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3. 电场与电场强度
鲁科版（2019）物理（必修 第三册）
第一章 静电力与电场强度
目录
素养目标
01
课程导入
02
新课讲解
03
总结归纳
04
课堂练习
05
素养目标
1.知道电场是存在于电荷周围的一种特殊物质
2.会用电场线描述电场，了解常见电场的电场线的分布
3.理解电场强度和电场力的概念，知道电场强度的定义式，并会应用
电荷间并没接触，但有力的作用，靠什么传递？
生活中的两类力：
1．接触力（例：弹力、摩擦力）
2．非接触力（例：重力、库仑力）
毛皮摩擦过的橡胶棒靠近细水流，细水流会改变方向
+
F
+
电场及电场力
19世纪30年代，英国科学家法拉第提出：在电荷的周围存在着由它产生的电场。
法拉第（1791-1867）
电场
电场
电场
电场
FB
＋
电荷A
电荷B
—
电场对场中的其他电荷产生力的作用
B受到的力是A产生的电场对B的作用力
A受到的力是B产生的电场对A的作用力
电场
电荷
B
电荷
A
F
F
1.定义：电场是电荷周围客观存在的一种特殊物质
2.电场的基本性质：对放入电场的电荷有力的作用，这种力叫作电场力。
电场是看不见、摸不着的但又客观存在的特殊物质。
电场像分子、原子等实物粒子一样具有能量。
电荷
电场
电荷
A
B
3.静电场：静止电荷产生的电场，叫作静电场。
4.说明:
(1)只要是带电体，周围都能产生电场。电场对于电荷的作用实际是电场与电场的相互作用。
(2)电场以及磁场已被证明是一种客观存在。场具有能量，也是物质存在的一种形式。
电场对电荷有力的作用，怎样描述这种作用呢?
(1)电场是人们为了解释电荷间的作用力，人为创造的，并不是真实存在的。( )
(2)电场看不见、摸不着，因此电场不是物质。( )
(3)电场对放入其中的任何电荷都有力的作用，这个力叫电场力。( )
(4)试探电荷放入电场中所造成的影响可忽略不计.( )
思考判断
×
×
√
√
下列说法中不正确的是(　　)
A.只要有电荷存在，电荷周围就一定存在着电场
B.电场是一种物质，与其他物质一样，是不依赖我们的感觉而客观存在的
C.电荷间的相互作用是通过电场产生的，电场最基本的性质是对处在它里面的电荷有力的作用
D.电场是人为设想出来的，其实并不存在
经典例题
D
答案：D
解析：凡是有电荷的地方，周围就存在着电场，电荷间的相互作用是通过电场传递的，电场对处在其中的电荷有力的作用，A、C说法正确；电场是一种客观存在的物质，是物质存在的一种形式，不是人为假想出来的，B说法正确，D说法错误。
电场强度
知识点：电场强度
产生电场的那个电荷称为——场源电荷 （源电荷）
试探电荷：
场源电荷：
在电场中放入一个带电小球检验电场的存在与强弱，我们把它称为——试探电荷（检验电荷）
→不影响原来电场
场源电荷
试探电荷
电量少
体积小
→能看作点电荷
q
Q
r
F
拿同一试探电荷在P1、P2进行检验， P2处的细线偏离竖直方向的角度更小，所以P2点电场比P1点电场弱。说明电场的强弱与场中位置有关。
思考：怎样区别P1、P2的电场强弱？这说明电场强弱与什么有关？
情境：如图，场源是带正电荷的球体。如何确定其周围电场中各点电场的强弱？
①实验方法
逐一分析
②求点电荷之间的相互作用力
③通过模拟实验得出什么结论？
控制变量法
F = mgtanα
电荷之间的作用力：
随距离的增大而减小
随电荷量的增大而增大
+
F
+
F
+
+
F
+
F
+
Q
↓
.....
依此类推，可以发现：静电力大小F与检验电荷的电荷量q成正比
其中k 为比例系数
与F、q无关：
其关系式：
即：
凡是k大处，即：“ ”大处，对于同一电荷，所受静电力就是大，且与检验电荷q无关，与位置有关。
探究结论：
对于电场中的同一点，试探电荷受到的电场力与其电荷量的比值是一定的。
可见：比值“ ”能够描述电场的力的性质，我们引入一个新的物理量——“电场强度”来表示它。
1.定义：放入电场中某一点的试探电荷受到的静电力跟它的电荷量的比值叫该点的电场强度，简称场强，用E表示。
2.表达式：
3.单位：N/C
?
定义式，适用于任意电场
（比值法定义）
????=????????
?
