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1、2019 最新粵教版高中物理選修( 1-1)第一章第四節(jié)《認
識電場》教案
一、教學(xué)目標
1.知識目標:
( 1 )通過對電場概念的學(xué)習(xí) , 使學(xué)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(chǎn)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(xué)生的科學(xué)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(xué)生的空間想象力。
2、
( 2)通過“檢驗電荷”的概念 ,使學(xué)生明確物理測量的有效性的觀念。
( 3)對點電荷場強公式的分析 ,使學(xué)生明確理想模型建立的條件。
二、教學(xué)重點、難點
1.“場”是物理學(xué)中的重要概念 ,“場”的概念比較抽象 ,在中學(xué)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(xué)方法:
計算機輔助教學(xué)
四、教 具:
計算機、投影儀、大屏幕、自制 CAI 課件
五、教學(xué)過程:
(一)復(fù)習(xí)提問
兩個點電荷電量分別為 +4Q 、 -Q, 固定在相距為
3、 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?
-Q
x=L
在兩點電連線延長線上,-Q的一側(cè)距-Qx=L處(復(fù)習(xí)庫侖定律)。
與第三個電荷電量無關(guān)(為建立場強與檢驗電荷無關(guān) ,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)律一一庫侖定律。
提出問題:在力學(xué)中,我們所學(xué)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(chǎn)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(xué)回答的
4、基礎(chǔ)上總結(jié)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(chǎn)生電場 ,另一個電荷處在它產(chǎn)生的電場中 ,另一個電荷受到電場對它的作
用力——稱為電場力。
蛹&確△蛹
(如同學(xué)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(chǎn)生電場 ,靜止的電荷產(chǎn)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(guān)系(相互作用)入手 ,從中找出
它的基本性質(zhì),對電場的認識也應(yīng)如此。為了認識電場 ,找到描寫電場性質(zhì)的物理量 ,我們先引入 兩個基本概念:場電荷
5、和檢驗電荷。
場電荷:產(chǎn)生電場的電荷。
提出問題:什么樣的電荷能產(chǎn)生電場?什么樣的電荷不能產(chǎn)生電場?!為什么還要提出場
電荷呢?
在總結(jié)同學(xué)的回答時,強調(diào)指出這與以前在力學(xué)、熱學(xué)中研究問題時一樣 ,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(zhì)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(dāng)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(jié)必須滿足第二個條件的原因 ,強調(diào)對于任何物理測量,只有當(dāng)測量工具(儀器)的引 入不改變被測對象的性質(zhì)時,或?qū)Ρ粶y對象的影響小
6、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向一般說 來是不同的。
提問:這一實驗結(jié)果,說明了什么問題?
總結(jié)同學(xué)回答的情況,強調(diào):同一電場中不同點的性質(zhì)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qi的檢驗電荷放在 P點,測得它所受的電場力大小為 F"將電量為 生的檢驗電荷 放在P點,測得它所受的電場力大小
7、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
R耳&…R
- ■ ■ ■■
%一由一出一 一%
這個比值不隨檢驗電荷電量變化 ,說明它與檢驗電荷無關(guān),它只與電場中這點(P)有關(guān),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(zhì) ,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(guān)力的性質(zhì)的物理量 ,它是矢量。
8、
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
F
E = -4規(guī)定已檢嗡電荷所受的電場力的方向為該點的電場強度的方向。 q
在國際單位制中,電場強度的單位是牛/庫。
5 .請同學(xué)根據(jù)庫侖定律和電場強度的定義 ,推導(dǎo)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E =k^Q■,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 r
關(guān),完全由場電荷 Q和該點
9、的位置所決定。
(4)正的點電荷與負的點電荷在空間各點產(chǎn)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(chǎn)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(dāng)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垂直于平面的軸線上距 。點x處的場強。
Q
圖,徵』飛.
對頂?shù)膬蓚€點電荷在該點產(chǎn)生的場 ,在垂直于x軸上的分量相
10、互抵消。
E = 4k
(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(jié):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(diào)點電荷的場強公式的重要性。
例題精講
例1場電荷Q=2X 10-4C,是正點電荷;檢驗電荷 q=2X 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/ =4X 10-5C的正點電荷,再求q/受力及B點的場強。
(4)將受力電荷拿去后
11、再求 B點場強。
5 、士人士狂 kQq 9x10“ x2xl0” 黑2、10,
解(。庫侖定律.F = = 殖 - = 9N方向
r 2
在A與B的連線上,且指向A。
/、』士—七小F kQq ” 9xl0&x2x]0^
⑵由電場強度的定義:E = —= 所以E=
q r q r 2
=4.5X105N/C方向由A指向Bo
⑶由庫侖定律:F,=竽=3咨31 =頗 r 2
方向由A指向及E = = & =45X1C|SN/C^向由A指向Bo q f
(4)因E與q無關(guān),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
12、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。
q A 為 q O A % 9F F
* * * >
解(1)在A點放q/ =1C,它受力情況如圖 5 (c)所示,F(xiàn)為q對qz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
Er = 8 萬仃=32kq/J
, (工
方向:向左指向姓
(2)先分析E=0的點可能的位置范圍,因在該點放+1C時,它受力為零,所以q與9q^^+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(dāng)+1C放于q 以左及9q以右的連
13、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。距q為x,如圖(b)所示,+ 1C電荷在。點受力為零,所以有
kq _ 9kq
x3 (r - x)3
r -x
—二 3 x
巧=4(無意義,舍去)
i—i
答:(1)Ea =與方向指向中
x
(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:
「 F
大小e E =—
C1)定義電場強度八J q
方向;與正電荷在該點受電場力方向相同
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
14、 向,無論是誰移動形成電流。
(2)電場強度為自身性質(zhì),與檢驗電荷無關(guān)。
2 .我們研究的電荷均處于真空中 ,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(guān)力的性質(zhì)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。
Q
E = k 2
2 .由點電荷的場強公式 r ,能否求點電荷所在處(即 r=0)的場強?結(jié)果如何?為
什么?
目的:進一步使學(xué)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(xué)生在下面思考、討
15、論,下節(jié)課再做總結(jié)〕
(四)課堂小結(jié)(配合flash課件演示。)
1 .電場的性質(zhì):電荷在其周圍空間產(chǎn)生電場 ,電場對處在場中的其他電荷有力的作用。
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(fù)習(xí)本節(jié)課文。
2 .思考練習(xí)二第(1)、( 2)題。
3 .將練習(xí)二(3)、( 4)、( 5)、(6) (7)題做作業(yè)。 六、說明
如學(xué)生基礎(chǔ)較好,場的疊加全講;如不好,只講第一個問題即可。 附:板書設(shè)計
二、電場 電場強度
1 .電場 電場是一種客觀存在著的物質(zhì)
2 .電場強度
G % 。 … J” 『
~……而……-
2
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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