电场 电场强度[下学期]
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文档简介
电场 电场强度
（一）、知识目标：
1．知道什么是电场；
2．理解电场强度的概念，掌握电场强度点的定义式、单位和电场强度方向的规定．
（二）、能力目标：
能够认识电场的物质性，理解物理学上利用比值来定义物理量的方法．
（三）、情感目标
电场，虽然看不到、摸不到，但是它实际存在的，可以根据它表现出来的性质研究、认识．这是物理学中常用的研究方法，学习它同时帮助建立科学的方法论．
关于电场强度重点讲解的教学建议
1、重点是使学生理解电场强度的概念及掌握电场强度的计算方法．
2、电场强度是描述电场性质的物理量之一，是本节难点．初学者要注意不要将电场强度和电场力混淆．
关于电场强度定义的教材分析
电场强度虽然由检验电荷所受到的电场力与电荷量的比值来定义的物理量，但与检验电荷无关，场强与检验电荷所受到的电场力不存在正比关系，与检验电荷的电荷量之间不存在反比关系．也就是说电场中某点的电场强度与放在该点的检验电荷大小、电荷的正负、以及该点是否存在检验电荷无关，电场强度与产生电场的源电荷有关，与这点在电场中的位置有关．
关于电场强度讲解的教法建议
电场强度是电学知识中最基本的概念之一．它是描述电场的力的属性的物理量，电场强度的学习是本章知识的难点内容．
电场强度是描述电场属性的重要物理量，是教学的重点，教材中以一个点电荷产生的电场来讲解讨论的，同一个检验电荷在电场中的不同位置受到的电场力的大小不同，而电场强度的表述是用检验电荷在电场不同位置所受到的电场力的大小与检验电荷的电荷量的比值来定义的．也说明电场中不同位置上电场对电荷的作用不同．在教学中可以说明：在电场中的同一点上，改变检验电荷的电量，检验电荷所受到的作用力的大小也成比例的变化，检验电荷所受到的电场力与电荷量的比值是一恒量由此引出电场强度的概念．
关于讲解电场概念的教法建议
在讲解电场概念时，要注意强调电场的物质性，也就是说电荷之间的相互作用是通过电场这一媒介完成的，由于电场是看不见、摸不到的，但是却客观存在，讲解时可以对比重力场进行讲解，也可以联系现代科技，例如卫星信号的传送是通过电磁场这一媒介完成的．
注意电场强度与电场力的区别与联系
项目 电场强度E 电场力F
区别 物理意义 反应电场本身的力的性质． 指电荷在电场中所受的力．
决定因素 在电场中某一点，E是一个恒量．用E=F/q来量度，它决定于电场本身，而与检验电荷的存在与否无关． 力的大小决定于放在电场力的电荷的电量q，以及电场中这一点的电场强度E的大小，即F＝qE．
矢量的方向 场强方向与正电荷放在电场里所受电场力的方向相同． 正电荷受电场力方向与场强的方向相同，负电荷受电场力方向与场强方向相反．
单位 牛/库 或者 伏/米 牛
联系 F = Eq
电场、电场强度教案
库仑定律复习
在真空中两个点电荷的作用力跟它们的电量乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上，这就是库仑定律．
引入新课
任何力的作用都离木开物质，脚踢球，脚对球的力直接作用在球上；狗拉雪橇，狗对雪橇的拉力是通过绳子作用的；地球对地表附近物质的作用力是通过重力场——物质，作用的；地球与月亮间有万有引力作用力也是因有万有引力场——物质；两电荷间相互作用时不直接接触，它们之间的相互作用也是通过别的物质作用的，这就是电场．
3、教学过程设计
（1）电场
电荷周围存在一种特殊物质
例如可见光波长由，但还有很多波长的光线我们看不到，但不等于它们不存在．不能以人类感官为标准判定存在与否．场客观存在的证明是它有力、能的特性．例如重力场对有质量的物体有力的作用，且可对物体做功，说明其能量．电场对放入其中的电荷Q也有力的作用，可对Q做功，说明其有能量．
b．电场的基本性质：电场对放入其中的电荷有力的作用，此力称电场力．
c．静电场：静止电荷的电场．
场有能和力的特性，我们先看电场中力的性质，它是本章的重要内容，先以点电荷为例．如图1所示，在＋Q电场中A点分别放入电荷、、则它们分别受电场力为：
我们可发现场电荷Q对不同的检验电荷q有不同的电场力，但只要A点位置不变，F与q的比值就不变．
若换到B点，则：
从上面分析看出：Q固定则电场的空间分布固定，对于场中某固定点，值仅与Q、r有关，与检验电荷无关，它反映的是电场的性质，反映的是电场的强弱，称场强．