注：电场中某点的电场强度E是唯一的，是由电场本身的特性(形成电场的电荷及空间位置)决定的，与是否放入试探电荷、放入电荷的电性、电荷量的多少均无关。电场中不同的地方，电场强度一般是不同的。
电场强度
拓展：负电荷在电场中某点受到的电场力的方向跟该点的场强方向相反。
场强的矢量性：
+Q
+q
F
E
-Q
+q
F
E
+Q
-q
F
E
E
-Q
-q
F
规定：电场中某点的电场强度的方向跟正电荷在该点所受静电力的方向相同。
例题：地球周围存在电场。电荷量为1.0×10-7C的试探电荷在地球表面某处受到的电场力的大小为1.5×10-5N，方向竖直向下。求该点的电场强度。
解：已知电荷量q= 1.0×10-7C，电场力大小F=1.5×10-5N。
设电场强度大小为E，由电场强度定义式得
????=????????=1.5×10?51.0×10?7N/C=150N/C
?
该点电场强度的方向竖直向下。
电场强度是矢量。求解电场强度时，如果没有明确要求，不仅要求出其大小，还要确定其方向。可将电场力和电荷量的绝对值代入公式E=????????计算电场强度的大小，再根据电荷受力的方向判断电场强度的方向。
?
策略提炼
(1)根据电场强度的定义式E＝ ，可知E与F成正比，与q成反比。( )
(2)电场中某点的电场强度方向与正电荷受力方向相同，当该点放置负电荷时，电荷受力方向反向，则该点电场强度方向不变。( )
思考判断
×
√
如图所示，A为带正电，电荷量为Q 的金属板，沿金属板的垂直平分线在距离板r 处放一质量为m、电荷量为q的小球，小球受水平向右的电场力作用而偏转θ角后静止。设小球用绝缘细线悬挂于O点，求小球所在处的电场强度。
经典例题
点拨：这里，带电金属板A的大小和形状与两带电体之间的距离相比是不能忽略的，故带电金属板不能看成点电荷。
电场强度
电场看不见,摸不着,除了用公式描述电场以外，我们还可以用什么方法形象地了解和描述电场中各点电场强度的大小和方向呢？
法拉第采用了一个简洁的方法来描述电场，那就是电场线。
法拉第
电场线
电荷间的电场分布
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。这两幅图分别有什么特点？
头发屑的排列与两个异名磁极间的磁感线类似
头发屑的排列与两个同名磁极间的磁感线类似
可仿照用磁感线描 述磁场的方法，用类似的曲线来描述电场。
知识点：电场线
如果在电场中画一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的电场强度方向一致，这样的曲线叫作电场线。
为了形象描述电场而引入的假想曲线，并不真实存在
1.定义：
电场线的疏密表示电场的强弱。在同一幅图中，电场强度较大的地方电场线较密，电场强度较小的地方电场线较疏。
A
B
2.电场线的特点
(1)电场线是为了形象描述电场而假想的线，实际并不存在。
(2)任意两条电场线不相交。
(3)电场线的疏密表示电场的强弱；电场线上某点的切线方向表示该点的电场强度的方向。
(4)电场线总是从正电荷指向无穷远处，终止于无穷远处或负电荷，即电场线不闭合，在无电荷处不中断。
3.电场真实存在，电场线是假想的线，实际电场中并不存在。
4.常见电场线
（1）孤立的正、负点电荷的电场线
特点：
（1）离点电荷越近，电场线越密，场强越大。
（2）以点电荷为球心作个球面，电场线处处与球面垂直，在此球面上场强大小处处相等，方向不同。
正点电荷
光芒四射
负点电荷
众矢之的
（2）等量异种点电荷的电场线
①两电荷的连线上:
a.各点电场强度的方向由正电荷沿两电荷的连线指向负电荷，O点的电场强度最小，从O点沿两电荷的连线向两边逐渐增大；
b.两电荷的连线上，任一点c与它关于O点对称的点d的电场强度相同。
②两电荷连线的中垂线上:
a.各点的电场强度方向为由正电荷的一边指向负电荷的一边，且与中垂线垂直，O点的电场强度最大，从O点沿中垂线向两边逐渐减小，直至无穷远时为零；
b.中垂线上任意一点a与该点关于O点的对称点b的电场强度大小相等方向相同。
（2）等量异种点电荷的电场线
（3）等量同种点电荷的电场线
①两电荷的连线上：
a.每点电场强度的方向由该点指向O点，大小由电场强度为零的O点开始向两端逐渐变大；
b.任意一点c与该点关于O点的对称点d的电场强度大小相等、方向相反。
?②两电荷连线的中垂线上:
a.O点和无穷远处的电场强度均为零，所以在中垂线上，由O点开始，沿中垂线向两边电场强度先变大，后逐渐减小，到无穷远时减小为零；
b.中垂线上任一点a与该点关于O点的对称点b的电场强度大小相等、方向相反。
（3）等量同种点电荷的电场线
(1)电场线是电荷在电场中的运动轨迹。( )
(2)电场线的疏密表示电场的强弱。( )
(3)电场线即不可以相交，也不可以相切。( )
思考判断
×
√
√
某电场的电场线分布如图所示，下列说法正确的是(　　)
A.c点的电场强度大于b点的电场强度
B.若将一试探电荷＋q由a点静止释放，在静电力作用下它将沿电场线运动到b点
C.b点的电场强度大于d点的电场强度
D.a点和b点的电场强度的方向相同
经典例题
C
答案：C
解析：电场线的疏密表征了电场强度的大小，由题图可知EaEc，Eb>Ed，故选项C正确，A错误；由于电场线是曲线，由a点静止释放的正电荷只在静电力作用下不可能沿电场线运动，故选项B错误；电场线的切线方向为该点电场强度的方向，a点和b点的切线不在同一条直线上，故选项D错误。
电场
（1）性质：电荷之间是通过电场发生相互作用的，对置于其中的电荷有电场力的作用.
