1静电场电场电场强度教案.docx
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1静电场电场电场强度教案
1静电场·电场 电场强度·教案
一、教学目标
1．了解电场的概念。
2．理解电场强度的概念。
3．掌握电场强度的计算方法。
二、重点、难点分析
1．重点是使学生理解电场强度的概念及掌握电场强度的计算方法。
2．电场强度是描述电场性质的物理量之一，这是难点。
初学者容易把电场强度跟电场力混同起来。
三、主要教学过程
1．复习库仑定律
在真空中两个点电荷的作用力跟它们的电量乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上，这就是库仑定律。
2．新课引入
任何力的作用都离不开物质，脚踢球，脚对球的力直接作用在球上；狗拉雪橇，狗对雪橇的拉力是通过绳子作用的；地球对地表附近物质的作用力是通过重力场——物质，作用的；地球与月亮间有万有引力作用力也是因有万有引力场——物质；两电荷间相互作用时不直接接触，它们之间的相互作用也是通过别的物质作用的，这就是电场。
3．教学过程设计
（1）电场
a．电荷周围存在一种特殊物质
提问：
既然场是物质，为什么我们看不到呢？
为转移的客观存在。
例如可见光波长由7000
～4000
，但还有很多波长的光线我们看不到，但不等于它们不存在。
不能以人类感官为标准判定存在与否。
场客观存在的证明是它有力、能的特性。
例如重力场对有质量的物体有力的作用，且可对物体做功，说明其能量。
电场对放入其中的电荷Q也有力的作用，可对Q做功，说明其有能量。
b．电场的基本性质：
电场对放入其中的电荷有力的作用，此力称电场力。
c．静电场：
静止电荷的电场。
场有能和力的特性，我们先看电场中力的性质，它是本章的重要内容，先以点电荷为例。
如图1所示，在+Q电场中A点分别放入电荷q1、q2、q3则它们分别受电场力为：
看看上式，我们可发现场电荷Q对不同的检验电荷q有不同的电场力，但只要A点位置不变，F与q的比值就不变。
从上面分析看出：
Q固定则电场的空间分布固定，对于场中某固定
反映的是电场的强弱，称场强。
（2）电场强度
a．定义：
放入电场中某一点的电荷受到的电场力跟它的电量的比值叫该点的电场强度，简称场强。
b．定义式：
F——电场力国际单位：
牛（N）
q——电量国际单位：
库（C）
E——电场强度国际单位：
牛/库（N/C）
C．物理意义：
电场中某点的电场强度数值上等于单位正电荷在那里所受的电场力。
d．电场强度是矢量，规定场强方向为正电荷在该点所受电场力方向。
电场中同一点，＋q、-q受力方向不同，场强只能有一个方向，规定以+q的受力方向为正。
例 在图2中标出A、B、C、D四点的电场强度的方向。
正点电荷电场中某点电场强度方向沿连线背离+Q；负点电荷电场中某点电场强度方向沿连线指向-Q。
e．单位：
牛/库N/C
（3）一个点电荷电场的场强
b．方向：
正电荷在该点受电场力方向（以后还会遇到各点场强大小，方向均相同的匀强电场）
（4）两个点电荷产生的电场的叠加原理
如图3所示，在正点电荷Q1与负点电荷Q2产生的电场中有一点A，求A点的电场强度EA，由电场强度的定义可知，EA在数值上为+1C点电荷在A点所受的电场力。
今在A点放q=+C，q将同时受到Q1和Q2的作用，每个作用力都能单独用库仑定律求出，就像另一个电荷不存在一样，而q受的合力为各分力的矢量和，又因q是1C正电荷，所以它受的电场力在数值上等于场强，也就是说A点的合场强为Q1与Q2单独在A点产生的场强的矢量和，这就是电场强度的叠加原理。
用电场强度的叠加原理可以求得任意多个点电荷产生的电场强度，任何一个带电体不管其电荷分布多么复杂，都可以视为由许多点电荷组成，因而可以用场强叠加原理求出它的场强。
可以看出，真空中任意多个点电荷产生的电场强度，仅由场电荷、电场中的位置两个因素决定，而与检验电荷无关。
（6）电场强度小结
a．电场中某点场强大小和方向，均与该点放不放检验电荷、放那种电荷、放多大检验电荷无关，是电场自身的性质，与外界因素无关。
