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第九章 靜電場及其應用
人教版（2019）
9.3 電場 電場強度
目錄
01
02
03
電場強度
點電荷的電場 電場強度的疊加
電場
04
電場線
05
勻強電場
目錄
第一部分 電場
溫故知新
真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，與它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上。
兩個點電荷沒有直接接觸，它們之間的相互作用力是怎樣產生的呢？
+
+
庫侖定律：
表達式：
疑 問：
萬有引力
超距作用
既不需要媒介，也不需經歷時間，而是超越空間直接發生的作用力。
靜電力像萬有引力一樣，也是一種超距力。
一、電場
超距作用觀點不可避免地具有一種神秘色彩，與人類的理智和科學追求不符。
課堂探究
例如：
接觸力：彈力、摩擦力等
非接觸力：萬有引力（重力）、磁力、庫侖力等
萬有引力的傳遞是通過萬有引力場
磁力的傳遞是通過磁場
物體之間的相互作用，有的需要接觸，有的則不需要。
那么兩個電荷之間的相互作用靠什么傳遞呢？
？
以“場”為媒介
法拉第認為是通過媒介發生的，提出了“力線”的概念，由后人完善后形成了場的概念。
法拉第
電場
課堂探究
靜止電荷 靜電場
產生
B
A
F
在電荷的周圍存在著一種特殊物質，這種物質看不見、摸不著，我們把這種物質叫作電場。
F
產生
施力于
電場B
施力于
產生
電場A
電荷A
電荷B
電場力的性質：電場對場中的其它電荷產生力的作用
物理學的理論和實驗證實并發展了法拉第的觀點。電場以及磁場已被證明是一種客觀存在。場像分子、原子等實物粒子一樣具有能量，因而場也是物質存在的一種形式，只有研究運動的電荷，場的物質性才突顯出來。
一、電場
在空間中放一個點電荷+Q，它周圍有電場嗎？
電場看不見摸不著，你怎樣檢驗電場是否存在？
思考討論
又如何描述電場的強弱呢？
第二部分 電場強度
場源電荷：產生電場的電荷
檢驗（試探）電荷：檢驗是否存在電場或檢驗電場強弱分布狀況的電荷
要求：檢驗電荷的電荷量及尺寸必須充分小，對場源電荷的電荷分布不產生明顯的影響，并可以精確檢測電場各位置。
【演示實驗】同一點電荷在電場的不同位置的受力情況
【結論】：離場源電荷越遠，電場的力的本領越小，即電場越弱，說明電場的強弱跟位置有關
探究一：描述電場強弱的物理量
+Q
F3
+q
F2
+q
F1
+q
猜想：能否用電場力的大小表示電場的強弱？
探究一：描述電場強弱的物理量
在電場中的同一點，不同的電荷，受到的靜電力也不相同。靜電力的大小不僅與與電荷所處位置有關，還與檢驗電荷q的帶電量有關。
也就說：靜電力大處，電場不一定強。
+Q
F3
+10q
F1
+q
啟迪：描述電場強弱的物理量不能與檢驗電荷q有關。
探究一：描述電場強弱的物理量
假設在A點，放入一個檢驗電荷q1，受到的靜電力是F1
A
在A點，再放入一個檢驗電荷q1，受到的靜電力也是F1
這樣相當于在A放入一個電荷2q1，受到的靜電力為2F1
探究一：描述電場強弱的物理量
其中k 為比例系數，與F、q無關：
凡是k大處，即：“ ”大處，對于同一電荷，所受靜電力就大，且與檢驗電荷q無關，與位置有關。
在A點，再放入一個檢驗電荷q1,受到的靜電力也是F1
依次類推，可以發現：靜電力大小F與檢驗電荷的電荷量q成正比
其關系式： 即：
探究一：描述電場強弱的物理量
可見：比值“ ”能夠描述電場的力的性質，我們引入一個新的物理量——“電場強度”來表示它。
【結論】
探究一：描述電場強弱的物理量
定義：放入電場中某點的電荷所受的電場力F 跟它的電荷量q的比值，叫做該點的電場強度，簡稱場強。
定義式：
單位：牛/庫侖(N/C)
方向：電場強度是矢量。電場在某點的電場方向與正電荷在該點所受電場力的方向相同，與負電荷在該點所受電場力方向相反。
物理意義：場強反映電場的力的性質，由電場本身決定，與放入的試探電荷無關 。
比值定義法
二、電場強度
電場力：F=qE
