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(共76張PPT)
第一章　靜電場
3.靜電場　電場強度和電場線
核心素養：1.知道靜電場的概念及基本性質。2.理解電場強度及其定義式，并能用該 公式進行有關計算。3.掌握點電荷的電場強度公式及電場強度的疊加。4.掌握電場線 的定義和特點，會用電場線表示電場。
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研習任務一　靜電場、電場力及電場強度
合作　討論
把同一試探電荷放在電場中的不同位置，由圖可知，該試探電荷在不同點所受的 靜電力的大小和方向不相同，這說明各點的電場的強弱和方向不相同。
（1）用什么物理量表征電場的強弱？如何定義這個物理量？
提示：電場強度，可以通過試探電荷受力來定義。
（2）同一位置，放不同試探電荷，試探電荷受力越大，則該位置場強越強嗎？
提示：E與F無關，E與試探電荷q無關。
教材　認知
一、電場
1. 法拉第的觀點：在電荷的周圍存在著由它產生的 。
2. 電荷間的相互作用
說明：電荷之間通過 相互作用。
電場　
電場　
3. 靜電場： 電荷周圍產生的電場。
4. 電場力：電場對電荷的作用力。
[思考]　凡是有電荷的地方，周圍就存在著電場，這種觀點正確嗎？
提示：正確。
靜止　
二、電場強度
1. 檢驗電荷：為研究源電荷電場的性質而引入的電荷量和 都很小的點 電荷。
2. 場源電荷： 的帶電體所帶的電荷，或稱為源電荷。
3. 電場強度
體積　
激發電場　
（1）定義：放入電場中某一位置的檢驗電荷所受的 與它的電荷量之比。
（2）定義式：E＝ 。
（3）單位：牛每庫，符號為 。
（4）方向：電場強度是 （填“矢量”或“標量”）。物理學中規定，電場 中某點的電場強度的方向與正電荷在該點所受的電場力的方向相同。
電場力　

N/C　
矢量　
[思考]　負電荷所受電場力與電場強度的方向相同嗎？
提示：負電荷所受電場力與電場強度的方向相反。
4. 點電荷的電場
（1）公式：E＝ 。
（2）方向：如圖所示，若Q為正電荷，電場強度的方向沿半徑 ；若Q為負電 荷，電場強度的方向沿半徑 。
向外　
向內　
核心　歸納
1. 電場的性質
（1）唯一性：電場中某點的電場強度E的大小和方向都是由電場本身決定的，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：電場強度是矢量，其方向與在該點的正電荷所受靜電力的方向相同， 與在該點的負電荷所受靜電力的方向相反。
項目
物理含義 是電場強度大小的定義式 是真空中點電荷電場強度的決定式
Q或q的意義 q表示引入電場的試探電荷的電荷量 Q表示產生電場的點電荷（場源電 荷）的電荷量
關系理解 F∝q，但E與F、q無關，E反映某點處電場的性質
適用范圍 適用于一切電場 在真空中，場源電荷Q是點電荷
表達式意義 定義式 決定式
研習　經典
[典例1]　在真空中O點放一個點電荷Q＝＋1.0×10－9 C，直線MN通過O點，OM的距 離r＝30 cm，M點放一個試探電荷q＝－1.0×10－10 C，如圖所示。求：
（1）q在M點受到的作用力；
（1） 1.0×10－8 N，沿MO指向Q
（3）拿走q后M點的電場強度。
（3） 100 N/C，沿OM連線背離Q
[解析]:（3）電場強度是反映電場力的性質的物理量，它是由形成電場的場源電荷Q 決定的，與檢驗電荷q是否存在無關。從M點拿走檢驗電荷q，該處電場強度大小為 100 N/C，方向沿OM連線背離Q。
（2）M點的電場強度；
（2） 100 N/C，沿OM連線背離Q
對電場的基本認識
1. 電場強度是描述電場性質的物理量，由電場本身決定，與放入的試探電荷無關。
2. 電場的基本性質是對放入電場中的電荷有力的作用，力的大小F＝E·q，力的方向 與電荷正、負有關。
3. 電場是客觀存在的物質。
