〖教材分析〗
本節(jié)從電荷在電場中受力入手,引入了電場強度的概念,明確它是表示電場強弱的物理量。本節(jié)主要由“電場”“電場強度”“點電荷的電場電場強度的疊加”“電場線”“勻強電場”幾部分內容組成。這些東西都是抽象化的教學中可以做定性的描述,但不必過分強調,原因是學生對電場的存在還缺乏感性認識,他們必須通過一段時間的學習后,才能逐步認識。
〖教學目標與核心素養(yǎng)〗
物理觀念:建立電場空間觀念,知道電場線是假象的,理解點電荷的電場線是以一個球面模型展開的。
科學思維:在探究點電荷的電場強度的疊加中,知道電場強度的疊加也可以使用平行四邊形來合成。
科學探究:通過演示模擬電場線的實驗,描繪電場線的來源,增強學生建立物理模型的能力。
科學態(tài)度與責任:通過對電場的學習,明確了物質存在的另一種方式,增強唯物主義思想。
〖教學重點與難點〗
重點:電場強度的概念及其含義。
難點:對電場概念的理解、應用電場的疊加原理進行簡單的計算。
〖教學準備〗
多媒體課件
〖教學過程〗
一、新課引入
復習電場是電荷周圍客觀存在一種特殊物質,基本特性是對放入其中的電荷有力的作用。電場強度。
明白的場強的定義。我們來推導一下點電荷Q產(chǎn)生場強的公式。
二、新課教學
(三)電場強度的疊加
問題1:那么如果真空中不止一個點電荷,電場強度會變成怎樣呢?
如果場源是多個點電荷,事實表明,電場中某點的電場強度為各個點電荷單獨在該點產(chǎn)生的電場強度的矢量和。
例如:在真空中帶電荷量分別為+Q的兩個點電荷AB,相距r的距離。那么在中點O處的場強是多大呢?
A對的場強就是,方向是向右。
B對的場強是,方向向左。
它們大小相等方向相反,所以合場強就是它們的矢量和,也就是0。
問題2:如果場源電荷的體積不可忽略,那電場強度又該如何計算呢?
可以使用微元分割法。把它看成由許多點電荷組合而成的,把每個點電荷產(chǎn)生的場強矢量疊加就可以了。
計算表明均勻的帶電球體周圍的電場強度,通過數(shù)學計算表明與位于球心的相同電量的點電荷產(chǎn)生的場強是等效的。
電場疊加原理可以用來計算帶電體的場強,但是這種方法計算繁瑣,結果也不直觀。
問題3:那該如何形象直觀的表示場強呢?
(四)電場線
法拉第想到一個非常簡潔的方法,就像我們用光線來表示光一樣,它在電場中引入電場線,用來表現(xiàn)場強的大小和方向。
電場線:場強的大小、方向。
電場線是一種假想的曲線,它是有方向的,曲線上每一點的切線方向就表示該點的電場強度的方向。
因此只要測量各點的電場強度方向就能畫出電場線。
例如我們已經(jīng)知道正點電荷Q周圍某點的電場強度方向是沿Q與該點的連線,從Q向外,所以正點電荷周圍的電場線,就是從正點電荷出發(fā)延伸到無窮遠的一條條直線。類似的負點電荷周圍的電場線就是從無限遠出發(fā)延伸到負點電荷的一條條直線。
正點電荷的電場線分布:萬丈光芒。
負點電荷的電場線分布:萬箭穿心。
等量異種點電荷的電場線分布:心連心手牽手。
等量同種點電荷的電場線分布:勢不兩立。
此外我們還知道點電荷周圍的場強的公式,因此我們可以探究點電荷周圍電場的特點。
以點電荷為起點做一條射線,這條射線的各點在同一條電場線上,場強方向相同,但由于它們到點電荷的距離不相等,所以場強的大小也不相等。離點電荷越遠場強越小,而從圖上可以看出近處的電場線比較密集,遠處的電場線比較稀疏。即
①疏密與E的大小有關
除了這點之外,電場線還有兩條很重要的性質。
②電場線從正電荷或無限遠出發(fā),終止于無限遠或負電荷。因此電場線有起始點和終止點,并不是閉合曲線。
③電場線在電場中不相交。
這是由于如果電場線出現(xiàn)了相交,那么交點處就會有兩個切線方向,也就是同一點的電場強度有兩個方向,這是不可能的。
課堂練習
例3:某一區(qū)域的電場線分布如圖所示。 A、B、C是電場中的三個點。
(1)哪一點的電場強度最強?哪一點的電場強度最弱?
(2)畫出各點電場強度的方向。
(3)把負的點電荷分別放在這三個點,畫出它所受靜電力的方向。
解題提示:電場線越密的地方,場強越大;電場線越稀疏的地方,場強越小。電場線上每一點的切線方向表示該點的電場強度的方向。負電荷受力方向與E的方向相反。注意:電場線與帶電粒子在電場中的運動軌跡之間沒有必然聯(lián)系。
演示:模擬電場線
電場線的形狀可以用實驗來模擬。把頭發(fā)碎屑懸浮在蓖麻油里,加上電場,碎屑就按電場強度的方向排列起來,顯示出電場線的分布情況。圖是模擬正電荷電場線的照片。
電場線不是實際存在的線,而是為了形象地描述電場而假想的線。這個實驗只是用來模擬電場線的分布。
(播放動圖)同種點電荷的模擬電場線。
除了點電荷,兩塊平行的金屬板間也會形成電場(播放動圖)。在中間的這個區(qū)域是間隔相等的平行線,也就說電場中場強大小處處相等,方向處處相同。這是典型的勻強電場。
(五)勻強電場
各點場強大小和方向都相同的電場叫勻強電場。
由于電場強度大小相等,電場線的疏密程度應該是相同的。所以勻強電場的電場線可以用間隔相等的平行線來表示。即
電場線的特點:間隔相等的平行線。
科學方法:用物理量之比定義新物理量(閱讀)
課堂練習
例4:用一條絕緣輕繩懸掛一個帶正電小球,小球質量為1.0×102kg,所帶電荷量為 2.0×10-8C?,F(xiàn)加水平方向的勻強電場,平衡時絕緣繩與豎直方向夾角為30?.求勻強電場的電場強度。
解題提示:電場力并沒有特殊之處,牛頓力學共點力平衡依然適用,只不過多了個電場力。
小球受到重力mg、靜電力F,輕繩拉力FT的作用處于平衡狀態(tài)。容易看出重力與電場力和繩子的拉力的合力等大反向。所以有
F=mgtan30?
F=qE
聯(lián)立得。
〖板書設計〗
9.3電場 電場強度
三、電場強度的疊加
①電場強度的疊加→平行四邊形
②帶電體不能看成點電荷的情況
四、電場線
電場線是假想的,實際電場中并不存在。
①疏密與E的大小有關。
②不是閉合曲線。
③永不相交。
五、勻強電場
各點場強大小和方向都相同的電場叫勻強電場。
電場線的特點:間隔相等的平行線
〖教學反思〗
1.對于電場線的理解存在一個誤區(qū)就是,它與物體的運動軌跡的問題,以后要加強這方面的講解。
2.共點力的平衡,在電學的應用,也許會比較陌生,但是電場力沒有什么特殊的地方,只是受力分析多了個力而已。

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3 電場 電場強度

版本: 人教版 (2019)

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