高二物理选修3-113 电场强度

1、1.3 1.3 电场强度电场强度 两电荷不直接接触，两电荷不直接接触，它们之间的相互作用它们之间的相互作用是怎样产生的是怎样产生的? ?问题问题1猜一猜猜一猜 两电荷间相互作用时不直接接两电荷间相互作用时不直接接触，它们之间的相互作用也是通触，它们之间的相互作用也是通过别的物质作用的，这就是过别的物质作用的，这就是电场电场。电荷电荷A A对电荷对电荷B B的作用，实际上是的作用，实际上是电荷电荷A A的电场对电荷的电场对电荷B B的作用的作用 B电荷电荷A电荷电荷1 1、电场、电场 （1 1）电荷的周围存在一种特殊的物质，叫做电场。）电荷的周围存在一种特殊的物质，叫做电场。 （2 2）电场的基

2、本性质：对放入其中的电荷有电场力）电场的基本性质：对放入其中的电荷有电场力 的作用。的作用。 19世纪世纪30年代，法拉第提出：在电荷的周围存在着由年代，法拉第提出：在电荷的周围存在着由它产生的它产生的电场电场，处在电场中的其他电荷受到的作用力，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。就是这个电场给予的。电荷电荷电荷电荷电场电场AB一一.电场：电场：用场的观点分析电荷用场的观点分析电荷A和和B间的相互作用：间的相互作用：FA BA+q+Q+q 例：例：如图，电荷如图，电荷Q Q周围存在电场，把试探电荷周围存在电场，把试探电荷q q放放入电场中入电场中A A、B B两点，电荷两点，电

3、荷q q要受到电场力要受到电场力F FA A、F FB B的作用，反映了电场具有力的性质。电荷的作用，反映了电场具有力的性质。电荷q q在在A A、B B两点受到的作用力两点受到的作用力F FA A、F FB B大小是否相等？大小是否相等？ 解析解析 根据库仑定律根据库仑定律 r rA A r F FB BF = kQ1Q2r2可知，可知，FB试探电荷（检验电荷）：用来检验电场试探电荷（检验电荷）：用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的带电小球。是否存在及其强弱分布情况的带电小球。源电荷源电荷试探电荷的电荷量和试探电荷的电荷量和尺寸必须充分小，对尺寸必须充分小，对金属球金属球A上的电荷分上的电

4、荷分布不产生明显的影响，布不产生明显的影响，从而原来的电场不因从而原来的电场不因试探电荷的出现有明试探电荷的出现有明显的变化。显的变化。可以用检验电荷来检验电场强度可以用检验电荷来检验电场强度怎样来表示电场的强弱？怎样来表示电场的强弱？ 电场的强弱是电场的强弱是与位置有关的。与位置有关的。QQQ1q12q13q1F12F13F不同电荷量的试探不同电荷量的试探电荷，即使在电场电荷，即使在电场的同一点，受到的的同一点，受到的静电力也不相同。静电力也不相同。F/qF/q这个比值由电荷这个比值由电荷q q在电场中的位置所决定，在电场中的位置所决定，跟电荷跟电荷q q无关，是反映电场性质的物理量。无关，

5、是反映电场性质的物理量。实验表明，在电场中的同一点，比值实验表明，在电场中的同一点，比值F/qF/q是恒定是恒定的；在电场中的不同点，比值的；在电场中的不同点，比值F/qF/q一般是不同的。一般是不同的。在物理学中，就用比值在物理学中，就用比值F/qF/q来表示电场的强弱。来表示电场的强弱。QQQ1q12q13q1F12F13F第三节第三节 电场强度电场强度 2 2、电场强度、电场强度 （1 1）定义：放入电场中某点的电荷所受的电场力）定义：放入电场中某点的电荷所受的电场力F F跟跟它的电荷量它的电荷量q q的比值，叫做该点的电场强度，简称场强。的比值，叫做该点的电场强度，简称场强。 （2 2

