1.3电场及其描述

电学中的电场分布在电学领域中，电场是一个重要的概念，它描述了电荷周围的电力场分布。

本文将探讨电学中的电场分布及其相关性质。

一、电场的定义和基本性质电场是指电荷所产生的影响其他电荷的空间区域。

根据库仑定律，电荷之间的相互作用力与它们之间的电荷量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。

电场的表达式可以用公式E=KQ/r^2表示，其中E表示电场强度，K为库仑常数，Q为电荷量，r为与电荷之间的距离。

1.1 电场强度的方向与性质电场强度的方向由正电荷朝向负电荷，且它的性质具有以下特点：首先，电场强度是一个矢量量，并具有大小和方向。

电荷为正时，电场强度指向外部；电荷为负时，电场强度指向内部。

其次，电场强度在空间中的大小与电荷之间的距离成反比。

电荷和距离之间的关系遵循反比例关系，即电荷增大，电场的强度减小；同样，距离增大，电场强度减小。

最后，电场强度受到电荷的影响。

当有多个电荷时，它们对一个点的电场强度的效果将叠加，取决于它们的位置和电荷量。

1.2 电场线的描述和分布为了更直观地表示电场分布情况，人们通常使用电场线进行描述。

电场线是沿着电场方向的曲线，在空间中将电场的分布进行了可视化。

电场线有一系列重要的特性：首先，电场线趋向于从正电荷流向负电荷。

这表示电荷之间会相互吸引，而不是相互推开。

其次，电场线不会相交。

如果相交，将会形成多个方向冲突的电场强度，这在物理上无法解释。

最后，电场线的密度表示电场强度的大小。

密集的电场线表示电场强度较大，而稀疏的电场线表示电场强度较小。

二、几种常见电场分布的模型根据不同的电荷分布情况，可以得到一些常见的电场分布模型。

下面将介绍一些常见的电场分布情况：2.1 点电荷电场分布点电荷是一种理想化的电场分布模型，即电荷集中在一个点上。

该模型下，电场强度的表达式为E=KQ/r^2。

点电荷的电场在空间中是球对称分布的，电场线以点电荷为中心向外辐射。

2.2 均匀带电平面电场分布均匀带电平面是一种常见的电场分布模型，例如平行板电容器的电场分布。

物理学中的场-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在物理学中，场是一种描述空间中物质或物理量如何随时间和空间位置变化的概念。

