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《电场强度》

同学们，魔术中有隔空取物这样一种表演，武侠小说里也有隔山打牛这样一门绝技，这些无不令我们觉不可思议，以为当我们理性思考时会发现，这里的施力物体与受力物体没有直接接触，然而这种不可思议在我们物理中却也是可以存在的，今天就让我们来研究一下物理学中的不可思议。（写标题——电场强度）。上节课我们学习了库伦定律（在副板书画两个电荷），真空中相距为r的两个相对静止的点电荷带电量为Q1Q2，它们之间的相互作用力，他们之间相互接触了么？没有，那为什么会有力的作用呢！当时为了解释这种现象，提出了超距作用，那么什么是超距作用，所谓超距作用就是超越时间与空间的相互作用力，同学们，这样的解释能让你们满意么？显然，这并不能令我们满意，到了1837年，英国物理学家法拉第首次提出电场的概念（副板书上演示），即电荷周围存在由它产生的电场，处在电场中的其它电荷会受到电场给予的一个作用力，这个力我们称之为电场力（在电荷Q2上标出F12），同理Q2也会产生一个电场，这个电场对Q1也产生电场力（在Q1上标出F21），F12与F21就是Q1Q2之间的相互作用力，这一解释看来比较合理。但是问题又出现了，同学们你们看见过电场么？给你一个带电的小球，谁又能告诉我电场在哪里？我们看不见也摸不到电场真的存在么？！答案是肯定的，这已经得到了近代物理学家的证明，并应用到了生产生活当中。电场：电荷周围存在的特殊物质（板书）。与分子、原子组成的实物一样具有能量与动量，虽然无形，但我们可以感知，就像风它可以吹动树叶，我们却看不到；电脑系统进行计算，拆开电脑我们找到系统在哪里；人的思维控制人类活动，解剖人体，我们也找不到思维这样的器官一样，生活中我们同样可以感知电场的存在，如无线电波、手机信号、甚至光波，这些都是电磁波，电磁波又由电场、磁场组成，这一知识点我们会在将来进行更深入的研究，总之生活中我们可以感知电场的存在。既然电场存在，那么电场又有哪些性质呢？现在就让我们研究一种由静止电荷产生的电场，也就是静电场（画一个正电荷）。

电场看不见也摸不到，我们怎么来研究它的性质呢？同学们有没有好的办法，思考一下。（停顿），我听有同学说可以研究电荷在电场中受力，通过受力间接反

映电场性质，很好，这就是我们今天要研究的方法。在研究之前，我给大家介绍一种电荷——试探电荷，所谓试探电荷就是电量要少、体积要小，电量少可以避免试探电荷的电场对所要研究的电场产生影响，体积小，实验中可做为点电荷，对多个点进行精细的研究。

现在来看黑板，有这样一个正电荷，电荷量为Q，提供电场，这个电荷我们称之为场源电荷。在电场中a、b两点放入电荷量为q的试探电荷，我们来看他们的受力情况，先看力的大小，可知a点处大于b点处，他们的受力方向也不同，也就是说位置改变之后，电场力的大小、方向都随之改变，而力又是由电场产生的，所以我们可以做这样的定性分析，在电场中不同的点，电场的强弱与方向是不同的。

带着上面的问题，下面我们来做定量的研究，同样是这个正电荷做场源电荷，在空间选取A、B两点，到Q的距离分别为r、2r，在此两点分别放入电量为q、2q、3q的试探电荷，完成下面的表格

同学们来分析这组数据，首先横向观察，在同一位置，不同的试探电荷收到的力大小不同，在纵向观察，同一电荷在不同位置受力也不相同，那么同学们，我们可以用电场力直接表征电场的性质么？显然不可以，无论横向还是纵向，我们都没有发现任何规律可循。同学们再来看看影响电场力大小的因素有哪些？有试探电荷的电量，到Q的距离r，同学们想一想，我们可不可以进行一些处理，简化一下变量，我听到有同学提到可以用比值，谁比上谁？我们可以尝试用电场力比上电荷量，好，接下来完成表格。

这回我们再来观察这个表格，首先横向观察，不管是A还是B它的值都变

成恒定的了，不以试探电荷的电量变化而变化。纵向再看，不同的点，比值不相同，那么这个比值可以表征电场的强弱么？我们来验证一下，看A、B的比值，明显A的要大一些，再看A、B的位置，A离着场源电荷更进一些，明显同一个电荷在A点受到的力就应该比在B点收到的力大，结果与我们的分析相吻合。这就说明这个比值可以表征电场的强弱，反映电场本身的性质，这个比值就是今天我们要学习的一个重要的物理量电场强度（板书）定义：放入电场中某点的电荷收到电场力跟它的电量的比值（简称场强），符号用E表示（表格中写Ea、Eb）。公式：（适用所有电场），单位：N/C或V/m。

我们再来研究电场强度的方向。来看公式，我之前讲过，等号是一个很强大的符号，用等号连结说明左右所有的信息都相等，大小不说了，我们看方向。这里F是矢量，有大小有方向，q是标量，两个量相比应该还是矢量，因此场强就是一个矢量，方向应该与等号右侧相同。应该注意一点，电荷量q有正负。所以我们可以得出结论，电场强度方向与正电荷受力方向相同，与负电荷受力方向相反。（画A、B上）其实我们可以发现，电场中场强的方向与正负电荷的选取是无关的。

同学们思考一下，整个研究过程中试探电荷起到什么作用。它就是我们间接研究的媒介物。例如温度计测量温度，温度计只能表示温度的高低却不能改变温度。试探电荷一样，只能表示出场强，不会改变电场强度。电场强度是一个客观存在。

以上我们掌握了电场强度的概念，它是反映电场本身的性质，不受外界的影响。那又是什么决定电场强度呢？下面我们进行一个练习。一点电荷产生的电场中任意一点P的场强大小是多少。我们可以利用公式得到Ep=kQ/r2。大家注意这就是点电荷产生电场强度的公式。在应用时注意它的应用范围。

当出现多个场源电荷时P点的场强是多少？同学们计算一下。我们知道电场强度为矢量，所以我们可以求出各个点电荷在P点产生电场，然后矢量合成，这就是电场的叠加原理。