6、）公式：）公式： E =E =F Fq q注意：（注意：（1）E=F/q 是场强定义式，是场强定义式，适用于适用于一切一切电场。电场。（3）某点的电场强度的大小及方向取决于电场本身）某点的电场强度的大小及方向取决于电场本身（即（即场源电荷场源电荷与与位置位置），与检验电荷的），与检验电荷的正负正负、电量的电量的大小、有无大小、有无及受到的及受到的电场力均电场力均无关无关。（4）电场力电场力: F=qE （2）F是试探电荷受到的电场力，是试探电荷受到的电场力，q是试探电荷的电量。是试探电荷的电量。物理意义：电场强度是反映电场本身的力的性质的物物理意义：电场强度是反映电场本身的力的性质的物理量，其

7、大小表示电场的强弱。理量，其大小表示电场的强弱。 单位：单位：牛牛/ /库库（N/CN/C ）公式：公式： E =E =F Fq q用比值定义物理量用比值定义物理量 在物理学中，常常用比值定义一个物理量，用在物理学中，常常用比值定义一个物理量，用来表示研究对象的某种性质。来表示研究对象的某种性质。加速度：加速度：a =vt-v0t功率：功率：P =Wt速度速度: :v =v =s st t 它们共同的特点：用比值定义的物理量只与它们共同的特点：用比值定义的物理量只与比值有关，而与比值中的两物理量无关。比值有关，而与比值中的两物理量无关。若比若比值是恒量，则反映了物质的某种性质。值是恒量，则反映

8、了物质的某种性质。电场强度：电场强度：E =Fq导体的电阻导体的电阻:R =:R =UI物质的密度物质的密度: := =mV.+Q.AB+q+q 如图，在电荷如图，在电荷Q Q周围跟周围跟Q Q距离相距离相等的不同点等的不同点A A、B B放上试探电荷放上试探电荷q q，电荷电荷q q受到的电场力的大小是否相受到的电场力的大小是否相等？等？A A、B B两点的电场强度是否相同？两点的电场强度是否相同？ 解析解析 试探电荷试探电荷q q在在A A、B B两点所受的电场力大两点所受的电场力大小相等，但方向不同，所以小相等，但方向不同，所以A A、B B两点的电场强两点的电场强度不相同。度不相同。

9、练习练习 电场强度电场强度 方向（矢量）方向（矢量）+Q+qAFAEA+Q-qAFAEA根据规定：根据规定：负负电荷在电场中某点受到的电场力的方向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跟该点的场强方向相反相反。 物理学中规定：物理学中规定：电场中某点的场强度方向跟电场中某点的场强度方向跟正正电荷在该点所受的电场力方向电荷在该点所受的电场力方向相同相同。-Q+qAEAFA-Q-qAEAFA1 1、电场中某点的场强是、电场中某点的场强是4.04.010104 4 N/CN/C，电荷量为，电荷量为+5.0+5.01010-8 -8 C C的点电荷在该点受到的电场力是多大？的点电荷在该点受

10、到的电场力是多大？电场力的方向与场强的方向是相同还是相反？电荷电场力的方向与场强的方向是相同还是相反？电荷量为量为-5.0-5.01010-8 -8 C C的点电荷在该点受到的电场力是多的点电荷在该点受到的电场力是多大？电场力的方向与场强的方向是相同还是相反？大？电场力的方向与场强的方向是相同还是相反？ 解：电荷量为解：电荷量为+5.0+5.01010-8 -8 C C的点电荷在该点受到的的点电荷在该点受到的电场力为电场力为F= Eq = 4.0F= Eq = 4.010104 45.05.01010-8 -8 N = 2.0N = 2.01010-3 -3 N N电场力的方向与场强的方向相同

