电场、电场强度和电场线

电场、电场强度和电场线

目标认知

学习目标

1．理解静电场的存在、静电场的性质和研究静电场的方法。

2．理解场强的定义及它所描写的电场力的性质，并能结合电场线认识一些具体静电场的分布；能够熟练地运用电场强度计算电场力。

3．理解并能熟练地运用点电荷的场强和场强的叠加原理，弄清正、负两种电荷所产生电场的异同，以此为根据认识电荷系统激发的场。

学习重点

1．用场强及电场线描写认识静电场分布。

2．学会认识静电场中描写静电场的方法、手段。

学习难点

用场强及其叠加原理认识电荷系统的静电场。

知识要点梳理

知识点一：电场、电场强度

要点诠释：

1、静电场及其特点

（1）电荷间的相互作用力是靠周围的电场产生的

电场是电磁场的一个方面，电场有两种，一种是电荷激发的电场，静止电荷激发的电场叫静电场。另一种是变化磁场激发的电场。

（2）电场是一种特殊物质

电场不是由分子、原子组成的物质，但电场对其内的电荷具有力的作用，可见电场具有力的属性，所以电场是一种客观存在的特殊物质。

以场的形式存在的物质也是多种多样的，例如地球对其表面附近物体有引力，因此地球周围空间存在着引力场，也可称为重力场；磁体或通电导线周围存在着对其内铁磁性物质的作用力，这就是磁场。

（3）电场的基本性质

电场的基本性质是：对放入其中的电荷（不管是静止的还是运动的）有力的作用，这种力叫电场力。电场具有能量。

2、电场强度

（1）电场强度的物理意义

电场强度是描述电场强弱及方向的物理量，反映了电场力的特性。

在带电量为Q的电荷形成的电场中放入一个电荷（它的电量Q很小，不至于影响所研究

场。它的体积也很小，便于研究电场各点的性质——检验电荷）。发现电荷受到的电场力跟

它的电荷量的比值是一个常数，即。

这说明检验电荷受力Ｆ和本身所带电量Q的比值与检验电荷无关，而由该点在电场中的位置及形成该电场的电荷Q来决定。于是就有了用比值来表示电场的强弱的定义——电场强度

（2）电场强度的定义

在电场中放一个检验电荷，它所受到的电场力跟它所带电量的比值叫做这个位置上的电场强度，简称场强。

定义式：

单位：牛／库（N / C）

（3）电场强度的理解

①矢量性：场强是矢量，其大小按定义式计算即可，其方向规定为正电荷在该点的受力方向。负电荷受电场力方向与该点场强方向相反。

②唯一性：电场中某一点处的电场强度E的大小和方向是唯一的，其大小和方向取决于场源电荷及空间位置。是客观存在的，与放不放检验电荷以及放入检验电荷的正、负电量的多少均无关，既不能认为与成正比，也不能认为与成反比。

（4）电场强度和电场力的比较

①由电场强度的定义式，可导出电场力F=qE。

只要场源确定，电场中某一点的电场强度的大小和方向就都唯一地确定了。若知道某点的电场强度的大小和方向，就可求出电荷在该点受的电场力的大小和方向。

②电场力是由电荷和场强共同决定的，而场强是由电场本身决定的。

例如一个静电场中某一确定的点，场强E的大小和方向都是唯一确定的，但是放在该点的电荷受到的电场力的大小，随这个电荷的电量而变化，所受电场力的方向因这个电荷电性的相反而不同，必须引起注意！

说明：虽然，但场强E绝不是试探电荷所受的电场力，也不是单位正试探电荷所受的电场力，因为电场强度不是电场力，电场中某点的电场强度，既与试探电荷的电荷量q 无关，也与试探电荷的有无无关。因为即使无试探电荷存在，该点的电场强度依然是原有的值。

知识点二：点电荷的电场

要点诠释：

1、点电荷Q在真空中形成的电场

k，

由和库仑定律告诉人们场强大小的决定因素

，而则不能。

②当场强方向不在同一直线上时，应求出各电荷在该点场强大小，然后判断其方向进行矢量合成。

如图所示，在空中两个等量异种电荷，相距为r，求到两点电荷距离为r的P点的电场强度。

因为E1＝k，E2＝k的方向所成夹角为2×60°，依平行四边形定则作出

E1、E2的合场强E P，由于ΔPE2E P为等边三角形，故E P＝E1＝E2＝k,方向向右。

规律方法指导

1．形象描写法

引入电场线直观地描写了电场的分布，对分析解决问题提供了很大方便。

2．比值定义法得出的关系只是定义式、量度式，不是决定式。

（1）定义式（适用任何电场）

（2）决定式（适用于真空中点电荷）

3．电场强度与电场力的关系

电场强度是电场本身的性质，与试探电荷无关。但电场力既与电荷有关，又与所在处的电场强度有关。

典型例题透析

类型一：对电场强度的理解

1. 关于电场，下列说法正确的是（）

A．由知，若q减小，则该处电场强度为原来的2倍

B．由知，E与Q成正比，而与r2成反比

C．由知，在以Q为球心，以r为半径的球面上，各处电场强度均相同

D．电场中某点电场强度方向就是该点所放电荷受到的电场力的方向

解析：因E=F / q为电场强度定义式，而电场中某点电场强度E只由电场本身决定，与是否引入试探电荷及q的大小、正负无关，故A错；

是点电荷Q的电场中各点电场强度的决定式，故是正确的，即B对；

因电场强度为矢量，E相同意味着大小、方向都相同，而在该球面上各处E方向不同，故C错；

因所放电荷的电性不知，若为正电荷+q，则E与+q受力方向相同，否则相反，故D错。

所以只有B对。

答案：B

总结升华：（1）电场中某点的电场强度的大小和方向只由电场本身决定，跟检验电荷无关。（2）注意电场强度的矢量性，不可仅看到它的大小而忽视了它的方向。

举一反三

【变式】在电场中某点放一检验电荷，其电量为q，受到的力为F，则该点电场强度为

，那么：（）

A、若移去检验电荷，该点电场强度变为零；

B、若该点放一电量为2q的检验电荷，则该点电场强度变为E/2；

C、该点放一电量为2q的检验电荷，该点电场强度仍为E；

D、该点放一电量为2q的检验电荷，该点电场强度为2E。

解析：因为电场中某点的电场强度的大小和方向只由电场本身决定，跟检验电荷无关。所以，移去检验电荷也好，在该点放电量为2q的检验电荷也好，该点电场强度均不变。所以答案应选C。

答案：C

类型二：对电场线的理解

2.下列的关于电场线的几种说法中，正确的有：( )

A．沿电场线的方向，电场强度必定越来越小