对确定的电场来说，在某点放单位正电荷时，它受电场力的大小和方向是确定的。
（7）例题
例1 场电荷Q=2×10－4C，是正点电荷；检验电荷q=2×10－5C，是负电荷，它们相距r=2m而静止且都在真空中，如图4所示。
求：
（1）q受的电场力。
（2）q所在的B点的场强EB。
（3）只将q换为q＇=4×10－5C的正点电荷，再求q＇受力及B点的场强。
（4）将受力电荷拿去后再求B点场强。
在A与B的连线上，且指向A。
=4.5×105N/C方向由A指向B。
（4）因E与q无关，自然q=0也不会影响E的大小与方向，所以拿走q后场强不变。
例2 如图5（a）所示，点电荷q与9q静止于真空中，相距r，它们均为正电荷，求：
（1）连线中点A的场强EA；
（2）求场强为0的点位置。
解
（1）在A点放q＇=1C，它受力情况如图5（c）所示，F为q对q＇的作用力，9F为9q对q＇的作用力，而合力为8F方向指向q，所以
（2）先分析E=0的点可能的位置范围，因在该点放+1C时，它受力为零，所以q与9q对+1C作用力一定等大反向，因而两力共线，由此可以断定E=0的点在q与9q的连线上，当+1C放于q以左及9q以右的连线上时，它受的两个力都同向，因而不可能抵消，所以E=0的点一定在两点电荷中间的连线上。
令E=0的点O距q为x，如图（b）所示，＋1C电荷在O点受力为零，所以有
（2）E=0的点在q与9q之间，距q为r/4。
四、说明
1．对于电场强度概念的理解注意：
无论放正、负检验电荷，E的方向定义为+q受力方向，类似于电流方向定义为正电荷移动方向，无论是谁移动形成电流。
（2）电场强度为自身性质，与检验电荷无关。
2．我们研究的电荷均处于真空中，如处于空气中也可近似认为是在真空中。
2静电场·电场 电场强度·教案（2课时）
一、教学目标
1．在物理知识方面的要求：
（1）通过对电场概念的学习，使学生明确场的特点，描写场的方法，并能在头脑中建立起场的模型和图象。
（2）理解场电荷、检验电荷的概念，理解和掌握电场强度的概念。
（3）掌握点电荷的电场强度公式。
（4）理解和掌握电场的叠加原理，会计算简单的点电荷组产生的电场。
2．在物理研究方法上要求：
（1）树立“场”在空间上有分布的观念，并培养学生的空间想象力。
（2）通过“检验电荷”的概念，使学生明确物理测量的有效性的观念。
（3）对点电荷场强公式的分析，使学生明确理想模型建立的条件。
二、重点、难点分析
1．“场”是物理学中的重要概念，“场”的概念比较抽象，在中学物理中，本章又是初次较深入地研究“场”，所以“场”概念的引入，“场”观念的建立，既是本节的重点也是本节的难点。
2．电场强度的概念、场的叠加原理也是本节的重点。
三、教学过程设计
（一）复习提问
两个点电荷电量分别为+4Q、-Q，固定在相距为L的两点，在何处放一个什么样的第三点电荷可使第三点电荷保持静止？
在两点电连线延长线上，-Q的一侧距-Qx=L处（复习库仑定律）。
与第三个电荷电量无关（为建立场强与检验电荷无关，及由力的合成向场的叠加过渡做铺垫）。
（二）引入新课
两个电荷间存在着相互作用力，上一节我们定量地研究了两个点电荷之间的相互作用力的规律——库仑定律。
提出问题：
在力学中，我们所学过的弹力、摩擦力均是接触力，只有相互接触的两个物体之间才有可能产生弹力、摩擦力。
两个电荷之间并不接触，它们之间的相互作用力是如何实现的呢？
（三）主要教学过程设计
1．在同学回答的基础上总结出：
两个电荷之间的相互作用力是通过电场实现的。
任何一个电荷在其周围空间产生电场，另一个电荷处在它产生的电场中，另一个电荷受到电场对它的作用力——称为电场力。
（如同学提出重力、引力，顺便提出重力场、引力场的概念，如无人提出暂不引入重力场、引力场。
）
电荷在其周围空间产生电场，静止的电荷产生的电场是静电场。
电场对处在场中的其他电荷有力的作用。
2．对任何事物的认识和理解，都要从它与其他事物的相互关系（相互作用）入手，从中找出它的基本性质，对电场的认识也应如此。
