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第九章 静电场及其应用
第三节 电场 电场强度
PART 01
学习目标
学习目标
1.了解电场的物质性
2.了解电场强度，知道电场强度是矢量，知道电场强度的方向是怎样规定的
3.能根据库仑定律和电场强度的定义式推导点电荷电场强度的计算式
4.知道电场强度的叠加原理
5.学会建立电场线这一物理模型，并借此分析物理问题
学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
PART 02
情境导入
问题一：如图所示的两个带电的物体，它们并没有直接接触，它们的相互作用（排斥或吸引）是通过什么来实现的？
+
F
+
学习目标
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问题二： 通过起电机使人体带电，人的头发会竖起散开。为什么会出现这样的现象？如何解释产生这一现象的原因？
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PART 03
新课讲解
问题一：1837年英国物理学家法拉第提出电荷周围存在电场，电场的基本性质是：
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
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它对放入的电荷产生力的作用。
英国物理学家 法拉第
电场
电荷
B
电荷
A
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，这种力叫做电场力。
3.静止电荷产生的电场称为静电场。
学习目标
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电场
F
F
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
学习目标
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场源电荷(源电荷)
场源电荷Q：
激发电场的电荷称为场源电荷。
试探电荷(检验电荷)
试探电荷q：
用来研究电场各点性质的电荷。
其特点是：体积足够小(可以看成点电荷);电荷量足够小（放入不改变场源电荷的电场）。
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①实验方法
回顾：探究电荷间的相互作用力
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②求点电荷之间的相互作用力
③通过模拟实验的出什么结论？
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
↓
.....
依次类推，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：
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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。
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1.定义：
放入电场中某一点的电荷受到的电场力跟它的电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
单位电荷在该点受到的电场力的大小，如1 N/C表示电荷量为1 C的带电体在该点受到的电场力是1 N。
定义式，适用于任意电场
（比值法定义）
电场强度
试探电荷电荷量
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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。
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注意：
（1）物理意义：描述电场强弱和方向的物理量。
（2）场强反映电场的力的性质，电场强度仅由电场本身决定，
与放入的试探电荷无关
（3）区分：试探电荷（检验电荷）与场源电荷（源电荷）。
（4）场强相同的条件：大小相等，方向相同。
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【思考】
如何得到点电荷的电场强度公式
【提示】
根据库仑定律以及电场强度的定义式
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点电荷的场强
1.大小
2.场强方向：正点电荷电场方向背离电荷, 负点电荷电场方向指向电荷
3.适用条件：
只适用于真空中的点电荷
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如果场源是多个点电荷，电场中某点的场强大小和方向为各点电荷在该点产生的场强的矢量和
思考：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？
+
+
-
q
Q1
Q2
F2
F1
F
E1
E
E2
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一个半径为R的均匀带电球体（或球壳） 在球的外部产生的电场，与一个位于球心、电荷量相等的点电荷在同一点产生的电场相同，即
式中的r是球心到该点的距离（r > R） ，Q为整个球体所带的电荷量。
Q
r
P
r
Q
P
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思考：电场看不见，摸不着，有没有形象化描述的办法
英国物理学家法拉第采用了一个简洁的方法来描述电场，那就是电场线。即在电场中画出一系列有方向的曲线，使曲线上每点的切线方向都跟该点的场强方向一致．
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1. 定义：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场强方向一致，这样的曲线叫做电场线。
2. 特点：
①电场线密的地方场强强，电场线疏的地方场强弱。
②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。
③电场线不会相交，也不会相切。
④电场线是假想的，实际电场中并不存在。
⑤电场线不是闭合曲线，且与带电粒子在电场中的运动轨迹之间没有必然联系。
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几种常见电场中电场线的分布
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等量异种点电荷
（手牵手，心连心—相吸状）
O
c
d
.
.
