2019-2020年高中物理 電場 電場強度教案 人教版第二冊.doc

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2019-2020年高中物理 電場 電場強度教案 人教版第二冊 1．電荷 電荷守恒（投影） 元電荷e=1.610-19C 2．庫侖定律：F=K（適用條件：真空中點電荷） （1）點電荷 （2）K的物理意義 13．2 電場 電場強度（2課時） （第1課時） 一、教學目標: 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(chǎn)生的電場。 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，-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(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(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。 （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(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？ 在總結同學的回答時，強調(diào)指出這與以前在力學、熱學中研究問題時一樣，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(diào)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(zhì)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(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 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(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）是描寫電場有關力的性質(zhì)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 E＝ 規(guī)定正檢驗電荷所受的電場力的方向為該點的電場強度的方向。 在國際單位制中，電場強度的單位是N/C。 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(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O點x處的場強。 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：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=210－4C，是正點電荷；檢驗電荷q=210－5C，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＇=410－5C的正點電荷，再求q＇受力及B點的場強。 （4）將受力電荷拿去后再求B點場強。 解：（1）由庫侖定律：F＝K＝N＝9N　方向在A與B的連線上，且指向A。 （2）由電場強度的定義：E＝＝＝　　所以 E=＝4.5N/C，方向由A指向B。 （3）由由庫侖定律：F＝K＝N＝18N，方向由A指向B。 　　E＝＝＝＝4.5N/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，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 　解之得： ， （無意義，舍去） 答：（1）方向相同指向q. （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： （1）定義電場強度 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(zhì)，與檢驗電荷無關。 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。 2．由點電荷的場強公式E=，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(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．思考練習二第（1）、（2）題。 2．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