2.1电场强度、电场叠加(一)

问题1 电荷之间的相互作用力是如何发生的？ 问题 电荷之间的相互作用力是如何发生的？
19世纪 年代，法拉第提出：在电荷的周围存在着由它产生 世纪30年代 法拉第提出： 世纪 年代， 电场， 的电场，处在电场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场给 予的。 予的。
A F1
媒介物 电场
F2
B
电场以及磁场已被证明是一种客观存在，并且是互相联系的， 电场以及磁场已被证明是一种客观存在，并且是互相联系的， 统称为电磁场 电磁场。 统称为电磁场。 本章只讨论静止电荷产生的电场，称为静电场。 本章只讨论静止电荷产生的电场，称为静电场。 静电场
本节要求：
问题1 电荷之间的相互作用力是如何发生的？ 问题 电荷之间的相互作用力是如何发生的？ 问题2 怎样来描述电场的强弱呢？ 问题 怎样来描述电场的强弱呢？ 问题3 点电荷的场强如何？ 问题 点电荷的场强如何？ 问题4 如何求合电场场强？ 问题 如何求合电场场强？
复习引入
点电荷： 点电荷： 形状和大小可忽略的带电体 库仑定律 ：真空中两个点电荷之间相互作用 真空中两个点电荷之间相互作用 中两个点电荷
F
F
2.场强方向： 正点电荷电场方向背离电荷 场强方向： 点电荷电场方向背离 场强方向 背离电荷
点电荷电场方向指向 指向电荷中心 负点电荷电场方向指向电荷中心
例、一点电荷Q=2.0×10-8C，在距 一点电荷Q=2.0 Q=2.0×
此点电荷30cm处 此点电荷30cm处，该点电荷产生的 30cm 电场的场强是多少？ 电场的场强是多少？
电场中任何一点的总场强等于各个点电荷在该点各自 产生的场强的矢量和 这就是场强叠加原理 矢量和。 场强叠加原理。 产生的场强的矢量和。这就是场强叠加原理。
题例分析
如图所示， 例：如图所示，真空中有两个点电荷 Q1 =+3.0×10-8C和Q2 =-3.0×10-8C，它 × 和 × ， 们相距0.1m， A点与两个点电荷的距 们相距 ， 点与两个点电荷的距 相等， 离r相等，r=0.1m 。求： 相等 （1）电场中 点的场强。 点的场强。 ）电场中A点的场强 点放入q=-1 × 10-6C （2）在A点放入 ） 点放入 求它所受的电场力。 求它所受的电场力。
合场强大小为 合场强大小为:E合= E1= E2 大小
kQ = r2
代入数据得E=2.7× 代入数据得E=2.7×104v/m E=2.7
例题分析
解:(2) A点处q所受的电场力: 点处q所受的电场力:
F=E×q=2.7 × 104 ×1 × 10-6 × =2.7 ×10-2 (N)
Q1
E1 A
物理学中规定， 物理学中规定，电场中某点的电场强度的方向跟正电荷在该点 所受的静电力的方向相同． 所受的静电力的方向相同．
+Q
F E
E
+q
F
-Q
+q
•根据规定：负电荷在电场中某点受到的电场力的方向跟该 根据规定：负电荷在电场中某点受到的电场力的方向跟该 根据规定 点的场强方向相反 相反。 点的场强方向相反。 F
如果B点未放试探电荷， 如果B点未放试探电荷，则B点的场强 大小为多少？方向呢？ 大小为多少？方向呢？
b
M +Q a N +Q M +Q c
d
N -Q
1、画出a、b、c、d四点的场强方向 、画出 、 、 、 四点的场强方向 2、比较Ea与Eb的大小 、比较 比较E 比较 c与Ed的大小
电场力 物理意义 电荷在电场中所受的力 决定因素 由电场和电荷共同决定 大小 方向 单位
Q1 A E合 E2 Q2 E1
例题分析
解:(1)设Q1和Q2在A点的电场强
度分别为E 方向如图。 度分别为E1、E2，方向如图。 据平行四边形定则， 合在E 据平行四边形定则，E合在E1和 夹角的平分线上，且与Q E2夹角的平分线上，且与Q1与Q2 连线平行。 连线平行。
A
E1 E合 E2 Q1 Q2
猜想：能否用电场力的大小表示电场的强弱？ 猜想：能否用电场力的大小表示电场的强弱？
不同的电荷在电场中同一点所受的电 场力 不同,但电场中同一点的电场是一定的 但电场中同一点的电场是一定的, 不同 但电场中同一点的电场是一定的 因此不 能用电场力的大小来表示电场的强弱
电荷q在距 较 电荷 在距Q较 在距 远的B点 远的 点，受到 的电场力小. 的电场力小
先求出点 电荷在点 产生的场 强 再求出点 电荷在点 产生的场 强
P点的场强，等于＋Q1在该点产生的场强E1 点的场强，等于＋ 在该点产生的场强E 在该点产生的场强E 的矢量和． 和Q2在该点产生的场强E2的矢量和．
电场强度的叠加原理
A E1 E E2
Q1 -Q2
研究方法： 研究方法：将试探 电荷放入两个点电 荷产生的电场中。 荷产生的电场中。
电荷q在距 较 电荷 在距Q较 在距 近的A点 近的A点，受到 的电场力大. 的电场力大
同一试探电荷q在电场中的不同点 同一试探电荷q 受到的电场力的大小是否相同? 受到的电场力的大小是否相同?