等量同种点电荷
（势不两立—相斥状）
1.定义：各点电场强度的大小相等、方向相同的电场。
2.匀强电场的电场线：间隔相等的平行直线。
匀强电场
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带电粒子在匀强电场中受到恒定的静电力作用
点电荷与带点平板
特点：
电场线与导体表面垂直，在导体表面移动电荷，电场力不做功。
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PART 04
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1.下列说法中正确的是( )
A.根据 可知，电场中某点的电场强度与试探电荷在该点所受的静电力成正比
B.电场中某点的电场强度 ，与试探电荷的受力大小及带电荷量无关
C.电场中某点的电场强度方向即试探电荷在该点的受力方向
D.公式 和 只适用点电荷形成的电场
B
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答案：B
解析：AB.根据比值定义法，有
可知，电场中某点的电场强度与试探电荷在该点所受的静电力无关，只是在数值上等于二者比值而已。故A错误；B正确；
C.电场中某点的电场强度方向即带正电的试探电荷在该点的受力方向。故C错误；
D.公式 是定义式适用于任何电场，
为真空中点电荷的决定式只适用点电荷形成的电场。故D错误。
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2.关于静电场的电场线，下列说法正确的是( )
A.电场强度较大的地方电场线一定较密
B.沿电场线方向，电场强度一定越来越小
C.沿电场线方向，电场强度一定越来越大
D.电场线一定是带电粒子在电场中运动的轨迹
A
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答案：A
解析：A项:电场线的疏密表示场强的强弱，那么电场强度较大的地方电场线一定较密，故A正确;
BC项:沿着电场线的方向，电势会降低，因此沿电场线方向电势越来越低;但电场线不一定越来越疏，则场强不一定越来越小，电场线也不一定越来越密，则场强不一定越来越大，故BC错误;
D项:电场线不一定与带电粒子的轨迹重合，只有电场线是直线、只受电场力或合力方向与电场力方向在一条直线上，且带电粒子的初速度为零或初速度方向与电场线方向在同一条直线上时电场线才与带电粒子的轨迹重合，故D错误.
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3.(多选)如图所示，在等量异种点电荷形成的电场中，O是两点电荷连线的中点，E、F是两点电荷连线中垂线上相对O对称的两点，B、C和A、D也相对O点对称，则( )
A.A、D两点场强大小相等，方向相反
B.B、C两点场强大小和方向都相同
C.E、O、F三点比较，O点场强最大
D.B、O、C三点比较，O点场强最大
BC
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答案：BC
解析：A.等量异种点电荷的电场分布如图所示
由图可知，A、D两点场强大小相等，方向均向左，故A错误；
B.B、C两点场强大小相等，方向均向右，故B正确；
C.在两点电荷连线的中垂线上，O点场强最大，故C正确；
D.在两点电荷连线上，O点场强最小，故D错误。
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4.（多选）如图所示，用一条绝缘轻绳挂一个带正电的小球，小球质量为m，所带电荷量为q。现加水平方向的匀强电场，平衡时绝缘绳与竖直方向夹角为θ，下列说法正确的是( )
A.电场方向水平向左
B.电场方向水平向右
C.电场强度大小
D.电场强度大小
BC
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答案：BC
解析：对小球受力分析，可知电场力方向水平向右，故A错误，B正确；小球受力平衡
解得
，故C正确，D错误.
PART 05
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①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.
②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.
客观存在的特殊物质
负电荷受力方向与电场强度相反
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③点电荷的电场
（1）大小： （只适用于点电荷的电场）. （2）方向：正点电荷——发散，电场强度方向以点电荷为球心沿半径向外；负点电荷——汇聚，电场强度方向以点电荷为球心沿半径向内.
④电场强度的叠加
如果场源是多个点电荷，则电场中某点的电场强度等于各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和，这叫作电场强度的迭加原理.
r→0时，此式不适用
遵循矢量运算法则
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⑤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.
⑥匀强电场：电场强度大小处处相等，方向处处相同.
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

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