1、第5章电场 5.1电场与电场强度 5.1.1点电荷 图5-1所示为用丝绸摩擦过的玻璃棒吸引起了纸屑。图5-1 5.1电场与电场强度 5.1.1点电荷 自然界中只存在两种电荷，即正电荷和负电荷。用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷，用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，如图5-2所示。图5-25.1电场与电场强度 5.1.1点电荷 电荷的多少称为电荷量，常用Q或q表示，它在国际单位制中的单位是库仑，简称库（C）。科学家经过研究发现，自然界中存在的最小电荷是电子和质子所带的电荷。我们把这个最小的电荷称为元电荷，元电荷的电荷量用e表示，e=1.610-19 C。5.1电场与电场强
2、度 5.1.1点电荷 如果带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状和大小对电荷间相互作用力的影响可以忽略不计，这样的带电体就可以看作点电荷。点电荷类似于力学中的质点，也是一种理想化的物理模型。5.1电场与电场强度 5.1.2库仑定律 法国物理学家库仑（17361806）在前人工作的基础上通过实验研究提出：真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力F与它们的电荷量q1、q2的乘积成正比，与它们之间的距离r的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。这个规律称为库仑定律，用公式表达为:式中的k为比例系数，称为静电力常量，实验测得k=9.0109 Nm2/C2。5.1电场与电场强度 5.1.
3、3电场强度 电荷之间的相互作用是通过电场发生的。电场是一种存在于电荷周围的看不见、摸不着的特殊物质。只要电荷存在，电荷的周围就存在着电场。电场的基本性质是它对放入其中的电荷有力的作用，这种力称为电场力。5.1电场与电场强度 5.1.3电场强度 在电场中的不同位置，电场的强弱程度不同。为了检测电场的强弱，我们引入一个电荷量足够小的电荷检验电荷。把电荷量为q的检验电荷放在电场中的某一点，检验电荷q会受到电场力F的作用。5.1电场与电场强度 5.1.3电场强度 放入电场中某点的电荷所受到的电场力F与它的电荷量q的比值，称为该点的电场强度，用E表示，即:电场强度的单位是牛/库（N/C），即如果电荷量为
4、1 C的电荷在电场中的某点受到的电场力是1 N，这一点的电场强度就是1 N/C。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电场力的方向相同。5.1电场与电场强度 5.1.3电场强度 例5-1：在电场中的某一点放入电荷量为5.010-9 C的检验电荷，其受到的电场力为3.010-4 N，这一点的电场强度是多少？如果改用电荷量为6.010-9 C的检验电荷放在该点，受到的电场力是多少？分析：电场强度是电场本身的一种性质，与检验电荷的电荷量的大小无关。因此，这一点的电场强度是一个固定值。在电场中同一点放入不同的检验电荷，其受到的电场力不同。5.1电场与电场强度 5.
5、1.3电场强度 解:由电场强度的定义可得电荷量为5.010-9 C的检验电荷处的电场强度的值为:电荷量为6.010-9 C的检验电荷放在该点，受到的电场力的值为:5.1电场与电场强度 5.1.4电场线 电场线是为了形象地描述电场强度的分布，人为地在电场中引入的一些曲线（实际是不存在的）。曲线上每一点的切线方向即为该点的电场强度方向（见图5-3），曲线的疏密程度表示该处电场强度的强弱。图5-35.1电场与电场强度 5.1.4电场线 （1）点电荷的电场线分布。正电荷的电场线从正电荷出发延伸到无限远，负电荷的电场线从无限远处延伸到负电荷，如图5-4所示。图5-41.几种常见的电场线分布 5.1电场与
6、电场强度 5.1.4电场线 （2）两个等量点电荷的电场线分布。等量异种电荷的电场线从正电荷出发到负电荷终止；等量同种电荷的电场线从正电荷出发延伸到无限远，或从无限远延伸到负电荷，如图5-5所示。图5-51.几种常见的电场线分布 5.1电场与电场强度 5.1.4电场线 （3）点电荷与带电平板之间的电场线分布，如图5-6所示。图5-61.几种常见的电场线分布 5.1电场与电场强度 5.1.4电场线 在电场的某一区域中，如果各点的电场强度大小和方向都相同，这个区域的电场就称为匀强电场。匀强电场的电场线是疏密均匀、互相平行的直线，如图5-7所示。图5-72.匀强电场 5.1电场与电场强度 1.在下列各
7、电场中，A、B两点电场强度相同的是（）。A练习5.1ABCD5.1电场与电场强度 练习5.12.下列关于电场线的说法不正确的是（）。A.沿着电场线的方向电场强度越来越弱B.电场线是始于正电荷或无穷远，止于负电荷或无穷远C.在没有电荷的地方，任何两条电场线都不会相交D.电场线是人们假设的，用以形象表示电场的强弱和方向，客观上并不存在5.1电场与电场强度 3图5-8所示是某区域电场的电场线分布，A、B、C是电场中的三个点。（1）哪一点的电场最强？（2）画出各点的电场强度的方向。（3）把负电荷分别放在这三点，画出它们在这三点所受电场力的方向。练习5.1 图5-85.2电势与电势差 5.2.1电势能