[訓練1]　如圖甲所示，在O點放置一個帶電荷量為＋Q的點電荷，以O為原點，沿Ox 方向建立坐標軸，A、B為坐標軸上兩點，其中A點的坐標為0.90 m。測得放在A、B兩 點的試探電荷受到的電場力大小F與其電荷量q的關系如圖乙中a、b所示。已知靜電力 常量k＝9.0×109 N·m2/C2，求：
甲
乙
（1）A點的電場強度大小與點電荷的電荷量Q；
（1） 4×104 N/C　3.6×10－6 C
（2）B點的坐標值。
（2） 3.60 m
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研習任務二　電場場強疊加
合作　討論
如圖所示，一半徑為R的絕緣圓環上，均勻地分布著電荷量為Q的電荷，在垂直 于圓環平面的對稱軸上有一點P，它與環心O的距離OP＝L. 靜電力常量為k。請你根 據所學的物理知識，寫出關于P點的場強E的表達式。
教材　認知
1. 場強疊加原理：如果有多個點電荷同時存在，電場中任一點的電場強度等于這些 點電荷各自在該點產生電場強度的矢量和。
2. 一個半徑為R的均勻帶電球體（或球殼）在外部產生的電場，與一個位于球心的、 電荷量相等的點電荷產生的電場相同（如圖）。
核心　歸納
1. 電場強度的疊加
（2）電場強度是矢量，故電場中某點的電場強度為各個點電荷單獨在該點產生的電 場強度的矢量和，即該處的電場強度可以用平行四邊形定則求得。
2. 分析電場疊加問題的一般步驟
（1）確定分析計算的空間位置。
（2）分析該處有幾個分電場，計算出各個分電場在該點的電場強度的大小和方向。
（3）利用平行四邊形定則求出矢量和。
研習　經典
D
[解析]　若三個點電荷都帶正電或負電，則三個點電荷在P點產生的場強疊加后一定
4E3，Q1和Q3在P點產生的電場強度疊加后為E13，如圖2所示，與Q2在P點產生的電場
強度不可能在一條直線上，即P點處的電場強度不可能疊加為零，C錯；若4Q1＝Q3＝
示，與Q2在P點產生的電場強度等大反向，疊加為零，D對。
圖1 圖2　 圖3
電場強度疊加的技巧
（1）電場強度是矢量，在求多個點電荷在空間某點產生的電場強度時，應該根據平 行四邊形定則求出其大小和方向。
（2）當兩矢量滿足大小相等、方向相反，作用在同一直線上時，兩矢量合成疊加， 合矢量為零，這樣的矢量稱為“對稱矢量”，在電場的疊加中，注意圖形的對稱性， 發現對稱矢量可簡化計算。
A
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研習任務三　電場線
合作　討論
（1）電荷周圍存在著電場，法拉第采用什么簡潔方法來描述電場？
提示：（1）法拉第采用了畫電場線的方法描述電場。
　　（2）在實驗室，可以用實驗模擬電場線：把頭發碎屑懸浮在蓖麻油里，加上電 場，頭發碎屑的排列顯示了電場線的形狀，這能否說明電場線是實際存在的線？
提示：（2）不能，電場線實際不存在，但可以用實驗模擬。
教材　認知
1. 定義：電場線是畫在電場中的一條條有方向的曲線，曲線上每點的 表示該點的電場強度方向。
2. 在同一幅圖中電場線的 反映了電場強度的大小。
3. 特點：
（1）電場線從 或 出發，終止于 或 ；
（2）任意兩條電場線不能 ，因為電場中同一位置電場強度的方向只能 有一個。
切線方向　
疏密　
正電荷　
無限遠　
無限遠　
負電荷　
相交　
4. 勻強電場
（1）定義：電場中各點的電場強度的大小 ，方向 的電場。
（2）電場線的特點：相互平行且 分布。
[思考]　電場線能相切嗎？電場線實際存在嗎？
提示：不能，不存在。
相等　
相同　
均勻　
核心　歸納
　常見電場的電場線
電場 電場線圖樣 簡要描述
正點電荷 “光芒四射”，發散狀
負點電荷 “眾矢之的”，會聚狀
等量正點電荷 “勢不兩立”，相斥狀
電場 電場線圖樣 簡要描述
等量異種
點電荷 “手牽手，心連心”，相吸狀
帶電平行
金屬板 等間距、平行狀
（兩板之間，除邊緣外）
研習　經典
　 甲　　　　 　乙　
AC
A. B、C兩點場強大小相等，方向相同
