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2019-2020年高中物理 1.3 電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度和電場(chǎng)線教案 教科版選修3-1 教學(xué)三維目標(biāo) （一）知識(shí)與技能 1．知道電荷間的相互作用是通過(guò)電場(chǎng)發(fā)生的，知道電場(chǎng)是客觀存在的一種特殊物質(zhì)形態(tài)． 2．理解電場(chǎng)強(qiáng)度的概念及其定義式，會(huì)根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算，知道電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量，知道電場(chǎng)強(qiáng)度的方向是怎樣規(guī)定的． 3．能根據(jù)庫(kù)侖定律和電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式推導(dǎo)點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算式，并能用此公式進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算． 4．知道電場(chǎng)的疊加原理，并應(yīng)用這個(gè)原理進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算． （二）過(guò)程與方法 通過(guò)分析在電場(chǎng)中的不同點(diǎn)，電場(chǎng)力F與電荷電量q的比例關(guān)系，使學(xué)生理解比值F/q反映的是電場(chǎng)的強(qiáng)弱，即電場(chǎng)強(qiáng)度的概念；知道電場(chǎng)疊加的一般方法。 （三）情感態(tài)度與價(jià)值觀 培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)分析和處理電場(chǎng)問題的一般方法。 重點(diǎn)：電場(chǎng)強(qiáng)度的概念及其定義式 難點(diǎn)：對(duì)電場(chǎng)概念的理解、應(yīng)用電場(chǎng)的疊加原理進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算 教學(xué)過(guò)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(chǎng)： 啟發(fā)學(xué)生從哲學(xué)角度認(rèn)識(shí)電場(chǎng)，理解電場(chǎng)的客觀存在性，不以人的意識(shí)為轉(zhuǎn)移，但能為人的意識(shí)所認(rèn)識(shí)的物質(zhì)屬性．利用課本圖14－5說(shuō)明：電荷A和B是怎樣通過(guò)電場(chǎng)與其他電荷發(fā)生作用．電荷A對(duì)電荷B的作用，實(shí)際上是電荷A的電場(chǎng)對(duì)電荷B的作用；電荷B對(duì)電荷A的作用，實(shí)際上是電荷B的電場(chǎng)對(duì)電荷A的作用． （1）電荷之間的相互作用是通過(guò)特殊形式的物質(zhì)——電場(chǎng)發(fā)生的，電荷的周圍都存在電場(chǎng). 特殊性：不同于生活中常見的物質(zhì)，看不見，摸不著，無(wú)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(chǎng)中的任何帶電體都將受到電場(chǎng)力的作用，且同一點(diǎn)電荷在電場(chǎng)中不同點(diǎn)處受到的電場(chǎng)力的大小或方向都可能不一樣. ②電場(chǎng)能使引入其中的導(dǎo)體產(chǎn)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象. ③當(dāng)帶電體在電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力將對(duì)帶電體做功，這表示電場(chǎng)具有能量. 可見，電場(chǎng)具有力和能的特征 提出問題：同一電荷q在電場(chǎng)中不同點(diǎn)受到的電場(chǎng)力的方向和大小一般不同，這是什么因素造成的？引出電場(chǎng)強(qiáng)度的概念：因?yàn)殡妶?chǎng)具有方向性以及各點(diǎn)強(qiáng)弱不同，所以靠成同一電荷q在電場(chǎng)中不同點(diǎn)受到的電場(chǎng)力的方向和大小不同，我們用電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向． 2、電場(chǎng)強(qiáng)度(E)： 由圖1.2-1可知帶電金屬球周圍存在電場(chǎng)。且從小球受力情況可知，電場(chǎng)的強(qiáng)弱與小球帶電和位置有關(guān)。引出試探電荷和場(chǎng)源電荷---- （1）關(guān)于試探電荷和場(chǎng)源電荷-（詳見P12） 注意：檢驗(yàn)電荷是一種理想化模型，它是電量很小的點(diǎn)電荷，將其放入電場(chǎng)后對(duì)原電場(chǎng)強(qiáng)度無(wú)影響 指出：雖然可用同一電荷q在電場(chǎng)中各點(diǎn)所受電場(chǎng)力F的大小來(lái)比較各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)弱，但是電場(chǎng)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(chǎng)力的大小表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱．實(shí)驗(yàn)表明：在電場(chǎng)中的同一點(diǎn)，電場(chǎng)力F與電荷電量q成正比，比值F/q由電荷q在電場(chǎng)中的位置所決定，跟電荷電量無(wú)關(guān)，是反映電場(chǎng)性質(zhì)的物理量，所以我們用這個(gè)比值F/q來(lái)表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱． （2）電場(chǎng)強(qiáng)度 ①定義：電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電荷受到的電場(chǎng)力F跟它的電荷量q的比值，叫做該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱場(chǎng)強(qiáng)．