实验发现： 实验发现： 1.电场中的同一点 不同电荷所受力不同， 电场中的同一点， 1.电场中的同一点，不同电荷所受力不同， 比值F/q是一定的。 F/q是一定的 比值F/q是一定的。 2.电场中不同的点 同一电荷所受力也不同， 电场中不同的点， 2.电场中不同的点，同一电荷所受力也不同， 比值F/q一般是不同的。 F/q一般是不同的 比值F/q一般是不同的。 结论:F/q 结论 F/q 能反映电场中某点电场力的性 电场的强弱。 质——电场的强弱。 电场的强弱
电场
• 1. 电场是电荷周围客观存在的一种特殊物 质
F A B
• 2. 电场对放入其中的电荷有力的作用。这种 力叫做电场力。
请用场的观点来说明电荷A 请用场的观点来说明电荷A和B间的相互作用 电荷A和 间是通过电场实现相互作用的 电荷 和B间是通过电场实现相互作用的
F A B
Fபைடு நூலகம்
一.电场 电场
1、任何带电体 任何带电体的周围都存在着电场 电场。 任何带电体 都存在着电场 定义： 电场是看不见摸不着, 2、定义： 电场是看不见摸不着,但 电场是客观存在的， 电场是客观存在的，是一种特殊物质 形态。 形态。 3.基本性质： 3.基本性质：电场对放入其中的电 基本性质 荷有力的作用----电场力。 ----电场力 荷有力的作用----电场力。
F=qE 正电荷受力与E相同 负电荷受力与E相反 N
电场强度
反映电场力的属性 仅有电场自身决定 E=F/q 规定E的方向为正电荷在 该点的受力方向 N/C
问题3 问题3
的场强如何？ 点电荷的场强如何？
Q q F =k 2 r F E= q
点电荷是最简单的场源电荷，它激发的电场有什么特点呢？ 点电荷是最简单的场源电荷，它激发的电场有什么特点呢？
的电力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟 的电力，跟它们的电荷量的乘积成正比， 它们的距离的二次方成反比， 它们的距离的二次方成反比，作用力的方向 在它们的连线上。 在它们的连线上。
kq1q2 库仑定律公式： 库仑定律公式： F = 2 r
引入
脚踢球，脚对球的力 直接作用在球上
汽车拉拖车， 汽车对拖车的拉力 是通过绳子作用的。
电场对电荷有力的作用，怎样描述这种作用呢？ 电场对电荷有力的作用，怎样描述这种作用呢？
场源电荷： 场源电荷： 产生电场的 电荷
＋q
FA
＋q
＋Q FB
试探电荷（或 称为检验电荷）
电场强度 电场的基本性质：对放入其中的电荷有力的作用。 电场的基本性质：对放入其中的电荷有力的作用。
电场的强弱是 与位置有关的。 与位置有关的。
Q
+
r
q
Q E =k 2 r
式中Q是场源电荷大小 式中 是场源电荷大小 如果以Q为中心作一个球面， 如果以 为中心作一个球面，则球面上各点的电场强度大小相 为中心作一个球面 等。
三.点电荷电场强度 点电荷电场强度
kQ 1.点电荷场强大小：E= r 2 点电荷场强大小： 点电荷场强大小 注意：Q 场源电荷 r 到场源电荷的距离
可以用矢量运算的平行四边形定则 可以用矢量运算的平行四边形定则 求合电场场强。 求合电场场强。
四.电场的叠加 电场的叠加
电场叠加原理：合电场E 电场叠加原理：合电场E合是E1、E2为邻 边的平行四边形的对角线。 边的平行四边形的对角线。
如空间中有几个点电荷同时存在， 电场的叠加原理 此时各点的场强是怎样的呢？
1.设：试探电荷的电荷量q=+5.0×10-9C，测得它在 设 试探电荷的电荷量 × ， 电场中的A点受到的电场力为 点受到的电场力为F=3.0×10-4N， ， 电场中的 点受到的电场力为 × 点的场强是多大？ 求：A点的场强是多大？ 点的场强是多大
