1、第第3节节 电场电场 电电场强度场强度通过实验探究和定量分析，了解电场强度，体会用物理量之比定义新物理量的方法。核心核心素养素养物理观念物理观念科学思维科学思维科学探究科学探究1.知道电场是客观存知道电场是客观存在的一种特殊物质。在的一种特殊物质。2.掌握电场强度的概掌握电场强度的概念、公式、矢量性念、公式、矢量性及方向的规定。及方向的规定。3.知道电场线，熟记知道电场线，熟记几种常见电场的电几种常见电场的电场线。场线。1.领悟比值定义法定领悟比值定义法定义物理量的特点。义物理量的特点。2.能根据库仑定律和能根据库仑定律和电场强度的定义式推电场强度的定义式推导点电荷场强的计算导点电荷场强的计算
2、式，并能进行有关的式，并能进行有关的计算。计算。3.在进行场强叠加等在进行场强叠加等计算时培养综合分析计算时培养综合分析能力和知识的迁移能能力和知识的迁移能力。力。通过实验通过实验探究和定探究和定量分析，量分析，了解电场了解电场强度，体强度，体会用物理会用物理量之比定量之比定义新物理义新物理量的方法。量的方法。知识点一电场知识点一电场观图助学观图助学(1)如图甲所示，如图甲所示，F1和和F2为电荷为电荷q1和和q2间的相互作用的库间的相互作用的库仑力，那么仑力，那么F1和和F2各是怎样产生的？各是怎样产生的？(2)弹力和摩擦力都是在两个物体互相接触的情况下产弹力和摩擦力都是在两个物体互相接触的
3、情况下产生的。而两个带电体没有接触，就可以发生静电力的作生的。而两个带电体没有接触，就可以发生静电力的作用。如图乙所示，带电橡胶棒与水流没有接触，就可以用。如图乙所示，带电橡胶棒与水流没有接触，就可以发生静电力的作用。那么，它们之间的相互作用是通过发生静电力的作用。那么，它们之间的相互作用是通过什么发生的？什么发生的？甲甲乙乙1.电场电场_的周围存在着由它产生的电场。电荷之间的相互作用是通过的周围存在着由它产生的电场。电荷之间的相互作用是通过_产产生的。生的。2.电场的基本性质电场的基本性质电场对放入其中的电荷有电场对放入其中的电荷有_的作用。的作用。3.静电场静电场由由_的电荷产生的电场，叫
4、作静电场。的电荷产生的电场，叫作静电场。电荷电荷电场电场力力静止静止思考判断思考判断(1)电场看不见，摸不着，因此电场实际不存在。电场看不见，摸不着，因此电场实际不存在。()(2)电场是一种特殊物质，并非由分子、原子组成，但客观存在。电场是一种特殊物质，并非由分子、原子组成，但客观存在。()(3)电荷间的相互作用是通过电场发生的。电荷间的相互作用是通过电场发生的。()观图助学观图助学观察观察下下图，连接小球的细绳与竖直方向的夹角不同，离电荷图，连接小球的细绳与竖直方向的夹角不同，离电荷Q越远，夹角越小，这越远，夹角越小，这说明了什么问题？猜想：电场的强弱与哪些因素有关呢？说明了什么问题？猜想：
5、电场的强弱与哪些因素有关呢？知识点二电场强度知识点二电场强度1.试探电荷与场源电荷试探电荷与场源电荷(1)试探电荷：如上图所示，带电小球试探电荷：如上图所示，带电小球q是用来检验电场是否存在及其强弱分布情是用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的，称为况的，称为_，或，或_。(2)场源电荷：被检验的电场是电荷场源电荷：被检验的电场是电荷Q所所_的，电荷的，电荷Q称为称为_，或或_。2.电场强度电场强度(1)定义：放入电场中某点的电荷所受的定义：放入电场中某点的电荷所受的_跟它的跟它的_的的比值，叫作该点的电场强度。比值，叫作该点的电场强度。试探电荷试探电荷检验电荷检验电荷激发激发场源电荷场源电荷
6、源电荷源电荷静电力静电力F电荷量电荷量q(3)单位：牛单位：牛/库库(N/C)，伏，伏/米米(V/m)。1 N/C1 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方向：电场强度是矢量，电场中某点的电场强度的方向与_在该点所在该点所受的静电力的方向相同。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物理意义：电场强度是描述电场的_的性质的物理量，与试探电荷受的性质的物理量，与试探电荷受到的静电力大小到的静电力大小_。正电荷正电荷力力无关无关观图助学观图助学如图所示，两个带等量正电的点电荷如图所示，两个带等量正电的点电荷P、Q周围都有电场，周围都有电场，A点处点处于
