人教版重点高中物理选修1-1教学说课：1.2 电场

第一章电场电流二电场【课前准备】【三维目标】知识与技能：（1）知道电荷间的相互作用是通过电场发生的，知道电场是客观存在的一种特殊物质形态.（2）理解电场强度的概念及其定义式，会根据电场强度的定义式进行有关的计算，知道电场强度是矢量，知道电场强度的方向是怎样规定的.（3）认识电场线和电场强度，懂得用电场线、电场强度描述电场，知道匀强电场。过程与方法：通过分析在电场中的不同点，电场力F与电荷电量q的比例关系，使学生理解比值F/q反映的是电场的强弱，即电场强度的概念；知道电场叠加的一般方法。情感态度与价值观：培养学生学会分析和处理电场问题的一般方法。教学重点：电场强度的概念及其定义式教学难点：对电场概念的理解、应用电场的叠加原理进行简单的计算【教学过程】【复习引入】上节课我们学习了库仑定:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力的大小跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比.作用力的方向在两个点电荷的连线上。适用于真空中的点电荷。库仑定律提示了电荷间的相互作用规律。两个电荷不需相互接触，就能产生相互作用，这种相互作用是靠什么传递的呢？研究这个问题之前，我们先来回忆一下初中所学的磁体之间的相互作用。大家知道两个磁体不需相互接触，也能产生相互作用。谁能告诉大家，磁体间的相互是通过什么发生的？磁体间相互作用磁极间相互作用磁铁磁场的感应线分布磁体周围有一种物质叫磁场，磁体间是通过磁场发生相互作用的。那么电荷周围是不是也有类似的情况呢？科学研究对这一类似的猜想提供了有力的支持：电荷周围确实也存在着一种物质，叫电场。电荷间的相互作用就是通过电场发生的。♦电场经过长期的科学研究，人们认识到，电荷周围存在着一种叫做电场的物质，电荷之间是通过电场发生相互作用的。就是说，电荷的周围都存在着由它产生的电场。电场是一种物质，与磁场一样都是物质的一种形态。带点橡胶棒与水流没有接触，就可以发生静电力的作用。只要有电荷存在，电荷周围就有电场。电场的基本性质就是对其中的电荷有力的作用。这个力就叫电场力。前面所学的静电力（库仑力）就是一种电场力。【实验】下面以电荷A与电荷B间相互作用为例，说明电荷A是怎样对电荷B施加力的作用的，电荷B又是怎样对电荷A施加力的作用的？电荷AI电荷电荷aML电_电荷电荷A对电荷B的作用，实际上是电荷A的电场对电荷B的作用；电荷B对电荷A的作用，实际上是电荷B的电场对电荷A的作用.场的概念的建立，是人类对客观世界认识的一个重要进展，现在人们已经认识到，实物和场是物质存在的两种不同形式，虽然我们看不到电场和磁场，但它们也是客观存在的物质。电场明显特征之一是对场中其他电荷具有作用力，因此在研究电场的性质时，可以从研究电场的力的性质入手。♦电场强度电荷在电场中受到力的作用，由此可以判断电场的存在。研究电场，必须在电场中放入电荷。这个电荷的电量要非常小，放入之后不致影响要研究的电场。它的体积也要充分小，便于研究电场中各点的情况。这样的电荷叫做试探电荷。试探电荷又叫检验电荷，它是电荷量和尺寸都充分小，以致可忽略原来电场的影响中，同时又能确切地反映它在电场中的位置。因此试探电荷可以看作是电荷量很小的点电荷，是一种理想化模型，【演示】假设我们所研究的电场是由点电荷+Q所产生的，则点电荷+Q就是场源电荷。