9.3電場(chǎng)

電場(chǎng)強(qiáng)度

通過(guò)起電機(jī)使人體帶電，人的頭發(fā)會(huì)豎起散開(kāi)。為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象？你會(huì)解釋產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因嗎？一、電場(chǎng)19世紀(jì)30年代，英國(guó)科學(xué)家法拉第提出一種觀點(diǎn)，認(rèn)為在電荷的周圍存在著由它產(chǎn)生的電場(chǎng)①（electricfield）。電場(chǎng)是看不見(jiàn)、摸不著的，但人們卻可以根據(jù)它所表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)來(lái)認(rèn)識(shí)它，研究它。處在電場(chǎng)中的其他電荷受到的作用力就是這個(gè)電場(chǎng)給予的。例如，電荷A對(duì)電荷B的作用力，就是電荷A的電場(chǎng)對(duì)電荷B的作用；電荷B對(duì)電荷A的作用力，就是電荷B的電場(chǎng)對(duì)電荷A的作用（圖9.3-1）。

物理學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)證實(shí)并發(fā)展了法拉第的觀點(diǎn)。電場(chǎng)以及磁場(chǎng)已被證明是一種客觀存在。場(chǎng)像分子、原子等實(shí)物粒子一樣具有能量，因而場(chǎng)也是物質(zhì)存在的一種形式。應(yīng)該指出，只有在研究運(yùn)動(dòng)的電荷，特別是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)迅速變化的電荷時(shí)，上述場(chǎng)的物質(zhì)性才突顯出來(lái)。本章只討論靜止電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)，叫作靜電場(chǎng)（electrostaticfield）。二、電場(chǎng)強(qiáng)度

電場(chǎng)是在與電荷的相互作用中表現(xiàn)出自己的特性的。因此，在研究電場(chǎng)的性質(zhì)時(shí)，應(yīng)該將電荷放入電場(chǎng)中，從電荷所受的靜電力入手。這個(gè)電荷應(yīng)該是電荷量和體積都很小的點(diǎn)電荷。電荷量很小，是為了使它放入后不影響原來(lái)要研究的電場(chǎng)。體積很小，是為了便于用它來(lái)研究電場(chǎng)各點(diǎn)的性質(zhì)。這樣的電荷常常叫作試探電荷。激發(fā)電場(chǎng)的帶電體所帶的電荷叫作場(chǎng)源電荷，或源電荷。

如果把一個(gè)很小的電荷q1

選為試探電荷，它在電場(chǎng)中某個(gè)位置受到的靜電力是F1

，另一個(gè)同樣的電荷在同一位置受到的靜電力一定也是F1；我們可以推測(cè)，假如有一個(gè)電荷量為2q1

的電荷放在這里，它受到的靜電力就是2F1

。依此類推，電荷量為3q1

的電荷放在這里，受到的靜電力是3F1……也就是說(shuō)，我們推測(cè)試探電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)受到的靜電力F與試探電荷的電荷量q成正比?；蛘哒f(shuō)，試探電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)受到的靜電力F與試探電荷的電荷量q之比是一個(gè)常量。

實(shí)驗(yàn)表明，無(wú)論是點(diǎn)電荷的電場(chǎng)還是其他電場(chǎng)，在電場(chǎng)的不同位置，試探電荷所受的靜電力與它的電荷量之比一般說(shuō)來(lái)是不一樣的。它反映了電場(chǎng)在各點(diǎn)的性質(zhì)，叫作電場(chǎng)強(qiáng)度（electricfieldstrength）。電場(chǎng)強(qiáng)度常用E來(lái)表示，根據(jù)分析可以知道按照上式，電場(chǎng)強(qiáng)度的單位應(yīng)是牛每庫(kù)，符號(hào)為N/C。如果1C的電荷在電場(chǎng)中的某點(diǎn)受到的靜電力是1N，那么該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度就是1N/C，即

