高中物理 第1章 靜電場 第3節(jié) 電場及其描述 電場素材 魯科版選修3-1（通用）

電場electric field 電場是電荷及變化磁場周圍空間里存在的一種特殊物質。電場這種物質與通常的實物不同，它不是由分子原子所組成，但它是客觀存在的。電場具有通常物質所具有的力和能量等客觀屬性。電場的力的性質表現為：電場對放入其中的電荷有作用力，這種力稱為電場力。電場的能的性質表現為：當電荷在電場中移動時，電場力對電荷作功（這說明電場具有能量）。靜止電荷在其周圍空間產生的電場，稱為靜電場；隨時間變化的磁場在其周圍空間激發(fā)的電場稱為有旋電場1（也稱感應電場或渦旋電場）。靜電場是有源無旋場，電荷是場源；有旋電場是無源有旋場。普遍意義的電場則是靜電場和有旋電場兩者之和。電場是一個矢量場，其方向為正電荷的受力方向。電場的力的性質用電場強度來描述。一、靜電場靜電場是由靜止電荷激發(fā)的電場。靜電場的電場線起始于正電荷或無窮遠，終止于負電荷或無窮遠。其電場力移動電荷做功具有與路徑無關的特點。用電勢差描述電場，或用等勢面形象地說明電場的分布。二、感應電場變化磁場激發(fā)的電場叫感應電場或渦旋電場。感渦旋電場磁場變化時線圈產生的感生電動勢與導體的種類、形狀、性質和構成均無關，是由磁場本身的變化引起的。因此麥克斯韋提出了“變化的磁場會在其周圍的空間激發(fā)一種電場，正式這種電場使得閉合回路中產生了感生電動勢和感生電流”的理論，并將這種電場稱為渦旋電場。感應電場的電場線是閉合的，沒有起點、終點。閉合的電場線包圍變化的磁場。電場強度 ：描述某點電場特性的物理量，符號是E，E是矢量。電場強度簡稱場強，定義為放入電場中某點的電荷所受的電場力F跟它的電荷量q的比值，場強的方向與正檢驗電荷的受力方向相同。場強的定義是根據電場對電荷有作用力的特點得出的。對電荷激發(fā)的靜電場和變化磁場激發(fā)的渦旋電場都適用。場強的單位是牛庫或伏米，兩個單位名稱不同大小一樣。場強數值上等于單位電荷在該點受的電場力，場強的方向與正電荷受力方向相同。電場的特性是對電荷有作用力，電場力，與正電荷受力方向相同，與負電荷受力方向相反。電場是一種物質，具有能量，場強大處電場的能量大。已知電場強度可判定電場對電荷的作用力，電介質(絕緣體)的電擊穿與場強大小有關。點電荷的電場強度由點電荷決定,與試探電荷無關.真空中點電荷場強公式:E=k*Q/r2勻強電場場強公式：E=U/d任何電場中都適用的定義式：E=F/q介質中點電荷的場強：kQ/(*r2)注：勻強電場。在勻強電場中，場強大小相等，方向相同，勻強電場的電場線 是一組疏密相同的平行線.在勻強電場中，有E=U/d（只適用于勻強電場），U為電勢差，單位：伏特/米。電荷在此電場中受到的力為恒力，帶電粒子在勻強電場中作勻變速運動。而此電場的等勢面與電場線相垂直。電場線：為形象地描述場強的分布，在電場中人為地畫出一些有方向的曲線，曲線上一點的切線方向表示該點場強的方向。電場線的疏密程度與該處場強大小成正比。   電場是一種物質，電場線是我們人為畫出的便于形象描述電場分布的輔助工具，并不是客觀存在的。在沒有電荷的空間，電場線具有不相交、不中斷的特點。靜電場的電場線還具有下列特性：1、電場線不閉合，始于正電荷終止于負電荷；   2、電場線垂直于導體表面；   3、電場線與等勢面垂直。   感應電場的電場線具有下述特性：   1、電場線是閉合的；2、閉合的電場線包圍磁感線。知道一個電場的電場線，就可判定場強的方向和大小，就可畫出等勢面，能判定電勢高低(沿電場線方向電勢降低)。應該注意，電場線不是電荷的運動軌跡。根據電場線方向能確定電荷的受力方向和加速度方向，不能確定電荷的速度方向、運動的軌跡。