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新人教版 必修三
第九章 靜電場及其應用
第3節 第一課時 電場 電場強度
新課引入
人體帶電后，人的頭發會豎起散開。
為什么會出現這樣的現象？
頭發因為帶上同種電荷相互排斥而豎立起來。
思考：彈力、摩擦力都是因為物體相互接觸而產生的，那么電荷間沒有接觸，它們的相互作用力是因為什么而產生的？
19 世紀 30 年代，英國科學家法拉第提出一種觀點，認為在電荷周圍存在著由它產生的電場。電場是看不見、摸不著，但人們可以根據它所表現出來的性質來認識它，研究它。
英國物理學家 法拉第
Ａ
+
+
學習任務一：電場
(2).電場以及磁場已被證明是一種客觀存在的物質，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。不過只有在研究運動的電荷，特別是運動狀態迅速變化的電荷時，上述場的物質性才突顯出來。本章只討論靜止電荷產生的電場-----靜電場。
學習任務一：電場
1、電場
(1).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。
電荷之間通過電場相互作用
電荷
電場
電荷
A
B
電場對放入其中的電荷有力的作用，電荷之間的相互作用就是通過電場來實現的。
電場對電荷有力的作用叫電場力。
2.電場的基本性質
學習任務一：電場
3.電場力
如何研究看不見摸不著的電場？
從電場力入手
二、光的折射
學習任務二：電場強度
1.場源電荷與試探電荷
（1）電場由電荷產生就一定與產生它的電荷密切相關，我們把產生它的電荷叫做場源電荷。
（2）我們希望研究電場中每一點的情況，就要選用體積小的電荷。這個電荷引入后也會產生電場，如果電場太強就會對我們要研究的電場產生影響，這是我們要盡量避免的，所以要選擇電荷量比較小的同時體積也比較小的，我們把這樣的電荷叫試探電荷。
場源電荷
試探電荷
F
（體積小、電量小）
（1）能否用電場力的大小表示電場的強弱？
結論1：靜電力大的位置電場強，似乎可用靜電力大小描述電場強弱。
相同試探電荷q放在不同位置
學習任務二：電場強度
2.如何描述電場的強弱
驗證：同一個位置q1：q2：q3=3：2：1
結論2：同一個位置電場應該相同，但靜電力大小不一樣
用靜電力描述該處電場強度出現了局限性。
學習任務二：電場強度
要選擇相同電荷量的試探電荷作為統一標準.
比較“單位試探電荷的受力”，即比較F/q
驗證：同一位置，q1:q2:q3=3:2:1
根據庫侖定律可得F1:F2:F3=3:2:1
同一位置，單位試探電荷的受力：
學習任務二：電場強度
結論3：在同一位置，試探電荷所受到的電場力的大小與所帶電荷量的比值是固定不變的，它反映了電場在該點的性質。
(1).電場強度：放入電場中某點的電荷所受的靜電力F跟它的電荷量q的比值，叫做該點的電場強度，簡稱場強。（電場強度是矢量）
(3).單位：牛/ 庫；即 N/C
(4).方向：規定電場中某點的電場強度的方向跟正電荷在該點所受靜電力的方向相同。（與負電荷的受力方向相反）
(2).定義式：
學習任務二：電場強度
3.電場強度
適用于一切電場
q為試探電荷的電荷量F為電場對試探電荷的作用力
(5).物理意義：描述電場力的性質的物理量
學習任務二：電場強度
3.電場強度
（6）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
點電荷是最簡單的場源電荷，它激發的電場有什么特點呢？
學習任務三：點電荷的電場 電場強度的疊加
（1）Q是場源電荷的電量，r是到場源電荷的距離
（2）適用條件： 真空中靜止的點電荷
（3）E的決定因素：跟場源電荷和位置有關，與試探電荷無關
+
-
Q
Q
1.點電荷的電場
適用范圍 公式中電荷的意義
定義式，適用一切電場。
僅對點電荷的電場適用
是試探電荷，與無關
是場源電荷，與成正比
2.電場強度公式對比
學習任務三：點電荷的電場 電場強度的疊加
空間中存在多個場源電荷，如圖，如何求電場中某點(如A點)的電場強度？
+Q
-Q
E1
E2
E
O
A
結論：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。
3.電場強度的疊加
學習任務三：點電荷的電場 電場強度的疊加
帶電體比較大，不能看作點電荷？我們如何求帶電體的電場？
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。
學習任務三：點電荷的電場 電場強度的疊加
例 題
如圖所示，真空中，帶電荷量分別為＋Q和－Q的點電荷A、B相距r，求：
(1)兩點電荷連線的中點O的場強大小和方向.