解：E=F/q=3.0×10-4/5.0×10-9=6.0×104C × × ×
场强方向：水平向左 场强方向：
如果改用电荷量为q=+6.0× 的试探电荷， 如果改用电荷量为q=+6.0×10-9C的试探电荷，来确 q=+6.0 定该点的场强，场强会不会改变？ 定该点的场强，场强会不会改变？
2.设：试探电荷的电荷量q=+5.0×10-8C，测得它 设 试探电荷的电荷量 × ， 在电场中的B点受到的电场力为 点受到的电场力为F=2.0×10-3N， 在电场中的 点受到的电场力为 × ， 点的场强是多大？ 求：B点的场强是多大？ 点的场强是多大 解：E=F/q=2.0×10-3/5.0×10-8=4.0×104(N/C) × × × 场强的方向： 场强的方向：水平向左
实验中的带电小球是用来检验电场是否存在及其强弱分布情 电荷量和尺寸充分小 况的，称为试探电荷 试探电荷， 况的，称为试探电荷，或检验电荷 被检验的电场是电荷O所激发的，所有电荷 称为场源电荷， 称为场源电荷 被检验的电场是电荷 所激发的，所有电荷O称为场源电荷， 所激发的 源电荷。 或源电荷。
问题2 怎样来描述电场的强弱呢？ 问题 怎样来描述电场的强弱呢？
• 学习目标
• 1．知道电荷间的相互作用是通过电场发生的， 知道电场是客观存在的一种特殊物质形态． • 2．理解电场强度的概念及其定义式，会根据 电场强度的定义式进行有关的计算，知道电 场强度是矢量，知道电场强度的方向是怎样 规定的． • 3．能根据库仑定律和电场强度的定义式推导 点电荷场强的计算式，并能用此公式进行有 关的计算． • 4．知道电场的叠加原理，并应用这个原理进 行简单的计算．
电场强度 二.电场强度(E) 电场
1.定义：放入电场中某点的试探电荷q所受的电 定义： 定义
比值， 场力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强 度。
2.定义式： 2.定义式： E 定义式
F = q
3.单位 牛/库(N/C)或伏/米(V/m) 物理意义？ 单位:牛 (N/C)或 物理意义？ 单位
4.场强的矢量性： 场强的矢量性： 场强的矢量性
E2
E合
Q2
F的方向沿E合的反 的方向沿E 方向
点电荷的电场
1、电场强度的定义式为E=F/q，则 、电场强度的定义式为 ， A、它只适用于点电荷产生的电场 、
物体之间的相互作用，有的需要通过接触挤压；有的则不需要。 物体之间的相互作用，有的需要通过接触挤压；有的则不需要。
例如： 例如： •接触力 弹力和摩擦力等 接触力:弹力和摩擦力等 接触力 •非接触力 万有引力（重力）,磁力，库仑力等 非接触力:万有引力 重力） 磁力 磁力， 非接触力 万有引力（
磁力的传递是通过磁 场，万有引力的传递是 通过万有引力场。 通过万有引力场。
F Q E= 的区别： 和 E = k r 2 的区别 q
适用范围 电荷的意义 q是检验电荷， 是检验电荷， 但E与q无关
F E= q
定义式， 定义式， 适用于一切电场
Q E=k 2 r
仅对点电荷的 电场适用
Q是场源电荷， 是场源电荷， E与Q成正比
问题4 如何求合电场场强？ 问题4 如何求合电场场强？ 结论： 结论：
+Q
E
-q
E F
-Q
-q
5.理解：
F 为定义式，适用 一切电场。 适用于一切电场 （1）E = 为定义式 适用 一切电场 ） q 电场强度是反映电场强弱和方向 强弱和方向的物 （2）电场强度是反映电场强弱和方向的物 量。
（3）由电场本身的性质决定，与试探电荷 电场本身的性质决定， 决定 的正负、 的正负、电荷量的大小及受到的电场力都 无关。 无关。 电场力： 决定式） （4）电场力：F= q E （决定式）