9.3 电场、电场强度课件 ——2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册21张PPT

第九章 静电场及其应用
电场 电场强度
问题与目标
1.知道电场是一种物质，了解电场的物质性。
2.了解电场强度，体会用物理量之比定义新物理量的方法。能用电场强度描述电场的性质，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推导点电荷电场强度的计算式，并能用此公式进行相关的计算。
4.知道电场强度的叠加原理，并能应用这一原理进行简单的计算。
5.会用电场线描述电场，学会建立电场线这一物理模型，体会物理模型在研究具体问题时的重要作用，能用电场线模型分析电场中比较简单的问题，并得出结论。在问题分析和论证过程中，能使用证据说明自己的观点。
6.知道匀强电场的概念。
想一想
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?
现在，我们就带着这个问题学习“电场、电场强度”这一节。
一、电场
问题1：“电场”这一观点是谁提出来的?电荷受到的作用力是什么给予的?
“电场”这一观点是英国科学家法拉第最先提出来的。
电荷受到的作用力是“电场”给予的。
问题2：什么是电场?
电场是存在于电荷周围的一种特殊物质，具有物质的某些特性，如动量、能量等。它虽然是看不见、摸不着的，但它真实存在，这种物质叫作场性物质。
问题3：电场有什么特点?
电场存在于电荷的周围；与电荷的存在有瞬时关系；对放入其中的电荷有力的作用。
收音机可以接收某电台的信号，电磁波存在吗?人眼能看到它吗?
电磁波虽然不能被人们看见，但它存在的真实性，可以通过仪器（如收音机）检验到。这表明电磁波是真实存在的物质。
问题4：如图所示是上节课所做的一个实验，它表明挂在P1、P2、P3三个位置的电荷受到的带电体C对它们的作用力不同，那么，它的实质是什么?
三个小球所在位置电场的强弱不同。
二、电场强度
问题1：电场有什么特点?怎样描述电场的强弱?
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研究电场的强弱。
问题2：为了研究电场的强弱，我们要首先引入试探电荷与场源电荷，那么，什么是试探电荷?什么是场源电荷?
试探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场各点的性质。激发电场的带电体所带的电荷叫作场源电荷，或源电荷。
问题3：我们不能直接用试探电荷所受的静电力来表示电场的强弱，那么，用什么物理量能够描述电场的强弱呢?
如图所示，在点电荷Q的电场中的P点，放入试探电荷q1、q2，它们分别受的静电力与它们的电荷量之比有什么特点?
由此可见，放在P点的试探电荷受到的静电力与它的电荷量之比，跟该点的试探电荷的电荷量无关，而与产生电场的场源电荷的电荷量Q及P点与场源电荷的距离r有关。
问题4：如何定义电场强度?它的定义式是什么?单位及含义是什么?是标量还是矢量?决定因素是什么?
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来说是不一样的。它反映了电场在各点的性质，叫作电场强度。
定义式：
单位是牛每库，符号为N/C
如果1C的电荷在电场中的某点受到的静电力是1N，那么该点的电场强度就是1N/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静电力的方向相同。
注意：电场中某点的电场强度，虽然可以用公式 求出，但电场中某点的电场强度不与F成正比，也不与q成反比，它只由场源电荷的电荷量和场中点的位置决定。
三、点电荷的电场电场强度的叠加
问题1：在某一电荷产生的电场中，不同位置的电场强度一般是不同的。那么，电场强度与产生它的场源电荷有什么关系?
一个电荷量为Q的点电荷，在与之相距r处的电场强度为
问题2：正、负点电荷产生的电场强度的方向有何特点？
如果以电荷量为Q的点电荷为中心作一个球面，则球面上各点的电场强度大小相等。当Q为正电荷时，电场强度E的方向沿半径向外，如图甲所示；当Q为负电荷时，电场强度E的方向沿半径向内，如图乙所示。
问题3:如果空间中有几个点电荷同时存在，此时各点的电场强度是怎样的呢?
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，图中P点的电场强度E，等于点电荷Q在该点产生的电场强度E1与点电荷Q2(为负电荷)在该点产生的电场强度E2的矢量和。
在一个比较大的带电体不能看作点电荷的情况下，当计算它的电场时，可以把它分成若干小块，只要每个小块足够小，就可以看成点电荷，然后用点电荷电场强度叠加的方法计算整个带电体的电场。
可以证明，一个半径为R的均匀带电球体(或球壳）在球的外部产生的电场，与一个位于球心、电荷量相等的点电荷在同一点产生的电场相同，即
式中的r是球心到该点的距离（r>R)，Q为整个球体所带的电荷量。球的内部的电场强度则处处为0。
四、电场线
问题1：除了用数学公式描述电场外，如何用一个形象简洁的方法描述电场的强弱与方向?电场线又是如何定义的?
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。
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(如图所示)。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大小。
问题2：从图1和图2中可以看出，电场线有什么特点？
(1)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，这是因为在电场中任意一点的电场强度不可能有两个方向。
(3)电场线上各点的切线方向与该点的电场强度方向一致，电场线的疏密反映电场强度的大小(疏弱密强)。
(4)电场线不是实际存在的线，是假想的线。
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，这个电场就叫作匀强电场。
问题：匀强电场的电场线是什么样子的?
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，它们之间的电场除
边缘外，可以看作匀强电场。
随堂训练
C
A
C
D