(2)在兩點電荷連線的中垂線上，距A、B兩點都為r的O′點的場強大小和方向.
解析：
EA＝EB＝＝.
O點的場強大小為：EO＝EA＋EB＝ ，方向由A→B.
(1)如圖甲所示，A、B兩點電荷在O點產生的場強方向相同，均由A→B.A、B兩點電荷分別在O點的電場強度大小
(2)如圖乙所示，EA′＝EB′＝ ，由矢量圖結合幾何關系可知，
O′點的場強大小EO′＝EA′＝EB′＝ ，方向平行于AB向右.
當堂達標檢測
當堂達標檢測
【解析】A．電場強度反映的是電場本身的性質，場源確定時，電場中的某點P的場強就確定了，不受試探電荷的電性、受力大小等不同而改變，故在電場中的P 點不放試探電荷，則 P點的電場強度不為零；
B．點電荷的電場強度公式 為決定式，故點電荷周圍某點電場強度的大小，與該點到場源電荷距離 的二次方成反比，在r 減半的位置上，電場強度變為原來的4倍；
C．電場強度公式 為定義式，電場強度的大小與試探電荷的電荷量q 成無關，若 q減半，則該處的電場強度依然不變；
D．勻強電場中電場強度處處相同，由 可知相同電量和電性的電荷在其中受力才相同。
當堂達標檢測
解析：由電場強度的定義式可得 ，
聯立可得
C點的場強為
故可得
當堂達標檢測
解析：電場與重力場類似，電場的基本特性是對放入其中的電荷有力的作用，說明電場力與重力類似．電荷量與物體的質量類似，則由G=mg，F=qE分析可知，重力加速度g與電場中電場強度E可類比，由 類比可得
方向豎直向下。
當堂達標檢測
4．有同學說，電場線一定是帶電粒子在電場中運動的軌跡。這種說法對嗎？試舉例說明。
【解析】電場線實際并不存在，用來描述電場分布的物理量，不是點電荷在電場中的運動軌跡，而且電場線不一定與帶電粒子的軌跡重合，只有電場線是直線，帶電粒子的初速度為零或初速度方向與電場線方向在同一條直線上時電場線才與帶電粒子的軌跡重合。
當堂達標檢測
6．如圖所示，用一條絕緣輕繩懸掛一個帶電小球，小球質量為1.0×10－2kg，所帶電荷量為＋2.0×10－8 C．現加一水平方向的勻強電場，平衡時絕緣繩與豎直線成30°角，繩長L＝0.2 m，(重力加速度g的大小取10 m/s2)．求這個勻強電場的電場強度大小
【解析】對帶電小球受力分析如圖所示：
小球受力平衡，則 qE＝mgtan 30°
解得：
E＝ ×107 N/C
7．如圖，真空中有兩個點電荷，Q1為4.0×10-8C、Q2為-1.0×10-8C，分別固定在x軸的坐標為0和6cm的位置上。則
（1）x軸上哪個位置的電場強度為0；
（2）x軸上哪些位置的電場強度的方向是沿x軸的負方向的。
當堂達標檢測
【解析】（1）設坐標為x處場強為0，x＞6cm，有
化簡為
解得x=12cm或4cm（舍去）
（2）由（1）分析可知，在x坐標軸上0到6cm之間和x＞12cm的地方的電場強度的方向是沿x正方向。所以x軸上的x<0或6cm當堂達標檢測

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