（2）电场强度
1．定义：放入电场中某一点的电荷受到的电场力跟它的电量的比值叫该点的电场强度，简称场强．
2．定义式：
F——电场力国际单位：牛（N）
q——电量国际单位：库（C）
E——电场强度国际单位：牛／库（N／C）
3．物理意义；
电场中某点的电场强度数值上等于单位正电荷在那里所受的电场力．
4．电场强度是矢量，规定场强方向为正电荷在该点所受电场力方向．电场中同一点，＋q、－q受力方向不同，场强只能有一个方向，规定以＋q的受力方向为正．
例：在图2中标出A、B、C、D四点的电场强度的方向．
正点电荷电场中某点电场强度方向沿连线背离＋Q；负点电荷电场中某点电场强度方向沿连线指向－Q．
e．单位：牛／库，N／C
借助于点电荷场强推出，可适用于任意电场．
（3）一个点电荷电场的场强
1．真空中：（与检验电荷q无关，仅与场电荷Q及r有关）
2．方向：正电荷在该点受电场力方向（以后还会遇到各点场强大小，方向均相同的匀强电场）
（4）两个点电荷产生的电场的叠加原理
如图3所示，在正点电荷与负点电荷产生的电场中有一点A，求A点的电场强度，由电场强度的定义可知，在数值上为＋1C点电荷在A点所受的电场力．今在A点放C，q将同时受到和的作用，每个作用力都能单独用库仑定律求出，就像另一个电荷不存在一样，而q受的合力为各分力的矢量和，又因q是1C正电荷，所以它受的电场力在数值上等于场强，也就是说A点的合场强为与单独在A点产生的场强的矢量和，这就是电场强度的叠加原理．用电场强度的叠加原理可以求得任意多个点电荷产生的电场强度，任何一个带电体不管其电荷分布多么复杂，都可以视为由许多点电荷组成，因而可以用场强叠加原理求出它的场强．可以看出，真空中任意多个点电荷产生的电场强度，仅由场电荷、电场中的位置两个因素决定，而与检验电荷无关．
（5）比较：和
1．是场强的定义式，适用于任何电场．
2．是点电荷电场中场强的计算式．
（6）电场强度小结
1．电场中某点场强大小和方向，均与该点放不放检验电荷、放哪种电荷、放多大检验电荷无关，是电场自身的性质，与外界因素无关．对确定的电场来说，在某点放单位正电荷时，它受电场力的大小和方向是确定的．
2．场强
（7）例题讲解
典型例题1——关于电场强度的定义
下列关于电场强度的说法中，正确的是（ ）
A、公式只适用于真空中点电荷产生的电场．
B、由公式可知，电场中某点的电场强度E与检验电荷在电场中该点所受的电场力成正比．
C、在公式中；是点电荷产生的电场在点电荷处的场强大小；而是点电荷产生的电场在点电荷处场强的大小．
D、由公式可知，在离点电荷非常近的地方（），电场强度E可达无穷大．
解析：电场强度的定义式适用于任何电场，故A错；电场中某点的电场强度由电场本身决定，而与电场中该点是否有检验电荷或引入检验电荷所受的电场力无关（检验电荷所受电场力与其所带电量的比值仅可反映该点场强的大小，但不能决定场强的大小）．故B错；点电荷间的相互作用力是通过电场产生的，故C对；公式是点电荷产生的电场中某点场强的计算式，当时，所谓“点电荷”已不存在，该公式已不适用，故D错．
综上所述，本题正确选项为C．
典型例题2——电场的叠加
在轴上有两个点电荷，一个带正电，一个带负电，且，用和分别表示两个电荷所产生的场强的大小，则在轴上（ ）
A．之点只有一处，该点合场强为0．
B．之点共有两处，一处合场强为0，另一处合场强为2．
C．之点共有三处，其中两处合场强为0，另一处合场强为2．
D．之点共有三处，其中一处合场强为0，另两处合场强为2．
解析：
如图所示，以所在处为轴原点，设、间距离为d，轴上坐标为处，则：
，其中．
解得：或
当时，此点位于、之间．、所产生的电场在该点的场强方向相同，放合场强为2；当时，此点位于左方，、所产生的电场在该点的场强方向相反，故合场强为0．所以选B．
典型例题3——电场强度、力的平衡求解电场力的大小
在场强为E、方向竖直向下的匀强电场中，有两个质量均为 m的带电小球，电量分别为＋2q和－q．两小球用长为 l的绝缘细线相连，另用绝缘细线系住带正电的小球悬挂于O点而处于平衡状态，如图所示．重力加速度为g．细线对悬点O的作用力等于__________．
解法一：设细线对悬点O的作用力为，用F表示两小球间静电力，T表示两球间细线上的相互作用力．如图所示．
根据物体平衡条件有
①
②
联立①、②易得
