2022粵教版選修(1-1)《認識電場》word教案

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1、2022粵教版選修(1-1)《認識電場》word教案 一、教學目標 1.知識目標: (1)通過對電場概念的學習,使學生明確場的特點,描寫場的方法,并能在頭腦中建立起場的模型和圖象。 (2)理解場電荷、檢驗電荷的概念,理解和掌握電場強度的概念。 (3)掌握點電荷的電場強度公式。 (4)理解和掌握電場的疊加原理,會計算簡單的點電荷組產生的電場。 2.能力目標: 用比值定義物理量、類比方法的重要研究方法的介紹,培養(yǎng)學生的科學研究能力。 3.物理方法教育目標: (1)樹立“場”在空間上有分布的觀念,并培養(yǎng)學生的空間想象力。 (2)通過“檢驗電荷”的概念,使學生明確物理測量的有效性

2、的觀念。 (3)對點電荷場強公式的分析,使學生明確理想模型建立的條件。 二、教學重點、難點 1.“場”是物理學中的重要概念,“場”的概念比較抽象,在中學物理中,本章又是初次較深入地研究“場”,所以“場”概念的引入,“場”觀念的建立,既是本節(jié)的重點也是本節(jié)的難點。 2.電場強度的概念、場的疊加原理也是本節(jié)的重點。 三、教學方法: 計算機輔助教學 四、教 具: 計算機、投影儀、大屏幕、自制CAI課件 五、教學過程: (一)復習提問 兩個點電荷電量分別為+4Q、-Q,固定在相距為L的兩點,在何處放一個什么樣的第三點電荷可使第三點電荷保持靜止? 在兩點電連線延長線上

3、,-Q的一側距-Qx=L處(復習庫侖定律)。 與第三個電荷電量無關(為建立場強與檢驗電荷無關,及由力的合成向場的疊加過渡做鋪墊)。 (二)引入新課 兩個電荷間存在著相互作用力,上一節(jié)我們定量地研究了兩個點電荷之間的相互作用力的規(guī)律——庫侖定律。 提出問題:在力學中,我們所學過的彈力、摩擦力均是接觸力,只有相互接觸的兩個物體之間才有可能產生彈力、摩擦力。兩個電荷之間并不接觸,它們之間的相互作用力是如何實現(xiàn)的呢? (三)進行新課 1.在同學回答的基礎上總結出:兩個電荷之間的相互作用力是通過電場實現(xiàn)的。任何一個電荷在其周圍空間產生電場,另一個電荷處在它產生的電場中,另一個電荷受到電場對它

4、的作用力——稱為電場力。 (如同學提出重力、引力,順便提出重力場、引力場的概念,如無人提出暫不引入重力場、引力場。) 電荷在其周圍空間產生電場,靜止的電荷產生的電場是靜電場。電場對處在場中的其他電荷有力的作用。 2.對任何事物的認識和理解,都要從它與其他事物的相互關系(相互作用)入手,從中找出它的基本性質,對電場的認識也應如此。為了認識電場,找到描寫電場性質的物理量,我們先引入兩個基本概念:場電荷和檢驗電荷。 場電荷:產生電場的電荷。 提出問題:什么樣的電荷能產生電場?什么樣的電荷不能產生電場?!為什么還要提出場電荷呢? 在總結同學的回答時,強調指出這與以前在力學、熱學中研究問

5、題時一樣,是研究對象的選取的問題。 檢驗電荷:放在我們所研究的電場中,用來檢驗該電場的性質的電荷。 檢驗電荷必須具備的條件:(1)點電荷;(2)電量足夠小,使得當將檢驗電荷引入電場中時不改變場電荷的分布。 提出問題:為什么檢驗電荷必須具備以上兩個條件? 先總結必須滿足第二個條件的原因,強調對于任何物理測量,只有當測量工具(儀器)的引入不改變被測對象的性質時,或對被測對象的影響小到可以忽略不計時,這種測量才有意義,否則這種測量是無意義的。 對于必須滿足第一個條件的原因,留在以后解決。 3.引入電場強度的概念 (1)將同一個檢驗電荷q,分別放在電場中的不同點,它所受的電場力的大小和方

6、向一般說來是不同的。 提問:這一實驗結果,說明了什么問題? 總結同學回答的情況,強調:同一電場中不同點的性質是不同的,研究電場必須一點一點地研究,即電場在空間有分布。同時回答檢驗電荷必須是點電荷的原因。 (2)集中研究電場中的某一點P。 將電量為q1的檢驗電荷放在P點,測得它所受的電場力大小為F1;將電量為q2的檢驗電荷放在P點,測得它所受的電場力大小為F2;……將電量為qn的檢驗電荷放在P點,測得它所受的電場力的大小為Fn。 實驗發(fā)現(xiàn):在電場中的同一點,檢驗電荷的電量q發(fā)生變化,它所受的電場力的大小F也隨之變化(成正比的變化),而電場力的大小F與檢驗電荷電量q的比值不變,即