7、于P的电场中，也处于的电场中，也处于Q的电场中，试猜想的电场中，试猜想A点处的电场强度的大点处的电场强度的大小方向如何？如果把检验电荷小方向如何？如果把检验电荷q放在放在A点，其受力情况如何？点，其受力情况如何？知识点三点电荷的电场电场强度的叠加知识点三点电荷的电场电场强度的叠加1.点电荷的电场点电荷的电场(2)方向：若方向：若Q为为_电荷，电场强度方向沿电荷，电场强度方向沿Q和该点的连线和该点的连线_；若；若Q为为_电荷，电场强度方向沿电荷，电场强度方向沿Q和该点的连线和该点的连线_。场源场源正正背离背离Q负负指向指向Q2.电场强度的叠加电场强度的叠加(1)电场中某点的电场强度为各个点电荷单
8、独在该点产生的电场强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度的_。这种关系叫作电场强度的。这种关系叫作电场强度的_。矢量和矢量和叠加叠加均匀均匀该点该点球体球体矢量矢量矢量矢量平行四边形定则平行四边形定则知识点四电场线匀强电场知识点四电场线匀强电场观图助学观图助学在装有蓖麻油的玻璃器皿里撒上一些细小的头发屑，再加上电场，头发屑会重在装有蓖麻油的玻璃器皿里撒上一些细小的头发屑，再加上电场，头发屑会重新排列。图新排列。图(a)是头发屑在一对等量异种电荷形成的电场中的排列情况；图是头发屑在一对等量异种电荷形成的电场中的排列情况；图(b)是是头发屑在一对等量同种电荷形成的电场中的排
9、列情况。观察这两幅图，你认为头发屑在一对等量同种电荷形成的电场中的排列情况。观察这两幅图，你认为它们分别有什么特点？它们分别有什么特点？1.电场线电场线(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_表示该点的电场强度方向。表示该点的电场强度方向。(2)特点特点电场线从电场线从_或或_出发，终止于出发，终止于_或或_，是不闭，是不闭合曲线。合曲线。电场线在电场中不电场线在电场中不_，因为电场中任意一点的电场强度方向具有唯一性。，因为电场中任意一点的电场强度方向具有唯一性。在同一幅图中，电场线的在同一幅图中，电场线的_反
10、映了电场强度的相对大小，电场线反映了电场强度的相对大小，电场线_的地方电场强度越大。的地方电场强度越大。电场线不是实际存在的线，而是为了形象地描述电场而电场线不是实际存在的线，而是为了形象地描述电场而_的线。的线。切线方向切线方向正电荷正电荷无限远无限远无限远无限远负电荷负电荷相交相交疏密疏密越密越密假想假想2.匀强电场匀强电场(1)定义：电场强度的大小定义：电场强度的大小_、_相同的电场。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电场线特点：匀强电场的电场线是间隔相等的_。相等相等方向方向平行线平行线平行的、等间距的、同向的直线平行的、等间距的、同向的直线电场线图样电场线图样
11、简要描述简要描述正点电荷正点电荷光芒四射，发散状光芒四射，发散状负点电荷负点电荷众矢之的，会聚状众矢之的，会聚状等量同号点电荷等量同号点电荷势不两立，相斥状势不两立，相斥状等量异号点电荷等量异号点电荷手牵手，心连心，手牵手，心连心，相吸状相吸状匀强电场匀强电场平行的、等间距的、平行的、等间距的、同向的直线同向的直线思考判断思考判断(1)电场和电场线都看不见、摸不着，所以它们在实际中都不存在。电场和电场线都看不见、摸不着，所以它们在实际中都不存在。()(2)电场线可以描述电场的强弱也能描述电场的方向。电场线可以描述电场的强弱也能描述电场的方向。()(3)电场线不是实际存在的线，而是为了形象地描述
