荷
负电荷
等量异种电荷的电场线
等量同种电荷的电场线
六、匀强电场
电场中各点电场强度的大小相等、方向相同，这种电场叫做匀强电场。
匀强电场的电场线是均匀分布的同向、平行直线
点电荷和带电平板
电场线的特点
电场线
① 静电场的电场线 起于正电荷止于负电荷，孤立的正电荷（或负电荷）的电场线止于（或起于）无穷远处点.
② 电场线上每一点的切线方向，都和该点的场强方向一致.
③ 电场线疏密反映电场强弱,电场线密的地方场强大，电场线疏的地方场强小.
④ 电场线不相交，不相切,不闭合.
⑤ 电场线客观上不存在，是假想的
练一练
如图为一条电场线，正确的是（ ）
A. EA一定大于 EB
B. EA 一定等于 EB
C. A 点电场方向一定由A 指向 B
D. AB 两点的场强方向不能确定
A
B
C
练一练
如图，是静电场的一部分电场线的分布，下列说法正确的是（不计重力） （ ）
A. 这个电场只能是负电荷的电场
B. 点电荷 q 在A、B两处受到的电场力FB>FA
C. 点电荷 q 在A、B两处的加速度大小，aA > aB
D. 负电荷在 B 点处受到的电场力方向沿 B 点切线方向
A
B
B
匀强电场
匀强电场定义
如果电场中各点电场强度的大小相等、方向相同，这个电场就叫做匀强电场。
匀强电场特点
匀强电场的电场线是间隔相等的平行线
带有等量异号电荷的一对平行金属板，如果两板相距很近，它们之间的电场，除边缘部分外，可以看做匀强电场。
由E=KQ2/r2知球面上各点的场强大小相等方向不同
由E=KQ2/r2知与距离有关
例1、关于电场，下列叙述正确的是(　　)
A．以点电荷为圆心，r为半径的球面上，各点的场强都相同
B．正电荷周围的电场强度一定比负电荷周围的电场强度大
C．电场中某点放入试探电荷q，该点的场强E＝F/q，取走q后，该点场强不变
D．电荷所受电场力很大，该点电场强度一定很大
场强的分布由场源电荷自身决定
在电场中某一点放入一试探电荷q，那么q越大，F越大，而F/q这一比值将不变.故D错误．
例1、关于电场，下列叙述正确的是(　　)
A．以点电荷为圆心，r为半径的球面上，各点的场强都相同
B．正电荷周围的电场强度一定比负电荷周围的电场强度大
C．电场中某点放入试探电荷q，该点的场强E＝F/q，取走q后，该点场强不变
D．电荷所受电场力很大，该点电场强度一定很大
例2、一负电荷从电场中A点由静止释放，只受电场力作用，沿电场线运动到B点，它运动的速度—时间图象如图所示．则A、B两点所在区域的电场线分布情况可能是下图中的(　　)
电荷的速度、加速度越来越大，故电荷一定向电场线密集的地方移动，所以A、B错误
电荷为负电荷，受力应该逆着电场线，故C正确，D错误
例3、AB和CD为圆上两条相互垂直的直径，圆心为O.将电量分别为＋q和－q的两点电荷放在圆周上，其位置关于AB对称且距离等于圆的半径，如图所示．要使圆心处的电场强度为零，可在圆周上再放一个适当的点电荷Q，则该点电荷(　　)
A．应放在A点，Q＝2q　　
B．应放在B点，Q＝－2q
C．应放在C点，Q＝－q
D．应放在D点，Q＝q
E1
E2
E0
+Q
先将＋q、－q在O点产生的场强合成
因为＋q、－q与O点构成等边三角形，可求出合场强E0方向水平向右，大小E0＝E1＝E2，如图所示
要使O点合场强为零，放入的电荷Q在O点产生的场强必与E0等大反向
+Q
例4、竖直放置的两块足够长的平行金属板间有匀强电场．其电场强度为E，在该匀强电场中，用丝线悬挂质量为m的带电小球，丝线跟竖直方向成θ角时小球恰好平衡，小球与负极板距离为b,如图所示，请问：
(1)小球带电荷量是多少？
(2)若剪断丝线，小球碰到金属板需多长时间？
mg
qE
T
对小球受力分析
例4、竖直放置的两块足够长的平行金属板间有匀强电场．其电场强度为E，在该匀强电场中，用丝线悬挂质量为m的带电小球，丝线跟竖直方向成θ角时小球恰好平衡，小球与负极板距离为b,如图所示，请问：
(1)小球带电荷量是多少？
(2)若剪断丝线，小球碰到金属板需多长时间？

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