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第3节 电场强度
人教版 新课标高中物理 必修三
第九章 静电场及其应用
有趣的静电现象
1.为什么人的头发会散开？
思考
2.电荷间的相互作用力，需要接触吗？
3.还有哪种相互作用力中两物体不需要直接接触？
万有引力
既不需要媒介，也不需要时间
超越空间与时间直接发生的作用力
超距作用
超距作用的观点不可避免地带来一些神秘色彩，与人类的理智和科学追求不符。
电荷A
电场
电荷B
产生
作用于
产生
作用于
法拉第（1971-1867）
英国物理学家、化学家
19世纪30年代，法拉第提出一种观点，认为在电荷的周围存在着由它产生的电场，处在电场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场给予的。
一、电场
近代物理学的理论和实验证明并且发展了法拉第的观点。
1、概念：电荷周围存在的一种特殊物质。
4、静电场：静止的电荷周围产生的电场称为静电场。
2、性质：对处在其中的电荷有力的作用。
3、特点：看不见、摸不着，但真实存在。
电场和磁场已被证明是一种客观存在的特殊物质，并且相互联系。变化的电磁场以有限的速度——光速，在空间传播。
一、电场
1.同学们，你们能看得见风吗？请问此刻的窗外有风吗？你们的依据是什么？
思考
2.电场看不见，又摸不着，我们怎样去认识它、研究它呢？
树叶在动，说明树叶收到空气的作用力
从静电力的角度
【探究1】
Q
场源电荷Q
试探电荷q
注：试探电荷的电荷量和尺寸必须充分小，不影响原电场的分布情况。
现象一：同一个试探电荷处在同一电场的不同位置
所受静电力不同。
说明：电场的强弱与 有关。
现象二：改变场源电荷的电荷量，同一试探电荷在同一位置所受静电力不同。
说明：电场的强弱与 有关。
能否用试探电荷所受的静电力来表示电场的强弱？
原因：带电荷量不同的试探电荷，即使在电场中的同一点，所受的静电力 。（填相同或不同）
位置
场源电荷的电荷量
q
q
不同
+
Q
P
结论：试探电荷在电场中某点受到的静电力F与试探电荷的电荷量q之比是一个常量。
+q
+
Q
P
+2q
+4q
F
2F
4F
+
Q
P
这里的分析是一种猜想和假设，我们可用点电荷的电场来进行进一步的检验。
那么如何来描述电场的强弱呢？
根据前面的实验可知：某位置电场的强弱与场源电荷的电荷量和该位置到场源电荷的距离有关。
【探究2】
场源电荷Q
试探电荷q
r
P
1.在点电荷Q的电场中的P点，放一个试探电荷q1，根据库伦定律，它在电场中受到的静电力F1=
2.同理，如果把试探电荷换成q2，它在电场中受到的静电力F2=
3.你会发现什么规律？
放在P点的试探电荷受到的静电力与它的电荷量之比，与试探电荷的电荷量无关，而与产生电场的场源电荷量Q及P点与场源电荷之间的距离r有关。
【探究3】
实验表明：试探电荷所受的静电力与它的电荷量比值，反映了电场在各点的性质，叫做电场强度。
2.单位：牛每库伦，符号N/C。
3.矢量：物理学中规定，电场中某点的电场强度方向与正电荷在该点所受的静电力的方向相同。
按照这个规定，负电荷在电场中某点所受静电力的方向与该点电场强度的方向相反。
1.定义式：
二、电场强度
q
q
F
F
思考：由电场强度的定义式：
有同学提出：“电场强度E和试探电荷所受电场力F成正比，与试探电荷的电量q成反比。”该说法正确吗？
不正确。电场强度与产生电场的源电荷有关和这点在电场中的位置有关，与试探电荷无关。
思考：请举例说明，采用比值定义法的物理量。
比值定义法
【探究4】
三、点电荷的电场
r
P
点电荷Q
思考：根据库伦定律和电场强度的定义式，请推导：电荷量为Q的点电荷，在与之距离为r的位置所产生的电场强度？
适用条件：
真空中、点电荷。
思考：与点电荷相距为r的球面上各点的电场强度大小和方向的特征。（提示：可以用有向线段表示矢量的大小和方向。）
Q
Q
【探究5】
q1
q2
q3
根据《库伦定律》例题2，我们知道,：两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的静电力，等于各点电荷单独对这个点电荷静电力的矢量和。
F1
F2
F
四、电场强度的叠加
q1=q2=q
等边三角形
【探究6】
O
q1
q2
E1
E2
E
电场中某点的电场强度等于各点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。
四、电场强度的叠加
O
q1=q2=q
等边三角形
【探究6】
Q
-Q
O
A
B
思考：下图中，O点为两点电荷的中点，A、B为两电荷连线中垂线上的两点点。请在图中标明A、B两点的电场强度方向，并判断EA、EB的大小关系。
等量异种点电荷
电场强度是矢量，某一点的电场强度是各场源电荷在该点产生的电场强度的矢量和，遵循平行四边形定则。
EA
EB
四、电场强度的叠加
【探究7】
O
思考：半径为R、带电量为Q的电荷均匀分布的球壳，球心O处的电场强度？
r为该点到球心的距离，r>R.
