2019-2020年高中物理 第三節(jié) 電場 電場強度 新人教版選修3.doc
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2019-2020年高中物理 第三節(jié) 電場 電場強度 新人教版選修3 教學目標 （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形態(tài)． 2．理解電場強度的概念及其定義式，會根據電場強度的定義式進行有關的計算，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 使學生學會由個別事物的個性來認識一般事物的共性的認識事物的一種重要的科學方法。 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生的？ （二）新課教學-----第三節(jié) 電場 電場強度 一、電場： 電荷 電場 電荷 A B 圖1.3-1電荷之間通過電場相互作用 啟發(fā)學生從哲學角度認識電場，理解電場的客觀存在性，不以人的意識為轉移，但能為人的意識所認識的物質屬性．利用課本圖1.3－1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——電場發(fā)生的，電荷的周圍都存在電場. ①特殊性：不同于生活中常見的物質，看不見，摸不著，無法稱量，可以疊加. ②物質性：是客觀存在的，具有物質的基本屬性——質量和能量. 2.電場的基本性質：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？引入電場強度的概念：因為電場具有方向性以及各點強弱不同，所以造成同一電荷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． 二、電場強度(E)： 圖1.2-1 探究影響電荷間相互作用力的因素 A P1 P2 P3 F 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。引出試探電荷和場源電荷---- 1.關于試探電荷（檢驗電荷）和場源電荷 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，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，是反映電場性質的物理量，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。 ②公式（大?。? （適用于所有電場） ③單位： 牛頓/庫侖（ N/C ） 如果1C的電荷在電場中某點受到的靜電力是1N，這點的電場強度就是1N/C. 提出問題：電場強度是矢量，怎樣表示電場的方向呢？ ④方向：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． 注意：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。 ⑤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． ⑥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的大小、正負及有無均無關，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. 帶領學生總結出真空中點電荷周圍電場的大小和方向． 三、（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?。?（只適用于點電荷的電場） 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． 圖1.3-2 點電荷的電場 從而使學生理解：空間某點的場強是由產生電場的場源電荷Q和該點距場源電荷的距離r決定的，與檢驗電荷無關． ②方向：如果Q是正電荷，E的方向就是沿著半徑向外； 如果Q是負電荷，E的方向就是沿著半徑向內，如圖1.3-2示， ③公式E=F/q和E=kQ/r2的區(qū)別及聯(lián)系： 公式E=F/q適用于所有電場；公式E=kQ/r2只適用于點電荷的電場 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：電場中某點的電場強度為各個點電荷單獨存在時在該點產生的電場強度的矢量和． P +Q1 -Q2 E1 E2 E 圖1.3-3 例如：課本圖1.3-3中P點的場強，等于＋Q1在該點產生的場強E1和Q2在該點產生的場強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1】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A +Q1 -Q2 E1 E2 E 圖1 ，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1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=2 E1cos60=2k Q1cos60/r2 代入數(shù)值得 E=2.7104N/C 3.可以證明：一個半徑為R的均勻帶電球體（或球殼）在外部產生的電場，與一個位于球心的、電荷量相等的點電荷產生的電場相同，即球外距離球心r處電場強度為：E=kQ/r2 4．電場力與電場強度的區(qū)別與聯(lián)系 電場力 電場強度 區(qū) 別 物理意義 電荷在電場中所受力 反映電場的力的屬性 決定因素 由電場和電荷共同決定 僅由電場自身決定 大小 F=qE E=F/q 方向 正電荷受力與E同向 負電荷受力與E反向 規(guī)定E的方向為正電荷在該點的受力方向 單位 N N/C(或V/m) 聯(lián) 系 F=qE普遍適用 四、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 ①電場線上每點的切線方向就是該點電場強度的方向. ②電場線的密疏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) 3.