1、9.3 电场电场 电场强度电场强度 通过起电机使人体带电，人的头发会竖起散开。为什么会出现这通过起电机使人体带电，人的头发会竖起散开。为什么会出现这样的现象？你会解释产生这一现象的原因吗？样的现象？你会解释产生这一现象的原因吗？一、电场一、电场 19 世纪世纪 30 年代，英国科学家法拉第提出一种观点，认为在电荷的年代，英国科学家法拉第提出一种观点，认为在电荷的周围存在着由它产生的电场周围存在着由它产生的电场 （electric field）。电场是看不见、摸）。电场是看不见、摸不着的，但人们却可以根据它所表现出来的性质来认识它，研究它。处不着的，但人们却可以根据它所表现出来的性质来认识它，研
2、究它。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。例如，电荷在电场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场给予的。例如，电荷A对电荷对电荷B的作用力，就是电荷的作用力，就是电荷A的电场对电荷的电场对电荷B的作用；电荷的作用；电荷B对电荷对电荷A的作用力，就是电荷的作用力，就是电荷B的电场对电荷的电场对电荷A 的作用（图的作用（图9.3-1）。）。 物理学的理论和实验证实并发展了法拉第的观点。电场以及磁场已被物理学的理论和实验证实并发展了法拉第的观点。电场以及磁场已被证明是一种客观存在。场像分子、原子等实物粒子一样具有能量，因而场证明是一种客观存在。场像分子、原子等实物粒子一样具有能量，因而
3、场也是物质存在的一种形式。应该指出，只有在研究运动的电荷，特别是运也是物质存在的一种形式。应该指出，只有在研究运动的电荷，特别是运动状态迅速变化的电荷时，上述场的物质性才突显出来。本章只讨论静止动状态迅速变化的电荷时，上述场的物质性才突显出来。本章只讨论静止电荷产生的电场，叫作静电场（电荷产生的电场，叫作静电场（electrostatic field）。）。二、电场强度二、电场强度 电场是在与电荷的相互作用中表现出自己的特性的。因此，在研究电场是在与电荷的相互作用中表现出自己的特性的。因此，在研究电场的性质时，应该将电荷放入电场中，从电荷所受的静电力入手。这电场的性质时，应该将电荷放入电场中，
4、从电荷所受的静电力入手。这个电荷应该是电荷量和体积都很小的点电荷。电荷量很小，是为了使它个电荷应该是电荷量和体积都很小的点电荷。电荷量很小，是为了使它放入后不影响原来要研究的电场。体积很小，是为了便于用它来研究电放入后不影响原来要研究的电场。体积很小，是为了便于用它来研究电场各点的性质。这样的电荷常常叫作试探电荷。激发电场的带电体所带场各点的性质。这样的电荷常常叫作试探电荷。激发电场的带电体所带的电荷叫作场源电荷，或源电荷。的电荷叫作场源电荷，或源电荷。 如果把一个很小的电荷如果把一个很小的电荷 q1 选为试探电荷，它在电场中某个位置受到选为试探电荷，它在电场中某个位置受到的静电力是的静电力是
5、F1 ，另一个同样的电荷在同一位置受到的静电力一定也是，另一个同样的电荷在同一位置受到的静电力一定也是F 1 ；我们可以推测，假如有一个电荷量为；我们可以推测，假如有一个电荷量为 2q1 的电荷放在这里，它受到的电荷放在这里，它受到的静电力就是的静电力就是 2F1 。依此类推，电荷量为。依此类推，电荷量为 3q1 的电荷放在这里，受到的的电荷放在这里，受到的静电力是静电力是3F1 也就是说，我们推测试探电荷在电场中某点受到的静也就是说，我们推测试探电荷在电场中某点受到的静电力电力F 与试探电荷的电荷量与试探电荷的电荷量q 成正比。或者说，试探电荷在电场中某点成正比。或者说，试探电荷在电场中某点
6、受到的静电力受到的静电力F 与试探电荷的电荷量与试探电荷的电荷量q 之比是一个常量。之比是一个常量。 实验表明，无论是点电荷的电场还是其他电场，在电场的不同位置，试实验表明，无论是点电荷的电场还是其他电场，在电场的不同位置，试探电荷所受的静电力与它的电荷量之比一般说来是不一样的。它反映了电探电荷所受的静电力与它的电荷量之比一般说来是不一样的。它反映了电场在各点的性质，叫作电场强度（场在各点的性质，叫作电场强度（electric field strength）。电场强度常）。电场强度常用用E来表示，根据分析可以知道来表示，根据分析可以知道按照上式，电场强度的单位应是牛每库，符号为按照上式，电场强
7、度的单位应是牛每库，符号为 N/C。如果。如果1 C的电荷在电的电荷在电场中的某点受到的静电力是场中的某点受到的静电力是1 N，那么该点的电场强度就是，那么该点的电场强度就是1 N/C，即，即 电场强度是矢量。物理学中规定，电场中某点的电场强度的方向与正电场强度是矢量。物理学中规定，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。按照这个规定，负电荷在电场中某电荷在该点所受的静电力的方向相同。按照这个规定，负电荷在电场中某点所受静电力的方向与该点电场强度的方向相反。点所受静电力的方向与该点电场强度的方向相反。三、点电荷的电场三、点电荷的电场电场强度的叠加电场强度的叠加（一）点电