球心处电场强度为零。
可以证明：半径为R的均匀带电球体（或球壳）在球的外部产生的电场，与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相同，即：
r
Q
r
Q
非点电荷产生的电场可用微元思想求解。
四、电场强度的叠加
【探究8】
五、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）电场线总是从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷。
（2）电场线在电场中不相交。
（3）电场线的疏密程度来表示电场强度的相对大小。
（4）电场线是假想的、虚构的实际并不存在。
五、电场线
（1）孤立的正点电荷电场线
（2）孤立的负点电荷电场线
比较项目 正点电荷 负点电荷
电场特点 （1）离点电荷越近，电场线越密集，场强越强； （2）以点电荷为球心的球面上各点，电场线处处与球面垂直，场强大小相同，方向各不相同
电场方向 由正点电荷指向无穷远 由无穷远指向负点电荷
3、几种常见的电场的电场线分布特点：
五、电场线
（3）等量同种点电荷
（4）等量异种点电荷
比较项目 等量 同种点电荷 等量
异种点电荷
连线中点O处场强 为零 中垂线上O处最大
连线上O处最小
由O沿中垂线向外场强变化 先增大后减小 逐渐减小
关于O点对称的两点A与A＇、B与B＇的场强关系 等大、反向 等大、同向
五、电场线
（5）点电荷与导体形成的电场
（6）平行极板间电场
匀强电场：电场中各点电场强度的大小相等、方向相同。
a、电场线是间距相等互相平行的直线。
b、带电粒子在其中受到恒定的电场力。
五、电场线
4、对电场线认识的几个误区：
（1）电场线实际上并不存在
（2）没有电场线的地方场强不一定为零
（3）电场线并不是电荷在电场中的运动轨迹
典例3　在如图所示的四种电场中，分别标记有a、b两点，其中a、b两点电场强度大小相等、方向相反的是( )
A．甲图中与点电荷等距的a、b两点
B．乙图中两等量异种点电荷连线的中垂线上与连线等距的a、b两点
C．丙图中两等量同种点电荷连线的中垂线上与连线等距的a、b两点
D．丁图中非匀强电场中的a、b两点
五、电场线
C
变式3－1　(物理观念命题)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在a点由静止释放，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
五、电场线
C
六、非点电荷电场强度的计算
例证 1 (科学思维命题) 如图所示，一半径为 R 的圆盘上均匀分布着电荷量为 Q 的电荷，在垂直于圆盘且过圆心 c 的轴线上有 a、b、d 三个点，a 和 b、b 和 c、c 和 d 间的距离均为 R，在 a 点处有一电荷量为 q (q>0) 的固定点电荷。已知 b 点处的电场强度为零，则 d 点处电场强度的大小为 (k 为静电力常量)( )
B
课堂小结
一、电场和电场强度
1.场是物质存在的一种形式。
2.电场强度定义式： 单位：N/C
3.矢量 某点的电场强度方向规定为正电荷在该点所受的静电力的方向相同。
4.E与检验电荷的q和F无关，取决于场源电荷的电荷量和位置。
二、点电荷的电场和电场强度的叠加
1.点电荷电场强度的决定式：
2.电场强度的矢量合成法则：某位置的电场强度为各个场源在该点产生电场的矢量和。
3.特殊情况：均匀带电球体（壳）外的场强为
下 课
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