下面把电荷量为+q的试探电荷分别放在电场中的A、B、C各处（设rA=3rACr=2r），计算电场对+q的电场力FA,FB、FC。BC【发现】同一试探电荷+q在电场中不同点受到的电场力大小、方向各不相同，且FC>FB>FA,【结论】这能说明同一电荷在电场中不同的位置，所受的电场力大小、方向各不相同。表明电场中不同位置，强弱不同，方向不同。【设问】用怎样的量来表示电场中不同位置的电场强弱与方向呢？刚才，试探电荷q在不同位置受力不同，那么是否可用电场力来表示电场的强弱呢？【猜想】对于电场中的同一位置，若放置一个电荷量较小的小电荷q,其受力就较小，如以此说明电场中该点较弱，那么若在该位置放置一个电荷量较大的小电荷qi,其受力就会较大，那是否又可以说电场中该点较强，若可以的话，岂不自相矛盾？【引导】请学生先思考：若将电荷量为+q的试探电荷1放在C处，所受到的电场力的大小为FC,将电荷量为+10q的试探电荷2放在A处，所受到的电场力的大小为FAi,那么还存在FC>FAi吗？【回答】略【引导】如下图，我们可以在同一位置A引入不同电荷量的试探电荷，受力又有何结果呢？【对比】在距场源Q为r处，分别放入电荷量不同的试探电荷qi.q2、……，由库仑定律得F1=kQqi①，F2=kQq2②，……，F=kQqn③，可见同一位置不同电荷量的1r22r2nr2试探电荷受到的力是不等的。显然不能用试探电荷受的力来表示电场的强弱。那么你们再思考一下，我们该用怎样的量来表示电场的强弱？是什么量使不同电荷量的试探电荷受到的力不等呢？【分析】显然，不是电场本身变化了，而是不影响电场的试探电荷的电荷量。到底用什么办法来衡量电场强弱呢？【观察】①，②…③式中FF二…二F=kQ，我们可发现只要A点位置不变，Fqqqr212n与q的比值就不变。换到B点，我们把试探电荷放入在B点，看看:仍然有H=*二…q1q112=么=kQ，F/qkQ，位置变了，那么F与q的比值也变了，但还是只要B点位置qir12Br12n不变，F与q的比值就不变。从上面分析看出：场源+Q固定，则由它产生的电场的空间分布也固定，对于场中某确定的点，试探电荷受到的电场力F与试探电荷的电荷量q的比值F/q是一个不变的量，它仅与Q、r有关，与检验电荷无关。现设F=E;引入试探电荷q‘，则试q探电荷q‘在该处所受到的电场力F=Eq,E大处，q‘所受电场力F'也大；E小处，q‘所受电场力F'也小，这说明比值E可以反映电场某点的强弱。因此可以用这个比值反映电场的强弱，即电场的力的性质，物理学上把它称为电场强度，简称场强．【定义】放入电场中某点的电荷受到的电场力F跟它的电荷量的比值，叫做该点的电场强度，通常用E表示，也就是E=Fq电场强度是一个描述电场强弱与方向的物理量。电场强度是由电场本身决定的，它跟电场中是否有试探电荷、试探电荷的电荷量以及试探电荷受到的电场力均无关。它决定于电场的源电荷及空间位置。TOC\o"1-5"\h\zIIi物理学中常常用比值定义物理量，用来表示研究对象的某种性质。例如，的iIIII:物质的P=m/v;导体的电阻R二U/I;速度V=S/t等等，:IIIIi这个方法在其他领域也经常使用，例如，人与耕地、人均收入、货物的单价，【II它们有共同的特点：凡是用比值法定义的物理量与比值中的几个物理量无关，则该比值就应是反映了物质的某种性质。如场强E则是反映了电场的力的性质。另外比值定义一个新的物理量的同时，也就确定了这个新物理量与原有物理量之间的关系。如果力的单位用牛，电荷的单位用库，电场强度的单位是牛每库，符号是N/C。其物理意义是电场中某点的电场强度数值上等于单位电荷(1C)在那里所受的电场力的大小．【问题】电场强度是矢量，怎样表示电场的方向呢？【解释】物理学中规定，电场中某点的场强方向跟正电荷在该点所受的电场力的方向相同．负电荷在电场中某点所受的电场力的方向跟该点的场强方向相反．【例题】如图所示，Q为放在真空中的正点电荷，其电荷量为Q。(1)画出A、