场可以是标量场，也可以是矢量场。

标量场只有大小没有方向，例如温度场；而矢量场不仅有大小还有方向，例如电场和磁场。

场在物理学中起着至关重要的作用，它可以描述物质之间的相互作用以及能量的传递。

通过研究场，我们可以更好地理解宇宙中的各种现象，从微观粒子到宏观物体都可以用场来描述。

本文将深入探讨物理学中不同类型的场以及它们在各个领域的应用。

1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三部分。

在引言部分中，将介绍物理学中场的概念以及本文的目的和重要性。

在正文部分，将详细讨论场的概念、不同类型的场以及场在物理学中的应用。

最后在结论部分中，将对整篇文章进行总结，并强调场在物理学中的重要性。

同时，对该领域未来的发展进行展望，指出可能的研究方向和挑战。

通过以上结构的安排，本文将全面深入地介绍物理学中的场，希望读者能对该领域有更深入的了解和认识。

1.3 目的物理学中的场是一种重要的研究对象，它们在描述自然界中的相互作用和力的传递过程中起着关键的作用。

本文旨在深入探讨场的概念、不同类型的场以及它们在物理学中的应用，从而帮助读者更全面地理解场在自然界中的作用和意义。

通过对场的研究，我们可以更好地理解宇宙中的规律和现象，为进一步探索未知的物理现象打下基础。

同时，本文也旨在强调场在物理学中的重要性，引发读者对这一概念的深入思考和讨论。

通过本文的阐述，希望能够为读者提供一个全面了解物理学中的场的视角，激发对于自然规律的好奇心和求知欲。

2.正文2.1 场的概念在物理学中，场是一种描述空间中物质或能量分布的概念。

场可以是标量场，也可以是矢量场。

在场论中，场是一种物质与其周围环境相互作用的方式，它可以传递力和能量。

场的产生可以来源于物质的分布，也可以来源于粒子的运动。

例如，电磁场是由带电粒子产生的，引力场是由质量产生的。

1-3．1电场及其描述（一）【学习目标】1. 知道电荷间的相互作用是通过电场发生的，初步了解场是物质存在的形式之一。

2. 理解电场强度。

能根据电场强度的定义式qFE =进行有关的计算。

知道电场强度是矢量及其方向的规定。

3. 知道点电荷的电场，能推导其表达式并能在计算中运用它。

知道匀强电场。

【学习重、难点】电场、电场强度的概念；电场强度的定义式预习案（10分钟）【知识链接】在初中，我们学过物质密度的定义式Vm=ρ，能否说物质的密度ρ与物质的质量m 成正比，与物质的体积V 成反比？（提示：物质的密度是物质的一种基本属性，与m 、V 无关）。

阅读教材P15，回答下列问题： 一、电场及电场力1.电场的产生：电荷周围存在着一种人眼看不见也摸不着的特殊物质---- ，电荷间的相互作用是通过 发生的。

2.电场的基本性质：会对放入电场中的 产生力的作用。

3.电场力：电场对放入其中的电荷有力的作用，这种力叫着 ；可见前面所学库仑力或静电力其实质就是 。

阅读教材P16-P17，回答下列问题： 二、电场强度： 1. 试探电荷：（1）定义：放入电场中探测 性质的电荷。

（2）能作为试探电荷的条件：电荷量应足够 ；几何限度应足够 的电荷。

2.电场强度：从教材P16《实验与探究》可知，同一试探电荷，处在电场中的不同位置，电荷所受电场力的大小及方向一般是不同的，此现象说明电场中的不同位置电场的力的性质的强弱及方向可能不同，怎样描述这种不同呢？在电场中的同一点改变试探电荷的电量q ，电荷所受电场力F 随之改变，但qF为定值。