常見電場的電場線 【演示】模擬電場線 電場 正點電荷 負點電荷 等量同號電荷 等量異號電荷 勻強電場 電場線圖樣 簡要描述 發(fā)散狀 會聚狀 相斥狀 相吸狀 平行的、等間距的、同向的直線 強調指出：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。 五、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. 圖1.3-10 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1.3-10. 【小結】對本節(jié)內容做簡要的小結 鞏固練習 1．下列說法中正確的是：（ B C ） A．電場強度反映了電場的力的性質，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 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 2．在真空中負點電荷Q形成的電場中的P點，放一個q1= -10-9C的點電荷，測得所受電場力大小為10-6N。則：（l）若移走q1，而在P點放置一個q2= +210-8C的點電荷，則q2所受電場力大小為____________N，此時Q在P點產生的電場的場強大小為____________N/C，方向與將放在P點時的場強方向____________；（2）若在P點不放任何檢驗電荷，則Q在P點產生的場強大小為____________N/C，方向與將放在P點時的場強方向____________。 答：（l）210-5，1103，相同；（2）1103，相同。 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是產生電場的電荷的電量 C．在庫侖定律的表達式中,是電荷q2產生的電場在點電荷q1處的場強大小，此場對q1作用的電場力；同樣是電荷q1產生的電場在點電荷q2處的場強的大小，此場對q2作用的電場力 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 ●作業(yè) 1.復習本節(jié)課文 2.思考課本P14問題與練習第(1)、(2)、(5)、(6)、(7)題． 3.將(2)、(6)題做在作業(yè)本上． 參考題 1、在電場中某一點，當放入正電荷時受到的電場力向右，當放入負電荷時受到電場力向 左，下列說法正確的是：（ C ） A．當放入正電荷時，該點的場強向右，當放入負電荷時，該點的場強向左 B．只有在該點放入電荷時，該點才有場強 C．該點的場強方向一定向右 D．以上說法均不正確 2、真空中，兩個等量異種點電荷電量數(shù)值均為q，相距r．兩點電荷連線中點處 的電場強度的大小為：（ D ） A．0 B．2kq/r2 C．4 kq/r2 D．8 kq/r2 3、在—個等邊三角形ABC的頂點B、C處各放—個點電荷時，測得A 處的電場強度大小為E,方向與BC邊平行，且由B指向C，如圖所示．拿走C處的點電荷后，A處的電場強度 ( B )A B C E A．大小仍為E，方向從A指向B B．大小仍為E，方向沿BA延長線向外 C．大小變?yōu)镋/2，方向未變 D．不能作出結論 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，是反映電場性質的物理量． 用比值定義一個新的物理量是物理學中常用的方法，應結合學生前面學過的類似的定義方法，讓學生領會電場強度的定義． 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。 A組能力訓練題 1.( xx江蘇理綜卷21.) 關于電場，下列說法正確的是（ C ） A.電場是假想的，并不是客觀存在的物質 B.描述電場的電場線是客觀存在的 C.電場對放入其中的電荷有力的作用 D.電場對放入其中的電荷沒有力的作用 答：C 2．2.下列關于點電荷的場強公式的幾種不同的理解，不正確的是 ( BCD ) A. 在點電荷Q的電場中，某點的場強大小與Q成正比，與r2成反比 B. 當r→0時，E→∞；當r→∞時，E→0 C. 點電荷Q產生的電場中，各點的場強方向一定是背向點電荷Q D. 以點電荷Q為中心，r為半徑的球面上各處的場強相等 3. 在電場中某點放入電荷量為q的正電荷時，測得該點的場強為E，若在同一點放入電荷量q′=-2q的負電荷時，測得場強為E′，則有 ( D ) A. E′=E，方向與E相反 B. E′=2E，方向與E相同 C. E′=E/2，方向與E相同 D. E′=E，方向與E相同 4. 圖3所示的各電場中，A、B兩點場強相同的是( C ) 圖3 B A A B C D B A B A B A 5. 在同一直線上依次有A、B、C三點，且BC=3AB，在A點固定一個帶正電的小球，在B點引入電量為2.010-8C的試探電荷，其所受電場力為2.010-6N。B點的場強為___________，將該試探電荷移去后，B點的場強為___________，C點的場強為______________。如果要使B點的場強為零，可以在C點放一個電量是A點處帶電小球的電量的_________倍的________電荷. 答：100N/C，100N/C，6.25N/C，9, 正 Q a b 圖4 6.（xx年廣東理科基礎12）如圖4所示，實線是一簇未標明方向的由點電荷Q產生的電場線，若帶電粒子q（|Q|>>|q|）由a運動到b，電場力做正功。已知在a、b兩點粒子所受電場力分別為Fa、Fb,則下列判斷正確的是（ A ） A．若Q為正電荷，則q帶正電，F(xiàn)a>Fb B．若Q為正電荷，則q帶正電，F(xiàn)a
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