第一章 2 电场

电场

弹力和摩擦力都是在两个物体互相接触的情况下产生的。而两个带电体没有接触，就可以发生静电力的作用。那么，电荷之间的相互作用是通过什么发生的？

经过长期的科学研究，人们认识到，电荷周围存在着一种叫做电场（electric field）的物质，电荷之间是通过电场发生相互作用的。

只要有电荷存在，电荷的周围就有电场。电场的基本性质是对其中的电荷有力的作用。

场的概念的建立，是人类对客观世界认识的一个重要进展。现在，人们已经认识到，实物和场是物质存在的两种不同形式，虽然我们看不见电场和磁场，但它们也是客观存在的物质。

电场强度

电荷在电场中受到力的作用，由此可以判断电场的存在。

研究电场，必须在电场中放入电荷。这个电荷的电荷量要非常小，放入之后不致影响要研究的电场。它的体积也要充分小，便于研究电场中各点的情况。这样的电荷叫做试探电荷。

把试探电荷q放在图1.2-1的电场中，电荷q在电场中的不同点，受力的大小一般是不同的。这表示各点的电场强弱不同。电荷q在A点受到的静电力较大，表示这点的电场较强；电荷q在B点受到的静电力较小，表示这点的电场较弱。

但是，我们不能直接用某电荷所受静电力的大小来客观地表示电场的强弱，因为电荷不同时，它在电场中的同一点所受的静电力F是不同的。

实验表明，在电场中的同一点，电荷q所受的静电力F与它的电荷量q的比值是恒定的；在电场中的不同点，比值一般是不同的。这个比值由电荷q在电场中的位置决定，跟电荷q无关。在物理学中，用比值来描述电场的强弱。

在物理学中，常常用比值定义物理量，用来表示研究对象的某种性质，例如，物质的密度ρ，运动速度v，压强p等等。

这个方法在其他领域也经常使用，例如，人均耕地面积、人均收入、货物的单价等等。

放入电场中某点的电荷所受静电力F跟它的电荷量的比值，叫做该点的电场强度（electric field strength），通常用E表示，也就是

E=\(\frac{F}{q}\)

如果力的单位用牛，电荷量的单位用库，电场强度的单位是牛每库，符号是N/C。

电场强度是描述电场性质的物理量，与放入电场中的电荷无关，它的大小是由电场本身来决定的。

电场强度是矢量，不仅有大小，还有方向。物理学中规定，电场中某点的电场强度的方

向跟正电荷在该点所受的电场力的方向相同。按照这个规定，负电荷在电场中某点所受的电

场力的方向跟该点的场强的方向相反。

电场线

利用画图的方法可以对电场各处电场强度的分布给出直观的图像，使我们形象地了解各种电场的分布。如果在电场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线都跟该点的电场强度方向一致，这样的曲线就叫做电场线（electric field line）。图1.2-2画出了一条电场线，A、B、C三点的电场强度方向在曲线这三点的切线方向上。

电场线不仅可以表示电场强度的方向，还可以表示电场强度大小的分布情况。几种电场的电场线分布情况可以用实验模拟出来。

演示

电场线的模拟

使头发屑悬浮在蓖麻油内，在油中放入电极。电极带电后，它周围产生电场。头发屑排列起来的形状显示出电场线的分布（图1.2-3）。

电场线是看不见的，这个实验只是用来模拟电场线的分布情况。

不同电场中，电场强度分布不同，它们的电场线形状也不一样。图1.2-4是几种电场的电场线。

电场线的特点是：

（1）电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷；

（2）电场线在电场中不相交；

（3）在同一幅电场分布图中电场越强的地方，电场线越密。因此，用电场线不仅可以形象地表示电场强度的方向，而且在同一幅电场线分布图上，还可以大致表示电场强度的相对大小。

思考与讨论

假定两条电场线在某点相交，由此会得出什么荒谬的结论？

如果电场强度的大小和方向都相同，这个区域的电场叫做匀强电场（uniform electric field）。匀强电场是最简单的电场，在实验研究和理论研究中都常用到。两块靠近的平行金属板，大小相等、互相正对、分别带有等量的正负电荷，它们之间的电场（除边缘外）就是匀强电场。匀强电场的电场线是距离相等的平行直线（图1.2-5）。