2.10.2 電場

直接先備知識模組: 電荷

電荷會在空間中建立電場,它與我們之前學習過的靜電力有密切的關係。透過電場這個概念,可以幫助我們循視覺上和定量上去,了解電荷間的相互作用。本學習模組,我們會先介紹電場的概念,然後學習以電場線表示電場,最後會討論帶電平行板之間的電場。

內容簡介 學生應學習 學生應能
第一課 電場

在學習萬有引力時,我們已認識了「場」的概念,並以引力場強度來討論引力的效應。與引力的情況相似,我們可以用電場強度 (electric field strength) 來討論靜電力的效應。在這個基礎上,本課我們會討論點電荷和導電球的電場。

第一節 電場強度
  • 以電場解釋電荷間的相互作用
  • 定義一點上的電場強度 \(E\) 為位於該點的正檢驗電荷上每單位電荷所受的力
  • 運用點電荷周圍電場強度 \(E\) = \(Q\) / \(\left( 4\pi \ {{\varepsilon }_{o}}\ {{r}^{2}} \right)\)
  • 解決涉及點電荷周圍的電場的問題
第二節 導電球的電場
  • 了解導電球的電場
第二課 電場線

討論引力時,我們會用場力線來形象化地表示引力場強度的大小和方向。同樣地,電場線 (electric field lines) 也是以圖形化的方式來表示電場強度。然而,與引力必然為吸引力的情況不一樣,靜電力可以是吸引力,也可以是排斥力。

第一節 電場線
  • 了解電場線的意義
  • 說明點電荷周圍的電場
  • 釐清電荷在電場中所感應的力
第二節 繪畫電場線
  • 以電場線表達點電荷周圍的電場
  • 分析電場圖形
第三課 帶電平行板

我們在本課會討論帶電平行板的電場。這不僅是因為有關系統的結構以及電場強度的計算簡單,還因為帶電平行板有實際的重要性:電場於平行板之間的區域呈均勻,相當於地球表面所呈現的均勻引力場。

第一節 帶電平行板的電場圖形
  • 了解帶電平行板之間的電場
  • 以電場線分類帶電平行板末端與之間的電場
第二節 帶電平行板的電場強度
  • 運用算式 \(E\) = \(V\) / \(d\) 和 \(E\) = \(\sigma \) / \({{\varepsilon }_{o}}\) 計算帶電平行板之間的電場強度
  • 釐清影響平行板之間電場強度的參數
  • 解決涉及帶電平行板之間電場的問題