11、。电场力的方向与场强的方向相同。电荷量为电荷量为-5.0-5.01010-8 -8 C C的点电荷在该点受到的电场的点电荷在该点受到的电场力大小仍为力大小仍为2.02.01010-3 -3 N N，方向与场强的方向相反。，方向与场强的方向相反。 第三节第三节 电场强度电场强度 点电荷点电荷Q Q在真空中形成的电场中，不同点的场在真空中形成的电场中，不同点的场强是不同的，那么场强的大小由什么因素决定？强是不同的，那么场强的大小由什么因素决定？ 解析解析 在点电荷在点电荷Q Q形成的电场中，在距离形成的电场中，在距离Q Q为为r r的的P P点放一试探电荷点放一试探电荷q qF = kQqr2根据

12、库仑定律，根据库仑定律，q q受到的库仑力的大小受到的库仑力的大小: :E =E =F Fq q= kQr2又由电场强度的定义可得出又由电场强度的定义可得出P P点的场强点的场强E E的大小：的大小：点电荷的电场强度点电荷的电场强度 真空中点电荷的场强真空中点电荷的场强Q：场源电荷：场源电荷r：电场中点到：电场中点到Q的距离的距离(8).(8).点电荷场强方向：点电荷场强方向：正正点电荷电场方向点电荷电场方向背离背离电荷电荷 负负点电荷电场方向点电荷电场方向指向指向电荷电荷（7 7）点电荷电场的场强：）点电荷电场的场强： E =E = kQr2第三节第三节 电场强度电场强度 是点电荷场强的计算

13、式，只适用于真空中点电荷形成是点电荷场强的计算式，只适用于真空中点电荷形成的电场的电场练习练习例：例：A A为已知电场中的一固定点，在为已知电场中的一固定点，在A A点放一个电荷量点放一个电荷量为为q q的点电荷，所受的电场力为的点电荷，所受的电场力为F F，A A点的场强为点的场强为E E，(1)(1)若在若在A A点换上点电荷点换上点电荷-q-q，A A点的场强是多少？点的场强是多少？(2)(2)若在若在A A点换上电荷量为点换上电荷量为2q2q的点电荷，的点电荷， A A点的场强又点的场强又是多少？是多少？（3 3）若将）若将A A点的电荷移去，点的电荷移去，A A点的场强又是多少？点的

14、场强又是多少？适用范围适用范围电荷的意义电荷的意义FEq2QEkr定义式，适定义式，适用于一切电用于一切电场场仅对点电荷仅对点电荷的电场适用的电场适用q q是检验电是检验电荷，荷，E E与与q q无关无关QQ是场源电是场源电荷，荷，E E与与QQ成正比成正比FEq2QEkr和和的区别的区别：+Q1-Q2P 如图，如图，P P点的场强，等于点的场强，等于+Q+Q1 1在该点产生在该点产生的场强的场强E E1 1和和-Q-Q2 2在该点产生的场强在该点产生的场强E E2 2的矢量和。的矢量和。 .E1E2E电场的叠加电场的叠加: : 在几个点电荷共同形成的电场中，某点的场强等于在几个点电荷共同形成

15、的电场中，某点的场强等于各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和，这各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和，这叫做电场的叠加原理。叫做电场的叠加原理。第三节第三节 电场强度电场强度 2 2、如图，在真空中有两个点电荷、如图，在真空中有两个点电荷Q Q1 1=+3.0=+3.01010-8-8C C和和Q Q2 2=-3.0=-3.01010-8-8C C，它们相距，它们相距0.1m0.1m。求电场中。求电场中A A点的场强。点的场强。A A点与两个点电荷的距离点与两个点电荷的距离r r相等，相等，r=0.1mr=0.1m。 Q2AQ1= 2E= 2E1 1cos60cos60r r2 2

16、2kQ2kQ1 1cos60cos60=代入数值得：代入数值得：E=2.7E=2.710104 4 N/CN/C合场强合场强E E的大小为的大小为 E= EE= E1 1cos60cos60+ E+ E2 2cos60cos60解：点电荷解：点电荷Q Q1 1和和Q Q2 2的电场在的电场在A A点的场点的场强分别为强分别为E E1 1和和E E2 2，它们大小相等，方向如图中所示。合它们大小相等，方向如图中所示。合场强场强E E在在E E1 1和和E E2 2的夹角的平分线上，的夹角的平分线上，此平分线跟此平分线跟Q Q1 1和和Q Q2 2的连线平行。的连线平行。E1E2E练习练习1234

