電場強度

一、教學目標 

1.     了解電場的概念

2.     理解的概念

3.     掌握的計算方法

二、重點、難點分析

1.     重點是使學生理解的概念及掌握的計算方法。

2.     是描述電場性質的物理量之一，這是難點。初學者容易把跟電場力混同起來。

三、主要教學過程 

1.     復習庫侖定律

在真空中兩點電荷的作用力跟它們的電量乘積成正比，跟它們的距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上，這就是庫侖定律。

2.新課引入

任何力的作用都離不開物質，腳踢球，腳對球的力直接作用在球上；狗拉雪橇，狗對雪橇的拉力是通過繩子作用的；地球對地表附近物質的作用力是通過重力場——物質；兩電荷間相互作用時不直接接觸，它們之間的相互作用也是通過別的物質作用的，這就是電場。

3.教學過程 設計

（1）電場

a.電荷周圍存在一種特殊物質

提問：既然場是物質，為什么我們看不到呢？

答：物質形式    實體（由分子組成）；看的見，摸的著。

場（形式）：看不見，摸不著，不以人的感官意識為轉移的客觀存在。

例如可見光波長由7000 ~4000 ，但還有很多波長的光線我們看不到，但不等于它們不存在。不能以人燈感官為標準判一存在與否。場客觀存在的證明是它有力、能的特性。例如重力場對有質量的物體有力的作用，用可對物體做功，說明其能量。電場對放入其 的電荷Q也有力的作用，可對Q做功，說明其有能量。

b.電場的基本性質：電場對放入其中的電荷有力的作用，此力稱電場力。

c.靜電場：靜止電荷的電場。

場有能和力的特性，我們先看電場中力的性質，它是本章的重要內容，先以點電荷為例。

如圖1所示，在+Q電場中A點分別放入電荷q₁、q₂、q₃則它們分別受電場力為：

A:F₁=    F₂=   ;F₃=

看看上式，我們可發現場電荷Q對不同的檢驗電荷q有不同的電場力，但只要A點位置不變，F與q的比值就不變。

若換到B點，則

從上面分析看出：Q固定則電場的空間分布固定，對于場中某點固定， 值僅與Q、r有關，與檢驗電荷無關，它反映的是電場的性質，反映的是電場的強弱，稱場強。

（2）

a.定義：放入電場中某一點的電荷受到的電場力跟它的電量的比值叫該點的，簡稱場強。

b.定義式：

            E=

F——電場力  國際單位：牛（N）

q——電量   國際單位：庫（C）

E——   國際單位：牛/庫（N/C）

c.物理意義：

電場中某點的數值上等于單位正電荷在那里所受的電場力。

d.是矢量，規定場強方向為正電荷在該點所受電場力方向。電場中同一點，+q、-q受力方向不同，場強只能有一個方向，規定以+q的受力方向為正。

例  在圖2中標出A、B、C、D四點的的方向。

正點電荷電場中某點方向沿連線背離+Q，負點電荷電場中某點方向沿連線指向-Q。

e.單位：牛/庫   N/C

E= 借助于點電荷場強推出，可適用于任意電場。

（3）一個點電荷電場的場強

a.      真空中：E= （與檢驗電荷q無關，僅與場電荷Q及r有關）

b.     方向：正電荷在該點受電場力方向（以后還會遇到各點場強大小，方向均相同的勻強電場）

（4）兩個點電荷產生的電場的疊加原理

  如圖3所法，在正點電荷Q₁與負點電荷Q₂產生的電場中有一點A，求A點的E_A，由定義可知，E_A在數值上為+1C點電荷在A點所受的電場力。今在A點放

q=1+C，q將同時受到Q₁和Q₂的作用，每個作用力都能單獨用庫侖定律求出，就像另一個電荷不存在一樣，而q受的合力為各分力的矢量和，又因為q是1C正電荷，所以它受的電場力在數值上等于場強，也就是說A點的合場強為Q₁與Q₂單獨在A瞇產生的場強的矢量和，這就是的疊加原理。

用的疊加原理可以求和任意多個點電荷產生的，任何一個帶電體不管其電荷分布多么復雜，都可以視為由許多點電荷組成，因而可以用場強疊加原理求出它的場強。可以看出，真空中任意多個點電荷產生的，僅由場是荷、電場中的位置兩個因素決定，而與檢驗電荷無關。

（5）比較：E= 和E=

a.      E= 是場強的定義式，適用于任何電場。

b.     E= 是點電荷電場中場強的計算式。

（6）小結

a.       電場中某點場強大小和方向，均與該點放不放檢驗電荷、放那種電荷、放多大檢驗電荷無關，是電場自身的性質，與外界因素無關。對確定的電場來說，在某點放單位正電荷時，它受電場力的大小和方向是確定的。

        定義式：E= 數值上等于+1C的電荷受到的電場力，對所有電場都成產。

b.場強     方向：正電荷

        單位：牛/庫（N/C）

          決定因素：場電荷、場中位置

          疊加原理

（7）例題

 例1.場電荷Q=2×10^-4C，是正點電荷：檢驗電荷q=2×10^-5，是負電荷，它們相距r=2m而靜止且都在真空中，如圖4所示。求：

(1)  q受的電場力。

(2)  q所在的B點的場強E_B.

(3)  只將q換為 =4 ×10^-5C的正點電荷，再求 受力及B點的場強。

(4)  將受力電荷拿去后再求B點場強。

解：（1）庫侖定律：F= = =9N 方向在A與B的連線上，且指向A。

  （2）由的定義：E= 所以E= =4.5×10⁵N/C   方向由A指向B。

（3）由庫侖定律： = =18N 方向由A指向B。

E=   方向由A指向B。

（4）因E與q無關，自然q=0也不會影響E的大小與方向，所以拿走q后場強不變。

例2            如圖5（a）所示，點電荷q與9q靜止于真空中，相距r，它們均為正電荷，求：

（1） 連線中點A的場強E_A；

（2） 求場強為0的點位置。

解（1）在A點放 =1C，它受力情況如圖5（c）所示，F為q對 的作用力，9F為9q對 的作用力，而合力為8F方向指向q，所以

       E_A=8

方向：向左指向q。

(2)先分析E=0的點可能的位置范圍，因在該點放+1C時，它受力為零，所以q與9q的連線上，當+1C作用力一定等大反向，因而兩力共線，由此可以斷定E=0的點在q與9q的連線上，當+1C放于q以左及9q以右的連線上時，它受的兩個力都同向，因而不可能抵消，所以E=0的點一定在兩點電荷中間的連線上。

令E=0 的點O距q為x,如圖（b）所示，+1C電荷在O點受力為零，所以有

答：（1）E_A= 方向指向q。

   （2）E=0的點在q與9q之間，距q為r/4.

四、說明

1.     對于概念的理解注意：

（1）定義   大小：E=

方向：與正電荷在該點受電場力方向相同

無論放正、負檢驗電荷，E的方向定義為+q受力方向，類似于電流方向定義為正電荷移動方向，無論是誰移動形成電流。

（2）為自身性質，與檢驗電荷無關。

2.     我們研究的電荷均處于真空中，如處于空氣中可近似認為是在真空中。