12、电场而假想的线。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。()(4)沿电场线方向电场强度越来越小。沿电场线方向电场强度越来越小。()观察探究观察探究把同一试探电荷放在电场中的不同位置，由图可知，该试探电荷在不同点所受把同一试探电荷放在电场中的不同位置，由图可知，该试探电荷在不同点所受的静电力的大小和方向不相同，这说明各点的电场的强弱和方向不相同。的静电力的大小和方向不相同，这说明各点的电场的强弱和方向不相同。核心要点核心要点对电场强度的理解对电场强度的理解(1)用什么物理量表征电场的强弱？如何定义这个物理量？用什么物理量表征电场的强弱？如何定义这个物理量？(2)同一位置，放不同
13、试探电荷，试探电荷受力越大，则该位置场强越强吗？同一位置，放不同试探电荷，试探电荷受力越大，则该位置场强越强吗？答案答案(1)电场强度，可以通过试探电荷受力来定义。电场强度，可以通过试探电荷受力来定义。(2)E与与F无关，无关，E与试探电荷与试探电荷q无关。无关。如果有几个静止电荷在空间同时产生电场，那么空间某点的场强是各场源电荷单如果有几个静止电荷在空间同时产生电场，那么空间某点的场强是各场源电荷单独存在时在该点所产生的场强的矢量和独存在时在该点所产生的场强的矢量和矢矢量量性性电场强度电场强度E是表示静电力的性质的一个物理量。规定是表示静电力的性质的一个物理量。规定正电荷受力方向为该点场强的
14、方向正电荷受力方向为该点场强的方向唯唯一一性性电场中某一点的电场强度电场中某一点的电场强度E是唯一的，它的大小和方是唯一的，它的大小和方向与放入该点的电荷向与放入该点的电荷q无关，它决定于形成电场的电荷无关，它决定于形成电场的电荷(场源电荷场源电荷)及空间位置及空间位置叠叠加加性性如果有几个静止电荷在空间同时产生电场，那么空间如果有几个静止电荷在空间同时产生电场，那么空间某点的场强是各场源电荷单独存在时在该点所产生的某点的场强是各场源电荷单独存在时在该点所产生的场强的矢量和场强的矢量和比值定义式比值定义式温馨提示温馨提示试题案例试题案例例例1 一检验电荷一检验电荷q4109 C，在电场中某点，
15、在电场中某点P受到的静电力大小为受到的静电力大小为F6107 N，方向水平向右。求：，方向水平向右。求：(1)P点的电场强度；点的电场强度；(2)没有检验电荷时没有检验电荷时P点的电场强度；点的电场强度；(3)若将检验电荷换为若将检验电荷换为q1.2106 C，再放于，再放于P点，此检验电荷所受的静电点，此检验电荷所受的静电力力F。由于检验电荷电性为正，则由于检验电荷电性为正，则P点电场强度的方向与其所受静电力的方向相同，为水点电场强度的方向与其所受静电力的方向相同，为水平向右。平向右。得得P点的电场强度大小为点的电场强度大小为(2)电场强度是描述电场的物理量，跟有无检验电荷无关，所以没有检验
16、电荷时，电场强度是描述电场的物理量，跟有无检验电荷无关，所以没有检验电荷时，P点的电场强度大小仍为点的电场强度大小仍为1.5102 N/C，方向为水平向右。，方向为水平向右。故故FqE1.21061.5102 N1.8104 N负电荷所受静电力的方向与该点场强的方向相反，所以负电荷所受静电力的方向与该点场强的方向相反，所以F方向为水平向左。方向为水平向左。答案答案(1)1.5102 N/C，方向水平向右，方向水平向右(2)1.5102 N/C，方向水平向右，方向水平向右(3)1.8104 N，方向水平向左，方向水平向左针对训练针对训练1 如图所示，在一带负电的导体如图所示，在一带负电的导体A附
17、近有一点附近有一点B，如在，如在B处放置一个处放置一个q12.0108 C的电荷，测出其受到的静电力的电荷，测出其受到的静电力F1大小为大小为4.0106 N，方向如图，则，方向如图，则(1)B处场强多大？方向如何？处场强多大？方向如何？(2)如果换成一个如果换成一个q24.0107 C的电荷放在的电荷放在B点，其受力多点，其受力多大？此时大？此时B处场强多大？处场强多大？(3)如果将如果将B处电荷拿走，处电荷拿走，B处的场强是多大？处的场强是多大？(2)q2在在B点所受静电力点所受静电力F2q2EB4.0107200 N8.0105 N，方向与场强，方向与场强方向相同，也就是与方向相同，也就
