第一章 3. 静电场 电场强度和电场线-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高二物理必修3同步课堂高效讲义教师用书（教科版）

3．静电场　电场强度和电场线 【核心素养目标】 物理观念 电场强度、电场线、匀强电场。 科学思维 应用电场强度叠加原理求合场强。典型电场的电场线分布特点。 科学探究 经历科学探究电场强度概念的建立过程，体会比值定义法。推导点电荷的电场强度表达式。 科学态度与责任 电场线引入的意义及作用。场强的叠加原理——平行四边形法则的应用。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 一、静电场 1．电场 (1)电荷在它周围空间产生电场。 (2)对电场的认识 ①电场像分子、原子等实物粒子一样具有能量，电场是物质存在的一种形态。 ②电荷间的相互作用是通过电场发生的。 ③静电场：静止电荷周围产生的电场，叫作静电场。 2．电场力：电场对电荷的作用力称为电场力。 二、电场强度 1．电荷与场源电荷 (1)检验电荷：为了研究电场各点的性质而引入的电荷，它是电荷量和体积都很小的点电荷。 (2)场源电荷：如果电场是由某个带电体产生的，那么该带电体所带的电荷，常称为场源电荷，也叫源电荷。 2．电场强度 (1)定义：检验电荷所受电场力与电荷量的比叫作电场强度，简称场强。 (2)定义式：E＝。 (3)单位：牛每库，符号N/C。 (4)方向：电场强度是矢量，电场中某一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，与负电荷在该点所受电场力的方向相反。 3．真空中点电荷的电场 (1)场强公式：，其中k是静电力常量，Q是场源电荷的电荷量，r是点电荷到电场中该点的距离。 (2)方向：如果以Q为中心作一个球面，当Q为正电荷时，E的方向沿半径向外；当Q为负电荷时，E的方向沿半径向内。 三、电场线　匀强电场 1．电场线 (1)定义：画在电场中的一条条有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致，这样的曲线叫电场线。 (2)特点 ①电场线起始于正电荷，终止于无穷远处或负电荷；或者起始于无穷远处，终止于负电荷。 ②电场线在电场中不相交。 ③在同一电场中，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。 2．匀强电场 (1)概念：如果电场中各点场强的大小方向都相同，这样的电场叫作匀强电场。 学生用书第15页 (2)特点：①电场方向处处相同，电场线是平行直线。 ②场强大小处处相等，电场线疏密程度相等。 (3)实例：相距很近、带有等量异种电荷的一对平行金属板之间的电场(边缘除外)，可以看作匀强电场。 1．判断正误 (1)只要有电荷存在，电荷周围就一定存在着电场。(　　) (2)电场只能存在真空中和空气中，不可能存在于物体中。(　　) (3)根据电场强度的定义式E＝可知，E与F成正比，与q成反比。(　　) (4)由E＝k知，在以Q为球心、r为半径的球面上，各处场强相同。(　　) (5)电场线可以描述电场的强弱也能描述电场的方向。(　　) (6)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。(　　) 答案：　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√ 2．链接实景 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(a)是头发屑在一对等量异种点电荷形成的电场中的排列情况，图(b)是头发屑在一对等量同种点电荷形成的电场中的排列情况。这能否说明电场线是实际存在的曲线。 提示：　不能，因为电场线实际不存在。 知识点一　电场强度的理解和计算　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 如图所示，点电荷A的电荷量为＋Q，在距＋Q为r的某点P放一试探电荷＋q。 试结合上述情景，讨论下列问题： (1)如何求P点的场强的大小和方向？ (2)若试探电荷的电荷量为－q，P点的场强大小和方向又是怎样的？ 提示：　(1)根据库仑定律，试探电荷所受的力F＝k，依电场强度的定义E＝，则点电荷A在P点的场强大小为E＝k；场强的方向与正电荷在P点的受力方向相同，故其方向为沿AP的连线背离点电荷A。 (2)若试探电荷的电荷量为－q，P点场强的大小和方向都不变。 1．电场强度的大小和方向都是由电场本身所决定的，与试探电荷无关。 2．电场强度是矢量，其方向与在该点的正电荷所受静电力的方向相同，与在该点的负电荷所受静电力的方向相反。 3．公式E＝可变形为F＝qE；正电荷所受静电力方向与电场强度方向相同，负电荷所受静电力方向与电场强度方向相反。 4．E＝与E＝k的比较 — E＝ E＝k 本质区别 定义式 决定式 适用范围 一切电场 真空中点电荷的电场 Q或q 的意义 q表示引入电场的试探电荷的电荷量 Q表示产生电场的点电荷(场源电荷)的电荷量 关系理解 E用F与