電場線是直線時，電荷運動速度與電場線平行，電荷運動軌跡與電場線重合。電場力（1）定義：電荷之間的相互作用是通過電場發(fā)生的.只要有電荷存在,電荷的周圍就存在著電場,電場的基本性質是它對放入其中的電荷有力的作用,這種力就叫做電場力。（2）方向：正電荷沿電場線的切線方向，負電荷沿電場線的切線方向的反方向。（3）計算：電場力的計算公式是F=qE，其中q為點電荷的帶電量，E為場強?；蛴蒞=Fd，也可以根據電場力做功與在電場力方向上運動的距離來求。電磁學中另一個重要公式W=qU（其中U為兩點間電勢差），就是由此公式推導得出。電場力的功能：由于電場力的作用廣泛，它應用到離子加速器,航天事業(yè)中導航修正.對新物質的加工.對物質排列改變.在未來可能是主要動力之一等等。電場力的研究方向：在未來有電場力的存在航空航天事業(yè)會得到長足發(fā)展，例如利用電場保護層（可以讓飛行器更輕）；以及讓飛行器依賴電場飛行（而取代現有的發(fā)動機）；電場在核物質的衰變起作用（讓我們能更好的利用能源）。三、摩擦起電（electrification by friction)用摩擦的方法使物體帶電的過程，叫做摩擦起電（或兩種不同的物體相互摩擦后,一種物體帶正電,另一種物體帶負電的現象）。摩擦起電的原因，是因為摩擦可以使物體得到多余的電子或失去原有的電子。得到多余電子的物體帶負電，失去原有電子的物體帶正電。四、電荷量(quantity of electricity)物體所帶電荷的多少叫做電荷量。電荷量用Q或q來表示。電荷量的國際單位是C，讀作庫侖，簡稱庫。五、元電荷（elementary charge)帶電體的電荷量都等于最小電荷量e的整倍數。最小電荷量e就叫做元電荷   e=1.6X10-19到現在為止，也許人們都這么認為：分子之間什么都沒有。其實大多數情況分子是由原子組成的。如果我們把它轉為“原子之間有什么”的話也許會讓這個問題更科學。   什么是電場？也許很多人都把它忽略了，覺得它只是物理學的一個很小的領域。但我覺得電場是一個非常了不起的東西。他是世界上一切力量之源。他是一切物理、工業(yè)、化學、能源、電子、信息、生物等學科研究的本質對象。為什么呢？讓我們詳細分析一下：1、壓力、推力、彈力、摩擦力的本質是電場；2、分子之間的力由電場力組成；3、 生化反應的動力源泉是電場；4、電流，電壓由電場力引起；5、光、電磁波由電場引起；6、信息技術也是研究電場的特性。我們所見到的一切運動，反應，變化都是電場錯綜復雜，相互作用的結果。如果學過大學物理你就會知道，電場到底是什么，其實電場就是原子核對核外電子的吸引力。當這種力分布不均勻時，物質就會對外界體現一些宏觀力。我們就會感覺到有電場的存在。比如靜電、電勢等。這樣一來。我們就可以說原子核對電子的引力是世界上一切運動的力量來源（當然外有引力除外）。那為什么原子核會對電子有引力呢？這是目前科學界沒有回答的問題。就這個問題我曾經問過一位中科院院士（胡海巖，北京理工大學校長）。他回答說，目前認為自然界中一共有四種力：分別是電場力，萬有引力、強相互作用力、弱相互作用力；至于電場是什么，他也沒有給出回答。只是說如果有人解決了這個問題，那必須是一個公認程度比較高的諾貝爾獎。因為他涉及到了引力的起源。保守場保守場，電場做功與路徑無關，只與始末位置有關。渦旋電場磁場變化時線圈產生的感生電動勢與導體的種類、形狀、性質和構成均無關，是由磁場本身的變化引起的。因此麥克斯韋提出了“變化的磁場會在其周圍的空間激發(fā)一種電場，正式這種電場使得閉合回路中產生了感生電動勢和感生電流”的理論，并將這種電場稱為渦旋電場。