为了认识电场，找到描写电场性质的物理量，我们先引入两个基本概念：
场电荷和检验电荷。
场电荷：
产生电场的电荷。
提出问题：
什么样的电荷能产生电场？
什么样的电荷不能产生电场？
！
为什么还要提出场电荷呢？
在总结同学的回答时，强调指出这与以前在力学、热学中研究问题时一样，是研究对象的选取的问题。
检验电荷：
放在我们所研究的电场中，用来检验该电场的性质的电荷。
检验电荷必须具备的条件：
（1）点电荷；
（2）电量足够小，使得当将检验电荷引入电场中时不改变场电荷的分布。
提出问题：
为什么检验电荷必须具备以上两个条件？
先总结必须满足第二个条件的原因，强调对于任何物理测量，只有当测量工具（仪器）的引入不改变被测对象的性质时，或对被测对象的影响小到可以忽略不计时，这种测量才有意义，否则这种测量是无意义的。
对于必须满足第一个条件的原因，留在以后解决。
3．引入电场强度的概念
（1）将同一个检验电荷q，分别放在电场中的不同点，它所受的电场力的大小和方向一般说来是不同的。
提问：
这一实验结果，说明了什么问题？
总结同学回答的情况，强调：
同一电场中不同点的性质是不同的，研究电场必须一点一点地研究，即电场在空间有分布。
同时回答检验电荷必须是点电荷的原因。
（2）集中研究电场中的某一点P。
将电量为q1的检验电荷放在P点，测得它所受的电场力大小为F1；将电量为q2的检验电荷放在P点，测得它所受的电场力大小为F2；……将电量为qn的检验电荷放在P点，测得它所受的电场力的大小为Fn。
实验发现：
在电场中的同一点，检验电荷的电量q发生变化，它所受的电场力的大小F也随之变化（成正比的变化），而电场力的大小F与检验电荷电量q的比值不变，即
这个比值不随检验电荷电量变化，说明它与检验电荷无关，它只与电场中这点（P）有关，它只由电场中这一点决定，所以这个比值可以用来描写电场中该点的性质，将它叫做电场中该点的电场强度的大小。
4．电场强度的定义
电场强度（简称场强）是描写电场有关力的性质的物理量，它是矢量。
检验电荷在电场中某点所受电场力的大小F与检验电荷的电量q的比值F/q，叫做电场中该点的电场强度的大小，即
在国际单位制中，电场强度的单位是牛/库。
5．请同学根据库仑定律和电场强度的定义，推导场电荷为点电荷的电场强度的表达式。
（1）先求距场电荷Q为r的一定点P的场强大小和方向。
（2）再将r看成是变量（P点为动点），可得出点电荷Q的电场中任意一点的电场强度的表达式。
大小和方向与检验电荷无关，完全由场电荷Q和该点的设置所决定。
（4）正的点电荷与负的点电荷在空间各点产生的电场强度的方向（为以后引入电场线做准备）。
6．研究点电荷所产生的电场强度，从力的叠加（力的合成）引出场的叠加。
（1）两个等值异号的点电荷+Q、-Q，相距为L，求连线中点的场强；连线延长线距-Qx点处的场强；连成的垂直平分线上距中点为x处点的场强；当x
L时，后两点的场强。
（2）在正方形（边长为a）的四个顶点处各固定一电量为+Q的点电荷，在过四边形对角线中心O垂直于平面的轴线上距O点x处的场强。
对顶的两个点电荷在该点产生的场，在垂直于x轴上的分量相互抵消。
（3）半径为r的均匀带电圆环，电量为q，在其轴线上距环心O距离为x的一点的场强方向沿轴线，其指向由电荷种类确定。
小结：
有了点电荷的场强公式和场的叠加原理，原则上可求任意电荷分布的电场各点的电场强度。
强调点电荷的场强公式的重要性。
思考题：
1．场强E是描写电场有关力的性质的物理量。
为什么不直接用检验电荷所受的电场力F来描写，而要引入电场强度这个物理量？
目的：
进一步巩固场强的概念，明确场强E与电场力F的联系与区别。
0）的场强？
结果如何？
为什么？
目的：
进一步使学生明确，点电荷（理想模型）建立的条件。
〔如时间富裕，在课堂上讨论，如时间不够，请学生在下面思考、讨论，下节课再做总结〕
（四）课堂小结
1．电场的性质：
电荷在其周围空间产生电场，电场对处在场中的其他电荷有力的作用。
2．“场”的特点：