17、5 3 3、电场强度和电场力的对比分析、电场强度和电场力的对比分析 电场强度电场强度E E 电场力电场力F F 仅指电荷在电场中的受力仅指电荷在电场中的受力 是反映电场本身的力的性质的物是反映电场本身的力的性质的物理量，其大小表示电场的强弱理量，其大小表示电场的强弱定义式：定义式：计算式：计算式：E E的大小只决定于电场本身，的大小只决定于电场本身，与电荷与电荷q q无关无关 F F的大小由放在电场中某点的大小由放在电场中某点的电荷的电荷q q和该点的场强和该点的场强E E共共同决定同决定E E是矢量，其方向与正电荷是矢量，其方向与正电荷(+q)(+q)在该点受到的电场力的方在该点受到的电场力

18、的方向相同向相同F F是矢量，其方向对于正电是矢量，其方向对于正电荷荷(+q),F(+q),F与与E E同向；对于负同向；对于负电荷电荷(-q),F(-q),F与与E E反向反向E E的单位：的单位：F F的单位：的单位：E=F/qE=F/q F=qEF=qE牛牛/ /库库 (N/C)(N/C)牛牛 (N)(N) 一个比较大的带电物体不能看做点电荷。一个比较大的带电物体不能看做点电荷。在计算它的电场时，可以把它分做若干小块，只要每在计算它的电场时，可以把它分做若干小块，只要每个小块足够小，就可以把每小块所带的电荷看成点电个小块足够小，就可以把每小块所带的电荷看成点电荷，然后用点电荷电场强度叠加

19、的方法计算整个带电荷，然后用点电荷电场强度叠加的方法计算整个带电体的电场。体的电场。QrrQ一个半径为一个半径为R的均匀带电球体的均匀带电球体（或球壳）在外部产生的电（或球壳）在外部产生的电场，与一个位于球心的、电场，与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电荷量相等的点电荷产生的电场相同，球外各点的电场强场相同，球外各点的电场强度：度：2rQkE rR，Q是整是整个球体所带的个球体所带的电荷量电荷量1 1、电场中有一点、电场中有一点P P，下列说法正确的是（，下列说法正确的是（ ）A A、若放在、若放在P P点电荷的电量减半，则点电荷的电量减半，则P P点的场强减半点的场强减半B B、若、

20、若P P点没有检验电荷，则点没有检验电荷，则P P点的场强为零点的场强为零C C、P P点的场强越大，则同一电荷在点的场强越大，则同一电荷在P P点受到的电场点受到的电场 力越大力越大D D、P P点的场强方向为检验电荷在该点的受力方向点的场强方向为检验电荷在该点的受力方向作业作业 2、下列说法正确的是、下列说法正确的是( ) A、电荷在某点受到的电场力越大，该点的电场强度就、电荷在某点受到的电场力越大，该点的电场强度就越大越大B、电场强度的方向总是跟电场力的方向一致、电场强度的方向总是跟电场力的方向一致C、负电荷受到的电场力的方向跟电场强度的方向相反、负电荷受到的电场力的方向跟电场强度的方向

21、相反D、点电荷、点电荷Q建立的电场是匀强电场建立的电场是匀强电场3、如图，、如图，A、B两点分别放有两点分别放有+210-8C和和-210-8C两两个点电荷，相距个点电荷，相距60cm，试求：，试求：（1）AB连线中点连线中点O的场强；的场强；（2）AB延长线上离延长线上离B点距离为点距离为30cm的的M点的场强；点的场强；（3）AB连线的垂直平分线上离开连线的垂直平分线上离开O点距离为点距离为30cm处处的的P点的场强。点的场强。ABQQ 奎宁的针奎宁的针状结晶或头发状结晶或头发屑悬浮在蓖麻屑悬浮在蓖麻油里。油里。 把奎宁的针状结晶把奎宁的针状结晶或头发屑悬浮在蓖麻油或头发屑悬浮在蓖麻油里，