解法二 将两球视作整体，则两球间静电力F，两球间细线上作用力T均可不考虑．分析受力情况如图所示．
易得：．
（一）、知识目标：
1．知道什么是电场；
2．理解电场强度的概念，掌握电场强度点的定义式、单位和电场强度方向的规定．
（二）、能力目标：
能够认识电场的物质性，理解物理学上利用比值来定义物理量的方法．
（三）、情感目标
电场，虽然看不到、摸不到，但是它实际存在的，可以根据它表现出来的性质研究、认识．这是物理学中常用的研究方法，学习它同时帮助建立科学的方法论．
关于电场强度重点讲解的教学建议
1、重点是使学生理解电场强度的概念及掌握电场强度的计算方法．
2、电场强度是描述电场性质的物理量之一，是本节难点．初学者要注意不要将电场强度和电场力混淆．
关于电场强度定义的教材分析
电场强度虽然由检验电荷所受到的电场力与电荷量的比值来定义的物理量，但与检验电荷无关，场强与检验电荷所受到的电场力不存在正比关系，与检验电荷的电荷量之间不存在反比关系．也就是说电场中某点的电场强度与放在该点的检验电荷大小、电荷的正负、以及该点是否存在检验电荷无关，电场强度与产生电场的源电荷有关，与这点在电场中的位置有关．
关于电场强度讲解的教法建议
电场强度是电学知识中最基本的概念之一．它是描述电场的力的属性的物理量，电场强度的学习是本章知识的难点内容．
电场强度是描述电场属性的重要物理量，是教学的重点，教材中以一个点电荷产生的电场来讲解讨论的，同一个检验电荷在电场中的不同位置受到的电场力的大小不同，而电场强度的表述是用检验电荷在电场不同位置所受到的电场力的大小与检验电荷的电荷量的比值来定义的．也说明电场中不同位置上电场对电荷的作用不同．在教学中可以说明：在电场中的同一点上，改变检验电荷的电量，检验电荷所受到的作用力的大小也成比例的变化，检验电荷所受到的电场力与电荷量的比值是一恒量由此引出电场强度的概念．
关于讲解电场概念的教法建议
在讲解电场概念时，要注意强调电场的物质性，也就是说电荷之间的相互作用是通过电场这一媒介完成的，由于电场是看不见、摸不到的，但是却客观存在，讲解时可以对比重力场进行讲解，也可以联系现代科技，例如卫星信号的传送是通过电磁场这一媒介完成的．
注意电场强度与电场力的区别与联系
项目 电场强度E 电场力F
区别 物理意义 反应电场本身的力的性质． 指电荷在电场中所受的力．
决定因素 在电场中某一点，E是一个恒量．用E=F/q来量度，它决定于电场本身，而与检验电荷的存在与否无关． 力的大小决定于放在电场力的电荷的电量q，以及电场中这一点的电场强度E的大小，即F＝qE．
矢量的方向 场强方向与正电荷放在电场里所受电场力的方向相同． 正电荷受电场力方向与场强的方向相同，负电荷受电场力方向与场强方向相反．
单位 牛/库 或者 伏/米 牛
联系 F = Eq
电场、电场强度教案
库仑定律复习
在真空中两个点电荷的作用力跟它们的电量乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上，这就是库仑定律．
引入新课
任何力的作用都离木开物质，脚踢球，脚对球的力直接作用在球上；狗拉雪橇，狗对雪橇的拉力是通过绳子作用的；地球对地表附近物质的作用力是通过重力场——物质，作用的；地球与月亮间有万有引力作用力也是因有万有引力场——物质；两电荷间相互作用时不直接接触，它们之间的相互作用也是通过别的物质作用的，这就是电场．
3、教学过程设计
（1）电场
电荷周围存在一种特殊物质
例如可见光波长由，但还有很多波长的光线我们看不到，但不等于它们不存在．不能以人类感官为标准判定存在与否．场客观存在的证明是它有力、能的特性．例如重力场对有质量的物体有力的作用，且可对物体做功，说明其能量．电场对放入其中的电荷Q也有力的作用，可对Q做功，说明其有能量．
b．电场的基本性质：电场对放入其中的电荷有力的作用，此力称电场力．
c．静电场：静止电荷的电场．
场有能和力的特性，我们先看电场中力的性质，它是本章的重要内容，先以点电荷为例．如图1所示，在＋Q电场中A点分别放入电荷、、则它们分别受电场力为：
我们可发现场电荷Q对不同的检验电荷q有不同的电场力，但只要A点位置不变，F与q的比值就不变．
若换到B点，则：
从上面分析看出：Q固定则电场的空间分布固定，对于场中某固定点，值仅与Q、r有关，与检验电荷无关，它反映的是电场的性质，反映的是电场的强弱，称场强．
（2）电场强度