（1）定义：放入电场中某点的电荷受到的 跟它的 的比值，叫着电场在该点的电场强度。

（2）定义式：E=在国际单位制中，电场强度的单位为 。

该定义式适用于 电场。

（3）方向：电场中某点的电场强度的方向与 电荷在该点受到的电场力方向相同；与 电荷在该点受到的电场力方向相反。

（4）物理意义：电场强度是用来描述电场在某一点的 及其 的物理量。

[随堂检测]1、( 多选)下列关于电场和电场强度的说法正确的是( )A、电荷间的相互作用是通过电场产生的,电场最基本的特征是对处在它里面的电荷有力的作用B、电场是人为设想出来的,其实并不存在C、某点的场强越大,则同一电荷在该点所受到的电场力越大D、某点的场强方向为试探电荷在该点受到的电场力的方向详细解析:选AC、电场是电荷周围客观存在的一种特殊物质,电荷间的相互作用是通过电场产生的,不是假想的,故A正确,B错误；由E＝F得F＝Eq,当q一定时,E越大,F越大,q所以C正确；场强方向规定为正电荷在该点受到的电场力方向,与负电荷受电场力的方向相反,D错误、2、( 2018·西藏日喀则区第一高级中学期中考试)下列关于电场线的说法中正确的是( )A、电场线是电场中实际存在的线B、在复杂电场中的电场线是可以相交的C、沿电场线方向,场强必定越来越小D、电场线越密的地方,同一试探电荷所受的静电力越大详细解析:选D、电场线是假想的曲线,不是实际存在的线,选项A错误；电场线是不能相交的,选项B错误；沿电场线方向,场强不一定越来越小,选项C错误；电场线越密的地方,场强越大,同一试探电荷所受的静电力越大,选项D正确、3、( 多选)某电场的电场线分布如图所示,则( )A、电荷P带正电B、电荷P带负电C、a点的电场强度大于b点的电场强度D、正检验电荷在c点受到的电场力大于在d点受到的电场力详细解析:选AD 、电场线从正电荷出发,故A 正确,B 错误；从电场线的分布情况可知,b 点的电场线比a 点的密,所以b 点的电场强度大于a 点的电场强度,故C 错误；c 点的场强大于d 点的场强,所以正检验电荷在c 点受到的电场力大于在d 点受到的电场力,故D 正确、4、如图所示,abcde 是半径为r 的圆的内接正五边形,当在顶点a 、b 、c 、d 、e 处各固定有电荷量为＋Q 的点电荷时,O 点的电场强度为零；若在e 处固定有电荷量为－3Q 的点电荷,a 、b 、c 、d 各处仍为电荷量为＋Q 的点电荷,则圆心O 处的电场强度大小为( )A 、4kQr 2B 、3kQ r 2C 、2kQ r2D 、kQ r2详细解析:选A 、假设在e 处固定电荷量为＋Q 的点电荷,则O 点的电场强度大小为零,若取走e 处的点电荷,则其余点电荷在O 处的电场强度大小为k Qr 2,方向指向e 处、若换取－3Q 的点电荷,则在O 处产生的电场强度大小为k 3Qr 2,方向也指向e 处,因此方向相同叠加而得,圆心O 处的电场强度大小为 4kQr2,故A 正确,B 、C 、D 错误、[课时作业]一、单项选择题1、关于电场线的性质,以下说法正确的是( ) A 、电场线是正电荷在电场中的运动轨迹B 、电场线的分布情况反映电场中不同点的场强的大小C 、电场线的箭头方向表示场强减弱的方向D 、空间中两条电场线能相交详细解析:选B 、电场线是为了描述电场的强弱及方向的方便而引进的假想线,它一般不与电荷的运动轨迹重合,A 错误,B 正确、电场线的箭头方向表示场强的方向,C 错误、由于电场的具体方向与电场线上某点的切线方向相同,若两条电场线相交,则在该点可以作出两条切线,表明该点的电场不唯一,这与实际不符,D 错误、2.在电场中的A 、B 两处分别引入不同的试探电荷q ,得到试探电荷所受的电场力随电荷量变化的关系如图所示,则( )A、E A＞E BB、E A＜E BC、E A＝E BD、不能判定E A、E B的大小详细解析:选A、根据电场强度的定义式E＝Fq,电场强度与图中图线的斜率相对应,故E A＞E B,A项正确、3、在电场中某点,当放入正电荷时受到的电场力方向向右；当放入负电荷时受到的电场力方向向左,则下列说法中正确的是( )A、当放入正电荷时,该点场强方向向右；当放入负电荷时,该点场强方向向左B、该点场强方向一定向右C、该点场强方向一定向左D、该点场强方向可能向右,也可能向左详细解析:选B、电场中某一点的电场方向取决于电场本身,其方向与放在该点的正电荷的受力方向一致,与负电荷的受力方向相反,故只有B正确、4、如图所示,一电子沿等量异种电荷的中垂线由A→O→B匀速飞过,电子重力不计,则电子除受电场力外,所受的另一个力的大小和方向变化情况是( )A、先变大后变小,方向水平向左B、先变大后变小,方向水平向右C、先变小后变大,方向水平向左D、先变小后变大,方向水平向右详细解析:选B、等量异种电荷电场线分布如图甲所示,由图中电场线的分布可以看出,从A点到O点,电场线由疏到密；从O点到B点,电场线由密到疏,所以沿点A、O、B,电场强度应先由小变大,再由大变小,方向为水平向右,如图乙所示、由于电子做匀速直线运动,所受合外力必为零,故另一个力应与电子所受电场力大小相等、方向相反,电子受到的电场力方向水平向左,且沿点A 、O 、B 运动的过程中,电场力由小变大,再由大变小,故另一个力的方向应水平向右,其大小应先变大后变小,故选B 、5、A 、B 是一条电场线上的两个点,一带负电的微粒仅在静电力作用下,以一定的初速度从A 点沿电场线运动到B 点,其v －t 图象如图所示、则此电场的电场线分布可能是( )详细解析:选A 、从题图可以直接看出,粒子的速度随时间的增大逐渐减小,图线的斜率逐渐增大,说明粒子的加速度逐渐变大,电场强度逐渐变大,从A 到B 电场线逐渐变密、综合分析知,微粒是顺着电场线运动,由电场线疏处到达密处,正确选项是A 、6.