22、再放入电场中，这里，再放入电场中，这时可以发现微屑按场强时可以发现微屑按场强的方向排列起来。的方向排列起来。 我们可以用什么方法来形象地描述电场呢？我们可以用什么方法来形象地描述电场呢？三、电场线三、电场线 电场线是用来形象地描述电场强弱与方向特性的电场线是用来形象地描述电场强弱与方向特性的一簇曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强一簇曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向。度方向。电场线的特征电场线的特征1、电场线是、电场线是假想假想的，实际电场中并不存在的，实际电场中并不存在2 2、电场线、电场线密密的地方场强的地方场强大大，电场线，电场线疏疏的地方场强的地方场强小小3 3、

23、静电场的电场线起于正电荷止于负电荷，孤立的正电、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）无穷远处点荷（或负电荷）的电场线止于（或起于）无穷远处点4 4、电场线不会相交，也不会相切、电场线不会相交，也不会相切5 5、电场线不是闭合曲线，且与带电粒子在电场中的运动、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轨迹之间没有必然联系电场线越密的地方，场强越大；电场线越疏的地方，电场线越密的地方，场强越大；电场线越疏的地方，场强越小。场强越小。特点：特点：a a、离点电荷越近，电场线越密，场强越大、离点电荷越近，电场线越密，场强越大b b、

24、以点电荷为球心作个球面，电场线处处与球面、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。垂直，在此球面上场强大小处处相等，方向不同。几种常见电场中电场线的分布及特点几种常见电场中电场线的分布及特点 1 1、正、负点电荷的电场中电场线的分布、正、负点电荷的电场中电场线的分布例：如图所示，在空间固定着两个等量异种点电荷例：如图所示，在空间固定着两个等量异种点电荷E E和和F F(1)C(1)C、两点将、两点将E E、F F两点的连线三等分，两点的连线三等分，C C、D D两点场强是两点场强是否相等？从否相等？从C C点到点到D D点场强如何变化？点场强如何变化

25、？（2 2）沿中垂线上）沿中垂线上A A点到点到B B点的场强如何变化？点的场强如何变化？（3 3）某点电荷沿中垂线上）某点电荷沿中垂线上A A点到点到B B点所受的电场力如何点所受的电场力如何变化？变化？（4 4）若一电子沿中垂线由）若一电子沿中垂线由A A到到B B匀速飞过，电子的重力匀速飞过，电子的重力不计，则电子所受除电场力外另一个力的大小和方向变不计，则电子所受除电场力外另一个力的大小和方向变化情况？化情况？oABCDEF特点：特点：a a、沿两点电荷之间的连线，场强先变小后变大。在电、沿两点电荷之间的连线，场强先变小后变大。在电荷间连线上的中点荷间连线上的中点0 0是最小。是最小。

26、b b、两点电荷连线中垂面（中垂线）上，场强方向均相同，、两点电荷连线中垂面（中垂线）上，场强方向均相同，且总与中垂面（中垂线）垂直且总与中垂面（中垂线）垂直2 2、等量异种点电荷形成的电场中的电场线分布、等量异种点电荷形成的电场中的电场线分布c c、在中垂面（中垂线）上，与两点电荷连线的中点、在中垂面（中垂线）上，与两点电荷连线的中点0 0等等距离各点场强相等，沿中垂线从距离各点场强相等，沿中垂线从0 0点向两侧场强减小。点向两侧场强减小。o3 3、等量同种点电荷形成的电场中电场线分布情况、等量同种点电荷形成的电场中电场线分布情况特点：特点：a a、两点电荷连线中点、两点电荷连线中点O O处