電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量。物理學(xué)中規(guī)定，電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向與正電荷在該點(diǎn)所受的靜電力的方向相同。按照這個(gè)規(guī)定，負(fù)電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)所受靜電力的方向與該點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向相反。三、點(diǎn)電荷的電場(chǎng)

電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加

（一）點(diǎn)電荷的電場(chǎng)（一）點(diǎn)電荷的電場(chǎng)（一）對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的理解

1、唯一性：電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E是唯一的，是由電場(chǎng)本身的特性(形成電場(chǎng)的電荷及空間位置)決定的，與是否放入試探電荷、放入電荷的電性、電荷量的多少均無(wú)關(guān)。電場(chǎng)中不同的地方，電場(chǎng)強(qiáng)度一般是不同的。2、矢量性：電場(chǎng)強(qiáng)度描述了電場(chǎng)的強(qiáng)弱，是矢量，其方向與在該點(diǎn)的正電荷所受電場(chǎng)力的方向相同，與在該點(diǎn)的負(fù)電荷所受電場(chǎng)力的方向相反。（二）電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加

我們知道，兩個(gè)或兩個(gè)以上的點(diǎn)電荷對(duì)某一個(gè)點(diǎn)電荷的靜電力，等于各點(diǎn)電荷單獨(dú)對(duì)這個(gè)點(diǎn)電荷的靜電力的矢量和。由此可以推理，如果場(chǎng)源是多個(gè)點(diǎn)電荷，則電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度等于各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和。例如，圖9.3-4中P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E，等于點(diǎn)電荷Q1

在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度E1

與點(diǎn)電荷Q2

（為負(fù)電荷）在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度E2

的矢量和。四、電場(chǎng)線

除了用數(shù)學(xué)公式描述電場(chǎng)外，形象地了解和描述電場(chǎng)中各點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向也很重要。法拉第采用了一個(gè)簡(jiǎn)潔的方法來(lái)描述電場(chǎng)，那就是畫電場(chǎng)線（electricfieldline）。電場(chǎng)線是畫在電場(chǎng)中的一條條有方向的曲線，曲線上每點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向（圖9.3-6）。在同一幅圖中，電場(chǎng)強(qiáng)度較大的地方電場(chǎng)線較密，電場(chǎng)強(qiáng)度較小的地方電場(chǎng)線較疏，因此在同一幅圖中可以用電場(chǎng)線的疏密來(lái)比較各點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小。（1）電場(chǎng)線從正電荷或無(wú)限遠(yuǎn)出發(fā)，終止于無(wú)限遠(yuǎn)或負(fù)電荷；（2）同一電場(chǎng)的電場(chǎng)線在電場(chǎng)中不相交，這是因?yàn)樵陔妶?chǎng)中任意一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度不可能有兩個(gè)方向。1．電場(chǎng)線：為了形象描述電場(chǎng)而假想的一條條有方向的曲線．曲線上每點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向．2．靜電場(chǎng)電場(chǎng)線的特點(diǎn)(1)電場(chǎng)線從正電荷或無(wú)窮遠(yuǎn)出發(fā)，終止于無(wú)窮遠(yuǎn)或負(fù)電荷.(2)電場(chǎng)線在電場(chǎng)中既不相交，也不相切．(3)電場(chǎng)強(qiáng)度較大的地方，電場(chǎng)線較密；電場(chǎng)強(qiáng)度較小的地方，電場(chǎng)線較疏.(4)電場(chǎng)線上任一點(diǎn)順著電場(chǎng)線的切線方向，就表示該點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向．(5)電場(chǎng)線不是實(shí)際存在的曲線，是為了形象描述電場(chǎng)而假想的．（一）對(duì)電場(chǎng)線的理解五、勻強(qiáng)電場(chǎng)

如果電場(chǎng)中各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小相等、方向相同，這個(gè)電場(chǎng)就叫作勻強(qiáng)電場(chǎng)。由于方向相同，勻強(qiáng)電場(chǎng)中的電場(chǎng)線應(yīng)