( 2018·西藏日喀则一中期中 )如图所示,在水平向右、大小为E 的匀强电场中,在O 点固定一电荷量为Q 的正电荷,A 、B 、C 、D 为以O 为圆心、半径为r 的同一圆周上的四 点,B 、D 连线与电场线平行,A 、C 连线与电场线垂直、则( )A 、A 点的场强大小为E 2＋k 2Q 2r 4B 、B 点的场强大小为E －k Qr 2C 、D 点的场强大小不可能为0 D 、A 、C 两点的场强相同详细解析:选A 、正点电荷Q 在A 点的电场强度大小E ′＝kQr 2,而匀强电场在A 点的电场强度大小为E ,因方向相互垂直,根据矢量的合成法则,则有A 点的场强大小为E 2＋k 2Q 2r 4,故A 正确；同理,点电荷Q 在B 点的电场强度的方向与匀强电场方向相同,因此B 点的场强大小为E ＋kQr 2,故B 错误；当点电荷Q 在D 点的电场强度的方向与匀强电场方向相反,且大小相等,则D 点的电场强度大小可以为零,故C 错误；根据矢量的合成法则,结合点电荷电场与匀强电场的方向,可知,A 、C 两点的电场强度大小相等,而方向不同,故D 错误、二、多项选择题7、( 2018·黑龙江大庆实验中学期中 )下列关于电场强度的两个表达式E ＝F q 和E ＝kQr 2的叙述,正确的是( )A 、E ＝Fq 是电场强度的定义式,F 是放入电场中的电荷所受的力,q 是放入电场中的电荷的电荷量,它适用于任何电场B 、E ＝F q 是电场强度的定义式,F 是放入电场中的电荷所受的力,q 是产生电场的电荷的电荷量C 、E ＝kQr 2是点电荷场强的计算公式,Q 是产生电场的电荷量,它不适用于匀强电场D 、从点电荷场强计算式分析,库仑定律表达式F ＝kq 1q 2r 2中kq 2r 2是点电荷q 2产生的电场在点电荷q 1处的场强大小,而kq 1r2是点电荷q 1产生的电场在点电荷q 2处的场强大小详细解析:选ACD 、E ＝Fq 是定义式,F 是放入电场中的电荷所受的力,q 是放入电场中电荷的电荷量,它适用于任何电场,A 正确,B 错误；E ＝kQr 2是点电荷场强的计算式,Q 是产生电场的电荷的电荷量,它不适用于匀强电场,故C 正确；根据E ＝Fq ,从点电荷场强计算式分析库仑定律的表达式F ＝kq 1q 2r 2,kq 2r 2是点电荷q 2产生的电场在点电荷q 1处的场强大小,而kq 1r 2是点电荷q 1产生的电场在q 2处场强的大小,故D 正确、8、将质量为m 的正点电荷q 在电场中从静止释放,在它运动过程中如果不计重力,下述正确的是( )A 、点电荷运动轨迹必与电场线重合B 、点电荷的速度方向必定和所在点的电场线的切线方向一致C 、点电荷的加速度方向必与所在点的电场线的切线方向一致D 、点电荷的受力方向必与所在点的电场线的切线方向一致详细解析:选CD 、正点电荷q 由静止释放,如果电场线为直线,电荷将沿电场线运动,但如果电场线是曲线,电荷一定不沿电场线运动( 因为如果沿电场线运动,其速度方向与受力方向重合,不符合曲线运动的条件),故A选项不正确；由于点电荷做曲线运动时,其速度方向与静电力方向不再一致( 初始时刻除外),故B选项不正确；而点电荷的加速度方向,即电荷所受静电力方向必与该点场强方向一致,即与所在点的电场线的切线方向一致,故C、D选项正确、9、某静电场中的电场线如图所示,带电粒子在电场中仅受电场力作用,其运动轨迹如图中虚线所示,粒子由M运动到N,以下说法正确的是( )A、粒子必定带正电荷B、粒子在M点的加速度大于它在N点的加速度C、粒子在M点的加速度小于它在N点的加速度D、粒子必带负电详细解析:选AC、做曲线运动的物体合力指向曲线的内侧,又因为粒子只受电场力所以点电荷带正电,A正确；由于电场线越密,场强越大,点电荷受电场力就越大,根据牛顿第二定律可知其加速度也越大,故此粒子在N点加速度大,C正确、10、某电场的电场线分布如图所示,下列说法错误的是( )A、c点的电场强度大于b点的电场强度B、若将一试探电荷＋q由a点释放,它将沿电场线运动到b点C、b点的电场强度大于d点的电场强度D、a点和b点的电场强度的方向相同详细解析:选ABD、电场线的疏密表示电场强度的大小,由题图可知E a＜E b,E d＞E c,E b ＞E d,E a＞E c,故选项C正确、选项A错误；由于电场线是曲线,由a点释放的正电荷不可能沿电场线运动,故选项B错误；电场线的切线方向为该点电场强度的方向,a点和b点的切线不在同一条直线上,故选项D错误、三、非选择题11、( 2018·青海西宁第五中学月考)空间有三点A、B和C位于直角三角形的三个顶点,且AB＝4 cm,BC＝3 cm.现将点电荷Q A和Q B放在A、B两点,测得C点的场强为E C＝30 V/m,方向如图、如果撤掉Q A,C点场强的大小为________,Q B所带电荷量为________、( 已知静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2 )详细解析:由于A、B为点电荷,故B产生的电场沿直线BC,要么指向B,要么指向C,同理A产生的电场沿直线AC,方向要么指向A,要么指向C,由于合场强平行于直线BA方向向左,故B产生的电场沿直线BC,指向C,A产生的场强沿直线AC,方向指向A,如图所示,故B 带正电荷,A带负电荷,因E C＝30 V/m,如果撤掉Q A,C点场强的大小则为E B,而E B＝E C tan 37°＝22.5 N/C根据E B＝kQ B解得Q B＝2.25×10－12 C、r2BC正确答案:22.5 N/C 2.25×10－12 C12、如图所示,A为带正电Q的金属板,沿金属板的垂直平分线,在距板r处有一质量为m、电荷量为q的小球,小球用绝缘细线悬挂于O点,小球受水平向右的电场力作用偏转θ角而静止、试求小球所在处的电场强度、详细解析:对小球进行受力分析如图所示、由平衡条件得F电＝mg tan θ所以小球所在处的电场强度E ＝F 电q ＝mg tan θq小球带正电荷,因此电场强度方向水平向右、 正确答案:mg tan θq ,方向水平向右。