18、是与F1方向相反。方向相反。此时此时B处场强仍为处场强仍为200 N/C，方向与，方向与F1方向相反。方向相反。(3)某点场强大小与有无试探电荷无关，故将某点场强大小与有无试探电荷无关，故将B处电荷拿走，处电荷拿走，B点场强大小仍为点场强大小仍为200 N/C。答案答案(1)200 N/C方向与方向与F1方向相反方向相反(2)8.0105 N200 N/C(3)200 N/C要点归纳要点归纳1.电场强度是矢量，如果场源是多个点电荷，则电场中某点的电场强度为各个点电电场强度是矢量，如果场源是多个点电荷，则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。荷单独在该点产生的电场强度
19、的矢量和。2.电场强度的叠加本质是矢量叠加，合成时遵循矢量运算法则电场强度的叠加本质是矢量叠加，合成时遵循矢量运算法则(平行四边形定则或平行四边形定则或三角形定则三角形定则)，常用的方法有图解法、解析法、正交分解法等。，常用的方法有图解法、解析法、正交分解法等。3.对于比较大的带电体的电场，可把带电体分为若干小块，每一小块看成一个点电对于比较大的带电体的电场，可把带电体分为若干小块，每一小块看成一个点电荷，用点电荷电场强度叠加的方法计算整个带电体的电场。荷，用点电荷电场强度叠加的方法计算整个带电体的电场。核心要点核心要点点电荷的场强公式及电场强度的叠加点电荷的场强公式及电场强度的叠加试题案例试
20、题案例例例2 如图所示，真空中带电荷量分别为如图所示，真空中带电荷量分别为Q和和Q的点电荷的点电荷A、B相距相距r。求：。求：(1)两点电荷连线的中点两点电荷连线的中点O的场强的大小和方向；的场强的大小和方向；(2)在两电荷连线的中垂线上，距在两电荷连线的中垂线上，距A、B两点都为两点都为r的的O点的场强大小和方向。点的场强大小和方向。方法凝炼方法凝炼(1)电场强度的叠加符合矢量合成法则，多个点电荷形成的电场求合电场强度时，电场强度的叠加符合矢量合成法则，多个点电荷形成的电场求合电场强度时，可根据题目的特点依照合适的步骤进行，以简化解题过程。可根据题目的特点依照合适的步骤进行，以简化解题过程。
21、(2)当两矢量满足大小相等、方向相反、作用在同一直线上时，两矢量合成叠加，当两矢量满足大小相等、方向相反、作用在同一直线上时，两矢量合成叠加，合矢量为零，这样的矢量称为合矢量为零，这样的矢量称为“对称矢量对称矢量”，在电场的叠加中，注意图形的对称，在电场的叠加中，注意图形的对称性，发现对称矢量可简化计算。性，发现对称矢量可简化计算。针对训练针对训练2 如图所示，如图所示，M、N和和P是以是以MN为直径的半圆弧上为直径的半圆弧上的三点，的三点，O点为半圆弧的圆心，点为半圆弧的圆心，MOP60。电荷量相等、。电荷量相等、符号相反的两个点电荷分别置于符号相反的两个点电荷分别置于M、N两点，这时两点，
22、这时O点电场点电场强度的大小为强度的大小为E1；若将；若将N点处的点电荷移到点处的点电荷移到P点，则点，则O点的点的场强大小变为场强大小变为E2，则，则E1与与E2之比为之比为()答案答案B观察探究观察探究如图所示，如图所示，A、B是点电荷是点电荷a、b连线上的两点，实线是它们间的电场线。连线上的两点，实线是它们间的电场线。(1)电荷电荷a、b各带有什么性质的电荷？各带有什么性质的电荷？(2)A、B两点的电场强弱相同吗？方向相同吗？两点的电场强弱相同吗？方向相同吗？答案答案(1)a带正电，带正电，b带负电。带负电。(2)A、B两点电场强弱不同，方向相同。两点电场强弱不同，方向相同。核心要点核心
23、要点对电场线的理解对电场线的理解探究归纳探究归纳1.点电荷的电场线点电荷的电场线(1)点电荷的电场线呈辐射状，正电荷的电场线向外至无限远，负电荷则相反。点电荷的电场线呈辐射状，正电荷的电场线向外至无限远，负电荷则相反。(2)以点电荷为球心的球面上，电场线疏密相同，但方向不同，说明电场强度大以点电荷为球心的球面上，电场线疏密相同，但方向不同，说明电场强度大小相等，但方向不同。小相等，但方向不同。(3)同一条电场线上，电场强度方向相同，但大小不等。实际上，点电荷形成的同一条电场线上，电场强度方向相同，但大小不等。实际上，点电荷形成的电场中，任意两点的电场强度都不同。电场中，任意两点的电场强度都不同