8、荷的电场（一）点电荷的电场（一）点电荷的电场（一）点电荷的电场（一）对电场强度的理解（一）对电场强度的理解 1、唯一性：电场中某点的电场强度、唯一性：电场中某点的电场强度E是唯一的，是由电场本身的特是唯一的，是由电场本身的特性性(形成电场的电荷及空间位置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。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、矢量性：电场强度描述了电场的强弱，是矢量，其方向与
9、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。向相反。（二）电场强度的叠加（二）电场强度的叠加 我们知道，两个或两个以上的点电荷对某一个点电荷的静电力，等我们知道，两个或两个以上的点电荷对某一个点电荷的静电力，等于各点电荷单独对这个点电荷的静电力的矢量和。由此可以推理，如果于各点电荷单独对这个点电荷的静电力的矢量和。由此可以推理，如果场源是多个点电荷，则电场中某点的电场强度等于各个点电荷单独在该场源是多个点电荷，则电场中某点的电场强度等于各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。例如，图点产生的电场强度的
10、矢量和。例如，图9.3-4中中P点的电场强度点的电场强度E，等于，等于点电荷点电荷Q 1 在该点产生的电场强度在该点产生的电场强度E 1 与点电荷与点电荷Q 2 （为负电荷）在该点（为负电荷）在该点产生的电场强度产生的电场强度E 2 的矢量和。的矢量和。四、电场线四、电场线 除了用数学公式描述电场外，形象地了解和描述电场中各点电场强度除了用数学公式描述电场外，形象地了解和描述电场中各点电场强度的大小和方向也很重要。法拉第采用了一个简洁的方法来描述电场，那就的大小和方向也很重要。法拉第采用了一个简洁的方法来描述电场，那就是画电场线（是画电场线（electric fieldline）。电场线是画在
11、电场中的一条条有方向）。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（图的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向（图9.3-6）。）。在同一幅图中，电场强度较大的地方电场线较密，电场强度较小的地方电在同一幅图中，电场强度较大的地方电场线较密，电场强度较小的地方电场线较疏，因此在同一幅图中可以用电场线的疏密来比较各点电场强度的场线较疏，因此在同一幅图中可以用电场线的疏密来比较各点电场强度的大小。大小。（1）电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷；）电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷；（2）同一电场的电场线在电场中不相交，这是
12、因为在电场中任意一点）同一电场的电场线在电场中不相交，这是因为在电场中任意一点的电场强度不可能有两个方向。的电场强度不可能有两个方向。1电场线：为了形象描述电场而假想的一条条有方向的曲线曲线上每电场线：为了形象描述电场而假想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的方向点的切线方向表示该点的电场强度的方向2静电场电场线的特点静电场电场线的特点(1)电场线从正电荷或无穷远出发，终止于无穷远或负电荷电场线从正电荷或无穷远出发，终止于无穷远或负电荷.(2)电场线在电场中既不相交，也不相切电场线在电场中既不相交，也不相切(3)电场强度较大的地方，电场线较密；电场强度较小的地方，电场线
13、较电场强度较大的地方，电场线较密；电场强度较小的地方，电场线较疏疏.(4)电场线上任一点顺着电场线的切线方向，就表示该点电场强度的方电场线上任一点顺着电场线的切线方向，就表示该点电场强度的方向向(5)电场线不是实际存在的曲线，是为了形象描述电场而假想的电场线不是实际存在的曲线，是为了形象描述电场而假想的（一）对电场线的理解（一）对电场线的理解五、匀强电场 如果电场中各点的电场强度的大小相等、方向相同，这个电场就叫如果电场中各点的电场强度的大小相等、方向相同，这个电场就叫作匀强电场。由于方向相同，匀强电场中的电场线应该是平行的；又由作匀强电场。由于方向相同，匀强电场中的电场线应该是平行的；又由于电场强度大小相等，电场线的疏密程度应该是相同的。所以，匀强电于电场强度大小相等，电场线的疏密程度应该是相同的。所以，匀强电场的电场线可以用间隔相等的平行线来表示。例如，相距很近的一对带场的电场线可以用间隔相等的平行线来表示。例如，相距很近的一对带等量异种电荷的平行金属板（图等量异种电荷的平行金属板（图9.3-10），它们之间的电场除边缘外，），它们之间的电场除边缘外，可以看作匀强电场。可以看作匀强电场。课堂练习课堂练习
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