電場強度的兩個性質
1.唯一性：電場中某點的電場強度E是唯一的，是由電場本身的特性(形成電場的電荷及空間位置)決定的，與是否放入試探電荷、放入電荷的電性、電荷量的多少均無關。電場中不同的地方，電場強度一般是不同的。
2.矢量性：電場強度也描述電場的方向，是矢量，其方向與在該點的正電荷所受電場力的方向相同，與在該點的負電荷所受電場力的方向相反。
點電荷是最簡單的場源電荷，它激發的電場有什么特點呢？
二、電場強度
第三部分 點電荷的電場 電場強度的疊加
式中Q是場源電荷大小，如果以Q為中心作一個球面，則球面上各點的電場強度大小相等，但方向不同。
【探究結論】
在點電荷的電場中能否找到電場強度完全相同的幾個不同的點？
（大小決定式）
三、點電荷的電場 電場強度的疊加
-
（方向）
+
真空中點電荷的電場
正點電荷電場方向背離電荷
三、點電荷的電場 電場強度的疊加
負點電荷電場方向指向電荷
和
的區別：
適用范圍 電荷的意義
定義式，適用于一切電場
僅對點電荷的電場適用
q是檢驗電荷，但E與q無關
Q是場源電荷，
E與Q成正比
【歸納總結】
三、點電荷的電場 電場強度的疊加
單個點電荷產生的場強規律很明顯，那多個點電荷產生的電場又有什么樣的規律呢？
+Q
＋Q
+Q
-Q
獨立性：各個場強對電荷的作用互不影響
電場中任意一點的總場強等于各個點電荷在該點各自產生的場強的矢量和，這就是場強疊加。
電場強度的疊加
三、點電荷的電場 電場強度的疊加
一個比較大的帶電物體不能看作點電荷。
在計算它的電場時，可以把它分為若干小塊，只要每個小塊足夠小，就可以把每小塊所帶的電荷看成點電荷，然后用點電荷電場強度疊加的方法計算整個帶電體的電場。
三、點電荷的電場 電場強度的疊加
若帶電體比較大，不能看作點電荷？我們如何求帶電體的電場？
Q
r
P
r
Q
P
r>R，Q是整個球體所帶的電荷量
可以證明：半徑為R的均勻帶電球體（或球殼）在球外產生的電場，與一個位于球心的、電荷量相等的點電荷產生的電場相等。
三、點電荷的電場 電場強度的疊加
電場看不見,摸不著,除了用公式描述電場以外，我們還可以用什么方法形象地了解和描述電場中各點電場強度的大小和方向呢？
法拉第采用了一個簡潔的方法來描述電場，那就是電場線。
法拉第
四、電場線
第四部分 電場線
1、電場線：畫在電場中的一條條有方向的曲線。
（1）曲線上每點的切線方向表示該點的電場強度方向；
（2）在同一幅圖中，電場線的疏密反應電場強度的小大。
EA
EB
A
b
a
B
Ea
Eb
>
電場線是為形象描述電場而引入的假想線
2、描述方法：
四、電場線
正點電荷的電場線
負點電荷的電場線
四、電場線
以點電荷為球心作個球面，電場線處處與球面垂直，在此球面上場強大小處處相等，方向不同.
實驗模擬：
動畫模擬：
點電荷的電場線分布
四、電場線
實驗模擬：
動畫模擬：
等量異種點電荷的電場線分布
四、電場線
3、在中垂面(線)上的電荷受到的電場力的方向總與中垂面(線)垂直，因此，在中垂面(線)上移動電荷時電場力不做功。
等量異種點電荷的電場線分布平面圖
1、兩電荷的連線上：各點電場強度的方向由正電荷沿兩電荷的連線指向負電荷；O點的電場強度最小，從O點沿兩電荷的連線向兩邊逐漸增大；關于O點對稱的兩點的電場強度相同。
2、兩電荷連線的中垂線上：各點的電場強度方向為由正電荷的一邊指向負電荷的一邊，且與中垂線垂直；O點的電場強度最大，從O點沿中垂線向兩邊逐漸減小，直至無窮遠時為零；關于O點對稱的兩點的電場強度相同。
四、電場線
實驗模擬：
動畫模擬：
等量同種點電荷的電場線分布
四、電場線
等量同種點電荷的電場線分布平面圖
2、兩電荷連線的中垂線上：O點和無窮遠處的電場強度均為零，所以在中垂線上，由O點開始，沿中垂線向兩邊電場強度先變大，后逐漸減小，到無窮遠時減小為零；關于O點對稱的兩點的電場強度大小相等、方向相反。
1、兩電荷的連線上：每點電場強度的方向由該點指向O點，大小由電場強度為零的O點開始向兩端逐漸變大；關于O點對稱的兩點的電場強度大小相等、方向相反。
四、電場線
兩個等量點電荷的電場特征
比較項目 等量異種點電荷 等量同種點電荷