8、如图5-9所示，用丝线将一带正电的小球q悬挂在A处，当再将一正电荷Q放在小球q附近时，在正电荷Q的电场作用下，小球q会从位置A偏移到位置B，即小球克服重力做了功。原来在A点的小球由于处在电场中而具有做功的本领，表明它具有能量。图5-95.2电势与电势差 5.2.1电势能 电场中的电荷由于受到电场力的作用而具有的能量称为电荷的电势能。电势能是标量，常用符号Ep表示，在国际单位制中的单位是焦（J）。电势能与重力势能一样，具有相对意义。只有选择了参考位置后才能确定电势能数值，一般规定电荷在无穷远处的电势能为零。5.2电势与电势差 5.2.1电势能 重力对物体做正功，物体的重力势能减少；重力对物体做负
9、功，物体的重力势能增加，重力对物体做功的多少等于物体重力势能的变化量。同样，电场力对电荷做正功，电荷的势能减少；电场力对电荷做负功，电荷的势能增加，电场力对电荷做多少功，电荷的势能就改变多少。5.2电势与电势差 5.2.1电势能 精选例题 例5-2:在某非匀强静电场中，把一个电荷量为q=2.010-5C的负电荷由M点移到N点，电场力做功为6.010-4J；由N点移动到P点，电场力做功为-1.010-3J。求：（1）电荷从M点到P点间的电势能如何变化？变化了多少？（2）若第二次也把电荷从M点移动到P点，但不再经过N点，非静电力做功比第一次增加了1.010-3J，那么这一次电荷的电势能变化了多少？
10、5.2电势与电势差 5.2.1电势能 精选例题 解:（1）从M点到P点，电场力所做的总功为WMP=WMNWNP=6.010-4-1.010-3=-4.010-4（J）电场力做负功，电荷的电势能增加，增加量等于克服电场力所做的功，即4.010-4 J。（2）在任意静电场中，电场力做功只与电荷的初末位置有关，与移动电荷所经过的路径无关，也与其他非静电力做不做功、做功多少无关，所以第二次尽管不再经过N点，非静电力做功也不同，但在点M、P间移动电荷的做功总量不变，电势能的变化相同，所以仍是电势能增加了4.010-4 J。5.2电势与电势差 5.2.2电势 人们为了能够直观地比较电荷在电场中的电势能的大
11、小，把放在电场中某一点的电荷所具有的电势能 Ep与电荷量q的比值称为这一点的电势，一般用符号来表示，即:电势是标量，它在国际单位制中的单位是伏（V）。5.2电势与电势差 5.2.2电势 电场中的电势与地球上的高度一样，都是相对的。要确定某一点的电势，首先要选择一个零电势点。零电势点的选取可以是任意的。实践中，常选取大地或仪器的公共地线的电势为零。电场中电势的高低也可以根据电场线的方向来判断，即沿着电场线的方向，电势越来越低。5.2电势与电势差 5.2.3电势差 电场中任意两点的电势之差称为这两点的电势差，即电路中常用的电压，用符号U表示。设电场中A、B两点的电势分别为A和B，则这两点间的电势差
12、为:UAB=A-B 显然，UAB=-UBA。电势差也是标量，在国际单位制中的单位是伏（V）。1.电势差的含义 5.2电势与电势差 5.2.3电势差 电势差可以是正值，也可以是负值。例如，若A点电势比B点高，则UAB为正值，UBA为负值。电场中某点电势的大小与零电势点的选取有关，其值是相对的；而任意两点间的电势差却与零电势点的选取无关，是绝对的。1.电势差的含义 5.2电势与电势差 5.2.3电势差 精选例题 例5-3：如果把q=1.010-8 C的电荷从无穷远移到电场中的A点，需要克服电场力做功W=1.210-4 J，若选无穷远处电势为零，求下列各题。（1）q在A点的电势能和A点的电势各是多少
13、？（2）q未移入电场前A点的电势是多少？5.2电势与电势差 5.2.3电势差 精选例题解：（1）电场力做负功，电荷的电势能增加，增加量等于克服电场力做的功，即 因Ep=0，所以EpA=W=1.210-4（J）因此A点的电势为 （2）A点的电势是由电场本身决定的，与A点是否有电荷存在无关，所以q移入电场前，A点电势仍为1.2104V。5.2电势与电势差 5.2.3电势差 电势差与电场强度是有联系的。在匀强电场中，沿电场强度方向的两点间的电势差等于电场强度与这两点的距离的乘积。如图5-10所示，在某一匀强电场中，A、B两点间的电势差为UAB，距离为d，电场强度为E，则:2.电势差与电场强度的关系
14、图5-105.2电势与电势差 5.2.3电势差 例5-4：如图5-11所示，两块平行的金属板A、B相距3.0 cm，用60V的直流电源使两板分别带电，两板之间的匀强电场的电场强度为多大？方向如何？图5-11精选例题5.2电势与电势差 5.2.3电势差 解：由匀强电场中电场强度和电势差的关系式得：由于A板接电源正极，所以电场强度的方向是由A板指向B板。精选例题练习5.2 1图5-12所示是一个负电荷的电场，A、B为电场中的两点。试判断：（1）A、B两点哪点电势高？（2）正电荷在哪点电势能较大？（3）负电荷在哪点电势能较大？5.2电势与电势差 图5-12练习5.2 2在如图5-13所示的匀强电场中，如果A板接地，M、N两点中，哪一点的电势高？是正值还是负值？如果B板接地，M、N两点中，哪一点的电势高？是正值还是负值？（取大地的电势为零，与大地相连的导体的电势也为零。）5.2电势与电势差 图5-13 谢谢大家
