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2019-2020年高中物理 1.3 電場 電場強度和電場線教案 教科版選修3-1 教學三維目標 （一）知識與技能 1．知道電荷間的相互作用是通過電場發(fā)生的，知道電場是客觀存在的一種特殊物質(zhì)形態(tài)． 2．理解電場強度的概念及其定義式，會根據(jù)電場強度的定義式進行有關(guān)的計算，知道電場強度是矢量，知道電場強度的方向是怎樣規(guī)定的． 3．能根據(jù)庫侖定律和電場強度的定義式推導點電荷場強的計算式，并能用此公式進行有關(guān)的計算． 4．知道電場的疊加原理，并應用這個原理進行簡單的計算． （二）過程與方法 通過分析在電場中的不同點，電場力F與電荷電量q的比例關(guān)系，使學生理解比值F/q反映的是電場的強弱，即電場強度的概念；知道電場疊加的一般方法。 （三）情感態(tài)度與價值觀 培養(yǎng)學生學會分析和處理電場問題的一般方法。 重點：電場強度的概念及其定義式 難點：對電場概念的理解、應用電場的疊加原理進行簡單的計算 教學過程 （一）引入新課 問題引入：電荷間的相互作用力是怎樣產(chǎn)生的？ （二）新課教 1、電場： 啟發(fā)學生從哲學角度認識電場，理解電場的客觀存在性，不以人的意識為轉(zhuǎn)移，但能為人的意識所認識的物質(zhì)屬性．利用課本圖14－5說明：電荷A和B是怎樣通過電場與其他電荷發(fā)生作用．電荷A對電荷B的作用，實際上是電荷A的電場對電荷B的作用；電荷B對電荷A的作用，實際上是電荷B的電場對電荷A的作用． （1）電荷之間的相互作用是通過特殊形式的物質(zhì)——電場發(fā)生的，電荷的周圍都存在電場. 特殊性：不同于生活中常見的物質(zhì)，看不見，摸不著，無法稱量，可以疊加. 物質(zhì)性：是客觀存在的，具有物質(zhì)的基本屬性——質(zhì)量和能量. （2）基本性質(zhì)：主要表現(xiàn)在以下幾方面 ①引入電場中的任何帶電體都將受到電場力的作用，且同一點電荷在電場中不同點處受到的電場力的大小或方向都可能不一樣. ②電場能使引入其中的導體產(chǎn)生靜電感應現(xiàn)象. ③當帶電體在電場中移動時，電場力將對帶電體做功，這表示電場具有能量. 可見，電場具有力和能的特征 提出問題：同一電荷q在電場中不同點受到的電場力的方向和大小一般不同，這是什么因素造成的？引出電場強度的概念：因為電場具有方向性以及各點強弱不同，所以靠成同一電荷q在電場中不同點受到的電場力的方向和大小不同，我們用電場強度來表示電場的強弱和方向． 2、電場強度(E)： 由圖1.2-1可知帶電金屬球周圍存在電場。且從小球受力情況可知，電場的強弱與小球帶電和位置有關(guān)。引出試探電荷和場源電荷---- （1）關(guān)于試探電荷和場源電荷-（詳見P12） 注意：檢驗電荷是一種理想化模型，它是電量很小的點電荷，將其放入電場后對原電場強度無影響 指出：雖然可用同一電荷q在電場中各點所受電場力F的大小來比較各點的電場強弱，但是電場力F的大小還和電荷q的電量有關(guān)，所以不能直接用電場力的大小表示電場的強弱．實驗表明：在電場中的同一點，電場力F與電荷電量q成正比，比值F/q由電荷q在電場中的位置所決定，跟電荷電量無關(guān)，是反映電場性質(zhì)的物理量，所以我們用這個比值F/q來表示電場的強弱． （2）電場強度 ①定義：電場中某一點的電荷受到的電場力F跟它的電荷量q的比值，叫做該點的電場強度，簡稱場強．用E表示。 公式（大?。篍=F/q （適用于所有電場） 單位：N/C 意義P13 提出問題：電場強度是矢量，怎樣表示電場的方向呢？ ②方向性：物理學中規(guī)定，電場中某點的場強方向跟正電荷在該點所受的電場力的方向相同． 指出：負電荷在電場中某點所受的電場力的方向跟該點的場強方向相反． 帶領(lǐng)學生討論真空中點電荷周圍的電場，說明研究方法：將檢驗電荷放入點電荷周圍的電場中某點，判斷其所受的電場力的大小和方向，從而得出該點場強．． ◎唯一性和固定性 電場中某一點處的電場強度E是唯一的，它的大小和方向與放入該點電荷q無關(guān)，它決定于電場的源電荷及空間位置，電場中每一點對應著的電場強度與是否放入電荷無關(guān). 帶領(lǐng)學生總結(jié)出真空中點電荷周圍電場的大小和方向．在此過程中注意引導學生總結(jié)公式E=F/q和E=kQ/r2的區(qū)別及聯(lián)系． 3、（真空中）點電荷周圍的電場、電場強度的疊加 （1）點電荷周圍的電場 ①大?。篍=kQ/r2 （只適用于點電荷的電場） ②方向：如果是正電荷，E的方向就是沿著PQ的連線并背離Q；如果是負電荷：E的方向就是沿著PQ的連線并指向Q．(參見課本圖14－7) 說明：公式E=kQ/r2中的Q是場源電荷的電量，r是場中某點到場源電荷的距離．從而使學生理解：空間某點的場強是由產(chǎn)生電場的場源電荷和該點距場源電荷的距離決定的，與檢驗電荷無關(guān)． 提出問題：如果空間中有幾個點電荷同時存在，此時各點的場強是怎樣的呢？