在空间有分布，同一电场中的不同点，电场强度的大小和方向不同。
3．电场强度的定义
4．点电荷的场强公式
5．叠加原理
（五）布置作业
四、说明
如学生基础较好，场的叠加全讲；如不好，只讲第一个问题即可。
3 静电场·电场强度 电场线·教案
一、教学目标
1．知道电荷周围存在电场，知道电场是一种客观存在的物质。
2．理解电场强度和电场线的概念。
3．知道电场的叠加原理。
4．知道几种典型电场的电场线分布。
5．以电场线描述电场为例，渗透用场线描述矢量场的方法。
二、教学重点、难点分析
理解电场强度的定义、单位、物理意义；理解电场线的功能。
用比值定义电场强度，E与F、q无关，只由电场决定。
三、教学仪器
大金属球、铝箔球、玻璃屏、起电机、铁架台、电场线投影器、计算机、投影仪、实物展示台。
四、教学过程
复习提问：
上节课我们学习了一个重要的实验定律——库仑定律，请大家回顾一下库仑定律的内容及表达式。
答：
略。
引入新课：
电荷之间存在相互作用力，这种相互作用是怎么发生的呢？
人们对这个问题的认识在历史上曾有过两种不同的观点。
在法拉第之前，人们认为两个电荷之间的相互作用力是一种超距作用，也就是一个电荷对另一个电荷的作用力是隔着一定空间直接给予的，不需要中间什么媒介作传递，这种方式可以表示为：
电荷
电荷
在19世纪30年代，法拉第提出一种观点，认为一个电荷周围存在着由它产生的电场，另外一个电荷受这个电荷的作用力就是通过这个电场给予的，这种作用方式可以表示为：
电荷
电场
电荷
近代物理学的理论和实践已经完全证明了场的观点的正确性。
电场以及以后将要学习的磁场已被证明是一种客观存在的物质形态，电视台和无线电广播电台就是靠激发电磁场的方式发送各种节目信号的。
虽然电磁场“看不见”“摸不着”，但是我们却可以在远离发射塔的地方，用电视机和收音机接受到它们发送的节目信号，这就是电磁场客观存在的很好例证。
本节课我们就来学习描述电场的重要概念。
第二节 电场强度 电场线
（一）电场：
电荷周围存在电场。
我们怎样研究电场呢？
电场能够对处于场中的电荷施加电场力的作用，这是电场的基本性质。
所以我们可以选择一个带电量很小、线度也很小的检验电荷q，分别放入带电体Q所产生的电场中的不同位置，观察检验电荷q受到的电场力有何特点。
实验：
如图
（1）所示，使有绝缘支柱的大金属球带电作为场源电荷，使丝线吊着的小铝箔球带少量电荷，用它代替检验电荷q。
实验一：
把铝箔球放在电场中不同的方位，注意观察丝线的倾斜方向。
现象：
铝箔球在电场中不同方位时，丝线倾斜的方向不同。
实验二：
铝箔球逐渐远离场源，注意观察丝线偏离竖直方向的角度。
问：
看到什么现象了？
现象：
偏角逐渐减小。
投影出实验现象，如图2所示。
问：
由这两个实验我们能得到什么结论？
学生答后教师归纳：
以上两个实验表明，在电场中不同点，电场对检验电荷施加的电场力的大小和方向一般是不同的。
比如在A点电场对电荷施加方向向右的作用力，在D点电场对电荷施加方向向左的作用力，在A点电场对电荷的作用力大，在B点电场对电荷施加的作用力小，可见不同点电场的性质是不同的。
怎样定量的、精确的描述电场的这一性质呢？
问：
用检验电荷受到的电场力，行吗？
（学生讨论）
经学生讨论后，教师引导到观察实验。
实验三：
把铝箔球放在电场中同一位置，减小它的带电量，注意观察丝线的偏角。
学生总结实验结论。
结论：
在电场中同一点，检验电荷所受电场力随它所带电量的减小而减小，所以，电场力不能用于描述电场。
要描述电场，需要找一个与检验电荷的电量无关而只由电场决定的物理量。
那我们用什么描述电场呢？
如果我们能够做更精确的实验，就会发现：
在电场中同一点，电场力不仅随检验电荷的电量的减小而减小，随电场力的增大而增大，而且跟检验电荷的电量之间存在这样的定量关系：
在电场中同一点，比值F/q是一个与检验电荷和电场力无关的量，而在电场中不同点，比值一般不同，因而比值反映电场的性质。
所以我们可以用它来描述电场，并把它定义为电场强度。
（二）电场强度
1．定义：