27、场强为处场强为0 0b b、两点电荷连线中点附近的电场线非常稀疏，但场强、两点电荷连线中点附近的电场线非常稀疏，但场强并不为并不为0 0，从，从0 0点沿两点电荷走场强变大点沿两点电荷走场强变大c c、两点电荷连线的中点到无限远电场线先变密后变疏、两点电荷连线的中点到无限远电场线先变密后变疏即沿中垂线从即沿中垂线从0 0点到无限远场强先变大后变小点到无限远场强先变大后变小oABCDEF例例5、关于电场线的几种说法中，正确的是：、关于电场线的几种说法中，正确的是：A、沿电场线方向，场强必定越来越小；、沿电场线方向，场强必定越来越小；B、在复杂电场中的电场线是可能相交的；、在复杂电场中的电场线是可

28、能相交的；C、点电荷在电场中的运动轨迹一定跟电场线相重合；、点电荷在电场中的运动轨迹一定跟电场线相重合；D、电场线越密的地方，同一检验电荷所受的电场力、电场线越密的地方，同一检验电荷所受的电场力就越大就越大D例例6、如图所示，带箭头的直线是某一电场中的一条电、如图所示，带箭头的直线是某一电场中的一条电场线，在这条直线上有场线，在这条直线上有a、b两点，用两点，用Ea、Eb表示表示a、b两点强度的大小，则：两点强度的大小，则：A、a、b两点的场强的方向相同；两点的场强的方向相同；B、电场线是直线，可知、电场线是直线，可知Ea=Eb；C、不知、不知a、b附近的电场线分布，附近的电场线分布，Ea、E

29、b的大小不能的大小不能确定；确定；D、电场线从、电场线从a指向指向b，所以，所以EaEbACab如果电场中各点电场强度的大小相等、方向相同，这如果电场中各点电场强度的大小相等、方向相同，这个电场就叫做个电场就叫做匀强电场匀强电场。匀强电场的电场线是什么样的？匀强电场的电场线是什么样的？匀强电场的电场线是间隔相等的平行线匀强电场的电场线是间隔相等的平行线带有等量异号电带有等量异号电荷的一对平行金荷的一对平行金属板，如果两板属板，如果两板相距很近，它们相距很近，它们之间的电场，除之间的电场，除边缘部分外，可边缘部分外，可以看做匀强电以看做匀强电场。场。六、匀强电场六、匀强电场匀强电场匀强电场1 1

30、、真空中有一电场、真空中有一电场, ,在电场中的在电场中的P P点放一点放一电量为电量为4 41010-9-9C C的的试探试探电荷电荷, ,它受到的电它受到的电场力场力2 2 1010-5-5N,N,则则P P点的电场强度点的电场强度 N/C;N/C;把把试探试探电荷的电量减少为电荷的电量减少为2 2 1010-9-9C,C,则检验电荷所受的电场力为则检验电荷所受的电场力为 N. N. 如果如果把这个把这个试探试探电荷取走，则电荷取走，则P P点的电场强度点的电场强度为为 N/CN/C。5103110-55103课堂训练课堂训练1 1、图、图1 1所示为某静电场中的一簇电场线，所示为某静电场

31、中的一簇电场线，A A、B B为此电场中的两点，设为此电场中的两点，设A A点的场强大小为点的场强大小为E EA A，电子在电子在A A点所受电场力的大小为点所受电场力的大小为F FA A ；B B点的场点的场强大小为强大小为E EB B，电子在，电子在B B点所受电场力的大小为点所受电场力的大小为F FB B，则，则 （ ） A AE EA A E EB B ，F FA A F FB B B. E B. EA A E EB B ，F FA A F FB B C CE EA A E EB B ，F FA A F FB B D. E D. EA A E F FB BabABa2 2、如图、如图a a所示，所示，A A、B B是一个点电荷产生的电场的是一个点电荷产生的电场的电场线，如图电场线，如图b b则是方向在电场线上，则是方向在电场线上，a a、b b两处两处的检验电荷的