展示课教案：鲁科版高中物理选修3—1第一章静电场第3节电场及其描述第一章静电场第3节电场及其描述【教材分析】教材从电荷在电场中受力入手，引入了电场强度的概念，明确它是表示电场强弱的物理量。

本节课主要由电场强度、点电荷的电场和电场强度的叠加、匀强电场三部分内容组成。

原本都是很抽象的知识，通过与重力场做类比，引入试探电荷的方法，化抽象为具体，引领学生的认知。

【教学目标】一、知识与技能1．粗略了解物理学史上对电荷间相互作用力的认识过程。

2．知道电荷间的相互作用是通过电场发生的，电场是客观存在的一种特殊的形态。

3．理解电场强度的概念及其定义，会根据电场强度的定义进行有关的计算。

知道电场强度是矢量，知道电场强度的方向是怎样规定的。

4．能根据库仑定律和电场强度的定义推导点电荷场强的计算式，并能用此公式进行有关的计算。

5．知道场强的叠加原理，并能应用这一原理进行简单的计算。

6.利用电场线描述电场，知道匀强电场的特点。

二、过程与方法1．经历“探究描述电场强弱的物理量”的过程，获得探究活动的体验。

2．领略通过试探电荷在电场中所受静电力的方法来研究电场，体会理想模型、比值法、类比法等物理学研究方法的应用。

三、情感态度与价值观1．体验探究物理规律的艰辛与喜悦。

2．学习科学家严谨科学的态度。

【教学重点】1．探究描述电场强弱的物理量——场强。

2．理解电场、电场强度的概念，并会根据电场强度的定义进行有关的计算。

3. 几种特殊电场及其电场线的画法。

【教学难点】充分理解场强的物理意义、学会分析矢量场强的大小和方向。

【教学用具】多媒体课件、电场线模拟演示仪 【教学设计】一、复习提问、新课导入教师：上一节课我们学习了库仑定律，也就是表示两个点电荷之间静电力大小的公式，请同学来回答。

