高中物理简明讲义—静电场

2026 05 12 10:40:16

高中物理简明讲义—静电场

一、静电场的基本概念

（一）电荷与电荷守恒定律

在我们生活的世界里，电荷是一种基本的物理量。自然界中只存在两种电荷：正电荷和负电荷。用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷，用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷。电荷的多少叫做电荷量，单位是库仑，简称库，符号是 C。

电荷既不会创生，也不会消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移过程中，电荷的总量保持不变，这就是电荷守恒定律。这就好比一个封闭的系统里，物资的总数是固定的，只是在不同的地方进行分配而已。

（二）库仑定律

电荷之间存在着相互作用力，法国物理学家库仑通过实验研究，总结出了真空中两个静止点电荷之间的相互作用力的规律，称为库仑定律。

内容为：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。其公式为 (F = k\frac{Q_1Q_2}{r^2})，其中 (k) 是静电力常量，(k = 9.0×10^9N·m^2/C^2)。点电荷是一种理想化的物理模型，当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以至带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略不计时，这样的带电体就可以看作点电荷。

二、电场的描述

（一）电场

电荷周围存在着一种特殊的物质，叫做电场。只要有电荷存在，电荷周围就存在电场。电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用，这种力叫做电场力。

（二）电场强度

为了描述电场的强弱和方向，我们引入了电场强度这个物理量。放入电场中某点的电荷所受的电场力 (F) 跟它的电荷量 (q) 的比值，叫做该点的电场强度，简称场强，用 (E) 表示，公式为 (E=\frac{F}{q})，单位是牛每库，符号是 (N/C)。电场强度是矢量，规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点电场强度的方向。

如果场源电荷是点电荷 (Q)，在距离 (Q) 为 (r) 的地方的电场强度 (E = k\frac{Q}{r^2})。电场强度是电场本身的性质，与放入的试探电荷无关。

（三）电场线

为了形象地描述电场，我们引入了电场线的概念。电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向。电场线的疏密程度表示电场的强弱，电场线越密的地方，电场强度越大。

电场线有以下特点：电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷；任意两条电场线都不相交。常见的电场线分布有：正点电荷的电场线是以正点电荷为中心向四周辐射的直线；负点电荷的电场线是从四周指向负点电荷的直线；等量同种电荷和等量异种电荷的电场线分布则更为复杂，但都可以通过电场线的基本性质来理解和分析。

三、电势能与电势

（一）电势能

电荷在电场中具有的势能叫做电势能，用 (E_p) 表示。电场力做功与电势能变化的关系是：电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加。电场力做功的多少等于电势能的变化量，即 (W_{AB}=E_{pA}-E_{pB})。

（二）电势

电场中某点的电荷的电势能跟它的电荷量的比值，叫做该点的电势，用 (\varphi) 表示，公式为 (\varphi=\frac{E_p}{q})，单位是伏特，简称伏，符号是 (V)。电势是标量，只有大小，没有方向。电势的高低与零电势点的选取有关，通常选取无限远处或大地的电势为零。沿电场线方向，电势逐渐降低。