B. A、D兩點場強大小相等，方向相反
C. E、O、F三點比較，O點場強最強
D. B、O、C三點比較，O點場強最強
[解析]　根據等量異種點電荷電場的分布情況可知，B、C兩點對稱分布，場強大小相 等，方向相同，選項A正確；根據對稱性可知，A、D兩處電場線疏密程度相同，A、 D兩點場強大小相同，方向相同，選項B錯誤；E、O、F三點中O點場強最強，選項C 正確；B、O、C三點比較，O點場強最小，選項D錯誤。
（1）等量異種點電荷中垂線上各點電場強度方向相同，且均與中垂線垂直。
　　（2）等量同種點電荷中垂線上電場強度有兩個極值點，且關于兩電荷連線中心 對稱。
A B
C D
C
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研習任務四　勻強電場
教材　認知
1. 定義：其內部的電場強度的大小處處 ，方向處處 的電場。
2. 電場線特點：勻強電場的電場線可以用間隔 的平行線來表示。
3. 實例：兩塊等大、靠近、正對的平行金屬板，帶等量異種電荷時，它們之間的電 場除邊緣附近外就是勻強電場。
相等　
相同　
相等　
[思考]　帶有等量異種電荷的兩金屬板之間的電場分布如圖所示，這個電場具有什么 特點？
提示：各處電場強度大小相等，方向相同。
核心　歸納
1. 勻強電場的特點
（1）勻強電場的電場線是疏密程度相同的平行線，相互之間距離相等，如圖所示。
（2）在勻強電場中，同一帶電體所受電場力處處相同，加速度不變。
2. 獲得勻強電場的方法
兩塊相同、正對放置的平行金屬板，若板間距離很小，當它們分別帶有等量異種電荷 時，板間的電場（除邊緣附近）可看成勻強電場，如圖所示。
研習　經典
[典例4]　如圖所示，一個質量為m＝0.03 kg，帶電荷量為1.0×10－8 C的帶電小球， 用絕緣細線懸掛在某水平方向的勻強電場中，圖中實線為電場線。當小球靜止時，測 得懸線與豎直方向成30°角（g＝9.8 m/s2）。
（1）判斷小球的電性；
[答案]　見解析
[解析]　對小球受力分析如圖所示，小球受重力、拉力和水平向右的電 場力，若電場強度方向水平向右，即電場力方向與電場強度方向相 同，小球帶正電荷；若電場強度方向水平向左，即電場力方向與電場 強度方向相反，則小球帶負電荷。
（2）該電場的場強大小為多少？
1.7×107 N/C
A. M帶正電荷，N帶負電荷
B. M、N所帶電荷量大小一定相等
C. 靜止時M受到的合力比N的大
D. 將M、N分開一些，釋放后M、N仍保持靜止
B
解析：將M、N作為整體，由于M、N恰好靜止，則電場對M、N的作用力等大、反 向，所以M、N一定帶異種電荷，又根據M、N所受對方的庫侖引力與各自在勻強電場 中所受電場力平衡，可判斷M帶負電荷，N帶正電荷，故A錯誤；根據前面分析可 知，M、N所受勻強電場的電場力大小相等，所以M、N所帶電荷量大小一定相等，故 B正確；靜止時M、N受到的合力均為零，故C錯誤；將M、N分開一些，M、N之間的 庫侖力大小變化，將不能與在勻強電場中所受電場力平衡，所以釋放后M、N將不能 保持靜止，故D錯誤。
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課后提素養
基礎　題組
1. 思維辨析
√
×
×
√
×
√
A. 若在A點換上電荷量為－q的電荷，A點場強方向發生變化
B. 若在A點換上電荷量為2q的電荷，A點的場強將變為2E
C. 若在A點移去電荷q，A點的場強變為零
D. A點場強的大小、方向與q的大小、正負、有無均無關
D
A. 該定義式只適用于點電荷產生的電場
B. F是試探電荷所受到的力，q是產生電場的電荷的電荷量
C. 場強的方向與F的方向相同
D. 由該定義式可知，場中某點電荷所受的靜電力大小與該點場強的大小成正比
D
中檔　題組
A. 電場線是電場中實際存在的曲線
B. 電場線實際就是帶電粒子在電場中的運動軌跡
C. 電場線在電場中不能相交
D. 電場線越密的地方電場強度越大
