《5.1 电场 电场强度》教学设计

《5.1电场电场强度》教学设计【教学内容】第五单元第1节。【教学目标】1.了解电场是客观存在的一种特殊物质形态；理解电场强度的概念及其定义式，理解电场强度方向的规定；理解电场线的意义和性质。了解匀强电场的概念。2.能用电场线描述电场，能用电场强度的定义式进行简单的计算；学会运用观察、归纳等方法从现象进行分析推理、发现客观规律，体会比值法定义物理量。3.通过介绍静电研究的历史知识，激发学生热爱科学的情感，通过实验观察、分析推理培养学生严谨的科学态度和正确的思维方法。【教学重点】电场强度的定义及电场线的意义。【教学难点】对电场强度定义及电场线意义的理解。【教具准备】橡胶棒、玻璃棒、丝绸、毛皮、验电器、铁架台、通草球等。【教学过程】◆创设情境──引出课题1．课件展示：播放视频及PPT，展示生活及生产中的静电现象。2．实验演示：捋不拢的丝线，随梳飘动的头发等等。3．生活现象回顾：弹不掉的灰尘，冬天脱毛衣时的火花与噼啪声等等。4．教师讲述：以上现象的发生都与静电有关，从今天开始我们将探究静电现象。5．人类研究静电的历史回顾在中国，西汉末年已有“顿牟（玳瑁）掇芥（细小物体之意）”的记载；晋朝时有关于摩擦起电引起放电现象的记载：“今人梳头，解著衣时，有随梳解结有光者，亦有咤声”。但对静电现象的科学研究却开始于2000年后的18世纪，其主要原因，一是当时的社会发展水平尚未出现对电的需求，二是科学技术水平落后，无法对研究提供技术和设备支持。历史上，人类研究静电现象时遇到的主要困难：一是一般物体的带电量较小，静电力非常小，没有精密仪器测量非常小的力；二是没有电量的单位，无法衡量和控制电荷的多少；三是物体有一定的大小和形状，电荷在物体上的分布情况不清楚，不好确定两带电物体之间的距离。对静电力的科学研究，关键是上述问题的解决，谁能解决上述问题，谁就能取得研究的成功。◆实验与探究──新课学习一、两种电荷及电荷间的相互作用1．摩擦起电及带电物体的特性演示及学生实验：分别用玻璃棒、橡胶棒靠近碎纸屑，它们不会吸引碎纸屑；将玻璃棒与丝绸摩擦，橡胶棒与毛皮摩擦，分别用摩擦后的玻璃棒、橡胶棒靠近碎纸屑，它们吸引碎纸屑。教师讲述：通过摩擦，玻璃棒、橡胶棒带了电，有了电荷，这种带电方式叫摩擦起电，各种不同物质相互摩擦，都可以带电或有电荷。带电或有电荷的物体能吸引轻小物体。2．两种电荷及相互作用教师讲述：人类通过探究知道，自然界存在两种电荷，分别叫做正电荷与负电荷。人们把与丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷叫做正电荷，将与毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷叫做负电荷。人们还发现，电荷间有相互作用，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。3．物体带电的多少──电量不管用什么方式使物体带电，总可以使物体带电的多少不同。物体所带电荷的多少叫做电荷量，简称电量。在国际单位制中，电量的单位是库仑，简称库，用大写英文字母“C”表示。4．提出问题带电物体即使不相互接触，它们之间也会发生力的作用。那么，这个力是怎样产生的？又是怎样作用给另一个带电物体的呢？二、电场1．什么是电场？电荷的周围空间存在电场。不管物体是通过什么方式带电的，也不管物体处在什么样的物理环境中，只要物体带电，在它周围的空间就一定存在电场。电场是一种特殊的物质。在自然界里，物质的存在形式有两种，一种就是我们平时能够看得见摸得着的实物，如生活中使用的由各种物质构成的物体，它们有形态、色泽、硬度、密度、导电性、功能、结构等方面的差异。物质的另一种存在形式就是场，比如电场、磁场等，它们看不见摸不着，但它们能表现出被人们感知的特性，人们就是借助这些特性来研究电场的。2．电场的基本特性电场的基本特性就是对处在其中的电荷有力的作用，这个力称为电场力或库仑力。两个带电物体间的电场力是通过电场实现的。比如甲乙两个电荷，甲电荷在它周围空间建立电场，乙电荷就处在了甲的电场中，受到甲电荷电场的电场力作用；同理，乙电荷在它周围空间建立电场，甲电荷处在乙电荷的电场中，受到乙电荷电场的电场力作用。通过分析可以知道，电荷间的电场力是通过电场发生的。三、点电荷1．引入背景一般带电物体，都有大小及形状的差别，即就是它们带电量相等，由于它们大小、形状的不同，使得电荷在物体上的分布情况不同，这会影响到对电荷间相互力的研究。