7、這個比值不隨檢驗電荷電量變化,說明它與檢驗電荷無關,它只與電場中這點(P)有關,它只由電場中這一點決定,所以這個比值可以用來描寫電場中該點的性質,將它叫做電場中該點的電場強度的大小。 4.電場強度的定義 電場強度(簡稱場強)是描寫電場有關力的性質的物理量,它是矢量。 檢驗電荷在電場中某點所受電場力的大小F與檢驗電荷的電量q的比值F/q,叫做電場中該點的電場強度的大小,即 在國際單位制中,電場強度的單位是牛/庫。 5.請同學根據(jù)庫侖定律和電場強度的定義,推導點電荷的電場強度的表達式。 (1)先求距場電荷Q為r的一定點P的場強大小和方向。 (2)再將r看成是變量(P點為動點),可

8、得出點電荷Q的電場中任意一點的電場強度的表達式。 (3)從表達式,進一步說明電場中任一點的電場強度的大小和方向與檢驗電荷無關,完全由場電荷Q和該點的位置所決定。 (4)正的點電荷與負的點電荷在空間各點產生的電場強度的方向(為以后引入電場線做準備)。 6.研究點電荷所產生的電場強度,從力的疊加(力的合成)引出場的疊加。 (1)兩個等值異號的點電荷+Q、-Q,相距為L,求連線中點的場強;連線延長線距-Qx點處的場強;連成的垂直平分線上距中點為x處點的場強;當x >>L時,這兩點的場強。 (2)在正方形(邊長為a)的四個頂點處各固定一電量為+Q的點電荷,在過四邊形對角線中心O垂直于平面的軸

9、線上距O點x處的場強。 對頂?shù)膬蓚€點電荷在該點產生的場,在垂直于x軸上的分量相互抵消。 (3)半徑為r的均勻帶電圓環(huán),電量為q,在其軸線上距環(huán)心O距離為x的一點的場強方向沿軸線,其指向由電荷種類確定。 小結:有了點電荷的場強公式和場的疊加原理,原則上可求任意電荷分布的電場各點的電場強度。強調點電荷的場強公式的重要性。 例題精講 例1? 場電荷Q=2×10-4C,是正點電荷;檢驗電荷q=2×10-5C,是負電荷,它們相距r=2m而靜止且都在真空中,如圖所示。求: (1)q受的電場力。 (2)q所在的B點的場強EB。 (3)只將q換為q'=4×10-5C的正

10、點電荷,再求q'受力及B點的場強。 (4)將受力電荷拿去后再求B點場強。 在A與B的連線上,且指向A。 =4.5×105N/C方向由A指向B。 (4)因E與q無關,自然q=0也不會影響E的大小與方向,所以拿走q后場強不變。 例2? 如圖(a)所示,點電荷q與9q靜止于真空中,相距r,它們均為正電荷,求: (1)連線中點A的場強EA; (2)求場強為0的點位置。 解? (1)在A點放q'=1C,它受力情況如圖5(c)所示,F(xiàn)為q對q'的作用力,9F為9q對q'的作用力,而合力為8F方向指向q,所以 (2)先分析E=0的點可能的位置范圍,因在該點放+1C時

11、,它受力為零,所以q與9q對+1C作用力一定等大反向,因而兩力共線,由此可以斷定E=0的點在q與9q的連線上,當+1C放于q以左及9q以右的連線上時,它受的兩個力都同向,因而不可能抵消,所以E=0的點一定在兩點電荷中間的連線上。 令E=0的點O距q為x,如圖(b)所示,+1C電荷在O點受力為零,所以有 (2)E=0的點在q與9q之間,距q為r/4。 說明 1.對于電場強度概念的理解注意: 無論放正、負檢驗電荷,E的方向定義為+q受力方向,類似于電流方向定義為正電荷移動方向,無論是誰移動形成電流。 (2)電場強度為自身性質,與檢驗電荷無關。 2.我們研究的電荷均

12、處于真空中,如處于空氣中也可近似認為是在真空中。 思考題: 1.場強E是描寫電場有關力的性質的物理量。為什么不直接用檢驗電荷所受的電場力F來描寫,而要引入電場強度這個物理量? 目的:進一步鞏固場強的概念,明確場強E與電場力F的聯(lián)系與區(qū)別。 2.由點電荷的場強公式,能否求點電荷所在處(即r=0)的場強?結果如何?為什么? 目的:進一步使學生明確,點電荷(理想模型)建立的條件。 〔如時間富裕,在課堂上討論,如時間不夠,請學生在下面思考、討論,下節(jié)課再做總結〕 (四)課堂小結(配合flash課件演示。) 1.電場的性質:電荷在其周圍空間產生電場,電場對處在場中的其他電荷有力的作用。

13、 2.“場”的特點:在空間有分布,同一電場中的不同點,電場強度的大小和方向不同。 3.電場強度的定義 4.點電荷的場強公式 5.疊加原理 (五)布置作業(yè) 1.復習本節(jié)課文。 2.思考練習二第(1)、(2)題。 3.將練習二(3)、(4)、(5)、(6)(7)題做作業(yè)。 六、說明 如學生基礎較好,場的疊加全講;如不好,只講第一個問題即可。 附:板書設計 二、電場 電場強度 1.電場  電場是一種客觀存在著的物質 2.電場強度 放入電場中某一點的電荷受到的電場力跟它的電量的比值,叫做這一點的電場強度, 簡稱場強,單位牛每庫,N/C 電場力、電場強度是矢量 規(guī)定  電場中某點場強方向跟正點電荷在該點所受電場力的相同。 3.點電荷電場的場強 4.電場的疊加

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