B两点的场强方向。（2）算出A、B两点的场强大小（给出Q、r）+QABC【强调】（1）场强的大小与方向跟检验电荷的有无、电量、电性没有关系。（2）场强的大小只由场源电荷和场点到场源的距离来决定。（3）离场源电荷越近的点场强越大，离场源电荷越远的点场强越小。总结】真空中点电荷周围电场的大小和方向，总结公式E=F/q和E=kQ/r2的区别及联系.1・（真空中）点电荷周围的电场大小：E=kQ/r2（只适用于真空中点电荷的电场）说明：公式E=kQ/r2中的Q是场源电荷的电量，r是场中某点到场源电荷的距离•从而使学生理解：空间某点的场强是由产生电场的场源电荷和该点距场源电荷的距离决定的，与检验电荷无关.2、方向：以Q为中心做一球面。当Q是正电荷，E的方向沿半径向外；当Q是负电荷，E的方向沿半径向内。（1）请比较公式E=F和E=kQ中的q与Q分别表示什么意义？两个公式的适用qr2条件有何不同？（2）根据公式E=kQ可知，场点离场源电荷Q越近，该场点处的场强越大，当r一r20时，E—8，显然这是不可能的，那么该如何理解这个问题？【过渡】在研究磁场时，根据放在磁体周围铁屑的分布，可以画出一条条曲线（磁感线）形象地描述磁场。前面我们在研究电荷间的相互作用是通过什么发生的问题时通过与磁体间的相互作用是通过磁场发生的相类比，从而认识到电荷的周围存在由它自身产生的电场。这个类比的成功足以鼓舞我们对电场的研究也可以用类似的方法。电场线（法拉第首先引入）如果在电场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致。这样的曲线就叫做电场线。下图画出了一条电场线，A、B、C三点的电场强度在曲线这三点的切线方向上。这条电场线上，A、B、C各点的切线方向代表该点的电场强度方向【规定】静电场中的电场线从正电荷出发，终止于负电荷或无穷远；电场线的疏密程度表示电场的强弱。（1）单个正、负点电荷的电场线的建立，师：虚线上A、B、C的场强方向朝哪里的呢？（打出方向）【讲述】现在，我们要在这个电场中建立一条线一一电场线，它能表达出A、B、C三点的场强情况。那就要使它的切线方向与该点的场强方向一致，这样的线不就是虚线本身吗？当然，为了表达切线的方向与场强方向一致，还要给它加上箭头，朝左还是朝右？对，朝右（打出箭头），这就是这个正点电荷的一条电场线了。为了表示各处的场强情况，我们应该画出一系列这样的线条，即形成了点电荷的电场线。果真如此吗？可以用实验来模拟。【演示】电场线的模拟【提问】正点电荷的电场线是这样的，那负点电荷的呢？为什么这里的箭头是朝里的呢？生：可以在电场中引入一个正的试探电荷，其所受的电场力方向就向里，也就是电场强度的方向要向里，这样电场线的切线方向，在这里也就是电场线的方向就能表示出电场强度的方向了。2）从简单到复杂，等量异种点电荷的电场又怎么样呢？（模拟实验后）：它是从正电荷出发终止于负点电荷。刚才，单个正点电荷的电场线是从正电荷出发到无穷远，单个负点电荷是从无穷远到负电荷。这四种电场的电场线的分布图在课本第9页中都有了，希望同学们能把这几幅分布图都深深地烙在脑海里。