解析：電場線是為了描述電場而引入的假想的曲線，實際上并不存在，因此A項錯 誤；電場線是假想的曲線，并不是帶電粒子在電場中的運動軌跡，因此B項錯誤；電 場線在電場中不能相交，因為在電場中同一位置不可能存在兩個場強方向，因此C項 正確；電場線的疏密表示電場強度的大小，電場線越密集，電場強度越大，電場線越 稀疏，電場強度越小，因此D項正確。
CD
A. 該點電荷帶正電
B. 該點電荷帶負電
C. a點和b點電場強度的方向相同
D. a點的電場強度Ea大于b點的電場強度Eb
解析：由題圖可知，電場線指向該點電荷，故該點電荷是負點電荷，A錯誤，B正 確；因a、b兩點的電場線的方向不同，故a點和b點電場強度的方向不同，C錯誤；a 點處的電場線比b點的密，故Ea＞Eb，D正確。
BD
A. 方向向左 B. 方向向右
C
A. P、Q兩點的電場強度相同
B. M點的電場強度小于N點的電場強度
C. 把試探電荷放在N點受到的電場力小于放在Q點受到的電場力
D
C. B點的電場強度大于C點的電場強度
D. BC線段的中點電場強度為零
B
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課時作業
[基礎訓練]
B. 如果在P點將＋q移走，則P點的電場強度變為零
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B. 這是一個正點電荷產生的電場，Ea∶Eb＝3∶1
D. 這是一個負點電荷產生的電場，Ea∶Eb＝3∶1
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A. 這個電場可能是負點電荷的電場
B. 點電荷q在A點處受到的電場力比在B點處受到的電場力大
C. 點電荷q在A點處的瞬時加速度比在B點處的瞬時加速度小
（不計重力）
D. 負電荷在B點處所受到的電場力的方向沿B點切線方向
B
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A. EA＝EB，電場方向相同 B. EA＜EB，電場方向相同
C. EA＞EB，電場方向不同 D. EA＜EB，電場方向不同
解析：電場線的疏密表示電場強弱，由題圖可知，B點密集，A點稀疏，故EA＜ EB；又電場方向為電場線的切線方向，A、B兩點的電場方向不同，故A、B、C 錯誤，D正確。
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A. 1∶2 B. 2∶1
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A. 場源可能是正電荷，位置在A側
B. 場源可能是正電荷，位置在B側
C. 場源可能是負電荷，位置在A側
D. 場源可能是負電荷，位置在B側
解析：F－q圖像的斜率表示電場強度的大小，圖線b的斜率大于a的斜率，說明b處場 強大于a處場強，若電場是由點電荷產生的，說明b離場源較近，又由于場強為正值， 即由A指向B，因此場源可能為負電荷，故D正確。
D
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A. a、b、c、d四點中c點場強最大
B. b、d兩點的場強大小相等、方向相反
C. a、b、c、d四點中a點的場強最小
D. a、b、c、d四點的場強大小相等
解析：根據電場強度的對稱性和疊加性原理可知，b、d兩點場強大小相等，方向不 同，b點場強方向斜向右上方，d點的場強方向斜向右下方，a點的場強最小，c點的場 強最大，故選項A、C正確，B、D錯誤。
AC
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8. 如圖所示，在一帶負電荷的導體A附近有一點B，如在B處放置一個q1＝－2.0×10－ 8 C的電荷，測出其受到的靜電力F1大小為4.0×10－6 N，方向如圖（B處所放電荷不 影響導體 A上的電荷分布），則：