放入电场中某点的电荷受到的电场力与它电量的比值，叫这一点的电场强度，简称场强。
（1）单位：
N/C
（2）大小：
电场中某点的场强在数值上等于单位电荷在该点受到的电场力。
（3）方向：
规定电场中某点场强的方向为正电荷在该点受到的电场力的方向。
场强是矢量。
一般电场中不同点，场强的大小及方向不同，场强大的地方，电场强，场强小的地方，电场弱，通常我们也把场强的大小和方向叫做电场的强弱和方向。
电场，为了进一步理解电场强度，我们以一个特殊的电场——真空中点电荷产生的电场为例，分析场强的物理意义。
2．真空中点电荷电场的场强
如图3所示，Q为放在真空中的点电荷。
要求：
（1）画出A、B两点的场强方向。
（2）算出A、B两点的场强大小。
（给出Q、r）
（请一名学生板演，其他学生自己做）
教师讲评并分析：
（1）场强的大小与方向跟检验电荷的有无、电量、电性没有关系。
（2）场强的大小只由场源电荷和场点到场源的距离来决定。
（3）离场源电荷越近的点场强越大，离场源电荷越远的点场强越小。
3．场强的叠加——平行四边形法则
如图4所示，两个电荷+Q和-Q同时存在时，实验表明它们产生的电场互相独立、互不影响，P点的场强是E1和E2叠加的结果，遵从平行四边形法则，如图4所示。
（边讲边用计算机画出图4）
对于多个电荷产生的电场，同样遵从平行四边形法则。
电场强度概念能定量描述各点电场的性质。
电场中各点场强的大小和方向的分布是非常复杂的，我们如何方便而又形象地了解电场中各点场强的分布情况呢？
最好画图。
（计算机打出图5）
如图5所示，在正电荷周围电场中画了很多场强矢量，从这个图上我们可以很方便地了解正电荷周围各点的电场分布情况，但它还不是最好的，因为电场中有无数个点，我们不能画出无数个矢量，法拉第为我们提供了一种很好的方法，就是用电场线来形象地描述电场。
（二）电场线
电场线在每一点的切线方向表示该点的场强方向，电场线的疏密表示场强的大小。
（用计算机展示几种典型电场线的分布图，并介绍它们的特点）
问：
根据我们所看到的几种电场线，谁能归纳一下电场线的方向有什么特点？
教师归纳：
电场线总是从正电荷出发，终止于负电荷或无穷远，如果只有负电荷，则电场线来自无穷远，终止于负电荷。
问：
任意两条电场线都不会相交，这是为什么？
教师归纳：
如果相交，则交点就会有两个切线方向，而同一点场强的大小和方向是唯一的。
实验模拟以上几种典型的电场线。
归纳：
大家要特别注意一个问题：
我们虽然可以用实验模拟电场线的分布，但是，电场线并不是电场中真实存在的曲线，它只是我们为了形象地描述电场而引入的。
大家知道，法拉第首先提出了电场，并用电场线形象地描述电场的分布，这在物理学中是非常重要的。
虽然法拉第当时认为电场线是真实的曲线，这是不对的，但是，法拉第的场线思想却是非常宝贵的。
用场线来形象地描绘矢量场的分布这种方法一直被普遍地采用着。
课堂练习题：
（投影片）
1．在真空中有一电场，在这个电场中的某点P放一点电荷q=1.0×10-9C，它受到的电场力为3.0×10-4N，求：
（1）P点处的电场强度的大小。
（2）若在P点处换q＇=2.0×10-9C的负点电荷，则P点的电场强度是多大？
（3）若将P点的点电荷拿走，则P点的电场强度为多大？
（4）负点电荷q＇=2.0×10－9C，它在P点受到的电场力是多大？
2．如图7所示是某区域的电场线图，A、B、C是电场中的三点。
（1）说明哪点的场强最大？
（2）标出A、B、C三点的场强方向。
（3）若在C点放一负电荷，标出负电荷受到的电场力的方向。
小结：
（投影片）
电场是电荷周围客观存在的一种物质，它“看不见”、“摸不着”，我们是怎么认识它的呢？
根据电场和其它物质的相互作用来认识电场的。
为此我们引入了检验电荷，用检验电荷是否受到电场力来判断电场是否存在；又用检验电荷受到的电场力与它的电量的比值即电场强度来定量描述电场的性质。
用电场线形象地描述电场的分布。
课后作业：
（略）
板书设计：
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