第12章第03节电场强度教案03 人教版

第12章第03节电场强度教案03 人教版

[高二物理教案 13-2] 13.21 电场 电场强度 一、教学目标 1．知识目标： （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．能力目标： 用比值定义物理量、类比方法的重要研究方法的介绍，培养学生的科学研究能 力。 3．物理方法教育目标： （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、教学重点、难点 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、教学方法： 计算机辅助教学 四、教 具： 计算机、投影仪、大屏幕、自制 CAI 课件 五、教学过程： （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）进行新课 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。 （3）从表达式 ，进一步说明电场中任一点的电场强度的大小和方向与 检验电荷无关，完全由场电荷 Q 和该点的位置所决定。 （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， 这两点的场强。 （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。 2r QkE = 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。 例题精讲 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（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。 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。 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。 2．由点电荷的场强公式 ，能否求点电荷所在处（即 r=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（配合 flash 课件演示。) 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 1．复习本节课文。 2．思考练习二第（1）、（2）题。 3．将练习二（3）、（4）、（5）、（6）（7）题做作业。 六、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。 附：板书设计 二、电场 电场强度 1．电场　 电场是一种客观存在着的物质 2．电场强度 2r QkE = 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，叫做这一点的电场 强度， 简称场强，单位牛每库，N/C 电场力、电场强度是矢量 规定　 电场中某点场强方向跟正点电荷在该点所受电场力的相同。 3．点电荷电场的场强 4．电场的叠加 2r QkE =