24、。O点最小，向外先变大后变小点最小，向外先变大后变小比较项目比较项目等量异种点电荷等量异种点电荷等量同种点电荷等量同种点电荷电场线分布图电场线分布图连线上中点连线上中点O处的场强处的场强最小但不为零，指向最小但不为零，指向负电荷一侧负电荷一侧为零为零连线上的场强大小连线上的场强大小(从左从左到右到右)先变小，再变大先变小，再变大先变小，再变大先变小，再变大沿中垂线由沿中垂线由O点向外的点向外的场强大小场强大小O点最大，向外逐渐减点最大，向外逐渐减小小O点最小，向外先变大点最小，向外先变大后变小后变小温馨提示温馨提示按照电场线的画法的规定，场强大的地方电场线密，场强小的地方电场线疏，按照电场线的
25、画法的规定，场强大的地方电场线密，场强小的地方电场线疏，但若只给一条直电场线，如图所示，则无法由疏密程度来确定但若只给一条直电场线，如图所示，则无法由疏密程度来确定A、B两点的场强两点的场强大小，对此情况可有多种推理判断：大小，对此情况可有多种推理判断：若是正点电荷电场中的一条电场线，则若是正点电荷电场中的一条电场线，则EAEB。若是负点电荷电场中的一条电场线，则若是负点电荷电场中的一条电场线，则EAEB。若是匀强电场中的一条电场线，则若是匀强电场中的一条电场线，则EAEB。试题案例试题案例例例3 某电场的电场线分布如图所示，下列说法正确的是某电场的电场线分布如图所示，下列说法正确的是()A.
26、c点的电场强度大于点的电场强度大于b点的电场强度点的电场强度B.若将一试探电荷若将一试探电荷q由由a点静止释放，它将沿电场线运动到点静止释放，它将沿电场线运动到b点点C.b点的电场强度大于点的电场强度大于d点的电场强度点的电场强度D.a点和点和b点的电场强度的方向相同点的电场强度的方向相同解析电场线的疏密表征了电场强度的大小，由题图可知解析电场线的疏密表征了电场强度的大小，由题图可知EaEc，EbEd，EaEc，故选项，故选项C正确，正确，A错误；由于电场线是曲线，由错误；由于电场线是曲线，由a点静止释放的点静止释放的正电荷不可能沿电场线运动，故选项正电荷不可能沿电场线运动，故选项B错误；电场
27、线的切线方向为该点电场强度错误；电场线的切线方向为该点电场强度的方向，的方向，a点和点和b点的切线不在同一条直线上，故选项点的切线不在同一条直线上，故选项D错误。错误。答案答案C针对训练针对训练3(多选多选)某静电场中的电场线如图所示，带电粒子在电场中仅受静电力某静电场中的电场线如图所示，带电粒子在电场中仅受静电力作用，由作用，由M运动到运动到N，其运动轨迹如图中虚线所示，以下说法正确的是，其运动轨迹如图中虚线所示，以下说法正确的是()A.粒子必定带正电荷粒子必定带正电荷B.粒子在粒子在M点的加速度大于它在点的加速度大于它在N点的加速度点的加速度C.粒子在粒子在M点的加速度小于它在点的加速度小
28、于它在N点的加速度点的加速度D.粒子在粒子在M点的动能小于它在点的动能小于它在N点的动能点的动能解析根据粒子运动轨迹弯曲的情况，可以确定粒子所受静电力的方向沿着电解析根据粒子运动轨迹弯曲的情况，可以确定粒子所受静电力的方向沿着电场线方向，故此粒子必定带正电荷，选项场线方向，故此粒子必定带正电荷，选项A正确；由于电场线越密场强越大，带正确；由于电场线越密场强越大，带电粒子所受静电力就越大，根据牛顿第二定律可知其加速度也越大，故此粒子电粒子所受静电力就越大，根据牛顿第二定律可知其加速度也越大，故此粒子在在N点的加速度较大，选项点的加速度较大，选项B错误，错误，C正确；粒子从正确；粒子从M点到点到N点，静电力的方向与点，静电力的方向与运动方向之间的夹角是锐角，静电力做正功，根据动能定理得此粒子在运动方向之间的夹角是锐角，静电力做正功，根据动能定理得此粒子在N点的动点的动能较大，选项能较大，选项D正确。正确。答案答案ACD