帶領(lǐng)學生由檢驗電荷所受電場力具有的疊加性，分析出電場的疊加原理． （2）電場強度的疊加原理：某點的場強等于該點周圍各個電荷單獨存在時在該點產(chǎn)生的場強的矢量和． 先分析方法后舉例：先在同一直線再不在同一直線。 例如：課本圖1.3-3中P點的場強，等于＋Q1在該點產(chǎn)生的場強E1和Q2在該點產(chǎn)生的場強E2的矢量和．從而使學生進一步理解到，任何帶電體都可以看做是有許多點電荷組成的．利用點電荷場強的計算公式及疊加原理就可以計算出其周圍各點場強． 【例題】（課本P9例題演變）在真空中有兩個點電荷Q1=＋3.010-8C和Q2=－3.010-8C，它們相距0.1m，求電場中A點的場強．A點與兩個點電荷的距離相等，r=0.1m 分析：點電荷Q1和Q2的電場在A點的場強分別為E1和E2，它們大小相等，方向如圖所示，合場強E在E1和E2的夾角的平分線上，此平分線跟Q1和Q2的連線平行． 解：E=E1cos60＋E2cos60=2E1cos60=2kQ1cos60/r2代入數(shù)值得 E=2.7104N/C 可以證明：一個半徑為R的均勻球體（或球殼）在外部產(chǎn)生的電場，與一個位于球心的、電荷量相等的點電荷產(chǎn)生的電場相同，球外各點和電場強度一樣 即：E=kQ/r2 4、電場線 （1）電場線：電場線是畫在電場中的一條條有方向的曲線，曲線上每點的切線方向表示該點的電場強度的方向。 （2）電場線的基本性質(zhì) ①電場線上每點的切線方向就是該點電場強度的方向. ②電場線的疏密反映電場強度的大小(疏弱密強). ③靜電場中電場線始于正電荷或無窮遠，止于負電荷或無窮遠.它不封閉，也不在無電荷處中斷. ④任意兩條電場線不會在無電荷處相交(包括相切) 介紹各種點電荷電場線的分布情況。 【演示】模擬電場線 指出：電場線是為了形象描述電場而引入的，電場線不是實際存在的線。 5、勻強電場 (1)定義：電場中各點場強的大小相等、方向相同的電場就叫勻強電場. (2)勻強電場的電場線：是一組疏密程度相同(等間距)的平行直線.例如，兩等大、正對且?guī)У攘慨惙N電荷的平行金屬板間的電場中，除邊緣附近外，就是勻強電場.如圖14.3-1. 常見電場的電場線 電場 電場線圖樣 簡要描述 正點電荷 發(fā)散狀 負點電荷 會聚狀 等量同號電荷 相斥狀 等量異號電荷 相吸狀 勻強電場 平行的、等間距的、同向的直線 （三）【小結(jié)】對本節(jié)內(nèi)容做簡要的小結(jié) ◎鞏固練習 1．下列說法中正確的是：[ABC ] A．只要有電荷存在，電荷周圍就一定存在著電場 B．電場是一種物質(zhì)，它與其他物質(zhì)一樣，是不依賴我們的感覺而客觀存在的東西 C．電荷間的相互作用是通過電場而產(chǎn)生的，電場最基本的性質(zhì)是對處在它里面的電荷有力的作用 2．下列說法中正確的是：[BC ] A．電場強度反映了電場的力的性質(zhì)，因此場中某點的場強與檢驗電荷在該點所受的電場力成正比 B．電場中某點的場強等于F/q，但與檢驗電荷的受力大小及帶電量無關(guān) C．電場中某點的場強方向即檢驗電荷在該點的受力方向 D．公式E=F/q和E=kQ/r2對于任何靜電場都是適用的 3．下列說法中正確的是：[ACD ] A．場強的定義式E=F/q中，F(xiàn)是放入電場中的電荷所受的力，q是放入電場中的電荷的電量 B．場強的定義式E=F/q中，F(xiàn)是放入電場中的電荷所受的力，q是產(chǎn)生電場的電荷的電量 C．在庫侖定律的表達式F=kq1q2/r2中kq2/r2是電荷q2產(chǎn)生的電場在點電荷q1處的場強大小，此場對q1作用的電場力F=q1kq2/r2，同樣kq1/r2是電荷q1產(chǎn)生的電場在點電荷q2處的場強的大小，此場對q2作用的電場力F=q2kq1/r2 D．無論定義式E=F/q中的q值(不為零)如何變化，在電場中的同一點，F(xiàn)與q的比值始終不變 4．討論電場力與電場強度的區(qū)別于聯(lián)系 說明 1．電場強度是表示電場強弱的物理量，因而在引入電場強度的概念時，應該使學生了解什么是電場的強弱，同一個電荷在電場中的不同點受到的電場力的大小是不同的，所受電場力大的點，電場強． 2．應當使學生理解為什么可以用比值F/q來表示電場強度，知道這個比值與電荷q無關(guān)，是反映電場性質(zhì)的物理量． 用比值定義一個新的物理量是物理學中常用的方法，應結(jié)合學生前面學過的類似的定義方法，讓學生領(lǐng)會電場強度的定義． 3．應當要求學生確切地理解E=F/q和E=kQ/r2這兩個公式的含義，以及它們的區(qū)別和聯(lián)系． 4．應用電場的疊加原理進行計算時不應過于復雜，一般只限于兩個電場疊加的情形．通過這種計算，使學生理解場強的矢量性 5．電場線是為了形象描述電場而引入的，電場線不是實際存在的線。 教后記： 1、 對于兩個公式的理解以及電場強度的定義還存在問題，要通過題目去強化。 2、 對于幾種典型問題，學生死記答案，要讓他們養(yǎng)成分析題目的習慣。 3、 學生對于計算題過于依賴計算器，要讓他們養(yǎng)成手算習慣。