用E表示。 公式（大?。篍=F/q （適用于所有電場(chǎng)） 單位：N/C 意義P13 提出問題：電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量，怎樣表示電場(chǎng)的方向呢？ ②方向性：物理學(xué)中規(guī)定，電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向跟正電荷在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力的方向相同． 指出：負(fù)電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)所受的電場(chǎng)力的方向跟該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向相反． 帶領(lǐng)學(xué)生討論真空中點(diǎn)電荷周圍的電場(chǎng)，說(shuō)明研究方法：將檢驗(yàn)電荷放入點(diǎn)電荷周圍的電場(chǎng)中某點(diǎn)，判斷其所受的電場(chǎng)力的大小和方向，從而得出該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)．． ◎唯一性和固定性 電場(chǎng)中某一點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度E是唯一的，它的大小和方向與放入該點(diǎn)電荷q無(wú)關(guān)，它決定于電場(chǎng)的源電荷及空間位置，電場(chǎng)中每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)著的電場(chǎng)強(qiáng)度與是否放入電荷無(wú)關(guān). 帶領(lǐng)學(xué)生總結(jié)出真空中點(diǎn)電荷周圍電場(chǎng)的大小和方向．在此過(guò)程中注意引導(dǎo)學(xué)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(diǎn)電荷周圍的電場(chǎng)、電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加 （1）點(diǎn)電荷周圍的電場(chǎng) ①大?。篍=kQ/r2 （只適用于點(diǎn)電荷的電場(chǎng)） 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(fù)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(shuō)明：公式E=kQ/r2中的Q是場(chǎng)源電荷的電量，r是場(chǎng)中某點(diǎn)到場(chǎng)源電荷的距離．從而使學(xué)生理解：空間某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)是由產(chǎn)生電場(chǎng)的場(chǎng)源電荷和該點(diǎn)距場(chǎng)源電荷的距離決定的，與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)． 提出問題：如果空間中有幾個(gè)點(diǎn)電荷同時(shí)存在，此時(shí)各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)是怎樣的呢？帶領(lǐng)學(xué)生由檢驗(yàn)電荷所受電場(chǎng)力具有的疊加性，分析出電場(chǎng)的疊加原理． （2）電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理：某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)等于該點(diǎn)周圍各個(gè)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)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(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，等于＋Q1在該點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)E1和Q2在該點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)E2的矢量和．從而使學(xué)生進(jìn)一步理解到，任何帶電體都可以看做是有許多點(diǎn)電荷組成的．利用點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算公式及疊加原理就可以計(jì)算出其周圍各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)． 【例題】（課本P9例題演變）在真空中有兩個(gè)點(diǎn)電荷Q1=＋3.010-8C和Q2=－3.010-8C，它們相距0.1m，求電場(chǎng)中A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)．A點(diǎn)與兩個(gè)點(diǎn)電荷的距離相等，r=0.1m 分析：點(diǎn)電荷Q1和Q2的電場(chǎng)在A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)分別為E1和E2，它們大小相等，方向如圖所示，合場(chǎng)強(qiáng)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(gè)半徑為R的均勻球體（或球殼）在外部產(chǎn)生的電場(chǎng)，與一個(gè)位于球心的、電荷量相等的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)相同，球外各點(diǎn)和電場(chǎng)強(qiáng)度一樣 即：E=kQ/r2 4、電場(chǎng)線 （1）電場(chǎng)線：電場(chǎng)線是畫在電場(chǎng)中的一條條有方向的曲線，曲線上每點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向。 （2）電場(chǎng)線的基本性質(zhì) ①電場(chǎng)線上每點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向. ②電場(chǎng)線的疏密反映電場(chǎng)強(qiáng)度的大小(疏弱密強(qiáng)). ③靜電場(chǎng)中電場(chǎng)線始于正電荷或無(wú)窮遠(yuǎn)，止于負(fù)電荷或無(wú)窮遠(yuǎn).它不封閉，也不在無(wú)電荷處中斷. ④任意兩條電場(chǎng)線不會(huì)在無(wú)電荷處相交(包括相切) 介紹各種點(diǎn)電荷電場(chǎng)線的分布情況。 【演示】模擬電場(chǎng)線 指出：電場(chǎng)線是為了形象描述電場(chǎng)而引入的，電場(chǎng)線不是實(shí)際存在的線。 5、勻強(qiáng)電場(chǎng) (1)定義：電場(chǎng)中各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的大小相等、方向相同的電場(chǎng)就叫勻強(qiáng)電場(chǎng). (2)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)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(duì)且?guī)У攘慨惙N電荷的平行金屬板間的電場(chǎng)中，除邊緣附近外，就是勻強(qiáng)電場(chǎng).如圖14.3-1. 常見電場(chǎng)的電場(chǎng)線 電場(chǎng) 電場(chǎng)線圖樣 簡(jiǎn)要描述 正點(diǎn)電荷 發(fā)散狀 負(fù)點(diǎn)電荷 會(huì)聚狀 等量同號(hào)電荷 相斥狀 等量異號(hào)電荷 相吸狀 勻強(qiáng)電場(chǎng) 平行的、等間距的、同向的直線 （三）【小結(jié)】對(duì)本節(jié)內(nèi)容做簡(jiǎn)要的小結(jié) ◎鞏固練習(xí) 1．下列說(shuō)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(chǎng) B．電場(chǎng)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(guò)電場(chǎng)而產(chǎn)生的，電場(chǎng)最基本的性質(zhì)是對(duì)處在它里面的電荷有力的作用 2．下列說(shuō)法中正確的是：[BC ] A．電場(chǎng)強(qiáng)度反映了電場(chǎng)的力的性質(zhì)，因此場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)與檢驗(yàn)電荷在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力成正比 B．電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)等于F/q，但與檢驗(yàn)電荷的受力大小及帶電量無(wú)關(guān) C．電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向即檢驗(yàn)電荷在該點(diǎn)的受力方向 D．公式E=F/q和E=kQ/r2對(duì)于任何靜電場(chǎng)都是適用的 3．下列說(shuō)法中正確的是：[ACD ] A．場(chǎng)強(qiáng)的定義式E=F/q中，F(xiàn)是放入電場(chǎng)中的電荷所受的力，q是放入電場(chǎng)中的電荷的電量 B．場(chǎng)強(qiáng)的定義式E=F/q中，F(xiàn)是放入電場(chǎng)中的電荷所受的力，q是產(chǎn)生電場(chǎng)的電荷的電量 C．在庫(kù)侖定律的表達(dá)式F=kq1q2/r2中kq2/r2是電荷q2產(chǎn)生的電場(chǎng)在點(diǎn)電荷q1處的場(chǎng)強(qiáng)大小，此場(chǎng)對(duì)q1作用的電場(chǎng)力F=q1kq2/r2，同樣kq1/r2是電荷q1產(chǎn)生的電場(chǎng)在點(diǎn)電荷q2處的場(chǎng)強(qiáng)的大小，此場(chǎng)對(duì)q2作用的電場(chǎng)力F=q2kq1/r2 D．無(wú)論定義式E=F/q中的q值(不為零)如何變化，在電場(chǎng)中的同一點(diǎn)，F(xiàn)與q的比值始終不變 4．討論電場(chǎng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度的區(qū)別于聯(lián)系 說(shuō)明 1．電場(chǎng)強(qiáng)度是表示電場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量，因而在引入電場(chǎng)強(qiáng)度的概念時(shí)，應(yīng)該使學(xué)生了解什么是電場(chǎng)的強(qiáng)弱，同一個(gè)電荷在電場(chǎng)中的不同點(diǎn)受到的電場(chǎng)力的大小是不同的，所受電場(chǎng)力大的點(diǎn)，電場(chǎng)強(qiáng)． 2．應(yīng)當(dāng)使學(xué)生理解為什么可以用比值F/q來(lái)表示電場(chǎng)強(qiáng)度，知道這個(gè)比值與電荷q無(wú)關(guān)，是反映電場(chǎng)性質(zhì)的物理量． 用比值定義一個(gè)新的物理量是物理學(xué)中常用的方法，應(yīng)結(jié)合學(xué)生前面學(xué)過(guò)的類似的定義方法，讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)電場(chǎng)強(qiáng)度的定義． 3．應(yīng)當(dāng)要求學(xué)生確切地理解E=F/q和E=kQ/r2這兩個(gè)公式的含義，以及它們的區(qū)別和聯(lián)系． 4．應(yīng)用電場(chǎng)的疊加原理進(jìn)行計(jì)算時(shí)不應(yīng)過(guò)于復(fù)雜，一般只限于兩個(gè)電場(chǎng)疊加的情形．通過(guò)這種計(jì)算，使學(xué)生理解場(chǎng)強(qiáng)的矢量性 5．電場(chǎng)線是為了形象描述電場(chǎng)而引入的，電場(chǎng)線不是實(shí)際存在的線。 教后記： 1、 對(duì)于兩個(gè)公式的理解以及電場(chǎng)強(qiáng)度的定義還存在問題，要通過(guò)題目去強(qiáng)化。 2、 對(duì)于幾種典型問題，學(xué)生死記答案，要讓他們養(yǎng)成分析題目的習(xí)慣。 3、 學(xué)生對(duì)于計(jì)算題過(guò)于依賴計(jì)算器，要讓他們養(yǎng)成手算習(xí)慣。