（2）检验：把一个带电体放入其中，看是否受到电场力的作用.
电场强度
（1）定义式： ，适用于任何电场，单位：牛每库（符号位N/C）.
（2）方向正电荷在电场中某一点受到的静电力的方向就是该点的电场强度的方向.电场强度是矢量.
1
2
客观存在的特殊物质
负电荷受力方向与电场强度相反
电场线
（1）电场线：曲线的疏密程度表示电场强度的大小，曲线上某点的切线方向表示该点的电场强度方向.
（2）电场线的特征：
a.电场线密的地方场强强，电场线疏的地方场强弱；
b.静电场的电场线从正电荷（或无限远处）出发，终止于无限远处（或负电荷）；
c.同一电场的电场线在电场中不会相交，也不会相切；
d.电场线是假想的，实际并不存在；
e.静电场的电场线不是闭合曲线，且与带电粒子在电场中的运动轨迹没有必然联系.
3
根据电场线的疏密判断场强大小
根据轨迹的弯曲方向判断电场力的方向
(多选)下列关于电场的说法正确的是(　　)
A.电场不是客观存在的物质，是为了研究静电力而假想的
B.两电荷之间的相互作用力是一对平衡力
C.电场是客观存在的物质，但不是由分子、原子等实物粒子组成的
D.电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用
CD
答案：CD
解析：电场是物质的一种，是客观存在的，但并不是由分子、原子等组成的，电场线才是假想的，A错误，C正确；两电荷之间的相互作用力是一对作用力和反作用力，B错误；电场对放入其中的电荷有力的作用是电场的基本性质，D正确。
(多选)在电场中的某点A放一试探电荷＋q，它所受到的电场力大小为F，方向水平向右，则A点的场强大小EA＝ ，方向水平向右。下列说法中正确的是(　　 )
A.在A点放置一个－q的试探电荷，A点的场强方向变为水平向左
B.在A点放置一个＋2q的试探电荷，则A点的场强变为2EA
C.在A点放置一个－q的试探电荷，它所受的电场力方向水平向左
D.在A点放置一个电荷量为＋2q的试探电荷，所受电场力为2F
CD
答案：CD
解析：E＝ 是电场强度的定义式，某点场强的大小和方向，与场源电荷有关，而与试探电荷无关，故A、B错误；因负电荷受到电场力方向与场强方向相反，故选项C正确；A点场强EA一定，放入的试探电荷所受电场力大小为F＝qEA，当放入电荷量为＋2q的试探电荷时，试探电荷所受电场力应为2F，故选项D正确。
(多选)如图所示是某电场区域的电场线，A、B、C是电场中的三个点，下列说法正确的是(　　)
A.A点的电场强度最大
B.B点的电场强度最大
C.把一个正的点电荷依次放在这三点时，其中放在B点时它受到的静电力最大
D.把一个带负电的点电荷放在A点时，它所受的静电力方向和A点的电场强度方向一致
BC
答案：BC
解析：电场线的疏密程度可表示电场强度的大小，所以B点的电场强度最大，A点的最小，选项A错误，B正确；B点的电场强度最大，所以同一个点电荷在B点受到的静电力最大，选项C正确；放在A点的正电荷的受力方向与电场线方向相同，负电荷受到的静电力方向与电场线方向相反，选项D错误。
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