電場線分布圖
連線上中點O處的場強
連線上的場強大小(從左到右)
沿中垂線由O點向外的場強大小
最小但不為零，指向負電荷一側
為零
先變小，再變大
先變小，再變大
O點最大，向外逐漸減小
O點最小，向外先變大后變小
四、電場線
（1）電場線從正電荷或無限遠出發，終止于無限遠或負電荷；即電場線不閉合。
（2）同一電場的電場線在電場中不相交。
3、電場線的特點：
四、電場線
導體表面的電場線一定與導體表面垂直．
點電荷與平行帶電板之間電場線分布平面圖
四、電場線
等量異號電荷的平行金屬板的電場線分布
四、電場線
第五部分 勻強電場
除邊緣部分外，兩板間的電場線相互平行，間距相等。
勻強電場：如果一個電場中各點的電場強度的大小相等，方向相同，這個電場就叫勻強電場。
1、各條電場線互相平行且間距相等（疏密程度相同）；
2、電場線都是直線；
等量異號電荷的平行金屬板的電場線分布平面圖
四、電場線
探究：電場線就是點電荷在電場中的運動軌跡，這個說法正確嗎？
這個說法是錯誤的。電場線不是電荷的運動軌跡，因為運動軌跡的切線方向是速度的方向，而電場線的切線方向是正電荷的受力方向和加速度方向（負電荷則相反）。
要使兩條曲線能重合，要滿足一些特殊條件，例如：
①電場線是直線；
②電荷初速度為零或初速度方向與電場線在同一直線上；
③電荷只受電場力作用。
思考討論
單位
矢量
疊加
電場
強度
定義
性質
電場
電荷周圍存在的特殊物質。
特
點
電場線
為了描述電場而假想的線。
課堂總結
1、（多選）關于電場，下列說法中正確的是(　　)
A．只要有電荷存在，電荷周圍就一定存在著電場
B．電場不是客觀存在的，是人們虛構的
C．電荷間的相互作用是通過電場產生的，電場最基本的性質是對放在其中的電荷有力的作用
D．電場只能存在于真空中和空氣中，不可能存在于物體中
AC　
課堂練習
2、（多選）關于電場強度E，下列說法正確的是(　　)
A．由E＝知，若q減半，則該處電場強度為原來的2倍
B．由E＝k知，E與Q成正比，而與r2成反比
C．由E＝k知，在以Q為球心，以r為半徑的球面上，各處場強均相 同
D．電場中某點的場強方向就是該點正電荷受到的靜電力的方向
BD
課堂練習
3、下列關于點電荷的場強公式E＝ 的幾種不同的理解，正確的是（ ）
A.以點電荷Q為中心，r為半徑的球面上，各處的場強相同
B.當r→0時，E→∞；當r→∞時，E→0
C.在點電荷Q產生的電場中，各點的場強方向一定是背向點電荷Q
D.在點電荷Q產生的電場中，某點的場強大小與Q成正比，與r2成反比
D
課堂練習
C
課堂練習
4、圖中的虛線為真空中兩個半徑相同的金屬球體之間的部分電場線，電場線關于兩球心連線的垂直平分線OO’對稱，a和a’、b和b’分別關于OO’對稱。下列說法正確的是（ ）
A. 兩個金屬球一定帶同種電荷
B. a、a’兩點的電場強度相同
C. b、b’兩點的電場強度相同
D. 將一電荷量為q的負電荷從a移動到a’，靜電力不做功
5、如圖所示，在等邊三角形ABC的三個頂點上，固定三個正點電荷，電荷量的大小關系為q′＜q，則三角形ABC的幾何中心處電場強度的方向（ ）
A.平行于AC邊
B.平行于AB邊
C.垂直于AB邊指向C
D.垂直于AB邊指向AB
C
課堂練習
6、如圖所示，一半徑為R的圓盤上均勻分布著電荷量為Q的電荷，在垂直于圓盤且過圓心c的軸線上有a、b、d三個點，a和b、b和c、c和d間的距離均為R，在a點處有一電荷量為q(q＞0)的固定點電荷.已知b點處的場強為零，則d點處場強的大小為(k為靜電力常量)（ ）
A.B. C. D.
B 　
課堂練習
7、(多選)某靜電場中的電場線如圖所示，帶電粒子在電場中僅受電場力作用，其運動軌跡如圖中虛線所示，由M運動到N，以下說法正確的是(　　 )
A.粒子必定帶正電荷
B.粒子在M點的加速度大于它在N點的加速度
C.粒子在M點的加速度小于它在N點的加速度
D.粒子在M點的動能小于它在N點的動能
ACD
課堂練習
THANKS

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