（1）B處電場強度多大？方向如何？
（1） 200 N/C　方向與F1方向相反
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（2）如果換成一個q2＝＋4.0×10－7 C的電荷放在B點，其受力多大？此時B處電場強 度多大？
（2） 8.0×10－5 N　200 N/C
解析：（2）q2在 B點所受靜電力大小
F2＝q2EB＝4.0×10－7×200 N＝8.0×10－5 N，方向與電場強度方向相同，也就是與 F1方向相反，此時B處電場強度大小仍為200 N/C，方向與F1方向相反。
（3）如果將 B處電荷拿走，B 處的電場強度是多大？
（3） 200 N/C
解析：（3）某點電場強度大小與有無試探電荷無關，故將 B處電荷拿走，B處電場強 度大小仍為200 N/C。
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[能力提升]
A. OM 中點的電場強度大于 ON 中點的電場強度
B. O點的電場強度大小與MN上各點相比是最小的
C. O點的電場強度大小與HG上各點相比是最小的
D. 將試探電荷沿 HG由 H 移送到G，試探電荷所受靜電力先減小后增大
B
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解析：等量異種點電荷電場線分布如圖所示，電場線的疏密表示電場的強弱，由對稱性可知OM中點的電場強度等于ON中點的電場強度，故A錯誤；O點的電場強度大小與MN上各點相比是最小的，故B正確；O點的電場強度大小與HG上各點相比是最大 的，故C錯誤；沿HG由H到G電場強度先變大再減小，由F＝qE可知，將試探電荷沿HG由H移送到G，試探電荷所受靜電力先增大后減小，故D錯誤。
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B
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解析：在AB的垂直平分線上，從無窮遠處到O點電場強度先變大后變小，到O點變為 零，帶負電的小球受力方向沿垂直平分線，如果P與O之間的距離足夠遠，由P點到O 點的過程中，小球的加速度先變大后變小，速度不斷增大，在O點加速度變為零，速 度達到最大，v－t圖線的斜率先變大后變小；由O點到N點過程中，速度變化情況與另 一側速度的變化情況具有對稱性，B正確。如果P、N與O之間的距離很近，帶負電的 小球的加速度先減小為零再增大，速度先增大后減小，A、C、D錯誤。
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11. 如圖所示，真空中有一等邊三角形ABC，邊長 d＝0.30 m。在A點固定一電荷量q1 ＝＋3.0×10－6 C的點電荷，靜電力常量k＝9.0×109 N·m2/C2，求：
（1）點電荷q1在C處產生電場的電場強度E1的大小；
（1） 3×105 N/C
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（2）在B點固定另一個q2＝－3.0×10－6 C的點電荷，則C處合電場強度E的大 小及方向；
（2） 3×105 N/C　平行于 AB連線向左
解析：（2）點電荷q2在C處產生的電場強度大小E2＝E1，方向由C指向B，根據 平行四邊形定則有E＝2E1cos 60°，代入數據得E＝3×105 N/C，方向平行于AB 連線向左。
（3）在（2）條件下，試探電荷q3＝＋5.0×10－7 C放在C處受到的靜電力F大小。
（3） 0.15 N
解析：（3）電荷q3在C處受到的靜電力大小F＝qE，代入數據得F＝0.15 N。
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