学生回答：教师：我们不免会产生这样的疑问：投影右图。

问题1：真空中两个电荷相隔一定的距离，却能够发生相互作用，它们之间难道就没有物质吗？学生思考。

第3节电场及其描述基础巩固1．电场中有一点P，下列哪种说法是正确的()A．若放在P点电荷的电荷量减半，则P点的场强减半B．若P点没有检验电荷，则P点场强为零C．P点场强越大，则同一电荷在P点所受电场力越大D．P点的场强方向为试探电荷在该点受力方向答案：C2．关于电场线的下列说法中正确的是()A．电场线上每一点的切线方向都跟电荷在该点的受力方向相同B．沿电场线方向，电场强度越来越小C．电场线越密的地方，同一试探电荷所受的电场力就越大D．在电场中，顺着电场线移动电荷，电荷受到的电场力大小恒定答案：C3．关于带电粒子在电场中的运动轨迹与电场线的关系正确的说法是()A．带电粒子在电场中运动，如只受电场力作用，其加速度方向一定与电场线方向相同B．带电粒子在电场中的运动轨迹一定与电场线重合C．带电粒子只受电场力作用，由静止开始运动，其运动轨迹一定与电场线重合D．带电粒子只受电场力作用，其运动轨迹可能与电场线重合答案：D4.如图1－3－10中带箭头的直线是某一电场中的一条电图1－3－10场线，在该直线上有a 、b 两点，用E a 、E b 表示a 、b 两处的场强大小，则( )A ．a 、b 两点场强方向相同B ．电场线从a 指向b ，所以E a >E bC ．电场线是直线，所以E a ＝E bD ．不知a 、b 附近的电场线分布，E a 、E b 大小不能确定答案：AD知能提升5.一负电荷从电场中A 点由静止释放，只受电场力作用，沿电场线运动到B 点，它运动的速度——时间图象，如图1－3－11所示，则A 、B 所在区域的电场线分布情况可能是下图中的 ( )解析：电荷在电场力的作用下做加速度逐渐增大的加速运动，所以可以判断电场强度越来越大，再由电荷带负电，可知电荷逆着电场线运动，故C 正确．答案：C6.图1－3－12中a 、b 是两个点电荷，它们的电荷量分别为Q 1、Q 2，MN 是ab 连线的中垂线，P 是中垂线上的一点，下列哪种情况能使P 点场强方向指向MN 的右侧 ( )A ．Q 1、Q 2都是正电荷，且Q 1<Q 2B ．Q 1是正电荷，Q 2是负电荷，且Q 1>|Q 2|C ．Q 1是负电荷，Q 2是正电荷，且|Q 1|<Q 2D ．Q 1、Q 2都是负电荷，且|Q 1|>|Q 2|解析：Q 1、Q 2产生的电场在P 点叠加，利用矢量的合成可以判断答案为B. 答案：B7.如图1－3－13所示，一个带负电的油滴以初速v 0从图1－3－11图1－3－12P 点倾斜向上进入水平方向的匀强电场中，若油滴到达最高点C 时速度大小仍为v 0，则油滴最高点的位置在( )A ．P 点的左上方B ．P 点的右上方C ．P 点的正上方D ．上述情况都可能解析：当油滴到达最高时，重力做了负功，要使油滴的速度仍为v 0，需电场力做正功，因而C 点应在P 点左侧．答案：A8.在水平向右的匀强电场中，有一质量为m ，带正电的小球，用长为l 的绝缘细线悬挂于O 点，当小球静止时细线与竖直方向夹角为θ，如图1－3－14所示．现在B 点给小球一个初速度v 0，使小球能在竖直平面内做圆周运动．试问：小球在做圆周运动的过程中，在哪一位置速度最小？最小值多大？解析：将小球受的重力，电场力等效成一个力F ，如图，则F ＝mg cos θ，小球由B →A 受等效力F 和绝缘细线的拉力作用，由动能定理：－mg cos θ·2l ＝12m v A 2－12m v 02v A ＝ v 02－4gl cos θ.答案：A 点v 02－4gl cos θ图1－3－13 图1－3－14。