高中物理 第1章 3 电场强度学案 新人教版选修3-1

3 电场强度

[学习目标] 1.知道电场是电荷周围客观存在的一种特殊物质。2.理解电场强度的定义及物理意义，知道它的矢量性。(重点)3.会推导点电荷场强的计算式并能进行有关的计算。

4.知道电场强度的叠加原理，会应用该原理进行简单计算。(难点)

5.理解电场线的概念、特点，了解常见的电场线的分布，知道什么是匀强电场。(重点)

一、电场

1．电场的产生：电荷在其周围产生电场，电场是电荷周围存在的一种特殊物质。

2．基本性质：电场对放入其中的电荷产生力的作用。

3．电场和磁场统称为电磁场，电磁场是一种客观存在的特殊物质，也有能量、动量。

二、电场强度

1．试探电荷与场源电荷

(1)试探电荷：如图所示，带电小球q是用来检验电场是否存在及

其强弱分布情况的，称为试探电荷，或检验电荷。

(2)场源电荷：被检验的电场是电荷Q 所激发的，电荷Q 称为场源电荷，或源电荷。 2．电场强度

(1)定义：放入电场中某点的电荷所受的静电力F 跟它的电荷量q 的比值，叫作该点的电场强度。

(2)定义式：E ＝F

q

。

(3)单位：牛/库(N/C)，伏/米(V/m)。1 N/C ＝1 V/m 。

(4)方向：电场强度是矢量，电场中某点的电场强度的方向与正电荷在该点所受的静电力的方向相同。

(5)物理意义：电场强度是描述电场的力的性质的物理量，与试探电荷受到的静电力大小无关。

三、点电荷的电场 电场强度的叠加

1．点电荷的电场如图所示，场源电荷Q 与试探电荷q 相距为r ，则它们的库仑力F ＝k Qq r 2＝qk Q r 2，所以电荷q 处的电场强度E ＝F q ＝k Q r

2。

(1)公式：E ＝k Q r

。

(2)方向：若Q 为正电荷，电场强度方向沿Q 和该点的连线背离Q ；若Q 为负电荷，电场强度方向沿Q 和该点的连线指向Q 。

2．电场强度的叠加

(1)电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。这种关系叫作电场强度的叠加。

例如，图中P 点的电场强度，等于电荷＋Q 1在该点产生的电场强

度E 1与电荷－Q 2在该点产生的电场强度E 2的矢量和。

(2)如图所示，均匀带电球体(或球壳)外某点的电场强度：E ＝k Q r

2，式中r 是球心到该点的距离(r ≫R )，Q 为整个球体所带的电荷量。

(3)电场强度是矢量，电场强度的叠加本质是矢量叠加，所以应该用平行四边形定则。

四、电场线 匀强电场 1．电场线

(1)定义：电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向。

(2)特点：

①电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷，是不闭合曲线。 ②电场线在电场中不相交，因为电场中任意一点的电场强度方向具有唯一性。 ③在同一幅图中，电场线的疏密反映了电场强度的相对大小，电场线越密的地方电场强度越大。

④电场线不是实际存在的线，而是为了形象地描述电场而假想的线。 2．匀强电场

(1)定义：电场强度的大小相等、方向相同的电场。 (2)电场线特点：匀强电场的电场线是间隔相等的平行线。

(3)实例：两块等大、靠近、正对的平行金属板，带等量异种电荷时，它们之间的电场除边缘附近外就是匀强电场。

1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)试探电荷不产生电场。

(×)

(2)电场强度的方向与试探电荷所受电场力的方向可能相同，也可能相反。

(√) (3)以点电荷为球心的球面上各点电场强度处处相同。 (×) (4)公式E ＝F q 与E ＝k Q r

2中q 与Q 含义不同。

(√) (5)在相邻的两条电场线之间没画电场线的地方有电场。 (√)

2．(多选)关于电场，下列说法中正确的是( ) A ．只要有电荷存在，电荷周围就一定存在着电场

B ．电场是一种物质，它与其他物质一样，不依赖我们的感觉而客观存在

C ．电荷间的相互作用是通过电场产生的，电场最基本的性质是对放在其中的电荷有力的

作用

D ．电场只能存在于真空中和空气中，不可能存在于物体中

ABC [电荷周围存在着电场，电场对电荷有力的作用，电荷之间的相互作用就是通过电场而产生的，A 、C 正确；电场是一种特殊的物质，在真空中、导体中都能存在，B 正确，D 错误。]

3．真空中，A 、B 两点与点电荷Q 的距离分别为r 和3r ，则A 、B 两点的电场强度大小之比为( )

A ．3∶1

B ．1∶3

C ．9∶1

D ．1∶9

C [由库仑定律F ＝k

q 1q 2r 2和电场强度公式E ＝F q

可知，点电荷在某点产生电场的电场强度E ＝k Q

r

2，电场强度大小与该点到场源电荷的距离的二次方成反比，则E A ∶E B ＝r 2

B ∶r 2

A ＝9∶1，故选项C 正确。]

电场强度的理解和计算

(1)唯一性：电场中某点的电场强度E 是唯一的，是由电场本身的特性(形成电场的电荷及空间位置)决定的，与是否放入试探电荷、放入电荷的电性、电荷量的多少均无关。电场中不同的地方，电场强度一般是不同的。

(2)矢量性：电场强度描述了电场的强弱，是矢量，其方向与在该点的正电荷所受电场力的方向相同，与在该点的负电荷所受电场力的方向相反。

2．E ＝F q 与E ＝k Q r

2的比较

公式 E ＝F q

E ＝k Q r

2

本质区别 定义式 决定式 适用范围

一切电场

真空中点电荷的电场

Q 或q 的意义

q 表示引入电场的检验(试探)电荷的电荷量

Q 表示产生电场的点电荷(场源电

荷)的电荷量

关系

E 用

F 与q 的比值来表示，但E 的大

小与F 、q 的大小无关

E 不仅用Q 、r 来表示，且E ∝Q ，E

∝1

r

2

－9

电荷，直线MN 通过O 点，O 、M 的距离r ＝30 cm ，M 点放一个电荷量q

＝－1.0×10－10

C 的试探电荷，如图所示。(静电力常量k ＝9.0×109

N ·m 2

/C 2

)

(1)求试探电荷在M 点受到的作用力；