但是，不要忘记，这是平面图，然而，实际的情况是立体的。这就是对称之美，理性之美，物理之美。在这种美之下，电场线存在什么样的特点呢？3、电场线特点（展开第二次的讨论）师：按刚才的做法，每一组的奇数排同学往后转，与后一排同学组成一个小组，展开讨论，归纳（用►回顾磁感线来引导）。生：电场线上每一点的切线方向与该点的场强方向一致（板书）。生：电场线的疏密表示了电场的弱强（板书）。师：静电场中的电场线始于哪里，又到哪里去？生：如果是单个正点电荷的电场，电场线要从正电荷出发，到无穷远；如果是单个负点电荷的电场，电场线则要从无穷远终止于负电荷。师：对。如果既有正点电荷，又有负点电荷的电场线？（稍停顿）生：从正电荷终止于负电荷。师：且不闭合。小结：静电场中电场线始于正电荷或无穷远，止于负电荷或无穷远。它不封闭。师：不同的电场线在电场中能否相交？请说明理由。生：电场线不能相交师：点电荷构成的电场除了上述我们研究的上下、左右、前后都对称的，其实还有

其他的电场。4、其他电场的电场线1）不全对称电场线师：我们看一下，不等量异种电荷左右就不对称了。所以电场的分布与场源的电量多少有很大的关系（用多媒体展示如图D究竟有多大关系呢？ms2）】电场（线）图6图5实际生活、生产中，两块靠近的有限平行带电板间除边缘外电场线是一系列等间距的同方向的平行的有向直线。（用多媒体展示如图5师：我们看一下，不等量异种电荷左右就不对称了。所以电场的分布与场源的电量多少有很大的关系（用多媒体展示如图D究竟有多大关系呢？ms2）】电场（线）图6图5实际生活、生产中，两块靠近的有限平行带电板间除边缘外电场线是一系列等间距的同方向的平行的有向直线。（用多媒体展示如图5)师：这能说明什么呢？生：说明场强的大小相等，方向相同。师：也就是说，电场中各点场强的大小相等、方向相同，这样的电场叫做匀强电场（板书）根据电场线上述的特点，还可以画出点电荷与带电平板所形成的电场的电场线（用多媒体展示如图6）。三）想一想：1、点电荷+q放在A、B两点上，所受的电场力Fa大还是Fb大呢？2、这一点电荷+q仅在电场力作用下由A点从静止开始运动，那么它将做什么运动呢？生：初速度为零的匀加速直线运动。师：运动轨迹与电场线是不是重合的？生：重合。师：电场线是不是都与点电荷的运动轨迹重合呢？3、如果电场线水平向右，且要考虑点电荷+q的重mg,它又将做什么运动呢？它的运动轨迹又会怎么样？师：点电荷所做的又是什么运动？生：匀加速直线运动。师：对，也是初速度为零的匀加速直线运动。那这时它的运动轨迹与电场线是不是重合的？生：不重合。师：为什么呢？生：由牛二得：是一条斜向右下方的直线，而电场线是水平的。师：可见，电场线是不是运动轨迹呢？生：不是。师：当然，假如点电荷q的初速度不同，所受的力不同，点电荷的运动轨迹是不同的，但是这个电场的电场线不会因为点电荷q的变化而变化。所以，电场线不是运动轨迹（板书）。【本课小结】本节课，我们学习了重要的科学研究方法：用比值法定义物理量E是用比值法来定义的，E=F/q，以往学习过的物质的p=m/v;导体的电阻R二U/I；速度V=S/t等物理量都是用比值法来的定义的，它们有共同的特点：凡是用比值法定义的物理量与比值中的几个物理量无关，若比值是恒量，则反映了物质某种性质。如场强E则是反映了电场的力的性质。通过推导真空中正点电荷产生的电场中某点电场强度的计算式，让我们理解了决定场强大小的真正因素。我们从简单的正点电荷出发，运用我们的智慧，结合摸拟的实验方法，建立起了电场线。摸拟的方法也是我们化抽象为形象的一