带电体体积越小，或者描述带电体大小的线度相比于两带电体的距离可以忽略时，带电体本身的大小对问题研究的影响越小，这种情况下，可以忽略带电体自身的大小，把带电体看成是只具有电荷的点。就像研究物体的机械运动时，把物体看成具有质量的点──质点一样。2．点电荷点电荷是为了简化研究而引入的理想模型，实际的带电物体，总有一定的体积和形状，不会是一个“点”，所以点电荷实际上是不存在的。但物理学研究中的一个重要策略就是舍弃次要因素，抓主要因素。当带电体间的距离比它们的大小尺寸大很多时，它们的大小对于它们之间的电场力的影响是非常小的，影响它们之间电场力的主要因素是各自的电量和它们之间的距离，这时，可以忽略电荷自身的大小，把它们看成是只具有电量的几何点──点电荷。比如两个直径为20cm的带电球，当两球心的距离为30cm时，由于球的直径与间距差不多，这种情况下，两个带电球就不能视为点电荷；如果两球心的距离为10m，这时他们的间距远远大于球的直径，球的直径对与它们间的电场力几乎没有影响，可以把它们视为电量集中在球心的点电荷。四、电场强度1．电场中不同位置电场特性的强弱不同（1）科学家的实验探究：如图所示，在带电体Q产生的电场中的不同点A、B先后放入同一带电体q，发现q所受电场力的大小、方向不同，q在A点受到的电场力比在B点时受到的电场力大。（2）实验结果剖析：既然两个位置放置的是同一电荷，那么两次受到的电场力大小、方向的不同肯定不是q引起的，应该是Q的电场引起的，这说明电场有强弱、方向的差别。如上述实验中，带电体Q电场中A点的电场比B点的电场强一些。2．电场强度（1）科学家的实验探究：如图所示，在带电体Q产生的电场中的不同点A、B先后放入另一带电体q'，发现它在A、B两点时受到的电场力与q不同，但对于A点来说，q及q'所受的电场力与电量的比值却一样；对于B点来说，q及q'所受的电场力与电量的比值也一样。而且A点的这个比值比B点的这个比值大，而我们已经知道A点的电场比B的电场强，这样可以得出一个结论，将带电体放入电场中，放入的带电体在电场中的某点所受到的电场力与自己的带电量的比值的大小恰好与电场的强弱相对应。在其他任何电场中进行探究，也会有这样的结果。（2）电场强度的定义放入电场中某一点的电荷所收到的电场力F与它所带电量q的比值，叫做该点的电场强度（简称场强），用符号E表示。（3）单位：N/C（牛顿/库仑）（4）方向：正的点电荷所受电场力的方向。五、电场线1．引入背景用图像形象表示电场的强弱和方向。电场强度是描述电场强弱及方向的物理量，因此电场强度、电场线描述的是同一现象，可以说电场线是电场强度的图示。就像用力的图示形象描述力的三要素一样。2．怎样用电场线描述电场（1）力的图示中线段的方向表示力的方向，因此可以在电场中画出有方向的线条，用线条的方向或线条上的切线方向表示电场的方向。（2）可以按上述要求画出多条线条，电场强（电场强度大）的地方线条密一些，电场弱（电场强度小）的地方线条疏一些。这样线条的相对疏密程度就可以表示电场的强弱（电场强度的大小）3．电场线（1）画法及意义：可以在电场中画出一系列从正电荷出发到负电荷终止的曲线，使曲线上每一点的场强方向都在该点的切线方向上，这些曲线就叫做电场线。同一电场中，电场线密集的区域电场强度大一些，电场线稀疏的区域电场强度小一些；电场线上某点的切线方向表示该点的电场强度方向。4．对静电场中电场线的讨论（1）电场线是人为引进形象描述电场的线，在电场中人们总是画出有限的条数，不能认为两线条之间的“空白”处没有电场。（2）电场线总是起始于正电荷，终止于负电荷。对于孤立的正电荷，可认为无限远处有一个负电荷，等着“接收”它“发出”的电场线；对于孤立的负电荷，可认为无限远处有一个正电荷，“发出”让它“接收”的电场线。（3）在没有电荷的地方，任何两条电场线不相交。因为对于电场中的一个点来说，电场的方向是唯一的，如果两条电场线在某点相交，就会出现该点电场强度方向不唯一，这与事实相违背。（4）电场线不是带电粒子在电场中运动的轨迹。5．几种电场中的电场线（1）孤立正、负点电荷电场。（2）等量异号、同号点电荷电场中的电场线。六、匀强电场1．匀强电场的概念在电场的某一区域里，如果各点场强的大小和方向都相同，这一区域的电场就叫匀强电场。如两块相互靠近的带电平行金属板间的电场中，除去边缘附近以外，两板正对部分空间