1．定义：放入电场中某一点的电荷受到的电场力跟它的电量的比值叫该点的电场强度，简称场强．
2．定义式：
F——电场力国际单位：牛（N）
q——电量国际单位：库（C）
E——电场强度国际单位：牛／库（N／C）
3．物理意义；
电场中某点的电场强度数值上等于单位正电荷在那里所受的电场力．
4．电场强度是矢量，规定场强方向为正电荷在该点所受电场力方向．电场中同一点，＋q、－q受力方向不同，场强只能有一个方向，规定以＋q的受力方向为正．
例：在图2中标出A、B、C、D四点的电场强度的方向．
正点电荷电场中某点电场强度方向沿连线背离＋Q；负点电荷电场中某点电场强度方向沿连线指向－Q．
e．单位：牛／库，N／C
借助于点电荷场强推出，可适用于任意电场．
（3）一个点电荷电场的场强
1．真空中：（与检验电荷q无关，仅与场电荷Q及r有关）
2．方向：正电荷在该点受电场力方向（以后还会遇到各点场强大小，方向均相同的匀强电场）
（4）两个点电荷产生的电场的叠加原理
如图3所示，在正点电荷与负点电荷产生的电场中有一点A，求A点的电场强度，由电场强度的定义可知，在数值上为＋1C点电荷在A点所受的电场力．今在A点放C，q将同时受到和的作用，每个作用力都能单独用库仑定律求出，就像另一个电荷不存在一样，而q受的合力为各分力的矢量和，又因q是1C正电荷，所以它受的电场力在数值上等于场强，也就是说A点的合场强为与单独在A点产生的场强的矢量和，这就是电场强度的叠加原理．用电场强度的叠加原理可以求得任意多个点电荷产生的电场强度，任何一个带电体不管其电荷分布多么复杂，都可以视为由许多点电荷组成，因而可以用场强叠加原理求出它的场强．可以看出，真空中任意多个点电荷产生的电场强度，仅由场电荷、电场中的位置两个因素决定，而与检验电荷无关．
（5）比较：和
1．是场强的定义式，适用于任何电场．
2．是点电荷电场中场强的计算式．
（6）电场强度小结
1．电场中某点场强大小和方向，均与该点放不放检验电荷、放哪种电荷、放多大检验电荷无关，是电场自身的性质，与外界因素无关．对确定的电场来说，在某点放单位正电荷时，它受电场力的大小和方向是确定的．
2．场强
（7）例题讲解
典型例题1——关于电场强度的定义
下列关于电场强度的说法中，正确的是（ ）
A、公式只适用于真空中点电荷产生的电场．
B、由公式可知，电场中某点的电场强度E与检验电荷在电场中该点所受的电场力成正比．
C、在公式中；是点电荷产生的电场在点电荷处的场强大小；而是点电荷产生的电场在点电荷处场强的大小．
D、由公式可知，在离点电荷非常近的地方（），电场强度E可达无穷大．
解析：电场强度的定义式适用于任何电场，故A错；电场中某点的电场强度由电场本身决定，而与电场中该点是否有检验电荷或引入检验电荷所受的电场力无关（检验电荷所受电场力与其所带电量的比值仅可反映该点场强的大小，但不能决定场强的大小）．故B错；点电荷间的相互作用力是通过电场产生的，故C对；公式是点电荷产生的电场中某点场强的计算式，当时，所谓“点电荷”已不存在，该公式已不适用，故D错．
综上所述，本题正确选项为C．
典型例题2——电场的叠加
在轴上有两个点电荷，一个带正电，一个带负电，且，用和分别表示两个电荷所产生的场强的大小，则在轴上（ ）
A．之点只有一处，该点合场强为0．
B．之点共有两处，一处合场强为0，另一处合场强为2．
C．之点共有三处，其中两处合场强为0，另一处合场强为2．
D．之点共有三处，其中一处合场强为0，另两处合场强为2．
解析：
如图所示，以所在处为轴原点，设、间距离为d，轴上坐标为处，则：
，其中．
解得：或
当时，此点位于、之间．、所产生的电场在该点的场强方向相同，放合场强为2；当时，此点位于左方，、所产生的电场在该点的场强方向相反，故合场强为0．所以选B．
典型例题3——电场强度、力的平衡求解电场力的大小
在场强为E、方向竖直向下的匀强电场中，有两个质量均为 m的带电小球，电量分别为＋2q和－q．两小球用长为 l的绝缘细线相连，另用绝缘细线系住带正电的小球悬挂于O点而处于平衡状态，如图所示．重力加速度为g．细线对悬点O的作用力等于__________．
解法一：设细线对悬点O的作用力为，用F表示两小球间静电力，T表示两球间细线上的相互作用力．如图所示．
根据物体平衡条件有
①
②
联立①、②易得
解法二 将两球视作整体，则两球间静电力F，两球间细线上作用力T均可不考虑．分析受力情况如图所示．
易得：．